化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化

【學(xué)科素養(yǎng)】

1.變化觀念與平衡思想：能多角度、動(dòng)態(tài)地分析電池中發(fā)生的反應(yīng)，并運(yùn)用原理解決實(shí)際問(wèn)題。

2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能分析電池中發(fā)生的反應(yīng)，運(yùn)用原理從定性和定量角度推出合理結(jié)論。

考點(diǎn)考題

2021全國(guó)甲卷笫9題

2021全國(guó)乙卷第11題

2020山東等級(jí)考第12題

考點(diǎn)一:原電池2020全國(guó)I卷第11題

2018全國(guó)I卷第13題

2018全國(guó)I卷第27題⑶

2017全國(guó)甲卷第11題

2021湖南選擇考第12題

考點(diǎn)二：化學(xué)電源2020山東等級(jí)考第13題

2019全國(guó)I卷第12題

2021全國(guó)乙卷第12題

2020全國(guó)n卷第11題

2020山東等級(jí)考第14題

考點(diǎn)三：電解池2020全國(guó)I卷第11題

2019全國(guó)DI卷第13題

2018全國(guó)TT卷第12題

2018全國(guó)W卷第11題

考點(diǎn)一：原電池（基礎(chǔ)性考點(diǎn)）

-----必備知識(shí)?夯實(shí)?一

（一）微觀層面認(rèn)識(shí)原電池

1.原電池的概念和反應(yīng)本質(zhì)

（1概念：是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

（2冰質(zhì)：能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

2.構(gòu)成原電池的三個(gè)條件

一看反應(yīng)看能發(fā)生型進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)

二看電極一般是活潑性—丕同—的兩電極（金屬或石墨）

形成閉合回路需三個(gè)條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極與電

三看是否形成閉合回路

解質(zhì)溶液相接觸；③兩電極之間直接或間接接觸。

，辨易錯(cuò)

⑴中和反應(yīng)放熱，可以設(shè)計(jì)成原電池。（x）

提示：中和反應(yīng)中沒(méi)有電子的轉(zhuǎn)移。

(2)原電池裝置中，溶液中的阻離子移向正極，陽(yáng)離子移向負(fù)極。(X)

提示：原電池陰離子移向負(fù)極，E日離子移向正極。

(3)原電池中的兩電極一定是活潑性不同的金屬材料。(X)

提示：氫氧燃料電池的正負(fù)極都是碳電極。

3.原電池的工作原理

(D圖解原電池工作原理

(2)以鋅銅原電池為例，分析原電池工:作原:理

L1

CuSCh溶液力永止

:1----:

■———■

■———I4瞿橋曙

ZnSOs溶液CuSO)容液

III

電極名稱負(fù)極正極

電極材料ZnCu

電極反應(yīng)Zn-2e=Zn2*Cu2++2e=Cu

反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

電子流向負(fù)極到正極

鹽橋中

陰離子向負(fù)極遷移，陽(yáng)離子向正極遷移

離子移向

＞深思考

(1)11中鹽橋的作用是什么？

提示：①形成閉合回路；②平衡電荷。

(2迎裝置比I裝置有哪些優(yōu)點(diǎn)？

提示：防止氧化劑和還原劑直接反應(yīng)，提高能量轉(zhuǎn)化率。

(3)原電池中的三個(gè)方向

①電子方向：負(fù)極-導(dǎo)線-正極。

②電流方向：正極一導(dǎo)線一負(fù)極。

③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽(yáng)離子向正極遷移。

助理解以銅鋅原電池為例構(gòu)建原電池的認(rèn)知模型

原理

宏

觀

現(xiàn)

象鋅片電流表指針偏轉(zhuǎn)有紅色

微

觀溶解電子移動(dòng)方向物質(zhì)生成

過(guò)

程陰離子移向一

電

極

產(chǎn)

物陽(yáng)離子移向

氧化產(chǎn)物還原產(chǎn)物

頻

極］失電子I得電子

小

激還原劑氧化劑

:裝置

失e?場(chǎng)所電子離子得e.場(chǎng)所

（負(fù)極材料）導(dǎo)體導(dǎo)體（正極材料）

（二）宏觀層面應(yīng)用原電池

I.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱

負(fù)極：活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬；正極：活動(dòng)性較弱的金屬。（一般規(guī)律）

2.加快化學(xué)反應(yīng)速率

一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率加快。

如Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率加快。

3.四步法設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源

怖分反應(yīng)卜（將K化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)

選擇電極'將還原劑（一般為比較活潑金屈）作」^

材料活潑性比負(fù)極明的金屬或非金以導(dǎo)體作

3

如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行（中

構(gòu)成閉合

間連接鹽橋）,則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液

回路

應(yīng)含有與電極材料相同的金園的陽(yáng)曲子

畫出裝結(jié)合要求及反應(yīng)特點(diǎn).畫出原電池裝置圖.

置圖標(biāo)出電極材料名稱、IE負(fù)極、電解質(zhì)溶液等

4.用于金屬的防護(hù)

使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。

＞補(bǔ)短板原電池加快反應(yīng)速率的理解

在理解形成原電池可加快反應(yīng)速率時(shí)，要注意對(duì)產(chǎn)物量的理解,Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSQi溶液,

鋅足量時(shí)，不影響產(chǎn)生比的物質(zhì)的量，但稀硫酸足量時(shí)，產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量要減少。

----關(guān)鍵能力?進(jìn)階-----

V能力點(diǎn)：原電池正、負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)式的書寫

1.原電池電極反應(yīng)式的書寫

（1用寫步驟

列物質(zhì)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)）_參加反應(yīng)的微粒

標(biāo)得失一I正極發(fā)生還原反應(yīng)）一和得失電子數(shù)

在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極

看環(huán)境

產(chǎn)物，即H，（）H、乩（）等是否參加反應(yīng)

配守恒

遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒

兩式加

-兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對(duì)照驗(yàn)證

驗(yàn)總式

（2用寫方法

①方法一：拆分法

32+2+

a.第一步：寫出原電池的總反應(yīng)，如：2Fe++Cu=2Fe+Cuo

b.第二步：把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng),如：

正極：2Fe5++2e-=2Fe2+

負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+

②方法二：加減法

a.第一步：寫出總反應(yīng)，如：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4o

b.第二步：寫出其中容易寫出的一個(gè)半反應(yīng)（正極或負(fù)極），如：Li?e-==Li+（負(fù)極）。

+

c.第三步：利用總反應(yīng)式與上述的一極反應(yīng)式相減，即得另一個(gè)電極的反應(yīng)式,即LiMn2O4+Li+e-

=52乂1]2。4證極）。

2.原電池原理與正、負(fù)極判斷的“五維角度”

較活潑

、小七丁較不活潑金屬.金屬.

①CN構(gòu),度方面一[或?qū)?靛金屈|輒化:

②電極反應(yīng)一（還原反應(yīng)｝反應(yīng)

③電子流向一（電子流入卜

極流出

④反應(yīng)現(xiàn)象懾望不斷

溶解

陽(yáng)離子移向陰離子

移向J

＞典例精研

【典例】（2020.全國(guó)m卷）一種高性能的堿性①硼化鋼（VB2）.空氣②電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)

生反應(yīng)：VB2+I6OH--He-=VO：-+2B（OH）；+4%O③。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

負(fù)或

A.5i載通過(guò)0.04mol電了時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)0?參與反應(yīng)

B.正極區(qū)溶液的pH降低，負(fù)極區(qū)溶液的pH升高

C.電池總反應(yīng)為4VB2+1102+20OH-+6H2O=8B(OH)；+4V0：

D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB?電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極

I解題思維I解答本題的思維流程如下：

提?、賶A性；②硼化鋼(VB2)-空氣；

信息③VB?電極反應(yīng)式

①堿性電池溶液中不可能生成H+；②硼化鋼(VB?-空氣電池，空氣中有氧氣，

信息

則空氣一極通常作正極，則硼化鋼一極作正極；③根據(jù)電極反應(yīng)式可判斷出

轉(zhuǎn)化

電子轉(zhuǎn)移情況及硼化鋼電極的生成物。

反應(yīng)一段時(shí)間后，電池中左池溶液的pH是升高還是降低？為什么？

質(zhì)疑提示：降低，因?yàn)橄牧?H,

【解析】選B。該電池中02在正吸發(fā)生的反應(yīng)為02+2H2。+4e-=40H-,所以負(fù)載通過(guò)0.04mol電子

時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)02參與反應(yīng)，A正確；根據(jù)正負(fù)極電極反應(yīng)式可知使用過(guò)程中負(fù)極區(qū)溶液的pH

降低、正極區(qū)溶液的pH升高，B錯(cuò)誤；根據(jù)兩極電極反應(yīng)式可知電池總反應(yīng)為4VB2+1102+200H-+

6Hg==8B(OH)j+4VO；,C正確；VB＞電極和復(fù)合碳電極分別為電池的負(fù)極、正極，根據(jù)物理學(xué)知

識(shí)可知電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極,D正確。

＞原因分析?理論解釋

(1)分析判斷裝置中的離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜還是陰離子交換膜？

是陰離子交換膜,原因：VB?在負(fù)極失電子結(jié)合0H-生成B(OH)r_0

(2府同學(xué)認(rèn)為：本電池工作時(shí)電子從VB2電極出發(fā)沿導(dǎo)線到達(dá)復(fù)合碳電極，再經(jīng)KOH溶液回到VB?電極，

從而構(gòu)成閉合回路的。此同學(xué)的認(rèn)識(shí)是否正確?不正確,原因是電子不能通過(guò)溶液，電解質(zhì)溶液中轉(zhuǎn)移的

是離子。

遷移應(yīng)用

?命題角度一：原電池裝置及電極的判斷

I.分析下圖所示的四個(gè)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作正極，電極反應(yīng)式為6H2O+6e'=60H'+3H2T

C.③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+

D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2T

【解析】選Bo②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，而AI能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子,故AI是負(fù)極；②中

電池總期為2A1+2NaOH+6H2O=2Na[AI（OH）4l+3H,負(fù)極反應(yīng)式為2AI+8OH--6e-=2[A1（OH）41

一,二者相減得到正極反應(yīng)式為6H2。+6c-=6OH-+3H2f,B項(xiàng)正確；③中Fc在濃硝酸中鈍化，Cu和

濃HNO3反應(yīng)失去電子作負(fù)極，A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；④中Cu是正極，電極反應(yīng)式為02+2H2。+4e-=40H

-,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

2.（2022.汕頭模擬）一種電池裝置如圖所示，它能溶解輝銅礦石（主要成分是CRS）制得硫酸銅。下列說(shuō)法正

確的是（）

N

細(xì)菌

-—碳傳

輝銅礦石

CuSO」溶液FeKSOJ溶液

X交換膜

A.M極為正極

B.X交換膜為陽(yáng)離子交換膜

2++

C.M極上的電極反應(yīng)式為Cu2S-10e-+4H2O=2CU+8H+SOr

D.外電路上每通過(guò)2mol電子，左室溶液增重32g

【解析】選Q電池工作時(shí)，M極：Cu2s轉(zhuǎn)化為CuSO4,失電子為負(fù)極，則N極為正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；M

22

極上的電極反應(yīng)式為Cu2S-10e-+4H2O=2CU++8H++SO；-，因?yàn)镸極產(chǎn)生的Cu+與SO：的物

質(zhì)的量比為2:1,故右室中SO；*需通過(guò)X交換膜進(jìn)入左室，則X交換膜是陰離子交換膜，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C

項(xiàng)正確；因?yàn)橥怆娐飞厦客ㄟ^(guò)2mol電子,左室溶液中除了有0.2molCu2s溶解,還有右室中的SO?通

過(guò)X交換膜進(jìn)入左室，故增重超過(guò)32g,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

?命題角度二：原電池的工作原理

3.（2022.深圳模擬）鋅空氣電池（原理如圖）適宜用作城市電動(dòng)車的動(dòng)力電源，該電池放電時(shí)Zn轉(zhuǎn)化為

Zn0o該電池工作時(shí)下列說(shuō)法不正確的是（）

A.多孔板的目的是增大與空氣的接觸面積

B.該電池的正極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-

C.該電池放電時(shí)K+向石墨電極移動(dòng)

D.外電路電子由Zn電極流向石墨電極再通過(guò)電解質(zhì)溶液流回Zn電極

【解析】選Do石墨電極作為正極，多孔板可以增大與空氣的接觸面積，A正確；正極上氧氣被還原，電

解質(zhì)顯堿性，所以正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，B正確；石墨電極為正極，原電池中陽(yáng)離

子移向正極，即K+向石墨電極移動(dòng)，C正確；電子不能在電解質(zhì)溶液中流動(dòng)，D錯(cuò)誤。

4.(2022?青島模擬)利用人工模擬光合作用合成甲烷的原理為CO2+2H2O=CH4+20,,裝置如圖所示,

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.該裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能

B.電子從氮化錢電極經(jīng)負(fù)載流向銅電極

C.銅電極上電極反應(yīng)式：CO2+8H+-8e-=CH4+2H2O

D向裝置中加入少量稀硫酸可提高合成工作效率

【解析】選Ce由圖可知，碳元素價(jià)態(tài)降低得電子，Cu電極為正極，電極反應(yīng)式為C02+8H++8e-=CH4

+

+2H2O,GaN為負(fù)極，電極反應(yīng)式為2H2。-4c=O2T+4H,據(jù)此作答。A.由圖可知，該裝置工作時(shí)，

有電流產(chǎn)生，同時(shí)合成甲烷，故太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，故A正確舊原電池工作時(shí)，電子由負(fù)極(GaN)

經(jīng)外電路流向正極(Cu),故B正確；C.Cu電極為正極，電極反應(yīng)式為CO2+8H*+8e=CH-+2H2O,故

C錯(cuò)誤；D.向裝置中加入少量稀硫酸，可提高溶液中離子濃度，增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高合成工作效率，故D正

確.

【加固訓(xùn)練】

I.根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是()

A.澆杯a中的溶液pH降低

B.燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)

C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-=H2T

D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2C1--2e-=Cl2f

【解析】選B。由題給原電池裝置可知，電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線,由Zn電極流向Fe電極,則在Fc電極發(fā)生還

原反應(yīng)：02+2H2。+4e-=4OH-，燒杯a中c(OH-)增大，溶液的pH升高；燒杯b中，Zn發(fā)生氧化反

應(yīng)：Zn-2c--Zn2+。

2.將鎘(Cd)浸在氯化鉆(CoCL)溶液中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq),如

將亥反應(yīng)設(shè)計(jì)為如圖的原電池，則下列說(shuō)法一定錯(cuò)誤的是()

——@——

I-4-1

%其葭

甲乙

A.Cd作負(fù)極，Co作正極

B.原電池工作時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極

C.根據(jù)陰陽(yáng)相吸原理，鹽橋中的陽(yáng)離子向負(fù)極(甲池)移動(dòng)

D.甲池中盛放的是CdCh溶液，乙池中盛放的是CoCL溶液

【解析】選C。將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池時(shí)，Cd作負(fù)極，電極反應(yīng)為Cd-2e-=Cd2+；Co作正極，電極

反應(yīng)為Co2++2e-=Co,鹽橋中的陽(yáng)離子向正極(乙池)移動(dòng)。

?命題角度三：原電池原理的應(yīng)用

5一定量的稀鹽酸跟過(guò)量鋅粉反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是()

A.加入少量稀NaOII溶液

B.加入少量NaNCh固體

C.加入少量NaHSO』固體

D.加入少量CuSO4溶液

【解析】選D。A.加入少量稀NaOH溶液,NaOH和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉和水，稀鹽酸濃度降低，所以

反應(yīng)速率降低且生成氫氣的總量減少，故A錯(cuò)誤；B.加入硝酸鈉，硝酸根離子具有強(qiáng)氧化性，生成NO,

不生成氨氣，故B錯(cuò)誤；C.加入少量NaHSO4,NaHSO4完全電離生成氫離子，相當(dāng)于增大氫離子濃度，

反應(yīng)速率加快，但增大生成氫氣總量，故C錯(cuò)誤；D.加入少量硫酸銅溶液，鋅和銅離子反應(yīng)生成Cu,Zn、

Cu和稀鹽酸構(gòu)成原電池加快反應(yīng)速率，且生成氫氣總量不變，故D正確。

6.有A、B、C、D四種金屬，做如下實(shí)驗(yàn)：①將A與B用導(dǎo)線連接起來(lái)，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐

蝕；②將A、D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無(wú)明顯

變化，如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是()

A.A>B>C>DB.C>D>A>B

C.D>A>B>CD.A>B>D>C

【解析】選C兩種活動(dòng)性不同的金屬和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，較活潑的金屬作負(fù)極，負(fù)極上金屬失電

子發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕，較不活潑的金屬作正極。①將A與B用導(dǎo)線連接起來(lái)浸入電解質(zhì)溶液中，B不易

腐無(wú)，所以A的活動(dòng)性大于B。②金屬和相同的酸反應(yīng)時(shí)，活動(dòng)性強(qiáng)的金屬反應(yīng)劇烈，將A、D分別投入

等濃度鹽酸溶液中，D比A反應(yīng)劇烈，所以D的活動(dòng)性大于A；③金屬的置換反應(yīng)中，較活潑金屬能置換

出較不活潑的金屬，將銅浸入B的鹽溶液中，無(wú)明顯變化,說(shuō)明B的活動(dòng)性大于銅。如果把銅浸入C的

鹽溶液中，有金屬C析出，說(shuō)明銅的活動(dòng)性大于C。所以金屬的活動(dòng)性順序?yàn)镈>A>B>C。

7.設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fc3+的氧化性比CM+強(qiáng)。

(1)負(fù)極反應(yīng)式：

(2)正極反應(yīng)式：

(3周池總反應(yīng)方程式：

(4)從不含鹽橋、含鹽橋兩個(gè)角度畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：

答案：(l)Cu-2e-=Cu2+

(2)2Fe3++2e-=2Fe2+

(3)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(4)

①不含鹽橋②含鹽橋

——@-

CuC

也.用

FeCb溶液CuC；2溶液Fe&3溶液

點(diǎn)睛筆

原電池工作原理示意圖

輒化還

原反應(yīng)還原劑+氧化劑二氧化產(chǎn)物

(失電子)(得電子)+還原產(chǎn)物

形成I

收化反應(yīng)、

合

閉

還原反應(yīng)、

路

網(wǎng)離子導(dǎo)體

分開進(jìn)行

負(fù)極(電解質(zhì)

負(fù)反應(yīng)物溶液)

極負(fù)極

原電池

材料

電子導(dǎo)體

考點(diǎn)二：化學(xué)電源(應(yīng)用性考點(diǎn))

—必備知識(shí)?夯實(shí)—

1.一次電池

放電后不可再充電的電池。

(1)普通鋅鎰干電池

總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O

負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+。

正極：2MnO2+2NH；+?.e-=7.NH2+MmCh+H2O

(2堿性鋅錨電池

總反應(yīng)：Zn+2MnO2+H2O=2Mn()OH+ZnO

負(fù)極：Zn-2e-+20H-=ZnO+H?0；

正吸：2MnO?+2H2O+2e-=2MnOOH+20H-0

2.二次電池

又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。例如鉛蓄電池總反應(yīng)：Pb+PbO2

放電

+2H2SO4充電2Pbs04+2H2。

(1)放電時(shí)——原電池

①負(fù)極反應(yīng)：Pb+S生-2e-=PbS0〉；

②正極反應(yīng)：PbO?+4H++SO卜+2e-=PbSO4+2H2。0

(2)充電時(shí)——電解池

①陰極反應(yīng)：PbSQ4+2e-=Pb+SO1；

②陽(yáng)極反應(yīng)：PbSCU+2H9?2e-=PbO」+4H++SO卜.

3.燃料電池

將熟料燃燒的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

（1凰氧燃料電池

總反應(yīng)：2H2+02=2比0；

①酸性介質(zhì)

負(fù)極：H2=2e-=2H+—；

正極：Ch+4e-+4H+=2H2。。

②堿性介質(zhì)

負(fù)極：H2-2e.+2OH-=2H2O；

正極：O」I4c-+2Hq=4OH-.

③溶融的金屬氧化物作介質(zhì)

負(fù)極：H2-2e.+0'=凡0；

正極：Ch+4e-^202-。

④族酸鹽作介質(zhì)

負(fù)極：&?2e-+C*=氏0+C02；

正極：Ch+4e-+2co2=2C嚀（正極要涌入C0?）。

⑵甲烷-氧氣燃料電池（正極反應(yīng)式與氫氧燃料電池正極反應(yīng)式相同，下面只需寫出負(fù)極反應(yīng)式即可）

①田-8e-+10OH--8上+7H2。（堿性介質(zhì)）

②<2出-8c-+2Hq=C02+8H+（酸性介質(zhì)）

③CFh-8e-+4CO>=5CCh+2壯。碳酸鹽作介質(zhì)）

⑷CH4-8e-+40?--CO2+2H。（熔融的金屬氧化物作介質(zhì),高溫下能傳導(dǎo)O2'）

，辨易錯(cuò)

（1）二次電池充電時(shí)，充電器的正極接二次電池的正極。（4）

提示：充電時(shí)的連接方法是??正正負(fù)負(fù)二

（2）鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極和充電時(shí)的陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng)。（4）

提示：原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。

（3）Zn具有還原性和導(dǎo)電性，可用作鋅鎰干電池的負(fù)極材料。（4）

提示：易失去電子的還原劑可以作原電池的負(fù)極。

（4碘可用作鋰碘電池的材料，該電池反應(yīng)為2Li（s）+I2（s）=2LiI（s）,則碘電極作該電池的負(fù)極。（x）

提示：鋰是該電池的負(fù)極。

?關(guān)鍵能力?進(jìn)階，一

v能力點(diǎn)一：一次電池

1.Li—FcS?電池是目前電池中綜合性能最好的一種電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知電池放電時(shí)的反應(yīng)為4Li

+FCS2=FC+2Li2S0下列說(shuō)法正確的是（）

~HI-

JFeS：

，熔.LiCF3so金

A.Li為電池的正極

B.電池工作時(shí)，Li+向負(fù)極移動(dòng)

2

C.正極的電極反應(yīng)式為FeS2+4e-=Fe+2S-

D.將熔融的LiCF3sCh改為L(zhǎng)iCl的水溶液，電池性能更好

【解析】選C。根據(jù)電池反應(yīng)式知,放電時(shí)Li失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則Li是負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i-e-

2

=Li+,FeSz為正極，正極反應(yīng)式為FeS2+4e-=Fe+2S-o通過(guò)以上分析知，Li為電池負(fù)極，發(fā)生氧

化反應(yīng)，故A錯(cuò)誤、C正確；放電時(shí)，陽(yáng)離子Li+向正極移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；將熔融的LiCF3sO.，改為L(zhǎng)iCl

的水溶液，Li和水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫氣，所以不能將熔融的LiCF3s03改為L(zhǎng)iCl的水溶液，故D錯(cuò)

誤.

2+

2.普通鋅鎰干電池的簡(jiǎn)圖如圖所示，該電池工作時(shí)的總反應(yīng)為Zn+2NH；+2MnO2=[Zn(NH3)2]+

Mn2O3+H2OO下列關(guān)丁鋅鎰干電池的說(shuō)法中正確的是()

一鋅筒

多孔紙

NMC1溶液

干電池示意圖

A.當(dāng)該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復(fù)原

B.電池負(fù)極反應(yīng)式為2MnO2+2NH；+2e-=Mn2O3+2NH?+H2O

C.原電池工作時(shí)，電子從負(fù)極道過(guò)外電路流向正極

D.外電路中每通過(guò)0.1mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g

【解析】選Ce普通鋅鎰干電池是一次電池,不能充電復(fù)原,A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)原電池工作原理，負(fù)極失電

子，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由負(fù)極的電極反應(yīng)式可知，每通過(guò)0.1mol電子，消耗鋅的質(zhì)量是65gmol?x里詈=

3.25g,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【技法積累】請(qǐng)總結(jié)一下解答一次電池的一般思維過(guò)程。

提示：解答一次電池的一般思維過(guò)程為：

“能力點(diǎn)二：二次電池

I.二次電池電極反應(yīng)式的書寫方法

(1標(biāo)：先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，找出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)。

(2萬(wàn)：寫出一個(gè)比較容易書寫的電極反應(yīng)式(書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)

(3)減：在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。

注意：充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過(guò)程相反，即：

充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反；充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。

2.二次電池充電時(shí)的電極連接

負(fù)極：領(lǐng)化反應(yīng)一還原反應(yīng)：陰極

'正極:還原反應(yīng)一依化反應(yīng)：陽(yáng)極

連接

典例精研

【典例】(2020.全國(guó)I卷)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO?水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬

鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO?被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一

種新途徑。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

電解質(zhì)〈溶液2

-*充電

HCOOH

雙極隔膜

A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)^-

B.放電時(shí)，1mol82轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol

C.充電時(shí),電池總反應(yīng)為2Zn(0H)；■=2Zn+02T+40H-+2H2O

D.充電時(shí)，正極溶液中OH-濃度升高

［解題思維］解答本題的思維流程如下：

提?、匐娊赓|(zhì)溶液1；②電解質(zhì)溶液2；

信息③H20To2；

①Zn失電子生成Zn(OH)：-,為電池負(fù)極反應(yīng),故電解質(zhì)溶液1顯堿性；②

信息

電解質(zhì)溶液2與電解質(zhì)溶液1不同，應(yīng)顯酸性；③放電和充電時(shí)的電極反應(yīng)

轉(zhuǎn)化

式不同，充電時(shí),H2O失去電子生成。2

聯(lián)想充電時(shí)，外接電源的負(fù)極接右側(cè)電極還是左側(cè)電極？為什么？

質(zhì)疑提示：左側(cè)電極。因?yàn)樽髠?cè)要發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極。

【解析】選D。放電時(shí)，負(fù)極上Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)］，故A

正誦；放電時(shí),COz轉(zhuǎn)化為HCOOH,C元素化合價(jià)降低2,則1molCO?轉(zhuǎn)化為HCOOH時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)

為2mol故B正確充電時(shí)陽(yáng)極上H2O轉(zhuǎn)化為02，負(fù)極上Zn(OH)t轉(zhuǎn)化為Zn用池總反應(yīng)為2Zn(0H)t

=2Zn+02f+4OH-+2H2O,故C正確；充電時(shí)，正極即為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2H2O-4c-=4H++

02f,溶液中H+濃度增大，溶液中c(H+)?c(OH-)=Kw,溫度不變時(shí)，K\v不變，因此溶液中OM濃度降

低，故D錯(cuò)誤。

【技法積累】請(qǐng)以思維導(dǎo)圖的形式畫出解答二次電池的基本思路。

提示：二次電池的解題思路

原電池原理］

V正極。得電子發(fā)生還原反應(yīng)

一

解邈耳負(fù)極e陰離子向負(fù)極移水

題

度_,正極（陽(yáng)極）。失電子發(fā)生子化反應(yīng)

路充電口

〕皆屈負(fù)極（陰極）。得電了?發(fā)生還原反應(yīng)

|電解池原理）

，遷移應(yīng)用

（2022.茂名模擬）2（）19年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了在鋰離子電池發(fā)展方面作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家.下面是

最近研發(fā)的CaLiFePCh可充電電池的工作示意圖，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li+通過(guò)，電池反應(yīng)為xCa2++

放電

2LiFeP（L先電Va+2Li|-.vFePO4+2ALi+。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

鈣電極

1/

LiPF-LiAsF

66鋰離子導(dǎo)體膜Li2sO」溶液

電解質(zhì)

+

A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)iFePO4-xe-=Li)-rFePO4+xLi

B.充電時(shí)，Li—FcPCVLiFcPCh電極發(fā)生Li+脫嵌，放電時(shí)發(fā)生“嵌入

C.充電時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí),理論上左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕2.6g

D.LiPF6LiAsF6為非水電解質(zhì),其與Li2so4溶液的主要作用都是傳遞離子

【解析】選A。由總反應(yīng)式可知，放電時(shí)為原電池反應(yīng)，Ca化合價(jià)升高被氧化為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Ca

+

-2e-=Ca?+,Li-FePCh被還原，為原電池正極反應(yīng)，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-.vFePO4+xLi+e-=LiFePO4,

充電是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程，陽(yáng)極反應(yīng)和原電池正極相反，陰極反應(yīng)和原電池負(fù)極相反。放電時(shí)，負(fù)

2+

極反應(yīng)為Ca-2e-=Ca,使左室中正電荷數(shù)目增多，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li+通過(guò)，使LiPF6LiAsF6

+

電解質(zhì)中的Li+通過(guò)鋰離子導(dǎo)體饃移入右室，正極反應(yīng)為L(zhǎng)i.-vFeP04+.vLi+xe-=LiFePO4,電極發(fā)生

+

Li+嵌入，A錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生：LiFePO4-.re-=rLi+Lii.vFePO4,電極發(fā)生Li+脫嵌”月極發(fā)

生：Ca2++2e?=Ca,轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，有0.2molLi+從右室通過(guò)鋰離子導(dǎo)體膜移入左室，左室電解

質(zhì)中有0.1molCa?+得電子生成Ca沉積在鈣電極上故左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕40x0.1g-7x0.2g=2.6g,

B、C正確；鈣與水能夠劇烈反應(yīng)，所以，左室中的LiPF6LiAsF6電解質(zhì)一定為非水電解質(zhì)，Li2sOA溶液

為右室中的電解質(zhì)溶液，它們的主要作用都是傳遞離子,形成可流，構(gòu)成閉合回路，D正確。

【加固訓(xùn)練】

1.某研究院實(shí)驗(yàn)室宣布其在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破：推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯基鋰離

放電

子電池。石墨烯電池反應(yīng)式為口￡6+口一、（2。02先市。+口（2002,其工作原理如圖所示。下列關(guān)于該電池

的說(shuō)法不正確的是（）

A.該電池若用隔膜可選用質(zhì)子交換膜

B.石墨烯電池的優(yōu)點(diǎn)是提高電池的儲(chǔ)鋰容量進(jìn)而提高能量密度

+

C.充電時(shí)，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為：LiCoO,-xe-=Lii-,CoO2+xLi

D.廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理讓Li+從石墨烯中脫出而有利于回收

【解析】選A。A項(xiàng)，由電池反應(yīng)，則需要鋰離子由負(fù)極移向正極，所以該電池不可選用質(zhì)子交換膜，選

項(xiàng)A不正確；B項(xiàng)，石墨烯超強(qiáng)電池，該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，從而提高能量密度，選項(xiàng)B正

確；C項(xiàng),充電時(shí),LiCoCh極是陽(yáng)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為：LiCoO2-xe-=Li「KoCh+xLi+,選項(xiàng)C正

確；D項(xiàng)，根據(jù)電池反應(yīng)式知，放電時(shí)鋰離子加入正極，從石墨烯中脫出，選項(xiàng)D正確。

2.(2019.全國(guó)卷O)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉

積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn⑸

放電

+2NiOOH(s)+H2O(I)充電ZnO[s)+2Ni(OH)2(s)o

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

尼龍保護(hù)層

導(dǎo)電纜圈

NiOOH

隔膜

亙3叩一3D-Zn

A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高

B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(1)

C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2c-=ZnO(s)+H2O(1)

D.放電過(guò)程中OH通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

【解析】選D。Zn作負(fù)極被氧化生成ZnO,三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，沉積的ZnO分散度高,

A正確。充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電池反應(yīng)的充電過(guò)程可知,陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OII)2(s)IOH-(aq)-c

?=NiOOH(s)+H2O(l),B正確。放電時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電池反應(yīng)的放電過(guò)程可知，負(fù)極反應(yīng)為

Zn⑸+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(I),C正確。放電時(shí)，電池內(nèi)部陽(yáng)離子由負(fù)極移向正極，陰離子由

正極移向負(fù)極，D錯(cuò)誤。

v能力點(diǎn)三：燃料電池

書寫燃料電池電極反應(yīng)式的三大步驟：

(1)第1步：先寫出燃料電池總反應(yīng)式

一般是可燃物在氧氣中的燃燒反應(yīng)方程式。

注意：燃燒產(chǎn)物可能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，此時(shí)需要寫總反應(yīng)方程式。

（2）第2步：寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)式

基礎(chǔ)反應(yīng)：O2+4e-^=202'。

①電解質(zhì)為固體時(shí)：+4e-=202-。

②電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽時(shí)：02+2cCh+4e-=2C0；一。

③電解質(zhì)為中性或堿性環(huán)境時(shí)：Ch+4e-+2H2O=4OH，

④電解質(zhì)為酸性環(huán)境時(shí)：+4e-+4H+=2+0。

（3）第3步：寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式

燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式;燃料電池總反應(yīng)式-燃料電池正極的電極反應(yīng)式。

遷移應(yīng)用

1.（2022清遠(yuǎn)模擬）一種微生物燃料電池如圖所示，下列關(guān)于該電池說(shuō)法正確的是（）

A.a電極是該電池的正極

B.電池工作時(shí)，電流由a電極沿導(dǎo)線流向b電極

C.b電極發(fā)生還原反應(yīng)

D.H+由右室通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入左室

【解析】選C。a電極上，苯酚轉(zhuǎn)化為C02,C元素的化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，故a電極是該電池的

負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；a電極為負(fù)極，b電極為正極，則電池工作時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，B項(xiàng)錯(cuò)

誤；b電極上,NO,-轉(zhuǎn)化為N2,N元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，C項(xiàng)正確；陽(yáng)離子向電池正極移動(dòng)，

b電極為正極，故H+由左室通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

2