備戰(zhàn)2024年高考化學(xué)【一輪?夯基提能】復(fù)習(xí)精講精練

第31講原電池、新型化學(xué)電源

曜本講復(fù)習(xí)目標(biāo)

1.能分析、解釋原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。

2.能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。

3.會分析新型化學(xué)電源的工作原理，能正確書寫新型化學(xué)甩源的電極反應(yīng)式。

隰夯基?知識精講

一.原電池原理

1.原電池的概念

把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.，其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。

2.原電池的構(gòu)成條件

(1)有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨，燃料電池的兩個電極可以相同)。

(2)將電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)或離子導(dǎo)體中。

(3)兩電極間構(gòu)成閉合I川路(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)，需滿足三個條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接

或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。

(4)能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。

3.原電池的工作原理

如圖是Cu-Zn原電池裝置：

電極名稱負(fù)極正極

電極材料鋅片銅片

電池總反應(yīng)式Zn+Cu2*==Zn21+Cu

電極反應(yīng)Zn_2e=Zn2+Cu2++2e==Cu

電極質(zhì)量變化減小增大

反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

電子流向由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片

①電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移

離子移動方向

②鹽橋含飽和KC1溶液，K+移向正極，C「移向負(fù)極

(1)鹽橋中裝有飽和的KCKKNO3等溶液和瓊脂制成的膠凍。

(2)鹽橋的作用：

鹽橋的組成和作

①連接內(nèi)電路，形成閉合回路；

用

②平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流；

③可以提高能量轉(zhuǎn)化效率。

I中還原劑Zn與氧化劑C/一直接接觸，既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又有化

兩類裝置的不同學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗：

點II中還原劑Zn與氧化劑Ci?.不直接接觸，僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免

了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長，電流效率高。

4.原電池正、負(fù)極的判斷方法

【注意】

①活潑性強(qiáng)的金屬不?定作負(fù)極，對于某些原電池，如鎂、鋁和NaOH溶液組成的原電池，AI作負(fù)極,

Mg作正極。原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成思維定式一活

潑金屬一定是負(fù)極，但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。

②電子不能通過電解質(zhì)溶液，溶液中的離了不能通過鹽橋和導(dǎo)線(即電了不下水，離子不I：岸)。

③負(fù)極失去電子總數(shù)一定等于正極得到電子總數(shù)。

5.原電池原理的應(yīng)用

(1)設(shè)計制作化學(xué)電源

例：①根據(jù)Cu+2Ag，=Cu2+4-2Ag設(shè)計電池：

0

■三?

三

-一1

隹

1-3-;-

-:-<

--_

二

一

AgN(h溶液CuSO?溶液

②根據(jù)反應(yīng)2FeCL+Cu=2FeC12+CuC12設(shè)計原電池:

①不含鹽橋②含鹽橋

Cu.,c

三三li?二二

1溶

Fe(液

負(fù)極：Cu—2c-^=Cu2

正極：2Fe3++2e-=2Fe2+

(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率

一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時會使反應(yīng)速率增大。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量

CuS5溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率增大。

(3)比較金屬的活動性強(qiáng)弱

原電池中，一般活動性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動性弱的金屬(或非金屬導(dǎo)體)作正極。

(4)用于金屬的防護(hù)

使需要保護(hù)的金屬制品作原旦池正極而受到保護(hù)。例如：要保護(hù)一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可

用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。

【例題1】有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:

b[?~\a

實驗裝置

CuSO1溶液

【例題4】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()

A.①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極

B.②中Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg—2e，20H一===Mg(OHbl

C.③中Cu作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Cu-2e-=0)2+

D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e==H2T

【答案】C

【解析】

②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，而A1能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子，故A1是負(fù)極；③中Fe在濃硝酸中鈍

化,Cu和濃HNO3反應(yīng)失去電子作負(fù)極,Cu—2e-=2Cu2+,A錯誤,C正確：②中電池總反應(yīng)為2Al+2NaOH

4-2H2O=2NaAlO2+3H2f,負(fù)極反應(yīng)式為2A1+8OFT—6。=2A10￡+4H2O,二者相減得到正極反應(yīng)式為

6H：O+6e-=6OH"+3H21>B錯誤；④中Cu是正極，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4-=4OH一，D錯誤。

【例題5】利用電化學(xué)原理既能合成有機(jī)物，又能輸出電能。如圖所示裝置可合成苯胺，反應(yīng)進(jìn)行一段時間，

負(fù)極質(zhì)量減輕7.8g,D出口溶液增重0.19g。

(1)電流的方向為(填“A-B”或“B-A”)o

(2)生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為。

(3)電流效率〃=%o(產(chǎn)生成零'藍(lán)霽黑產(chǎn)數(shù)xlOO%,計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位)

_

【解析】

⑴由圖可知，Zn為活潑電極，作原電池的負(fù)極，多孔惰性電極為正極，電流由正極流向負(fù)極，即A-B。

6N()2在-3NH,?-?

NONH

A2A2

應(yīng)式為\^+6H+6c=\^+2H2Oo

(3)由負(fù)極質(zhì)量減輕7.8g,結(jié)合負(fù)極反應(yīng)：Zn—2e=Zn2,知能移電子總數(shù)為一，一鼻-儼2=0.24moL由

03g?moi

正極電極反應(yīng)知，正極溶液最終增加的質(zhì)量等于生成苯胺消耗的H+的質(zhì)量，即生成苯胺消耗0.19gH+,則

生成苯胺消耗的電子數(shù)為7堡筆=0.19mol,則電流效率為然x]()0%M9.2%。

1gniolU.24

二.常見的化學(xué)電源

1.電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

一是看電池單位質(zhì)量或體積輸出的電能多少(比能量)或輸出功率多少(比功率);

二是電池儲存的時間長短。

2.一次電池——干電池

只能使用一次，放電后不能再充電生原繼續(xù)使用。

(1)堿性鋅鎰電池

+

鋅粉和KKH

的混合物

-Mn()2

-金屬外殼

圖1

堿性鋅鎰電池的負(fù)極是Zn,正極是MnOz，電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:

總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2o

-

負(fù)極：Zn-2e+2OH-=ZE(OH)2；

正極：2MnCh+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-；

⑵銀鋅電池

浸有KOH溶液

的隔板

圖2

銀鋅電池的負(fù)極是Zn,正極是AgzO，電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下：

總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O^Zn(OH)24-2Ago

負(fù)極：Zn-2e+2OH=Zfi(OH)2;

正極：AgoO+2e+H2O=2Ag+2OH；

3.二次電池——充電電池或蓄電池

放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，乂稱為可充電電池或蓄電池。

(1)鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池是最常見的二次電池，負(fù)極材料是Pb,正極材料是PbO2，電解質(zhì)溶液為稀H￡Ch。

放甩

鉛酸蓄電池總反應(yīng)：Pb+Pb02+2H2SO4-電2PbSO442H2Oo

①放電時的反應(yīng)

-

負(fù)極反應(yīng)：Pb+SOr-2e=PbSO4；

+-

正極反應(yīng)：PbO2+4H+SOr+2c=PbSO4+2H2Oo

②充電時的反應(yīng)

-

陰極反應(yīng)：PbSO4+2e=Pb+SOr；

-+

陽極反應(yīng)：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H+SOFo

(2)鋰離子電池

一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨(Li,。)，正極材料為LiCoOM鉆酸鋰)，電解質(zhì)溶液為LiPF“六

放甩

氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無水)，其總反應(yīng)為Li、G+Li-CoO2康LiCoO2+Cv,其放電時電極反應(yīng)式為

負(fù)極：Li.tCy—xe-=xLi'+Cy；

正極：Lii-rCoCh+xLi++xe=LiCoC)2。

錯提醒】分析可充電電池問題，三汪意行

(1)放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。

(2)充電電池需要注意的是充電、放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)。

(3)充電時的電極反應(yīng)與放電時的電極反應(yīng)過程相反，充電時的陽極反應(yīng)恰與放電時的正極反應(yīng)相反，充電

時的陰極反應(yīng)恰與放電時的負(fù)極反應(yīng)相反。故二次電池充電時，可充電電池的正極連接外接電源的正極，

可充電電池的負(fù)極連接外接電源的負(fù)極。簡單記為“正接正、負(fù)接負(fù)，

(4)充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷

分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。

①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。

②再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極。

放電：陽離子一正極，陰離子一負(fù)極；

充電：陽離子一陰極，陰離子一陽極；

總之：陽離子一發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子一發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。

(5)書寫化學(xué)電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式時，關(guān)鍵是抓住氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的存在形式。

4.燃料電池

①特點：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化率超過8()%。燃料電池的電極本

身不參與反應(yīng)，燃料和氧化劑連續(xù)地由處部供給。通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)一般為氧氣。

②燃料電池常用的燃料:用、CO、水煤氣(CO和Hz)、燒(如CHj、C2H6)、醇(如CH3OH)、席(N2H，、

酸類(如CH30cH3)、氨(NH3)等。如無特別提示，燃料電池反應(yīng)原理類似于燃料的燃燒。

③燃料電池常用的電解質(zhì)：

a.酸性電解質(zhì)溶液，如H2sOJ溶液，-在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H+,生成H2O;

b.堿性電解質(zhì)溶液，如NaOH溶液，-在水溶液中不存在，在堿性環(huán)境結(jié)合HzO,生成OK；

c.中性電解質(zhì)溶液，如NaCI溶液，0?在水溶液中小存在，在中性環(huán)境結(jié)合HzO,生成OFT；

d.熔融氧化物：存在。2-。

e.熔融碳酸鹽，如K2cCh等，一般利用電解質(zhì)的陰離子配平電荷。

（1）氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，其中電解質(zhì)溶液可以是酸性的、中性的，也可以是堿性的。

種類酸性堿性中性

--2H-4e-=4H+

負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e=4H*2H2+4OH--4e=4H2O2

t--

正極反應(yīng)式O2+4e+4H=2H2OO2+2H2O+4e=4OHO2+2H2O+4e=40H

電池總反應(yīng)式2H2+O2=2H2O

備注燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用

（2）燃料電池電極反應(yīng)式書寫的常用方法

第一步：寫出電池總反應(yīng)式。

燃料電池的總反應(yīng)與燃料燃燒的反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲

烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為NaOH溶液）的反應(yīng)如下：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①+②可得甲烷燃料電池的總反應(yīng)式：CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O,其離子充程式為CH4

+202+2OH==COr+3H2OO

第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式。

根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是02,因電解質(zhì)溶液不同，故其電極反應(yīng)

也會有所不同：

燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式

+

酸性電解質(zhì)O24-4H+4C-=2H2O

-

堿性電解質(zhì)O24-2H2O4-4e"=4OH

固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)一）O?+4e=2O2

熔融碳酸鹽（如熔融K2co3）Ch+2CCh+4e==2c0曠

第三步：電池的總反應(yīng)式一電池的正極反應(yīng)式=電池的負(fù)極反應(yīng)式，注意在將兩個反應(yīng)式相減時，要

約去正極的反應(yīng)物02。

（3）舉例：以甲醇為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式。

①酸性溶液（或含質(zhì)子交換膜）

正極：,

,負(fù)極：o

②堿性溶液

正極：,

［負(fù)極：O

③固體氧化物（其中-可以在固體介質(zhì)中自由移動）

正極：，

,負(fù)極：O

④熔融碳酸鹽（CCT）

正極通入CC）2：，

［負(fù)極：O

【答案】

+

?|o2+6廣+6H=3H2OCH3OH-6e+H2O=CO2+6H-

-

@|o2+6e~+3H2O=6OH-CH30H—6c_+8OH=COf+6H2O

2-2

（3^O2+6e-=3OCH3OH-6e-+3O-=CO2+2H2O

@^>2+6e-+3CO2=3COfCH3OH-6e+3COf=4CO2+2H2O

【例題1］乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200°C左右時供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH+

3O;=2CO2+3H2O,電池示意圖如圖所示，下列說法中正確的是（）

A.電池工作時，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移

B,電池工作時，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極

C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2HQH+3H2O+l2e-=2CO2f+12H；

D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O+O2+4e-=4OFT

【答案】B

【解析】

通人乙醇的?極（a極）為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極（b極）為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時，

陽離子（質(zhì)子）向電池的正極遷移，A項不止確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，B

項正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，C項不正確；因為電池中使用的是磺酸類質(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)

式中不能出現(xiàn)OH，D項不正確。

【例題2】銀鎘電池是一種新型的封閉式體積小的可充電電池。其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是

（）

A.放電時b極為正極

B.放電時a極的反應(yīng)為Cd+2e-+20H=Cd（OH）2

C.充電時電流的方向：外電源正極一＞b極一電解質(zhì)溶液-a極

D.用該電池提供的電能電解飽用食鹽水，電路中通過0.2mole，陰極生成0.2g出

【答案】B

【解析】

根據(jù)圖中電子流向可知，放電時a極為負(fù)極，b極為正極，故A正確：負(fù)極失電子，故B錯誤；用該電池

提供的電能電解飽和食鹽水，陰極反應(yīng)式為2H2O+2e=H2T-I-2OH,電路中通過0.2mole,則陰極生

成氫氣的物質(zhì)的量為0.1mol,質(zhì)量為0.2g,故D正確。

【例題3】一種以某固體氧化物為電解質(zhì)的新型燃料電池，工作原理如圖所示。在700?900℃

時，一可在該固體氧化物電解質(zhì)中自由移動，產(chǎn)物對環(huán)境無污染（設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的

值）。下列說法正確的是（）

負(fù)載

固體氧化

物電解質(zhì)

A.若A為氫氣，則正極反應(yīng)式為H2-2b+CP=%0

B.若B為氧氣，則該電極反應(yīng)式為02+4。+2H2O=4OH

C.若A為甲烷，則消耗32g甲烷時，外電路中流過的電子數(shù)目為16NA

D.若A為朋(N2H4),B為氧氣，則電池總反應(yīng)為N2H4+3O2=2NO2+2H2O

【答案】C

【例題4】書寫不同環(huán)境下甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式。

⑴酸性條件

正極反應(yīng)式：；

負(fù)極反應(yīng)式：o

(2)減性條件

正極反應(yīng)式：；

負(fù)極反應(yīng)式：。

⑶固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)。2一)

正極反應(yīng)式：：

負(fù)極反應(yīng)式：o

(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2c03)環(huán)境下

正極反應(yīng)式：：

負(fù)極反應(yīng)式：。

【答案】

⑴202+8H'+8e"=4H2O

-+

CH4-8e+2H20=82+8H

⑵2O2+4H2O+8e-=8OH-

-

CH4+IOOH--8e=C0f+7H2O

-

(3)2O2+8e=4O^

2--

CH4+4O-8C=CO2+2H2O

(4)202+4CO2+8e=4CO?'

CH4+4c0歹一8e-=5CO2+2H2O

【例題5】

(1)我國科學(xué)家研究Li-CCh電池，取得了重大科研成果，回答下列問題：

①Li-CCh電池中，Li為單質(zhì)鋰片，則該電池中的CCh在_______(填“正”或"負(fù)”)極發(fā)生電化學(xué)

反應(yīng)。研究表明，該電池反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鋰和單質(zhì)碳，且C02電還原后與鋰離子結(jié)合形成碳

酸鋰按以下4個步驟進(jìn)行，寫出步驟III的離子方程式。

I.282+2。=C2OZ

H.C2Or=CO2+COF

IIL。

IV.COr+2Li4=Li2COs

②研究表明，在電解質(zhì)水溶液中，C02氣體可被電化學(xué)還原。

C02在堿性介質(zhì)中電還原為正丙醇(CH3cH2cH20H)的電極反應(yīng)方程式為。

(2)12020?江蘇高考節(jié)選)研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區(qū)間用允許K\

H+通過的半透膜隔開。

半透膜

①電池負(fù)極電極反應(yīng)式為;放電過程中需補(bǔ)

充的物質(zhì)A為(填化學(xué)式)。

②圖中所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過HCOOH與O2的反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化

為也能，其反應(yīng)的離子方程式為。

【答案】

⑴①正2c03'+CO2=2COf+C

②12cCh+18e-+4H2O=CH3cH2cH20H+9coM

-

(2)①HCOCT+20H-2e-=HC0f+H20H2SO4

-

?2HC00H+2OH+O2=2HCO^+2H2O

【解析】

⑴①由題意知，Li-CCh電池的總反應(yīng)式為4Li+3CCh=2Li2c03+C,CO2發(fā)生得電子的還原

反應(yīng)，則CO2作為電池的正極；COz電還原后與Li，結(jié)合成Li2co3,按4個步驟進(jìn)行，由步驟

II可知生成了COr,而步驟IV需要COM參加反應(yīng)，所以步驟HI的離子方程式為2co歹+

CQ2=2COr+Co

三.新型化學(xué)電源

解答新型化學(xué)電源問題:

(I)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析元素化合價的變化，確定正、負(fù)極反應(yīng)物。

(2)注意溶液酸堿性環(huán)境，書寫正、負(fù)極反應(yīng)式。

(3)依據(jù)原電池原理或正、負(fù)極反應(yīng)式分析判斷電子、離子的移向，電解質(zhì)溶液的酸堿性變化。

(4)靈活應(yīng)用守恒法、關(guān)系式法進(jìn)行計算。

1.鋰電池與鋰離子電池

(1)鋰電池

鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被

氧化為Lil負(fù)極反應(yīng)均為Li—0==LJ,負(fù)極生成的Li'經(jīng)過電解質(zhì)定向移動到正極。

(2)鋰離子二次電池

①鋰離子電池基于電化學(xué)“嵌入/脫嵌“反應(yīng)原理，替代了傳統(tǒng)的“氧化一還原”原理：在兩極形成的電壓

降的驅(qū)動下，Li卡可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌工

-

②鋰離子電池充電時陰極反應(yīng)式一般為Cb+xLi'+xe=LiAC6；放電時負(fù)極反應(yīng)是充電時陰極反應(yīng)的

逆過程：LiCj—xe—=C6+xL「。

③鋰離子電池的正極材料一般為含Li'的化合物，目前已商業(yè)化的正極材料有LiFcPCh、LiCoO2.

LiMmO4等。

2.微生物燃料電池

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本T作原理是在

負(fù)極至厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并秤放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生

物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到正極,

氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。

3.物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池

根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區(qū)域，陰離子移向負(fù)極區(qū)域)判斷電

池的正、負(fù)極，是分析該電池的關(guān)鍵。

4.濃差電池

(1)在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜

①常見的離子交換膜

陽離子交換膜只允許陽離子(包括H')通過

陰離子交換膜只允許陰離子通過

質(zhì)子交換膜只允許H+通過

②離子交換膜的作用

a.能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

b.能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

③離子交換膜的選擇依據(jù)：離子的定向移動。

（2）“濃差電池”的分析方法

濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃

度''移向"低濃度”，依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極，這是解題的關(guān)鍵。

A.電池工作過程中a極區(qū)附近溶液的pH增大

C.電池工作過程中，電子由a極流向b極

【答案】A

【詳解】

A.電池工作過程中a極區(qū)生成氫離子，溶液的pH減小，故A錯誤：

B.b極發(fā)生還原反應(yīng)，電極式正隨，故B正確；

C.電池工作過程中，電子由負(fù)極流向正極，由a極流向b極，故C正確:

故選Ao

【例題2】鋰液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰

[Li6,（2-8）]分別作兩個電極的反應(yīng)物，固體AI2O3陶瓷（可傳導(dǎo)Li+）為電解質(zhì)，其反應(yīng)原理如圖所示。下

列說法錯誤的是()

A.該電池比鈉液態(tài)多硫電池的比能量高

B.放電時，內(nèi)電路中Li*的移動方向為從電極a到電極b

C.AI2O3的作用是導(dǎo)電、隔離電極反應(yīng)物

D.充電時，外電路中通過0.2mol電子，陽極區(qū)單質(zhì)硫的質(zhì)量增加3.2g

【答案】D

【解析】

由圖分析知電極a為負(fù)極，電極b為正極，放電時，內(nèi)電路中從電極a移向電極b,B正確：AI2O3為固

體電解質(zhì)，能導(dǎo)電，同時將兩極反應(yīng)物隔開，C正確：當(dāng)外電路中通過0.2mole一時，陽極區(qū)生成Sixmol

硫，故陽極區(qū)生成硫的質(zhì)晟為3.2xg,D錯誤。

【例題3】液流電池是電化學(xué)儲能領(lǐng)域的一個研究熱點，其優(yōu)點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為一種中

性Zn/Fe液流電池的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。下列有關(guān)說法錯誤的是()

A.充電時電極A連電源負(fù)極

B.放電時正極電極反應(yīng)為Fe(CN)r+e-=Fe(CN)6-

C.放電時負(fù)極區(qū)離子濃度增大，正極區(qū)離子濃度減小

D.充電時陰極電極反應(yīng)：ZnBn+2e=Zn+4Br-

【答案】C

【解析】

由圖可知，放電時，電極A為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn+4Br--2e-==ZnBrT，放電時負(fù)極區(qū)離子濃度減小,

C錯誤；電極B為正極，電極反應(yīng)式為Fe(CN)『+e-=Fe(CN)〃，故B正確；充電時，電極A連電源負(fù)

極，作電解池的陰極，電極反應(yīng)式為ZnB1r+2L=Zn+4Br，故A、D正確。

【例題4】利用電解質(zhì)溶液的濃度對電極電勢的影響，可設(shè)計濃差電池。某熱再生濃差電池工作原理如圖所

示，通入NH3時電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，右側(cè)電極質(zhì)量增加，中間A為陰離子交換膜，放電后

可利用廢熱進(jìn)行充電再生。下列說法不正確的是()

2+

已知：CU+4NH?CU(NH3)5~O

-t

A.放電時，左側(cè)電極發(fā)生氧化反應(yīng)：Cu4-4NH3-2e=Cu(NH3)i

B.放電時，電池的總反應(yīng)為CU2++4NH3=CU(NH3)?A/7>0

C.放電時，NO］經(jīng)離子交換膜由右側(cè)向左側(cè)遷移

D.上述原電池的形成說明相同條件下，Cu(NH3)?的氧化性比C/+的弱

【答案】B

【解析】

-

通入NH3時電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，則左側(cè)電極作負(fù)極，電極反應(yīng)為Cu+4NH3-2e=Cu(NH3)

r：右側(cè)電極質(zhì)量增加，則右側(cè)電極作正極，電極反應(yīng)為C/++

2e=Cu,則放電時電池的總反應(yīng)為CU2++4NH3==CU(NH3)-,結(jié)合題給信息可知，AH<0,A項正確、

B項錯誤；A為陰離子交換膜，貝］放電時，NO：經(jīng)離子交換膜由右側(cè)向左側(cè)遷移，C項正確；負(fù)極反應(yīng)中，

Cu作還原劑，失電子生成氧化產(chǎn)物Cu(NH3)f,正極反應(yīng)中

C產(chǎn)作氧化劑，相同條件下，氧億劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性，則氧化性：Cu2+>

Cu(NH3)f,D項正確。

【例題5］中科院福建物構(gòu)所首次構(gòu)建了一種可逆水性ZnCO2電池，實現(xiàn)了CO?和HCOOH之間的高效可

逆轉(zhuǎn)換，其反應(yīng)原理如圖所示：

已知雙極膜可將水解離為H+和OH,并實現(xiàn)其定向通過。下列說法錯誤的是()

A.放電時，負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn+4OH「-2e=Zn(OII)4

B.CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH過程中，Zn電極的電勢低于多孔Pd電極

C.充電過程中，甲酸在多孔Pd電極表面轉(zhuǎn)化為CO2

D.當(dāng)外電路通過2moi電子時，雙極膜中離解水的物質(zhì)的最為1mol

【答案】D

【解析】

據(jù)圖可知，Zn發(fā)生失去電子的反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-=Zn(0H)r,A正確；多孔Pd電極為

正極，負(fù)極電勢較低，B正確；充電過程中，HCOOH轉(zhuǎn)化為CO2,C正確；根據(jù)溶液呈電中性可知，外電

路通過2moi電子時，雙極膜中離解水的物質(zhì)的量為2mol,D錯誤。

隰提能?課后精練

1.（2023?全國?高三專題練習(xí)）有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:

r@-i.

annd

實驗裝置

CuSO,溶液稀硫酸稀硫酸

裝置一裝置二裝置三裝置四

部分實驗a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量b極有氣體產(chǎn)生，c極無d極溶解，c極有氣體電流從a極流向d

現(xiàn)象增大變化產(chǎn)生極

由此可判斷這四種金屬的活動性順序是

A.a>b>c>dB.b>c>d>aC.d>a>b>cD.a>b>d>c

【答案】C

【詳解】

裝置一：形成原電池，a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加，a極為負(fù)極，b極為正極，所以金屬的活動性順序a>

b；

裝置二：未形成原電池，b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化，所以金屬的活動性順序b>c；

裝置三：形成原電池，d極溶解.，所以d是負(fù)極，c極有氣體產(chǎn)生，所以c是正極，所以金屬的活動性順序

d>c；

裝置四：形成原電池，電流從a極流向d極，a極為正極，d極為負(fù)極，所以金屬的活動性順序d>a；

所以這四種金屬的活動性順序為d>a>b>c；

故選：Co

2.（2023?全國?高三專題練習(xí)）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的

是

A.反應(yīng)CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH』轉(zhuǎn)移8moi電子

B.電極A上山參與的電極反應(yīng)為H2+2OH-2e=2H2O

C.電池工作時，CO；向電極B移動

D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e=2CO；

【答案】D

【詳解】

電極A上燃料參與反應(yīng)失去電子做負(fù)極，電極B氧氣得電子做正極，外電路自由電子形成電流，方向為從

B到A,內(nèi)部陰陽離子形成電流，方向從A到B,依此解題。

A.CH,中C元素的化合價為4價，CO中C元素的化合價為+2價，每個碳原子轉(zhuǎn)移6個電子，因此每消

耗1molCFU轉(zhuǎn)移6moi電子,A錯誤;

故選D。

3.(2023?遼寧丹東?統(tǒng)考二模)鋅鐵液流電池由于安全、穩(wěn)定、電解液成本低等優(yōu)點成為電化學(xué)儲能熱點

技術(shù)之一。某堿性鋅鐵液流電池工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是

A.電子流動方向：Zn電極-導(dǎo)線-惰性電極

B.放電時左池中溶液pH逐漸減小

【答案】C

【詳解】

由圖可知，Zn失去電子生成Zn(0H);，則Zn極為負(fù)極，電極方程式為：Zn+4OH-2e=Zn(OH)；-,惰性

電極為止極，F(xiàn)e(CN)：■得到電子生成Fe(CN)：,電極方程式為：Fe(CN)t+e=Fe(CN)：-,以此解答。

A.由分析可知，Zn極為負(fù)極，情性電極為正極，原電池中電子流動方向：Zn電極一導(dǎo)線―惰性電極，故

A正確；

B.由分析可知，左池為正極區(qū)，電極方程式為：Fe(CN)t+e=Fe(CN)：-,則左側(cè)池中OH通過PBI膜進(jìn)入

右側(cè)池，左側(cè)池中OH濃度降低，酸性增強(qiáng)，pH逐漸減小，故B正確：

故選C。

4.(2023?廣東深圳?統(tǒng)考二模)直接NaBHjH?。?燃料電池具有比能量高等優(yōu)點，該電池正、負(fù)極區(qū)域電解

質(zhì)溶液分別為H2so4溶液、NaOH溶液，并采用陽離子交換膜，放電時

C.Na，由負(fù)極移向正極

【答案】C

【詳解】

+

B.由分析可知，電極反應(yīng)式為：H2O2+2H+2e=2H2O,B錯誤;

C.原電池內(nèi)部電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，即Na+由負(fù)極移向正極，C正確：

故答案為：C。

5.（2023?全國?高三專題練習(xí)）下列有關(guān)電化學(xué)知識的描述正確的是

A.鋅、銅與稀硫酸組成的原電池，在工作過程中，電解質(zhì)溶液的pH保持不變

D.燃料電池是利用燃料和氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再轉(zhuǎn)化為電能的化

學(xué)電源

【答案】B

【詳解】

A.鋅、銅與稀硫酸組成的原電池，在工作過程中，田在正極上放電生成Hz,電解質(zhì)溶液的pH增大，A錯

誤；

D.燃料電池是利用燃料和氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的化學(xué)電源，D錯誤；

故選B。

卜.列說法正確的是

A.放電時，電極M為正極，發(fā)生還原反應(yīng)

B.放電時，陽極的電極反應(yīng)為：LixC6e=Li+6C

D.充電時，Li+向電極N移動

【答案】C

【詳解】

A.放電時，電極M上發(fā)生的電極反應(yīng)為Li、C6xe=xLi++6C,為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，選項A錯

誤；

D.充電時，Li+向電解池的陰極，即原電池的負(fù)極電極M移動，選項D錯誤；

答案選C。

【答案】A

【解析】略

8.（2023?遼寧?模擬預(yù)測）實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)。下列有關(guān)化學(xué)實驗的敘述正確的是

A.用圖1裝置比較Cu和Fe的活潑性強(qiáng)弱

B.用圖2裝置制取乙酸乙酯

C.用圖3裝置制取并收集干燥的氨氣

D.縮小圖4中容器體積，H2（g）+L（g）=±2HI（g）平衡逆向移動，氣體顏色加深

【答案】A

【詳解】

A.圖1裝置為原電池，根據(jù)電流表可判斷形成的原電池的正負(fù)極，F(xiàn)e為負(fù)極，Cu為正極，可說明Fe比

Cu活潑，A項正確；

故選Ao

A.M極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

C.甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小

【答案】C

【詳解】

A.從電子流向分析，M為電子流出的一極，為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確;

故選C。

10.（2023?全國?高三專題練習(xí)）某同學(xué)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)Fc+Cu2+=Fe2++Cu,并利用實驗室材料制作原電池。

下列關(guān)于該原電池組成的說法正確的是

選項ABCD

正極石墨棒石墨棒鐵棒銅棒

負(fù)極鐵棒銅棒銅棒鐵棒

電解質(zhì)溶液CuCb溶液CuCb溶液FeSCU溶液FeSCh溶液

A.AB.BC.CD.D

【答案】A

【詳解】

根據(jù)反應(yīng)Fe+Cu2+=Fe2++Cu,可知該原電池中Fe為負(fù)極，正極選用比鐵不活潑的金屬或碳棒，電解液為含

C產(chǎn)的溶液。

A.由分析可知Fe為負(fù)極，碳棒為正極，CiB的溶液為電解液，A正確：

B.Fe為負(fù)極，不能為銅棒，B錯誤;

C.鐵和銅作原電池電極，鐵更活潑應(yīng)為負(fù)極，C錯誤；

D.由分析可知電解液為含CiP+的溶液，D錯誤；

故選Au

11.(2023?江西南昌?統(tǒng)考二模)沉積物微生物燃料電池(SMFC)可以將沉積物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，

同時加速沉積物中污染物的去除，用SMFC處理含硫廢水的工作原理如圖所示。下列說法正確的是

A.外電路的電流方向是從b到a

B.碳棒a附近酸性增強(qiáng)

D.升高溫度可提高電池的能量轉(zhuǎn)化效率

【答案】C

【詳解】

根據(jù)光合菌產(chǎn)生的02得電子結(jié)合H+得到H2O,碳棒a為正極，F(xiàn)eSx在硫氧化菌的作用下被氧化為S,S在

硫氧化菌的作用下被氧化為硫酸根。

A.根據(jù)分析可知b極為負(fù)極，a極為正極，正極的電勢高于負(fù)極，外電路的電流方向是從a到b,選項A

錯誤;

B.a為正極，光合菌產(chǎn)生的02得電子結(jié)合H+得到H2。，電極反應(yīng)為O2+4e+4H+=2比0,酸性減弱，選項B

錯誤；

D.升高溫度可能引起光合菌、硫氧菌失去生理活性，降低電池的能量轉(zhuǎn)化效率，選項D錯誤；

答案選C。

12.（2023?浙江?高三統(tǒng)考專題練習(xí)）化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法正確的

是

A.圖甲：鋰電池放電時，電解質(zhì)溶液中Li+向鋰電極遷移

B.圖乙：鋅筒作正極

C.圖丙：鉛蓄電池放電時電子流入鉛所在電極

D.圖?。涸撾姵毓ぷ鲿r，標(biāo)況下每消耗22.4LO2轉(zhuǎn)移4moi電子

【答案】D

【詳解】

A.圖甲中，鋰電池放電時，鋰電極為負(fù)極，電解質(zhì)溶液中向正極遷移，所以應(yīng)該向多孔碳電極移動，

A錯誤；

B.原電池中，較活潑的金屬為負(fù)極，所以在鋅鋪干電池中，鋅筒為負(fù)極，B錯誤；

C.電池放電時，電子從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極，在鉛蓄電池中，鉛電極為負(fù)極，是電子流出的一級,

C錯誤；

故選D。

13.（2023春?全國?高三專題練習(xí)）微生物脫鹽電池既可以處理廢水中和錢鹽，同時又能實現(xiàn)每水的淡化,

原理如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過。下列說法正確的

是

A.電極a為正極，該電極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.X離子交換膜為陽離子交換膜，Y離子交換膜為陰離子交換膜

C.電極b上，每生成標(biāo)況下2.24LN2,電路中轉(zhuǎn)移0.6mol電子

D.電池工作一段時間后，電極a和電極b產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量之比為1：2

【答案】C

【詳解】

A.該原電池工作時，電極a為負(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯誤；

B.由上述分析可知，X離子交換膜為陰離子交換膜，Y離子交換膜為陽離子交換膜，故B錯誤；

故選：Co

14.（2023秋?福建三明?高三統(tǒng)考期末）一種新型短路膜電化學(xué)電池消除CO：裝置如圖所示。下列說法錯誤

的是

A.短路膜和常見的離子交換膜不同，它既能傳遞離子，還可以傳遞電子

D.該裝置可用于空氣中CO2的捕獲，緩解溫室效應(yīng)

【答案】C

【詳解】

由圖可知，正極氧氣發(fā)生還原反應(yīng)結(jié)合二氧化碳生成碳酸根離子，負(fù)極氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)后與碳酸氫根離

子反應(yīng)生成二氧化碳；

A.根據(jù)圖示可知，短路膜內(nèi)既有碳酸氫根離子，也有電子，故A正確；

B.正極氧氣發(fā)生還原反應(yīng)結(jié)合二氧化碳生成碳酸根離子，氧元素0價降為2價，則Imol氧氣反應(yīng)需轉(zhuǎn)移

4mol電子，故B正確：

D.根據(jù)裝置圖可知，吸收含二氧化碳的空氣，釋放不含二氧化碳的空氣，故D正確；

答案選C。

15.（2023秋?全國?高三專題練習(xí)）應(yīng)用電化學(xué)方法，對水體消毒并去除余氯，裝置如卜.圖所示。下列說法

正確的是

電源