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盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（09）-专题三第二讲 原电池原理及应用
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这是一份盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（09）-专题三第二讲 原电池原理及应用，共9页。
【复习目标】
1．了解原电池及常见化学电源的工作原理。
2．通过生活中实例，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
【重点突破】
1．原电池的工作原理。
2．常见化学电源在实际生产和生活中的应用。
【真题再现】
例题1．（2023·江苏高考）下列物质结构与性质或物质性质与用途具有对应关系的是
A．H2具有还原性，可作为氢氧燃料电池的燃料
B．氨极易溶于水，液氨可用作制冷剂
C．H2O分子之间形成氢键，H2O(g)的热稳定性比H2S(g)的高
D．N2H4中的N原子与H+形成配位键，N2H4具有还原性
解析：A项，燃料电池负极物质失电子，具有还原性，故A正确；B项，制冷剂是因为氨气易液化，气化时需要吸热，B错误；C项，热稳定性是化学性质范畴，与化学键有关与氢键无关，氢键只是影响物质的物理性质，C错误；D项，N2H4是共价分子，构成微粒是原子，原子间通过形成共用电子对，D错误。
答案：A
例题2．（2022·江苏高考）周期表中ⅣA族元素及其化合物应用广泛，甲烷具有较大的燃烧热（890.3 kJ·ml-1 ），是常见燃料；Si、Ge是重要的半导体材料，硅晶体表面SiO2能与氢氟酸(HF，弱酸)反应生成H2SiF6(H2SiF6在水中完全电离为H+和SiFeq \\al(2－,6))；1885年德国化学家将硫化锗（GeS2）与H2共热制得了门捷列夫预言的类硅—锗；下列化学反应表示正确的是
A. SiO2与HF溶液反应：SiO2+6HF===2H++SiFeq \\al(2－,6)+2H2O
B. 高温下H2还原GeS2：GeS2+H2===Ge+2H2S
C. 铅蓄电池放电时的正极反应：Pb-2e-+SOeq \\al(2－,4)===PbSO4
D. 甲烷的燃烧：CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(g) △H=890.3kJ·ml-1
解析：A项，由题意可知，二氧化硅与氢氟酸溶液反应生成强酸H2SiF6和水，反应的离子方程式为SiO2+6HF===2H++SiFeq \\al(2－,6)+2H2O，正确；B项，硫化锗与氢气共热反应时，氢气与硫化锗反应生成锗和硫化氢，硫化氢高温下分解生成硫和氢气，则反应的总方程式为GeS2eq \(======,\s\up7(H2),\s\d7(高温))Ge+2S，故B错误；C项，铅蓄电池放电时，二氧化铅为正极，酸性条件下在硫酸根离子作用下二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，电极反应式为正极反应PbO2+2e-+SOeq \\al(2－,4)+4H+===PbSO4+2H2O，错误；D项，由题意可知，1ml甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为890.3kJ，热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJ·ml-1，错误。
答案：A。
例题3．（2022·全国高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)eq \\al(2－,4)存在]。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH)+Mn2++2H2O
解析：A项，根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，错误；B项，根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)eq \\al(2－,4)+Mn2++2H2O，正确。
答案：A
例题4．（2022·全国统考高考真题）Li—O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li—O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(eeq \\al(－))和空穴(heq \\al(+))，驱动阴极反应（Li++ eeq \\al(－)=== Li）和阳极反应（Li2O2+ 2heq \\al(+)=== 2Li++O2）对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应Li2O2=== 2Li+O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应2Li++O2+ 2eeq \\al(－)=== Li2O2
解析：A项，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，正确；B项，充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，正确；C项，放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，错误；D项，放电时总反应为2Li+O2===Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-===Li2O2，正确。
答案：C
例题5．（2020·江苏高考）HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。电池负极电极反应式：_________________；放电过程中需补充的物质A为________（填化学式）。图所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式：____________________。
解析：该装置为原电池装置，放电时HCOOˉ转化为HCOeq \\al(－,3)被氧化，所以左侧为负极，Fe3+转化为Fe2+被还原，所以右侧为正极。左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为HCO3-，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCOeq \\al(2－,3)+H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为HCOeq \\al(－,3)，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCOeq \\al(－,3)+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2 HCOeq \\al(－,3)。
答案：HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCOeq \\al(－,3)+H2O H2SO4
2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCOeq \\al(－,3)+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2HCO3-
例题6．（2020·江苏高考）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）
A. 阴极的电极反应式为Fe－2eeq \\al(－)=== Fe2+
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析：该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此：A项，阴极钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，错误；B项， 阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，错误；C项，金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，正确；D项，海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，错误。
答案：C。
小结：主要考查的知识点有原电池的正负极判断、电极反应式的书写、根据氧化还原反应设计原电池、微粒（离子、电子）流向、微粒交换膜、盐桥、化学电源的原理及应用原电池原理进行金属的防护。
【知能整合】
1．原电池正、负极的判断方法：
2．原电池电极反应式的书写方法：
“加减法”：（1）定正负极，列反应式，标同数电子得失。
（2）注意电极生成物是否与电解质溶液中的某些微粒反应。
（3）总反应式减去其中一级反应式，即得另一级电极反应式。
3．根据原电池判断金属活泼性方法：
（1）首先依据电子流向、电流流向、反应现象确定正负极。
（2）对于酸性电解质，一般是作负极的金属为较活泼金属，正极的为相对较不活泼的金属。
4．盐桥的作用：
电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。为解决这个问题，人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中，有时也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。
5．化学电源
高考中常见的化学电源有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”等新型电池，新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有：判断电极、离子、电子的流向、书写电极反应式等。不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。
（1）酸性介质
如稀H2SO4溶液：CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋
正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O
（2）碱性介质
如KOH溶液：CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成COeq \\al(2－,3)， O2在正极上得到电子生成OH－。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O
正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
（3）熔融盐介质
如K2CO3：在电池工作时，COeq \\al(2－,3)移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在COeq \\al(2－,3)的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成COeq \\al(2－,3)。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋6COeq \\al(2－,3)===8CO2↑＋4H2O
正极：3O2＋12e－＋6CO2===6COeq \\al(2－,3)
（4）其它介质
如掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2↑＋4H2O
正极：3O2＋12e－===6O2－
6．思维方式：知识迁移
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移
C．负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
D．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O
2．科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
3．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
题3图 题4图
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造如示意题4图。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
拓展训练
5．镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如题5图（L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极）。下列说法不正确的是
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
题5 题6
6．某全固态薄膜锂离子电池截面结构如题6图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过aml电子时，LiPON薄膜电解质损失amlLi+
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为
D．电池总反应可表示为
7．一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2+由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
8. 科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
【随堂反馈】答案：
1．C 2．C 3．B 4．B 5．C 6 ．B 7．C 8. D
【课后作业】
1．如图是一种电解质溶液可以循环流动的新型电池。下列说法正确的是
A．Cu电极为正极
B．PbO2电极反应式：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
C．放电后循环液中H2SO4与CuSO4物质的量之比变小
D．若将Cu换成Pb，则电路中电子转移方向改变
2．一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93℃的共熔物)，其中氯铝酸根[AlnCleq \\al(－,3n+1)(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应：。下列说法错误的是
A．AlnCleq \\al(－,3n+1)含4n个Al—Cl键
B．AlnCleq \\al(－,3n+1)中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个
C．充电时，再生1mlAl单质至少转移3ml电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCleq \\al(－,3n+1)浓度越高
3．2019年度诺贝尔化学奖授予在锂离子电池发展做出贡献的三位科学家。某浓差电池的原理如下图所示，可用该电池从浓缩海水中提取LiCl溶液。下列有关该电池的说法不正确的是
A．该装置可在提取LiCl溶液的同时获得电能
B．电子由Y极通过外电路移向X极
C．正极发生的反应：2H＋＋2e－===H2↑
D．Y极每生成22.4 L Cl2，有2 ml Li＋从b区移至a区
4．ZulemaBrjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如下图所示。下列说法正确的是
A. 该装置可以在高温下工作
B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
C．负极反应式：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D．该装置工作时，电能转化为化学能
5. 锂－铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列说法不正确的是
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．通空气时，铜被腐蚀，产生Cu2O
C．放电时，正极的电极反应式：Cu2O＋2e－＋2H＋===2Cu＋H2O
D．整个反应过程中，氧化剂为O2
6．H2S废气资源化的原理：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ·ml-1。下图为H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是
A．电极b为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每流过4 ml电子，电池会产生632 kJ电能
D．每34 g H2S参与反应，有2 ml H＋经质子膜进入正极区
7．NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是
A．石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极
B．Y的化学式可能为NO
C．石墨Ⅱ极上的O2被氧化
D．石墨Ⅰ极的电极反应式：NO2＋NOeq \\al(－,3)－e－===N2O5
8. 二甲醚是一种绿色、可再生的新能源。下图是绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。该电池工作时，下列说法正确的是
A．a电极为该电池正极
B．O2在b电极上得电子，被氧化
C．电池工作时，燃料电池内部H＋从b电极移向a电极
D．电池工作时，a电极反应式：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋
9．执法交警最常用的一种酒精检测仪的工作原理如下图所示，其原理用化学方程式表示为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，被测者呼出气体中所含的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示其酒精含量。下列说法错误的是
A．呼出气体中酒精含量越高，微处理器中通过的电流越大
B．b为正极，电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电解质溶液中的H＋移向b电极
D．a极上的电极反应式：CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋
10. 以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是
A．以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池
B．A极为电池正极，发生还原反应
C．B极的电极反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．该电池的总反应为CH4＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃)) CO2＋2H2O
11．我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的SOeq \\al(2－,4)向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2
【课后作业】答案
1．C 2．D 3．D 4．C 5．C 6．D 7．C 8．C 9．D 10．D 11．B
由陌生装置图迁移到课本熟悉的装置图
燃
料
电
池
【复习目标】
1．了解原电池及常见化学电源的工作原理。
2．通过生活中实例，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
【重点突破】
1．原电池的工作原理。
2．常见化学电源在实际生产和生活中的应用。
【真题再现】
例题1．（2023·江苏高考）下列物质结构与性质或物质性质与用途具有对应关系的是
A．H2具有还原性，可作为氢氧燃料电池的燃料
B．氨极易溶于水，液氨可用作制冷剂
C．H2O分子之间形成氢键，H2O(g)的热稳定性比H2S(g)的高
D．N2H4中的N原子与H+形成配位键，N2H4具有还原性
解析：A项，燃料电池负极物质失电子，具有还原性，故A正确；B项，制冷剂是因为氨气易液化，气化时需要吸热，B错误；C项，热稳定性是化学性质范畴，与化学键有关与氢键无关，氢键只是影响物质的物理性质，C错误；D项，N2H4是共价分子，构成微粒是原子，原子间通过形成共用电子对，D错误。
答案：A
例题2．（2022·江苏高考）周期表中ⅣA族元素及其化合物应用广泛，甲烷具有较大的燃烧热（890.3 kJ·ml-1 ），是常见燃料；Si、Ge是重要的半导体材料，硅晶体表面SiO2能与氢氟酸(HF，弱酸)反应生成H2SiF6(H2SiF6在水中完全电离为H+和SiFeq \\al(2－,6))；1885年德国化学家将硫化锗（GeS2）与H2共热制得了门捷列夫预言的类硅—锗；下列化学反应表示正确的是
A. SiO2与HF溶液反应：SiO2+6HF===2H++SiFeq \\al(2－,6)+2H2O
B. 高温下H2还原GeS2：GeS2+H2===Ge+2H2S
C. 铅蓄电池放电时的正极反应：Pb-2e-+SOeq \\al(2－,4)===PbSO4
D. 甲烷的燃烧：CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(g) △H=890.3kJ·ml-1
解析：A项，由题意可知，二氧化硅与氢氟酸溶液反应生成强酸H2SiF6和水，反应的离子方程式为SiO2+6HF===2H++SiFeq \\al(2－,6)+2H2O，正确；B项，硫化锗与氢气共热反应时，氢气与硫化锗反应生成锗和硫化氢，硫化氢高温下分解生成硫和氢气，则反应的总方程式为GeS2eq \(======,\s\up7(H2),\s\d7(高温))Ge+2S，故B错误；C项，铅蓄电池放电时，二氧化铅为正极，酸性条件下在硫酸根离子作用下二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，电极反应式为正极反应PbO2+2e-+SOeq \\al(2－,4)+4H+===PbSO4+2H2O，错误；D项，由题意可知，1ml甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为890.3kJ，热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJ·ml-1，错误。
答案：A。
例题3．（2022·全国高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)eq \\al(2－,4)存在]。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH)+Mn2++2H2O
解析：A项，根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，错误；B项，根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)eq \\al(2－,4)+Mn2++2H2O，正确。
答案：A
例题4．（2022·全国统考高考真题）Li—O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li—O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(eeq \\al(－))和空穴(heq \\al(+))，驱动阴极反应（Li++ eeq \\al(－)=== Li）和阳极反应（Li2O2+ 2heq \\al(+)=== 2Li++O2）对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应Li2O2=== 2Li+O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应2Li++O2+ 2eeq \\al(－)=== Li2O2
解析：A项，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，正确；B项，充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，正确；C项，放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，错误；D项，放电时总反应为2Li+O2===Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-===Li2O2，正确。
答案：C
例题5．（2020·江苏高考）HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。电池负极电极反应式：_________________；放电过程中需补充的物质A为________（填化学式）。图所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式：____________________。
解析：该装置为原电池装置，放电时HCOOˉ转化为HCOeq \\al(－,3)被氧化，所以左侧为负极，Fe3+转化为Fe2+被还原，所以右侧为正极。左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为HCO3-，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCOeq \\al(2－,3)+H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为HCOeq \\al(－,3)，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCOeq \\al(－,3)+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2 HCOeq \\al(－,3)。
答案：HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCOeq \\al(－,3)+H2O H2SO4
2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCOeq \\al(－,3)+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2HCO3-
例题6．（2020·江苏高考）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）
A. 阴极的电极反应式为Fe－2eeq \\al(－)=== Fe2+
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析：该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此：A项，阴极钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，错误；B项， 阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，错误；C项，金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，正确；D项，海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，错误。
答案：C。
小结：主要考查的知识点有原电池的正负极判断、电极反应式的书写、根据氧化还原反应设计原电池、微粒（离子、电子）流向、微粒交换膜、盐桥、化学电源的原理及应用原电池原理进行金属的防护。
【知能整合】
1．原电池正、负极的判断方法：
2．原电池电极反应式的书写方法：
“加减法”：（1）定正负极，列反应式，标同数电子得失。
（2）注意电极生成物是否与电解质溶液中的某些微粒反应。
（3）总反应式减去其中一级反应式，即得另一级电极反应式。
3．根据原电池判断金属活泼性方法：
（1）首先依据电子流向、电流流向、反应现象确定正负极。
（2）对于酸性电解质，一般是作负极的金属为较活泼金属，正极的为相对较不活泼的金属。
4．盐桥的作用：
电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。为解决这个问题，人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中，有时也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。
5．化学电源
高考中常见的化学电源有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”等新型电池，新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有：判断电极、离子、电子的流向、书写电极反应式等。不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。
（1）酸性介质
如稀H2SO4溶液：CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋
正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O
（2）碱性介质
如KOH溶液：CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成COeq \\al(2－,3)， O2在正极上得到电子生成OH－。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O
正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
（3）熔融盐介质
如K2CO3：在电池工作时，COeq \\al(2－,3)移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在COeq \\al(2－,3)的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成COeq \\al(2－,3)。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋6COeq \\al(2－,3)===8CO2↑＋4H2O
正极：3O2＋12e－＋6CO2===6COeq \\al(2－,3)
（4）其它介质
如掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－。
电极反应：负极：2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2↑＋4H2O
正极：3O2＋12e－===6O2－
6．思维方式：知识迁移
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移
C．负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
D．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O
2．科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
3．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
题3图 题4图
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造如示意题4图。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
拓展训练
5．镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如题5图（L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极）。下列说法不正确的是
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
题5 题6
6．某全固态薄膜锂离子电池截面结构如题6图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过aml电子时，LiPON薄膜电解质损失amlLi+
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为
D．电池总反应可表示为
7．一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2+由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
8. 科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
【随堂反馈】答案：
1．C 2．C 3．B 4．B 5．C 6 ．B 7．C 8. D
【课后作业】
1．如图是一种电解质溶液可以循环流动的新型电池。下列说法正确的是
A．Cu电极为正极
B．PbO2电极反应式：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
C．放电后循环液中H2SO4与CuSO4物质的量之比变小
D．若将Cu换成Pb，则电路中电子转移方向改变
2．一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93℃的共熔物)，其中氯铝酸根[AlnCleq \\al(－,3n+1)(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应：。下列说法错误的是
A．AlnCleq \\al(－,3n+1)含4n个Al—Cl键
B．AlnCleq \\al(－,3n+1)中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个
C．充电时，再生1mlAl单质至少转移3ml电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCleq \\al(－,3n+1)浓度越高
3．2019年度诺贝尔化学奖授予在锂离子电池发展做出贡献的三位科学家。某浓差电池的原理如下图所示，可用该电池从浓缩海水中提取LiCl溶液。下列有关该电池的说法不正确的是
A．该装置可在提取LiCl溶液的同时获得电能
B．电子由Y极通过外电路移向X极
C．正极发生的反应：2H＋＋2e－===H2↑
D．Y极每生成22.4 L Cl2，有2 ml Li＋从b区移至a区
4．ZulemaBrjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如下图所示。下列说法正确的是
A. 该装置可以在高温下工作
B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
C．负极反应式：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D．该装置工作时，电能转化为化学能
5. 锂－铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列说法不正确的是
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．通空气时，铜被腐蚀，产生Cu2O
C．放电时，正极的电极反应式：Cu2O＋2e－＋2H＋===2Cu＋H2O
D．整个反应过程中，氧化剂为O2
6．H2S废气资源化的原理：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ·ml-1。下图为H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是
A．电极b为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每流过4 ml电子，电池会产生632 kJ电能
D．每34 g H2S参与反应，有2 ml H＋经质子膜进入正极区
7．NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是
A．石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极
B．Y的化学式可能为NO
C．石墨Ⅱ极上的O2被氧化
D．石墨Ⅰ极的电极反应式：NO2＋NOeq \\al(－,3)－e－===N2O5
8. 二甲醚是一种绿色、可再生的新能源。下图是绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。该电池工作时，下列说法正确的是
A．a电极为该电池正极
B．O2在b电极上得电子，被氧化
C．电池工作时，燃料电池内部H＋从b电极移向a电极
D．电池工作时，a电极反应式：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋
9．执法交警最常用的一种酒精检测仪的工作原理如下图所示，其原理用化学方程式表示为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，被测者呼出气体中所含的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示其酒精含量。下列说法错误的是
A．呼出气体中酒精含量越高，微处理器中通过的电流越大
B．b为正极，电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电解质溶液中的H＋移向b电极
D．a极上的电极反应式：CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋
10. 以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是
A．以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池
B．A极为电池正极，发生还原反应
C．B极的电极反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．该电池的总反应为CH4＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃)) CO2＋2H2O
11．我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的SOeq \\al(2－,4)向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2
【课后作业】答案
1．C 2．D 3．D 4．C 5．C 6．D 7．C 8．C 9．D 10．D 11．B
由陌生装置图迁移到课本熟悉的装置图
燃
料
电
池
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