第16講原電池新型電源

N考綱考情

i.以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)識(shí)原電池的工作原理，能設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)單的原電池。

2.體會(huì)提高燃料的燃燒效率、開(kāi)發(fā)高純清潔燃料和研制新型電池的重要性。

3.認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用，了解原電池及其常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理；

能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理，開(kāi)發(fā)新型電池。

【核心素養(yǎng)分析】

變化觀念與平衡思想：認(rèn)識(shí)原電池反應(yīng)的本質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)；能多角度、動(dòng)態(tài)地分析原電池

中物質(zhì)的變化及能量的轉(zhuǎn)換。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能利用典型的原電池裝置，分析原電池原理，建立解答原電池問(wèn)題的思維模型,

并利用模型揭示其本質(zhì)及規(guī)律。

科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，能對(duì)與原電池有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題做出

正確的價(jià)值判斷與分析。

合考點(diǎn)梳理

知識(shí)點(diǎn)一原電池的工作原理及應(yīng)用

1.概念和反應(yīng)本質(zhì)

原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。

2.構(gòu)成條件

(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。

(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。

(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個(gè)條件：

①電解質(zhì)溶液；

②兩電極直接或間接接觸；

③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。

3.工作原理

以鋅銅原電池為例

A

表

、

十

一

鹽

橋

,CuSO,溶液IF三

-Cu

ZnSO“溶液CuSO,溶液

n

(1)反應(yīng)原理

電極名稱負(fù)極正極

電極材料鋅片銅片

電極反應(yīng)Zn-2e-===Zn2+(2產(chǎn)+2屋===Cu

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

鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KC1溶液，K+移向正極，C「移向負(fù)極

(2)鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KC1、KN03等溶液和瓊膠制成的膠凍。

②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

(3)單液原電池(無(wú)鹽橋)和雙液原電池(有鹽橋)對(duì)比

名稱單液原電池雙液原電池

裝置

相同點(diǎn)正、負(fù)極電極反應(yīng)，總反應(yīng)式，電極現(xiàn)象

還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸,Zn與氧化劑Ci?+不直接接觸，僅

不同點(diǎn)既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學(xué)能轉(zhuǎn)有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗,

化為熱能，造成能量損耗故電流穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

4.原電池原理的應(yīng)用

(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或

非金屬)。

(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。

(3)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。

(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源

①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。

②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)，選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。

知識(shí)點(diǎn)二常見(jiàn)化學(xué)電源及工作原理

一、一次電池：只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用

1.堿性鋅鎬干電池

總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。

鋅粉和

-KOH的

混合物

—MnO2

一金屬

外殼

負(fù)極材料：Zn。

電極反應(yīng)：Zn+2OJT—2e-===Zn(OH)2。

正極材料：碳棒。

-

電極反應(yīng)：2MnO2+2H2O+2e~===2MnOOH+2OH。

2.紐扣式鋅銀電池

總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。

浸有KOH(aq)的隔板金屬外殼

、鋅負(fù)極

k角2°正極J

電解質(zhì)是KOH。

負(fù)極材料：Zn?

電極反應(yīng)：Zn+2OIT—2r===Zn(OH)2。

正極材料：Ag2。。

電極反應(yīng)：Ag2O+H2O+2e===2Ag+20H。

3.鋰電池

Li-SOCb電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCL—S0C12。電池

的總反應(yīng)可表示為8Li+3soeb===6LiCl+Li2so3+2S。

⑴負(fù)極材料為鋰，電極反應(yīng)為8Li—8屋===8Li+。

⑵正極的電極反應(yīng)為3soeb+8e===2S+SOf+6CF。

二、二次電池：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用

放電

1.鉛酸蓄電池總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充電2PbSO4(s)+2H2。⑴

/H2s。4(aq)

PbO2(正極)

Pb(負(fù)極)

(1)放電時(shí)——原電池

負(fù)極反應(yīng)：Pb(s)+SOF(aq)—2e"===PbSO4(s)；

+-

正極反應(yīng)：PbO2(s)+4H(aq)+SOF(aq)+2e===PbSO4(s)+2H2O(1)?

(2)充電時(shí)——電解池

陰極反應(yīng)：PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SOt(aq)；

-+

陽(yáng)極反應(yīng)：PbSO4(s)+2H2O(1)-2e===PbO2(s)+4H(aq)+SOF(aq)=

2.圖解二次電池的充放電

外接電源負(fù)極同一電極

/1I

還原反應(yīng)：陰極*—?充電可充電放電廠負(fù)極:氧化反應(yīng)

氧化反應(yīng)：陽(yáng)極■,—―電池」~正極:還原反應(yīng)

\^---------1

外接電源正極同一電極

3.二次電池的充放電規(guī)律

(1)充電時(shí)電極的連接：充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力，因此負(fù)極應(yīng)與電源的負(fù)極相連以獲得電

子，可簡(jiǎn)記為負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽(yáng)極。

(2)工作時(shí)的電極反應(yīng)式：同一電極上的電極反應(yīng)式，在充電與放電時(shí)，形式上恰好是相反的；同一電

極周圍的溶液，充電與放電時(shí)pH的變化趨勢(shì)也恰好相反。

三、燃料電池

1.氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。

種類酸性堿性

-+

負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e===4H2H2+4OJT—4e—===4H2。

Ch+4e-+4H+===2H2O

正極反應(yīng)式O2+2H2。+4屋===4OJT

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.解答燃料電池題目的思維模型

//氧氣|—手極］—，還原反應(yīng)］-T電子流?C|

陰離子|陽(yáng)離子

/燃料|，|、極—國(guó)植葉T電子疝|

3.解答燃料電池題目的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

(1)要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。

(2)通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。

(3)通過(guò)介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。

［1題型剖析

高頻考點(diǎn)一原電池原理及其應(yīng)用

【例1】(2022.海南卷)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如下。

工作電源

固體氧化物電解質(zhì)

下列有關(guān)說(shuō)法正確的是

A.在b電極上，N2被還原

B.金屬Ag可作為a電極的材料

C.改變工作電源電壓，反應(yīng)速率不變

D.電解過(guò)程中，固體氧化物電解質(zhì)中一不斷減少

【答案】A

【解析】由裝置可知，b電極的N2轉(zhuǎn)化為NH3,N元素的化合價(jià)降低，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，因此b

為陰極，電極反應(yīng)式為N2+3H2O+6e=2NH3+3O2,a為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2C>2+4e=O2,據(jù)此分析解答；由

分析可得，b電極上N2轉(zhuǎn)化為NH3,N元素的化合價(jià)降低，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，即N2被還原，A正確；

a為陽(yáng)極，若金屬Ag作a的電極材料，則金屬Ag優(yōu)先失去電子，B錯(cuò)誤；改變工作電源的電壓，反應(yīng)速率

會(huì)加快，C錯(cuò)誤；電解過(guò)程中，陰極電極反應(yīng)式為N2+3H2O+6e=2NH3+3C)2,陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2C?2+4e=O2,

因此固體氧化物電解質(zhì)中02不會(huì)改變，D錯(cuò)誤；故選A。

【變式探究】（2021.廣東卷）火星大氣中含有大量C02，一種有CO?參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為

火星探測(cè)器供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極，碳納米管為正極，放電時(shí)（）

A.負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)B.CCh在正極上得電子

C.陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極D.將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

【答案】B

【解析】金屬鈉為負(fù)極，負(fù)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；碳納米管為正極，CCh在正極上得電

子，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；放電時(shí)，陽(yáng)離子由負(fù)極移向正極，C錯(cuò)誤；原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝

置，D錯(cuò)誤。

【舉一反三】（2022?浙江卷）pH計(jì)是一種采用原電池原理測(cè)量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電

極（在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HC1溶液，并插入Ag—AgCl電極）和另一Ag—AgCl電極插入待測(cè)

溶液中組成電池，pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系：pH=（E常數(shù)）/0.059。下列說(shuō)法正確的是（）

A.如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低，則該電極反應(yīng)式為：AgCl（s）+e=Ag（s）+Cl（O.Imol-L1）

B.玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)的變化

C.分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì)，可得出未知溶液的pH

D.pH計(jì)工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

【答案】C

【解析】如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低，則該電極為負(fù)極、負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而不是還原反應(yīng)，A

錯(cuò)誤；已知：pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系：pH=（E常數(shù)）/0.059,則玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異會(huì)引起

電動(dòng)勢(shì)的變化，B錯(cuò)誤；pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系：pH=（E常數(shù)）/0.059,則分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)

溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì)，可得出未知溶液的pH,C正確；pH計(jì)工作時(shí)，利用原電池原理，則化學(xué)

能轉(zhuǎn)化為電能，D錯(cuò)誤；故選C。

高頻考點(diǎn)二鹽橋原電池的考查

【例2】（2020.全國(guó)卷I節(jié)選）為驗(yàn)證不同化合價(jià)鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

鐵電極?石墨電極

0.10mol-L*1

1

0.10mol-LFe2(SO4)3

1

FeSO410.05mol-LFeSO4

回答下列問(wèn)題:

(1)電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質(zhì)溶液。鹽橋中陰、陽(yáng)離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并

且電遷移率58)應(yīng)盡可能地相近。根據(jù)下表數(shù)據(jù)，鹽橋中應(yīng)選擇作為電解質(zhì)。

陽(yáng)離子i/8xl08/(m2.s〕Vr)陰離子H0°xl08/(m2-s_1-V_1)

+

Li4.07HCO。4.61

3

+

Na5.19NO7.40

3

Ca2+6.59cr7.91

2-

+

K7.62so8.27

4

(2)電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極。可知，鹽橋中的陽(yáng)離子進(jìn)入電極溶液中。

(3)電池反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得鐵電極溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol.L-%石墨電極上未見(jiàn)Fe析出。可

知，石墨電極溶液中c(Fe2+)=o

(4)根據(jù)(2)、(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知石墨電極的電極反應(yīng)式為,鐵電極的電極反應(yīng)式

為o因此，驗(yàn)證了Fe2+氧化性小于、還原性小于o

(5)實(shí)驗(yàn)前需要對(duì)鐵電極表面活化。在FeSCU溶液中加入幾滴Fe2(SC>4)3溶液，將鐵電極浸泡一段時(shí)間，

鐵電極表面被刻蝕活化。檢驗(yàn)活化反應(yīng)完成的方法是o

【解析】(1)根據(jù)鹽橋中陰、陽(yáng)離子不能參與反應(yīng)，及Fe3++3HCO；=Fe(OH)3(+3CO2T、Ca2++SO]

2+

=CaSO4b可排除HCO；、Ca,再根據(jù)FeSCU溶液顯酸性，而NO；在酸性溶液中具有氧化性，可排除

NO；。最后根據(jù)陰、陽(yáng)離子的電遷移率應(yīng)盡可能地接近，知選擇KC1作鹽橋中的電解質(zhì)較合適。(2)電子由

負(fù)極流向正極，結(jié)合電子由鐵電極流向石墨電極，可知鐵電極為負(fù)極，石墨電極為正極。鹽橋中的陽(yáng)離子

流向正極(石墨電極)溶液中。(3)由題意知負(fù)極反應(yīng)為Fe—2b=Fe2+,正極反應(yīng)為Fe3++l==Fe2+,則鐵

電極溶液中c(Fe?+)增加0.02mol-L1時(shí)，石墨電極溶液中c(Fe2+)增加0.04mol-L1,故此時(shí)石墨電極溶液中

c(Fe2+尸0.09mol-L-1o(4)石墨電極的電極反應(yīng)式為Fe3++e-=Fe2+，鐵電極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2

+,故驗(yàn)證了氧化性：Fe3+>Fe2+,還原性：Fe>Fe2\(5)該活化反應(yīng)為Fe+2Fe3+=3Fe2+,故通過(guò)檢驗(yàn)

Fe3+是否存在可說(shuō)明活化反應(yīng)是否完成，具體操作為取少量活化后溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液,

若溶液不變血紅色，則說(shuō)明活化反應(yīng)已完成。

【答案】⑴KC1⑵石墨(3)0.09mol-L^1

(4)Fe3++e-=Fe2+Fe—2e-^=Fe2+Fe3+Fe

(5)取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出現(xiàn)血紅色

【變式探究】控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3++2m2Fe2++L設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判

斷不正確的是()

A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.電流表讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

D.電流表讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCb固體，乙中的石墨電極為負(fù)極

【答案】D

【解析】由圖示結(jié)合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3+得電子變成Fe2+被還原，「失去電子變成L被氧化，所

以A、B正確；電流表讀數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)e3+得電子速率等于Fe2+失電子速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；在

甲中加入FeCL固體，平衡2Fe3++2「=2Fe2++l2向左移動(dòng)，L被還原為「，乙中石墨為正極，D不正確。

高頻考點(diǎn)三燃料電池

【例3】(2019?卷全國(guó)卷I)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極

與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

二

電

I

交換膜

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+=2H++2MV+

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，叱發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

【答案】B

【解析】由題圖和題意知，電池總反應(yīng)是3H2+N2=2NH3。該合成氨反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，并形成原電

池產(chǎn)生電能，反應(yīng)不需要高溫、高壓和催化劑，A項(xiàng)正確；觀察題圖知，左邊電極發(fā)生氧化反應(yīng)MV卡—b

=MV2+,為負(fù)極，不是陰極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正極區(qū)N2在固氮酶作用下發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3,C項(xiàng)正確；

電池工作時(shí)，H+通過(guò)交換膜，由左側(cè)（負(fù)極區(qū)）向右側(cè)（正極區(qū)）遷移，D項(xiàng)正確。

【方法技巧】燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

第一步：寫(xiě)出燃料電池反應(yīng)的總反應(yīng)式

燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。

如甲烷燃料電池（電解質(zhì)為NaOH溶液）的反應(yīng)式為

CH4+2O2===CO2+2H2O①

C02+2NaOH===Na2cO3+氏0②

①式+②式得燃料電池總反應(yīng)式為

CH4+2O2+2NaOH===Na2cCh+3壓0。

第二步：寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式

根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是02,隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)

式有所不同，大致有以下四種情況：

（1）酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：

+

O2+4H+4e~===2H2O;

（2）堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：

+2H2。+4e~===4OH-；

（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)。2一）環(huán)境下電極反應(yīng)式：

Ch+4e—===2。2-；

（4）熔融碳酸鹽（如熔融K2cCh）環(huán)境下電極反應(yīng)式：

。2+2CO2+4屋===28歹。

第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式

電池反應(yīng)的總反應(yīng)式一電池正極反應(yīng)式=電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)?2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式

相減時(shí)要徹底消除02。

【變式探究】（雙選）金屬鋰燃料電池是一種新型電池，比鋰離子電池具有更高的能量密度。它無(wú)電時(shí)也

無(wú)需充電，只需更換其中的某些材料即可，其工作示意圖如下，下列說(shuō)法正確的是（）

■fw

B.放電時(shí)，電池反應(yīng)為4Li+O2+2H2O=4LiOH

C.有機(jī)電解液可以是乙醇等無(wú)水有機(jī)物

D.在更換鋰電極的同時(shí)，要更換水性電解液

【答案】BD

【解析】A.放電時(shí)，Li電極為負(fù)極，錯(cuò)誤；B.放電時(shí)，電池反應(yīng)為4Li+O2+2H2O=4LiOH,正確；

C.因?yàn)橛袖嚧嬖?，就不能用乙醇，鋰和乙醇反?yīng)，錯(cuò)誤；D.水性電解液中不斷消耗水并有LiOH生成，隨著

反應(yīng)的進(jìn)行，形成LiOH的飽和溶液，不利于Li+的移動(dòng)，所以在更換鋰電極的同時(shí)，要更換水性電解液，

正確。

高頻考點(diǎn)四可充電電池(二次電池)

【例4】(2022?遼寧卷)某儲(chǔ)能電池原理如圖。下列說(shuō)法正確的是

+

A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na

B.放電時(shí)cr透過(guò)多孔活性炭電極向CCL中遷移

C.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移Imol電子，理論上CCI4吸收O.SmolC)

D.充電過(guò)程中，NaCl溶液濃度增大

【答案】A

+

【解析】放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3-2e=NaTi2(PO4)3+2Na,正極反應(yīng)：Ch+2e=2CL消耗

氯氣，放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，充電時(shí)陽(yáng)極：2c12e=Cb,由此解析放電時(shí)負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng),

+

電極反應(yīng)：Na3Ti2（PO4）3-2e=NaTi2（PO4）3+2Na,故A正確；放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，放電時(shí)C1

透過(guò)多孔活性炭電極向NaCl中遷移，故B錯(cuò)誤；放電時(shí)每轉(zhuǎn)移Imol電子，正極：Cb+2e=2Cl,理論上CCI4

釋放O.SmolCU，故C錯(cuò)誤；充電過(guò)程中，陽(yáng)極：2C12e=Ch,消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，故D錯(cuò)

誤；故選A。

【舉一反三】（2021.河北卷）K—Ch電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該

電池，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

有機(jī)電解'質(zhì)1有疝電解質(zhì)2

A.隔膜允許K+通過(guò)，不允許02通過(guò)

B.放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽(yáng)極

C.產(chǎn)生lAh電量時(shí)，生成K02的質(zhì)量與消耗02的質(zhì)量比值約為2.22

D.用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9g水

【答案】D

【解析】由圖可知，a電極為原電池的負(fù)極，單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鉀離子，電極反應(yīng)式

為K—e=K",b電極為正極，在鉀離子作用下，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成超氧化鉀；據(jù)以上分

析解答。金屬性強(qiáng)的金屬鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許K+通過(guò)，不允許

02通過(guò)，故A正確；由分析可知，放電時(shí)，a為負(fù)極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時(shí),

b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，做電解池的為陽(yáng)極，故B正確；由分析可知，生成Imol超氧化鉀時(shí)，消

耗Imol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為lmolx71g/mol：Imolx32g/moh2.22：1,故C正確；鉛酸蓄電池充電時(shí)的

總反應(yīng)方程式為2Pbsc）4+2H2O=PbO2+Pb+2H2so4,反應(yīng)消耗2moi水，轉(zhuǎn)移2moi電子，由得失電子數(shù)目守

39g

恒可知，耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為“、xl8g/mol=L8g,故D錯(cuò)誤；故選D。

39g/mol

【方法技巧】

1.可充電電池的思維模型

外接電源負(fù)極同一電極

II..I

還原反應(yīng)：陰極—I充電可充電放電I一?負(fù)極：氧化反應(yīng)

氧化反應(yīng)：陽(yáng)極-一I「篇腦」正極：還原反應(yīng)

II---------------1

外接電源正極同一電極

因此，充電時(shí)電極的連接可簡(jiǎn)記為“負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽(yáng)極”。

2.可充電電池的分析流程

(1)可充電電池有充電和放電兩個(gè)過(guò)程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。

(2)放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)互為逆

反應(yīng)。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽(yáng))極反應(yīng)式。

(3)充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷

分析電池工作過(guò)程中電解質(zhì)溶液的變化時(shí)，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(yáng)極。

移向移向

放電陽(yáng)離子一＞正極，陰離子一＞負(fù)極

移向移向

充電陽(yáng)離子一"陰極，陰離子一H陽(yáng)極

、一移向

陽(yáng)離子--發(fā)生還原反應(yīng)的電極

總之

移向

陰離子一發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

(4)“加減法”書(shū)寫(xiě)新型二次電池放電的電極反應(yīng)式

若已知電池放電時(shí)的總反應(yīng)式，可先寫(xiě)出較易書(shū)寫(xiě)的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，由

總反應(yīng)式減去較易寫(xiě)出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫(xiě)出的另一極的電極反應(yīng)式。

【變式探究】(2021?山東卷)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-02、(CH3)2NNH2-O2

清潔燃料電池，下列說(shuō)法正確的是()

A.放電過(guò)程中，K+均向負(fù)極移動(dòng)

B.放電過(guò)程中，KOH物質(zhì)的量均減小

C.消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大

D.消耗1mol02時(shí)，理論上N2H4-。2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L

【答案】C

【解析】堿性環(huán)境下，CH3OH-O2燃料電池總反應(yīng)為2cH3OH+3O2+4KOH=2K2co3+6H2O；N2H4-O2

燃料電池總反應(yīng)為N2H4+O2=N2+2H2。；偏二甲脫［(CH3)2NNH2］中C元素和N元素的化合價(jià)均為一2價(jià),

H元素化合價(jià)為+1價(jià)，其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2+4C)2+4KOH=2K2cO3+N2+6H2O。放電過(guò)

程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；由總反應(yīng)可知，N2H4-02燃料電池放電時(shí)未消耗

KOH,所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池KOH的物質(zhì)的量減小，B錯(cuò)誤；設(shè)消耗燃料的質(zhì)量

均為mg,則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達(dá)式)分別是或廣區(qū)9黃舄-網(wǎng)飛。

X16,通過(guò)比較可知(CH3)2NNH2-C)2燃料電池理論放電量最大，C正確；根據(jù)得失電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可

知，消耗lmoic)2時(shí)，N2H4-。2燃料電池生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4L,D錯(cuò)誤。

【舉一反三】(2021?浙江卷)保鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L為小燈泡，Ki、專為開(kāi)

關(guān)，a、b為直流電源的兩極)。

下列說(shuō)法不正確的是

A.斷開(kāi)K2、合上Ki,銀鎘電池能量轉(zhuǎn)化形式：化學(xué)能一電能

B.斷開(kāi)Ki、合上K2,電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)

C.電極B發(fā)生氧化反應(yīng)過(guò)程中，溶液中KOH濃度不變

放電

D.銀鎘二次電池的總反應(yīng)式：Cd+2NiOOH+2HO^Cd(OH)+2Ni(OH)

2夫電22

【答案】C

【解析】根據(jù)圖示，電極A充電時(shí)為陰極，則放電時(shí)電極A為負(fù)極，負(fù)極上Cd失電子發(fā)生氧化反應(yīng)

生成Cd(0H)2,負(fù)極反應(yīng)式為Cd2e+2OH=Cd(OH)2,電極B充電時(shí)為陽(yáng)極，則放電時(shí)電極B為正極，正極

上NiOOH得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2,正極反應(yīng)式為2NiOOH+2e+2H2O=2Ni(OH)2+2OH,放電時(shí)總

反應(yīng)為Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2,據(jù)此分析作答。斷開(kāi)K2、合上Ki,為放電過(guò)程，保鎘電池

能量轉(zhuǎn)化形式：化學(xué)能-電能，A正確；斷開(kāi)Ki、合上K2,為充電過(guò)程，電極A與直流電源的負(fù)極相連，

電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cd(OH)2+2e=Cd+2OH,B正確；電極B發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

反應(yīng)式為2Ni(OH)22e+20H=2NiOOH+2H20,則電極A發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)式為Cd(OH)2+2e=Cd+2OH,

此時(shí)為充電過(guò)程，總反應(yīng)為Cd(OH)2+2Ni(OH)2騏Cd+2NiOOH+2H20,溶液中KOH濃度減小，C錯(cuò)誤；根

據(jù)分析，放電時(shí)總反應(yīng)為Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2,則銀鎘二次電池總反應(yīng)式為

放電

Cd+2NiOOH+2H2OUCd(OH)2+2Ni(OH)2,D正確；答案選C。

充電

高頻考點(diǎn)五新型電源

【例5】(2022?廣東卷)科學(xué)家基于Cl2易溶于Cd4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無(wú)需離子交換膜的新型氯流

+

電池，可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為：NaTi2(PO4)3+2Na+2e=Na3Ti2(PO4)3o

下列說(shuō)法正確的是

A.充電時(shí)電極b是陰極

B.放電時(shí)NaQ溶液的pH減小

C.放電時(shí)NaQ溶液的濃度增大

D.每生成ImolCL，電極a質(zhì)量理論上增加23g

【答案】C

【解析】由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知，充電時(shí)電極a發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽(yáng)

極，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反，則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為

岫方2伍口)3-2b=N。2仍。1)3+22+可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯(cuò)誤；放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為

Naji2g*-20;用羽皿工卬虐,正極反應(yīng)為C"+2e-=2CL,反應(yīng)后Na+和Cl濃度都增大，則

放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大，故C正確；充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為2cr-2e-=C4T,陰極反應(yīng)為

+

NaTi2(PO4\+2Na+2e-=Naji2(PO4)3,由得失電子守恒可知，每生成ImolCb,電極a質(zhì)量理論上增

加23g/molx2moi=46g,故D錯(cuò)誤；答案選C。

【變式探究】(2022.全國(guó)乙卷)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近

年來(lái)科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子(1)和空穴(h+),

驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li++e-=Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2Ch+2h+=2Li++O2)對(duì)電池進(jìn)行充電。下列敘述錯(cuò)誤的是

A.充電時(shí)，電池