第19講原電池及其應(yīng)用

備考導(dǎo)航

1.能辨識簡單原電池的構(gòu)成要素，從氧化還原反應(yīng)的角度認識原電池的

工作原理，能舉出化學能轉(zhuǎn)化為電能的實例。

2.了解常見化學電源的工作原理，能寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

復(fù)習3.了解燃料電池的應(yīng)用。體會研制新型電池的重要性。

目標4.掌握離子交換膜的三個作用：平衡電荷、避免兩極產(chǎn)物反應(yīng)、形成濃

差電池。

5.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質(zhì)、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕

的措施。

從近幾年高考來看，電化學知識屬于高考必考內(nèi)容。

1.由于能源問題是社會熱點，要關(guān)注新型電池。

2.著重原電池電極的判斷及電極反應(yīng)方程式的書寫（要注意溶液的酸、堿

復(fù)習

性關(guān)系）；掌握電子、電流的和離子流動方向，以及電極反應(yīng)對電解質(zhì)溶

策略

液濃度的影響。

3.要關(guān)注各種新型燃料電池的電極反應(yīng)。

4.注意離子交換膜的作用及應(yīng)用。尤其要注意濃差電池的原理。

1一回~R

熟記,---j|化-------------------［二次電檢］

網(wǎng)絡(luò)電■反-----------------,----------------.

1電滄反--------''

問題1原電池正、負極判斷方法有哪些？

【答案】（1）由原電池的電極材料判斷：如果兩極是由活動性不同的金

屬作電極，一般情況下相對活潑的金屬是負極，活動性較弱的金屬是正極

（要注意特殊條件，如Mg—Al—NaOH電池，A1是負極；Al-Cu-濃硝

課前酸電池，Cu是負極）；如果兩個電極是由金屬和非金屬導(dǎo)體（或金屬氧化物

思考導(dǎo)體）作電極，金屬是負極，非金屬導(dǎo)體（或金屬氧化物導(dǎo)體）是正極。（2）根

據(jù)氧化還原反應(yīng)判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的電吸為負極；發(fā)生還原反應(yīng)的電極

為正極。（3）根據(jù)電子或電流的流向判斷：電子流出或電流流入的電極為

負極，反之為正極。（4）根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液中離子的流動方向判斷：

陽離子移向的電極為正極，陰離子移向的電極為負極。（5）根據(jù)原電池的

兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷：一般溶解或質(zhì)量減輕的電極為負極，有氣體生成或

金屬析出的電極為正極。

問題2分別寫出酸性和堿性氫氧燃料電池的電極反應(yīng)式：

氫氧燃料

電池總反應(yīng)：2H2+02——2H2。

電池

電極負極反應(yīng)式正極反應(yīng)式

酸性電池比一2乙一=2H+Ch+4H++4c一一2H2。

堿性電池H2+2OH-2e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH'

課前8min

1.判斷正誤(正確的畫“，錯誤的畫“x”)。

(1)(2018.江蘇卷)氫氧燃料電池放電時化學能全部轉(zhuǎn)化為電能(X)

⑵圖1所示裝置中石墨電極反應(yīng)：C)2+4H++4e=2H2O(X)

⑶(2019?江蘇卷)氫氧燃料電池的負極反應(yīng)：02+2H2O+4e-=4OH(x)

(4)(2019江蘇卷)常溫常壓下，氫氧燃料電池放電過程中消耗H.2LH2,轉(zhuǎn)移

電子的數(shù)目為6.02X1()23(X)

-+

(5)(2020?海南卷)圖2中a電極的反應(yīng)式為O24-4e-4H=2H2O(x)

(6)(2021.浙江卷6月)將生鐵進一步煉制,減少含碳量,能得到耐腐蝕的鋼(J)

(7)(2023?武漢武昌5月)鉛酸蓄電池的正極質(zhì)量增加3.2g時，電路中通過的

電子數(shù)目為0.1M(J)

(8)(2023?湛江二模)銅和銀在任何條件下都不能形成原電池(x)

(9)(2023?深圳二調(diào))將鐵釘浸沒在NaCI溶液中可瞼證鐵的析氫腐蝕(x)

(10)(2023?武漢4月模擬)青銅中的錫會加快銅腐蝕(x)

(11)(2022?江蘇卷)鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)：Pb-2e-+SO4-=PbSO4(x)

(12)(2023?安徽師大附中)電熱水器用鎂棒防止內(nèi)膽腐蝕是犧牲陽極法(J)

(13)鉛蓄電池放電時Pb是負極，PbCh是正極；充電時外電源的正極與PbCh

相連接(0)

2.(2023?福建漳州一模)甲烷燃料電池以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，該電池工作原

理如圖所示。下列說法錯誤的是(B)

A.電池工作時，CCT向通入a的一極遷移

B.通入a的一極為原電池的負極，發(fā)生還原反應(yīng)

C.正極上的電極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-=2CO1

D.標準狀況下，消耗22.4LCH4轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為8NA

【解析】該電池為原電池，甲烷為燃料，通入a的一極為原電池的負極，負

極發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯誤。

3.(2023?安徽合肥一模)某科研機構(gòu)研發(fā)的NO-空氣燃料電池的工作原理如

圖所示。下列敘述正確的是(C)

負教

02

多孔多孔

石墨棒石墨棒

HNO?,NOV

質(zhì)子交換膜O,

A.a電極為電池負極

B.電池工作時H+透過質(zhì)子交換膜從右向左移動

C.b電極的電極反應(yīng)式：

-+

NO-3e+2H2O=4H+NO?

D.當外電路中通過().2mol電子時，a電極處消耗Chi.12L

【解析】燃料電池燃料作負極，則b極為負極，a極為正極，A錯誤；陽離

子移向正極，因此電池工作時H+透過質(zhì)子交換膜從左向右移動，B錯誤；a電極

為正極，電極反應(yīng)式為O?+4e-+4H+=2H2O,當外電路中通過0.2mol電子時,

a電極處消耗020.05mol,未說明標準狀況，無法計算消耗氧氣的體積，D錯誤。

4.(2023?廣東卷)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除C廠實現(xiàn)廢酸的純

化，其工作原理如圖。下列說法正確的是(B)

A.Ag作原電池正極

B.電子由Ag經(jīng)活性炭流向Pt

C.Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)：Ch+2H2O+4e一=40H-

D.每消耗標準狀況下11.2L的O2,最多去除lmolC「

【解析】由圖可知這是原電池原理，Ag極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag為負

極，02在Pl得電子發(fā)生還原反應(yīng)，Pl為正極，A錯誤；溶液為酸性，故Pt表面

+

發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4H+4e-=2H2O,C錯誤；每消耗標準狀況下

11.2L（0.5mol）的02,轉(zhuǎn)移2moi電子，根據(jù)Ag—e~+C「=AgClI,故最多去除

2molCr,D錯誤。

彎點蹄祈

考點1原電池的工作原理

知識梳理

知識II原電池（以鋅銅原電池為例）

原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

裝

圖

置

正極

-Cu

H￡0,溶液ZnSO,溶液CuSCh溶液

負極：（理化反應(yīng)）負極：（理化反應(yīng)）

Zn-2e==Zn2"Zn-2e-=Zn2+

反應(yīng)正極：（還原反應(yīng)）正極：（還原反應(yīng)）

原理2Hi+2e~=H2fCu21+2e-=Cu

電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：

+2+2t2

Zn4-2H=Zn+H2tZn+Cu=Cu+Zn*

三個①電子流向：電子從負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極（電勢高低:正極高

流向王—負極）

②電流流向：電流從正極經(jīng)導(dǎo)線流向負極

③離子流向：在電解質(zhì)溶液中，陽離子向_正_極遷移；陰離子向負

極遷移

①連接內(nèi)電路形成閉合回路

鹽橋的

②維持兩電極電勢差(平衡電荷)，在鹽橋中K+向正極移動

作用

③能減少能量轉(zhuǎn)化的損耗

知識舊原電池形成的條件

1.兩個活動性不同的電極(一般為活動性不同的兩種金屬或一種金屬和一種

非金屬導(dǎo)體，濃差電池兩極材料相同)。

2.電極材料插在電解質(zhì)溶液中。

3.兩極相連，形成閉合回路。

4.能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

［注意］銅、銀在稀疏酸中不能形成原電池，但是銅、銀在硝酸銀溶液可以形

成原電池。

知識回離子交換膜的類型與作用

1.離子交換膜的類型：陽離子交換膜(含質(zhì)子交換膜)、陰離子交換膜。

(1)陽離子能穿過陽離子交換膜,陰離子能穿過陰離子交換膜。

(2)離子穿過離子交換膜的方向是從濃溶液向稀溶液。

2.離子交換膜的作用

(1)平衡兩邊電極區(qū)的電荷。

(2)避免交換膜兩邊的電極或電極區(qū)產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)。

(3)形成濃差電池：電極材料相同，離子交換膜兩邊電解質(zhì)溶液的濃度不同而

形成的原電池。

解疑釋惑33

原電池正、負極的判斷

1.根據(jù)電極材料判定：一般情況下相對活潑的金屬是負極，活動性較弱的金

屬電極或石墨電極是正極(此規(guī)則對一些非常規(guī)電池不適用，如Al-Cu-濃硝酸電池

與Mg-AI-NaOH電池)；如果是由金屬和金屬氧化物導(dǎo)體作電極，金屬是負極，金

屬氧化物導(dǎo)體是正極。

考場經(jīng)驗：負極的電勢低，正極的電勢高。

2.根據(jù)電極反應(yīng)物質(zhì)及氧化還原反應(yīng)判定：

發(fā)生氧化反應(yīng)的極（或在該極處失電子）為負極；

發(fā)生還原反應(yīng)的極（或在該極處得電子）為正極。

考場經(jīng)驗：（1）發(fā)生氧化反應(yīng)的電極也是陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極也是陰

極。所以原電池的負極也是陽極，正極也是陰極，只是一般原電池我們常說負極

和正極。

（2）在燃料電池中，燃料（還原性物質(zhì)）發(fā)生反應(yīng)的電極為負極；0乂氧化性物

質(zhì)）發(fā)生反應(yīng)的電極為正極。

3.根據(jù)原電池電子或電流的流向判定：

電子流出或電流流入的電極為負極，電子流入或電流流出的電極為正極。

4.根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液離子的移動方向判斷：

陽離子移向正極，陰離子移向負極。

考場經(jīng)驗：鹽橋中的陽離子向正極方向移動；酎穿過質(zhì)子交換膜向正極移動。

5.根據(jù)原電池的兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷：

一般情況下，質(zhì)量減輕（電極消耗）的電極為負極，有金屬析出或氣體產(chǎn)生的

電極為正極（此規(guī)則具有相當?shù)木窒扌?，它對于一些常?guī)的原電池的電極判定較為

準確，如Al-Cu-稀硫酸）。

［小結(jié)］

I及時鞏固I

頌11（2021.廣東卷）火星大氣中含有大量CO?,一種有CO2參加反應(yīng)的新型

全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負極，碳納米管為正極，

放電時（D）

A.負極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.將電能轉(zhuǎn)化為化學能

C.陽離子由正極移向負極

D.CO2在正極上得電子

【解析】放電時為原電池，負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；放電時將

化學能轉(zhuǎn)化為電能，B錯誤；陽離子由負極向正極遷移，C錯誤；C02在正極上

得電子，D正確。

典例2鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子

通過。下列有關(guān)敘述正確的是(C)

A.電流從鋅極經(jīng)過導(dǎo)線移向銅極

B.銅電極上發(fā)生反應(yīng)Cu—2e——Cu2+

C.電池工作一段時間后，乙池的c(Cu2+)減小

D.電池工作一段時間后，甲池的c(Zr>2+)增加

【解析】鋅電極為負極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從鋅極經(jīng)過導(dǎo)線移向

銅極，電流從銅極經(jīng)過導(dǎo)線移向鋅極，A錯誤；銅電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，

電極反應(yīng)式：Cu2+4-2e-=Cu,B錯誤；乙池的c(CiP+)減小，C正確；陽離子交

換膜只允許陽離子通過，甲池電極反應(yīng)為Zn—2e-=Zn2+,產(chǎn)生的鋅離子通過陽

離子交換膜移向乙池，根據(jù)電荷守恒，c(Zn2+)不變，D錯誤。

解13鎂海水溶解氧電池具有能量密度高、安全性好、貯備時間長、價格低

和環(huán)保等優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是(D)

A.a電極為電池正極

B.電池工作時，海水中的C廠向b電極移動

C.每消耗24gMg的同時消耗11.2LO2

D.電池工作時，b電極的電極反應(yīng)式為O2+4e.+2H2O=4OH-

【解析】根據(jù)原電池裝置可判斷，活潑金屬Mg作負極，發(fā)生失電子氧化反

應(yīng)，石墨作正極，發(fā)生得電子還原反應(yīng)，A錯誤；陰離子向負極移動，即海水中

的C「向a電極移動，B錯誤；未指明是否處于標準狀況，不能用標準狀況下的

氣體摩爾體積計算，C錯誤。

典例4(2023?安徽淮北一模)一種新型電池裝置如圖所示。下列敘述錯誤的是

(C)

A.銀鉆電極反應(yīng)式:

-

N2H4+4OH--4e=N2t+4比0

B.II區(qū)的Na，通過a交換膜向I區(qū)遷移，C「通過b交換膜向III區(qū)遷移

C.該裝置工作時總反應(yīng)：N2H4+4OFF+4H-=N2t+4H2。

D.該裝置工作時還利用了中和能

【解析】該裝置為原電池，銀鉆電極應(yīng)為原電池的負極，發(fā)生的電極反應(yīng)為

--

N2H4+4OH-4e=N2t+4H2O；鉗電極不活潑應(yīng)為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為

+

4H+4e-=2H2t,A正確；原電池中陽離子向正極遷移，陰離子向負極遷移，

B正確；正、負極反應(yīng)式相加得總反應(yīng)：N2H4=N2t+2H2t,C錯誤；根據(jù)正、

負極反應(yīng)式可知，該裝置工作時還利用了中和能，D正確。

典例15(2023?廣東六校第三次聯(lián)考)下圖裝置工作時，電流計指針偏轉(zhuǎn)一段時

間后，兩極區(qū)CH(NO)溶液的濃度趨于一致.下列說法正確的是(D)

Cu(l)32)

Cu(NO,)Cu(NOJ,

稀溶液s.濃溶液

陰底子交換膜

A.放電時Cu(l)電極質(zhì)量增大，發(fā)生電極反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu

B.電流表兩端電勢：a>b

C.當電路中通過2moi電子時，陰極區(qū)溶液質(zhì)量減少64g

D.隨c(Cu2+)增大，Cu2+的氧化性增強，Cu的還原性減弱

【解析】該裝置為濃差電池，Cu(l)為負極，Cu(2)為正極，濃硝酸銅溶液中

N0,通過陰離子交換膜向稀溶液(負極)移動，最終兩極區(qū)Cu(NO3)2溶液的濃度趨

于一致。放電時銅離子得電子生成銅，電極反應(yīng)式為Cu2++2e—==Cu,則Cu(2)

電極質(zhì)量增大，A錯誤；正極的電勢大于負極，則電勢：b>a,B錯誤；陰極區(qū)即

負極區(qū)，銅失電子生成銅離子，電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu2+,當電路中通過

2mol電子時，生成Imol銅離子，同時有2mol硝酸根離子進入，溶液質(zhì)量增加(64

+144)g,C錯誤；銅離子濃度大的一極作正極，C/+表現(xiàn)氧化性，銅離子濃度小

的一極做負極，Cu表現(xiàn)還原性，因此c(Cu2+)增大而Ci?-的氧化性隨之增強，Cu

的還原性減弱，D正確。

深度指津

濃差電池

I.如圖正負電極均為Ag單質(zhì)，左右兩池AgNCh溶液的濃度不同。只有兩邊

AgNCh溶液濃度不同，才能形成濃差電池。離子交換膜的作用是平衡電荷，形成

濃差電池。

2.根據(jù)電流表指釬偏轉(zhuǎn)的方向，可推出左側(cè)為負極,右側(cè)為正極。

負極反應(yīng)式：Ag—e-=Ag+；

正極反應(yīng)式：Ag++e-=Ago

負極Ag失電子變成Ag+,為了平衡電荷，離子是從(原溶液)濃度高的一

方遷移到濃度低的一方。由此判斷是」穿過離子交換膜，離子交換膜

必然是陰離子交換膜。

3.隨著反應(yīng)進行，左右兩池濃度的差值逐漸減小，外電路中電流將減小，電

流計指針偏轉(zhuǎn)幅度逐步變小。當左右兩側(cè)離子濃度相等時，電池將停止工作、不

再有電流產(chǎn)生，此時溶液中左、右邊硝酸銀溶液的物質(zhì)的量濃度相等。

考點2燃料電池

知識梳理

知識n燃料電池

燃料電池是一種持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能轉(zhuǎn)化成電能的一類化學電

源。電池的負極一般是氫氣、天然氣、甲醇、乙醇等燃料，正極一般是氧氣或空

氣。

燃料電池總反應(yīng)和該燃料在氧氣中燃燒的化學方程式相同。

知識舊氫氧燃料電池

根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性不同分為酸性電池和堿性電池。工作原理如圖所示:

1.酸性氫氧燃料電池，電極反應(yīng)式由H+平衡電荷：

負極反應(yīng)式：HL2e—=2H+

正極反應(yīng)式：Ch+4H++4b^=2H2。

總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O

2.堿性氫氧燃料電池，電極反應(yīng)式由0H-平衡電荷：

負極反應(yīng)式：Ht+20H--2e=2H9

正極反應(yīng)式：0+2在0+4,=40H

總反應(yīng)：2H2+02=2缶0

知識庖有機物燃料電池（以堿性乙醇燃料電池為例）

1.首先寫出C2H50H的燃燒化學方程式，確定反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)（也可直接

由C2H5OH-C02中碳元素的化合價變化，確定反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目）。

C2H5OH+3O2直42co2+3比0（由。2可推出轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為12e-）

2.在書寫電極反應(yīng)式之前，要明確電解質(zhì)溶液是酸性還是堿性。若是酸性電

池，氧化產(chǎn)物為CO2；若是堿性電池，氧化產(chǎn)物則為CO，。以堿性乙醇電池為例

說明電極反應(yīng)式的書寫步驟：

I.在負極，C2H50H失電子：

①負極：C;H5OH-I2C——性條件F.產(chǎn)物為CO；)

(堿性條件下,用OH平衡電荷)

②負極：C.HjOH-12e+16011=2C0*+11H.O

③檢走兩邊原子個數(shù)、電荷數(shù)是否守恒

II.在正極，。2得電子：

①正極：30,+12c------I2OH(一性條件下，用

OH-平衡電荷)

(由原子守

恒得出)

②正極：O,+4e+2H,O=4()H

③檢在兩邊原戶個數(shù).電荷數(shù)是否守恒

負極反應(yīng)式：C2H5OH-12e-4-16OH_=2COr+IIH2O

正極反應(yīng)式：C)2+4e--I-2H2O=4OH-

-

總反應(yīng)：C2H5OH-I-302+4OH=2COr+5H2O

［及時訓(xùn)練］

1.甲烷一。2燃料電池

(1)電解質(zhì)為硫酸溶液

負極反應(yīng)式：CH4-8e~+2H2O=CCh+8H+

正極反應(yīng)式：C)2+4e+4H'=2H2O

總反應(yīng)：CH4+2O2=CCh+2H2O

(2)電解質(zhì)為KOH溶液

負極反應(yīng)式：CH4-8e-+式OH—-COF+7H2。

正極反應(yīng)式：O?+4e+2H20=40FT

總反應(yīng)：CH4+2Ch+2KOH=K2co3+3H2O

2.苯一O2燃料電池

(1)電解質(zhì)為硫酸溶液

負極反應(yīng)式：GH6—30e—+12H2O=6CO2t+30H+

正極反應(yīng)式：Ch+4e—+4H+=2H2O

總反應(yīng)：C6H6+42OK—30e——6CO筍+24H2。

(2)電解質(zhì)為KOH溶液

負極反應(yīng)式：O2+4e~+2H2。=40H一

正極反應(yīng)式：2c6H6+15Ch=12cCh+6H2O

總反應(yīng)：2c6H6+15O2+24KOH=+K2co3+18H9

知識田熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池的電極反應(yīng)用COM平衡電荷。

以甲烷為例，寫出電極反應(yīng)式：

負極：CH4+48笠-8b=5CO2+2H2O

正極：Ch+2c02+4，一=2€：嗎

知識目固態(tài)氧化物燃料電池

固態(tài)氧化物燃料電池的電板反應(yīng)用。2-平衡電荷。

以甲烷為例，寫出電極反應(yīng)式：

負極；CIL+4O2一一8c—=CCh+21=0

正極：O2+4e==2O2一

解疑釋惑34

微生物燃料電池

微生物（或酶）電池是指在微生物的作用下（類似催化作用），將化學能轉(zhuǎn)化為電

能的裝置，其工作原理如圖所示：

碑靠質(zhì)號換膜有氧反』

I.微生物（或酶）有利于有機物的氧化反應(yīng)，促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。

2.有機物在負極失去電子，負極反應(yīng)中有C02生成，同時產(chǎn)生了H+（如葡萄

糖在負極反應(yīng)為C6Hl2O6+6H2O—24e一=6CCht+24H+）,酎通過質(zhì)子交換膜從

負極區(qū)移向正極區(qū)。

［及時鞏固1

典例6氫氧燃料電池可以使用在航天飛機上，其反應(yīng)原理如圖所示。下列說

法正確的是（D）

%一-6(空氣)

電極a一電極b

-KOH溶液

A.電池工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學能

B.負極的電極反應(yīng)為Ch+2H2O+4e—==4OH—

C.電子由電極b通過導(dǎo)線流向電極a

D.2mol氫氣和1mol氧氣的總能量高于2mol水的總能量

【解析】氫氧燃料電池為原電池，工作時，是將化學能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤;

氫氣失去電子，作負極，電極反應(yīng)為H2+2OH——2e-==2H2O,B錯誤；電極a

為負極，b為正極，電子由電極a通過導(dǎo)線流向電極b,C錯誤；氫氣、氧氣燃燒

生成水的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即2moi氫氣和Imol氧氣的總能量高于2mol水的總

能量，D正確。

頌17(1)圖1為“二甲醛燃料電池”的工作原理示意圖。a、b均為多孔性

Pl電極。

?b電極是________(填“正”或“負”)極。

②a電極上的電極反應(yīng)式為___________________________________________

(2)環(huán)氯乙烷經(jīng)水解可得到乙二醇。寫出乙二醇一氧氣堿性燃料電池的負極

電極反應(yīng)式：o

(3)(2020?江蘇卷)研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖2所示，兩電極區(qū)之

間用允許K+、酎通過的半透膜隔開。

圖2

①電池負極反應(yīng)式為;放電過程中需補充

的物質(zhì)A為(填化學式)。

②圖2所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過HCOOH與的反應(yīng)，

將化學能轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)的離子方程式為o

【答案】⑴①正②CH.QCH3—12e一+3H2O=2CO2t+12H+

-

(2)HOCH2CH2OH-1Oe-+14OH=2COr+1OH2O⑶①HCOO+ZOFF-2。

=HCOJ+H2OH2SO4②2HCOOH+2OH-+O2=2HC(K+2H2O或2HCOO

-+O2=2HCOi

解18(2023?韶關(guān)一模)用于驅(qū)動潛艇的液氨一液氧燃料電池示意圖如圖所

示。下列說法錯誤的是(C)

NH,電

極

—

N,+H,0

NaOH溶液

A.電極1發(fā)生氧化反應(yīng)

B.電池工作時，Na+向電極2移動

C.電池工作時，電極1附近溶液的pH增大

D.電極2的電極反應(yīng)式為O2+H2O+4--4OIT

【解析】液氧是氧化劑，電極2為正極，液氨是還原劑，在負極上失去電子

被氧化為氮氣，電極1是負極。電極1的反應(yīng)式為2NH3-6e4-6OH-=N2+

6H2O,反應(yīng)消耗氫氧根離子，pH減小，C錯誤。

題19(2022揚州二模)一種熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列

有關(guān)該電池的說法正確的是(B)

B.電池工作時，COM向電極A移動

C.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2—4e—==O2-

-

D.H2參與的電極反應(yīng)為H2+2OH--2e=2H2O

【解析】電極B上氧氣得電子，作正極，A錯誤；電極A上，CO和在失

電子，作負極，原電池工作時，陰離子向電極A移動，B正確；電極B的電極反

應(yīng)式為O2+4e—+2CO2=2CO?一,C錯誤；電極A的電極反應(yīng)式為Fh+COV—

2e-=H2O+CO2,D錯誤。

顫10(2023?蘇錫常鎮(zhèn)一模)如圖為某微生物燃料電池凈化水的原理。下列說

法正確的是(C)

用電器

MN

有機物I3

交

微

(c6Hq”3

換

生

3

膜

物

3

I

A.N極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.電池工作時，N極附近溶液pH減小

C.M極發(fā)生的電極反應(yīng)為(C6H10O5)”-24〃e一+7〃H2O=6〃CO2t+24〃H+

D.處理O.lmoICnO丁時，有L4molH*從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移

【解析】由圖可知，有機物失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則M為

負極；重銘酸根離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則N為正極，A錯誤；電池工作時,

+3+

重銘酸根離子得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成CN+：Cr20r+6e+l4H=2Cr

+7H2O,M極發(fā)生反應(yīng)：(C6Hio05)“一24〃e-+7〃H20=6〃C02f+24〃H+,當電

路中轉(zhuǎn)移6molb時,M極產(chǎn)生6molH+,n極消耗14H卡,則N極附近溶液pH

變大，B錯誤；根據(jù)得失電子守恒可知，4〃CnO/?24〃e一?(C6HIO05)〃?24〃H+,

則處理O.lmolCnO歹時，有0.6molH+從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移，D錯誤。

考點3常見的化學電源

知識梳理

知識n常見的化學電源

1.一次電池——干電池

（1）普通鋅鎰干電池（圖1）

-2+

負極(Zn)：Zn-2e+2NH3=[Zn(NH3)2]

-

正極(MnOz、NH4CI)：MnO2+NH4+e=MnO(OH)+NH3

電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2C12+2MnO(OH)

鋅粉和

KOH的

混合物

MnO：

金屬

外殼

圖2

（2）堿性鋅鎰干電池（圖2）

負極(Zn)：Zn+20H'-2e"=Zn(OH)2

正極(MnCh)：MnCh+FhO+e=Mn0(0H)4-0H

電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(0H)2

（3）鋅銀電池（圖3）

負極（Zn）：Zn+20H一一2e一ZnO+H2O

正極(Ag2。)：Ag2O+H2O+2e=2Ag+20H

電池總反應(yīng)：Zn-FAg20

2.二次電池（可充電電池）

放電充電

負極材料：Pb；正極材料：PbO2;電解質(zhì)：H2SO4溶液。

（1）放電過程

負極：Pb+SOj2—2e-=PbSO4（氧化反應(yīng)）;

正極：PbC）2+4H++SOiz+2e=PbSC）4+2H2O（還原反應(yīng)）;

總反應(yīng)：Pb+反O2+2H2so4^^2PbSO4+2H2O。

（2）充電過程（是放電反應(yīng)的逆過程）

明極：PbSCh+2e-—Pb+SO仁，

（接電源的負極,發(fā)生還原反應(yīng)）;

陽極：PbSO4+2H2O~2c-=PbO2+4H+4-SO^,

（接電源的正極,發(fā)生氧化反應(yīng)）;

總反應(yīng)：2PbsCh+2H2O應(yīng)型Pb+PbCh+2H2so4。

［及時鞏固］

顫11如圖為鉛蓄電池示意圖，鉛蓄電池工作時的反應(yīng)式為Pb+PbCh+4H

+

+2SOr舞2PbSO4+2H2Oo某狀態(tài)下測得兩電極的質(zhì)量都增加。在該狀

態(tài)下，下列說法正確的是（D）

A.a極為鉛蓄電池的正極

B.鉛蓄電池正在充電

C.一段時間后，溶液的pH減小

+-

D.b極的電極反應(yīng)式為PbO2+4H+S04"+2c=PbSO4+2H2O

【解析】鉛蓄電池的電極材料分別為Pb和PbCh,放電時，負極反應(yīng)式為

Pb—2e+SO4-=PbSO4,正極反應(yīng)式為PbO24~2e4-4H+4-SO4-=PbSO44-

2H2O,由題給信息知，兩電極質(zhì)量都增加，故該狀態(tài)下鉛蓄電池正在放電，A、

B錯誤，D正確；放電時，由電池總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

可知，氫離子濃度減小，pH增大，C錯誤。

國2（2023?武漢4月模擬）我國某科研團隊借助氧化還原介質(zhì)RM,將Li

—C02電池的放電電壓提高至3V以上，該電池的工作原理如圖。下列說法正確

的是(B)

負載

o多

d孔

-y碳

一

電

二

極

A.LiFePOa電極的電勢比多孔碳電極的高

B.負極反應(yīng)式：LiFePC)4—疣一=犬口,+Li—FePO4

C.RM和RM'—CO寸勻為該電池反應(yīng)的催化劑

D.LiFePO,電極每減重7g,就有22gCCh被固定

【解析】該電池為原電池，由向正極移動可推出左側(cè)電極為負極、右側(cè)

電極為正極，故LiFePO,電極的電勢比多孔碳電極的低，A錯誤；左側(cè)電極為負

極，LiFePCh失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)：LiFePO4-xe———Lii_.<FePO4+A-Li+,B正確;

RM為該電池反應(yīng)的催化劑，而RM'-COE為該電池反應(yīng)的中間產(chǎn)物，C錯誤;

由負極電極反應(yīng)可知，LiFePCh電極每減重7g則轉(zhuǎn)移Imol電子，反應(yīng)中碳元素

化合價由+4變?yōu)?3,則根據(jù)電子守恒可知，有Imol即44gCO2被固定，D錯誤。

深度指津

新型鋰電池類型

鋰電池裝置圖說明

放電時:

Li-CCh電池

鋰為負極，負極反應(yīng)式：

電池反應(yīng)：

Li-e=Li+

4Li+3CO2笑屆

缽基電極為正極，正極反

2Li2cO3+C應(yīng)式：

(隔膜只允許鋰離子通

3CO2+4Li++4e~

過，向正極移動)

=2Li2cCh+C

電池

LiFePO4-C放電時：

電池反應(yīng)：

M為負極，負極反應(yīng)式：

LiiFePO4+LixCt)—xe—=6C+xLi+

放申

Li.tC6凳1LiFePO4-FN為正極，正極反應(yīng)式：

6CLii-xFePO4+xLi++xe一

（隔膜只允許鋰離子通

過，向正極移動）LiFePO4

放電時：

電極b為負極，負極反應(yīng)

全固態(tài)鋰一硫電池式：Lie----Li

電池反應(yīng)：電極a為正極，正極反應(yīng)

放由式：

16Li+xSs先居電極：］

Ss+2e-+2Li+——LiiSs

8Li2s式24W8）

2Li++3Li2s8+2e-

翳住

（移向電極）fl

Li+a

=4Li2s6

電極a摻有石墨烯是為了

2Li++2Li2S6+2e-

增強電極導(dǎo)電性

=3Li2s4

2Li++Li2S4+2e"

—2Li2s2

放電時：

鋰一空氣電池

為負極，負極反應(yīng)式：

電池反應(yīng)：A

A|______?|BLi-e-=Li+

放申looooool

4Li+O+2H2O匏骸￡穗〉一

2電

鬟.空（B為正極，正極反應(yīng)式：

液片豁/

4LiOHbkxxxxxy/

a[00000^

O2+4e-+2H2O=4OH-

（Li+由負極A向正極B移回也LOH

（電解液不能是水溶液，因

動）

為金屬鋰可與水反應(yīng)）

考點4金屬的腐蝕

知識梳理

知識II金屬的腐蝕

1.化學腐蝕與電化學腐蝕的比較

類型化學腐蝕電化學腐蝕

發(fā)生條件金屬與反應(yīng)物直接接觸不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸

現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生

本質(zhì)金屬被氧化的過程較活潑的金屬被氧化的過程

相互關(guān)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學腐蝕更普遍

2.析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以Fe為例)

類型條件及電極反應(yīng)式示意圖

條件：電解質(zhì)溶液呈酸性

析氫負極：Fe—2e-=Fe2+F一電解吹溶液-二-二二式

;

+

腐蝕正極：2H+2e=H2t

+2+

總反應(yīng)：Fe+2H=Fe+H2t

條件：電解質(zhì)溶液呈中性或弱酸性

負極：Fe2e——Fe~

吸氧正極：O2+4L+2H2O=4OH-F產(chǎn)耐麻癥豆一二6H

腐蝕總反應(yīng)：2Fe+Ch+2H2O——2Fe(OH)2We——)

4Fe(OH)2+O2+2H2O——4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)HzO

注意：

①鋼鐵的腐蝕主要是吸氧腐蝕

②吸氧腐蝕和析氫腐蝕的區(qū)別在于正極反應(yīng)

③吸氧腐蝕發(fā)生的條件是中性或弱酸性水膜;析氫腐蝕發(fā)生的條件是酸性較強的

水膜

知識舊金屬的保護方法

1.內(nèi)因：改變金屬內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)。如鐵與路、鎂形成不銹鋼。

2.外因：防止形成原電池。

(1)在金屬表層涂上油漆、礦物性油脂等。

(2)在金屬表層鍍上一層純金屬。如表層鍍鋅的鍍鋅鐵破損后，鐵為正極，不

腐蝕，鋅為負極，被腐蝕，可繼續(xù)起到保護鐵制品的作用。而表層鍍錫的鍍錫鐵,

價格雖比鍍鋅鐵低，但表層磨損后，錫為正極，鐵為負極，加快了鋼鐵的腐蝕。

(3)此外，還可將鐵鈍化，使其表面形成一層致密的氧化物膜。

3.犧牲陽極法

利用原電池的原理保護金屬的一種方法，如海輪可以用鋅塊與船體(鐵)相連

接，形成原電池保護船體。犧牲鋅(負極)保護鐵(正極)，叫作犧牲陽極保護法。

4.外加電流法(詳見第2()講電解池及其應(yīng)用)

［及時鞏固］

至13判斷正誤(正確的畫“，錯誤的畫“X”)。

(I)粗鋅與稀硫酸反應(yīng)制氫氣比純鋅快，是因為粗鋅形成微小原電池(J)

(2)鍍層受損的白鐵皮(鍍鋅板)比馬口鐵(鍍錫)腐蝕的慢(J)

(3)鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應(yīng)：4OH-4e-=2H2O+O2(x)

(4)純銀器表面在空氣中因電化學腐蝕漸漸變暗(x)

(5)銅板上的鐵釘在潮濕空氣中容易生銹(J)

顫14(2023?茂名二模)將裹有鋅片的鐵釘放入含有酚瞅一飽和NaCl瓊脂溶

液中，滴加少量酚瞅溶液。下列說法不正確的是(C)

含酚附-NaCl飽和

的瓊脂溶液

A.a處溶液會變紅

B.b處c(Zr?+)增大

C.c處產(chǎn)生較多無色氣泡

D.該實驗說明Fe受到保護

【解析】裹有鋅片的鐵釘放入含有酚獻一飽和NaCl瓊脂溶液中，發(fā)生原電

池腐蝕，a為鐵釘，為原電池正極，發(fā)生反應(yīng)Ch+4e-+2H2。==40獷，產(chǎn)生OH

酚酉太溶液變紅，A正確；b處為鋅片，鋅片為負極，發(fā)生反應(yīng)：Zn-2e.=ZM

+,c(Zi?+)增大，B正確；c處為鐵釘，發(fā)生反應(yīng)O2+4e.+2H2O=4OH—,不會

產(chǎn)生氣泡，C錯誤；鐵為正極，不發(fā)生反應(yīng)，被保護，D正確。

課堂評價

I.一種鋅一空氣電池工作原理如圖所示，放電時Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。下列說法

正確的是(B)

石墨電極Zn電極

A.空氣中的氧氣在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.該電池的負極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O

C.該電池放電時溶液中的OH一向石墨電極移動

D.該電池工作一段時間后，溶液pH明顯增大

【解析】鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作負極，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，石墨

電極為正極，A錯誤；該電池放電時溶液中的OK向負極Zn電極移動，C錯誤;

電池總反應(yīng)為2Zn+Ch=2ZnO,該電池工作一段時間后，溶液的c(OH。變化不

大，D錯誤。

2.(2023?湖北聯(lián)考)某原電池裝置如圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag+

Ch=2AgClo下列說法錯誤的是(D)

AgCl/Ag

A.負極的電極反應(yīng)式為Ag—b+Q—=AgQ

B.放電時，1從左向右通過陽離子交換膜

C.若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)不會改變

D.當電路中轉(zhuǎn)移O.Olmole—時，陽離子交換膜左側(cè)溶液中約減少O.Olmol離

子

【解析】負極是Ag,失去電子，化合價升高，電極反應(yīng)式為Ag—L+C「

=AgCl,A正確；放電時，溶液中的陽極子流向正極，所以溶液中的H+從左向

右通過陽離子交換膜，B正確；根據(jù)電池總反應(yīng)可知，溶液中的鈉離子和氫離子

并未參與電極反應(yīng)，所以用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)不會改變，C正

確；當電路中轉(zhuǎn)移O.Olmole」時，根據(jù)負極反應(yīng)式可推知左側(cè)溶液減少0.01molCI

■,同時會有O.OImolH'從左向右通過陽離子交換饃，所以陽離子交換膜左側(cè)的溶

液共約減少0.02n】ol離子，D錯誤。

3.(2023?安徽黃山二模)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖

所示｛KOH溶液中，Z/+以[Zn(OH)4]2—存在｝。電池放電時，下列敘述正確的是(D)

A.II區(qū)的SOT通過交換膜向1區(qū)遷移

B.Ill區(qū)的K'通過交換膜最終向I區(qū)遷移

C.Zn電極反應(yīng)：Zn4-2e-4-4OH-=[Zn(OH)4]2-