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2025版高考化学一轮总复习真题演练第6章化学反应与能量第21讲原电池和化学电源
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这是一份2025版高考化学一轮总复习真题演练第6章化学反应与能量第21讲原电池和化学电源，共4页。试卷主要包含了充电电池类题目的解答方法，突破二次电池类题目的四个步骤等内容，欢迎下载使用。
近几年高考对原电池的考查，以生产、生活、科技等中的问题为载体，考查原电池原理及其应用、氢氧燃料电池(燃料电池)的原理及应用。
真 题 演 练
1．(2023·新课标，10,6分)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( C )
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：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
[解析] 放电时，Zn为负极，负极反应为xZn－2xe－===xZn2＋，V2O5为正极，正极反应为V2O5＋xZn2＋＋nH2O＋2xe－===ZnxV2O5·nH2O，总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O；放电时Zn2＋由负极移向正极；充电时总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，阳极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===V2O5＋xZn2＋＋nH2O。综上所述，A、B、D均正确，C不正确。
2．(2023·全国乙卷，12,6分)室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
eq \f(1,2)S8＋e－―→eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)，eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)＋e－―→Seq \\al(2－,4)，2Na＋＋eq \f(x,4)Seq \\al(2－,4)＋2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(x,4)))e－―→Na2Sx
下列叙述错误的是( A )
A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
[解析] 根据工作时硫电极上发生的反应可知，硫电极得电子发生还原反应，则放电时，硫电极(b极)为正极、钠电极(a极)为负极；充电时，a极为阴极、b极为阳极。充电时，阳离子向阴极移动，则Na＋移向钠电极，A项错误；放电时，电子经外电路由负极流向正极，B项正确；根据题给硫电极上的反应，结合电荷守恒可得放电时正极反应为2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx，C项正确；炭化纤维素纸的导电性强，可增强硫电极的导电性能，D项正确。
3．(2023·山东卷，11(改编)，4分)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是( B )
A．甲室Cu电极为负极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
[解析] 甲室中发生反应：Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，根据Cu2＋的浓度差可以设计浓差电池。NH3通入甲室发生反应NH3＋H2O===NH3·H2O，溶液中Cu2＋与NH3·H2O结合生成[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，甲室Cu电极上发生失电子的氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，则甲室中总反应为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋；乙室Cu电极上发生得电子的还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，乙室中SOeq \\al(2－,4)向甲室移动，甲室中[Cu(NH3)4]SO4浓度增大，排出收集，低温热解生成CuSO4和NH3，NH3回到甲室中生成NH3·H2O循环使用。甲室中Cu电极为负极，A项正确；因需要在甲室中实现CuSO4溶液的再生，故需要使乙室中SOeq \\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入甲室，B项错误；上述分析中甲室中总反应与乙室中Cu电极的电极反应相加得总反应Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，C项正确；如果NH3进入乙室，则乙室中Cu2＋浓度降低，浓差电池的电动势差将减小，D项正确。
本讲要点速记：
1．原电池中的能量转化及本质
(1)能量转化：化学能转化为电能。
(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。
2．原电池中粒子的“移动方向”
(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。
(2)外电路中电流方向：正极→负极。
(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。
(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。
3．判断原电池正负极的六种方法
电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。
(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。
(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
4．化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物。
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。
(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
5．充电电池类题目的解答方法
(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。
(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。
(3)阳极和负极都发生氧化反应，阴极和正极都发生还原反应。
(4)充电电池放电时，电解质溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极经导线流向正极；电池充电时，电解质溶液中的阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(5)电极附近溶液的pH的变化，根据电极反应进行分析。
6．突破二次电池类题目的四个步骤
近几年高考对原电池的考查，以生产、生活、科技等中的问题为载体，考查原电池原理及其应用、氢氧燃料电池(燃料电池)的原理及应用。
真 题 演 练
1．(2023·新课标，10,6分)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( C )
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：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
[解析] 放电时，Zn为负极，负极反应为xZn－2xe－===xZn2＋，V2O5为正极，正极反应为V2O5＋xZn2＋＋nH2O＋2xe－===ZnxV2O5·nH2O，总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O；放电时Zn2＋由负极移向正极；充电时总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，阳极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===V2O5＋xZn2＋＋nH2O。综上所述，A、B、D均正确，C不正确。
2．(2023·全国乙卷，12,6分)室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
eq \f(1,2)S8＋e－―→eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)，eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)＋e－―→Seq \\al(2－,4)，2Na＋＋eq \f(x,4)Seq \\al(2－,4)＋2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(x,4)))e－―→Na2Sx
下列叙述错误的是( A )
A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
[解析] 根据工作时硫电极上发生的反应可知，硫电极得电子发生还原反应，则放电时，硫电极(b极)为正极、钠电极(a极)为负极；充电时，a极为阴极、b极为阳极。充电时，阳离子向阴极移动，则Na＋移向钠电极，A项错误；放电时，电子经外电路由负极流向正极，B项正确；根据题给硫电极上的反应，结合电荷守恒可得放电时正极反应为2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx，C项正确；炭化纤维素纸的导电性强，可增强硫电极的导电性能，D项正确。
3．(2023·山东卷，11(改编)，4分)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是( B )
A．甲室Cu电极为负极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
[解析] 甲室中发生反应：Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，根据Cu2＋的浓度差可以设计浓差电池。NH3通入甲室发生反应NH3＋H2O===NH3·H2O，溶液中Cu2＋与NH3·H2O结合生成[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，甲室Cu电极上发生失电子的氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，则甲室中总反应为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋；乙室Cu电极上发生得电子的还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，乙室中SOeq \\al(2－,4)向甲室移动，甲室中[Cu(NH3)4]SO4浓度增大，排出收集，低温热解生成CuSO4和NH3，NH3回到甲室中生成NH3·H2O循环使用。甲室中Cu电极为负极，A项正确；因需要在甲室中实现CuSO4溶液的再生，故需要使乙室中SOeq \\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入甲室，B项错误；上述分析中甲室中总反应与乙室中Cu电极的电极反应相加得总反应Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，C项正确；如果NH3进入乙室，则乙室中Cu2＋浓度降低，浓差电池的电动势差将减小，D项正确。
本讲要点速记：
1．原电池中的能量转化及本质
(1)能量转化：化学能转化为电能。
(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。
2．原电池中粒子的“移动方向”
(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。
(2)外电路中电流方向：正极→负极。
(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。
(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。
3．判断原电池正负极的六种方法
电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。
(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。
(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
4．化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物。
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。
(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
5．充电电池类题目的解答方法
(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。
(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。
(3)阳极和负极都发生氧化反应，阴极和正极都发生还原反应。
(4)充电电池放电时，电解质溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极经导线流向正极；电池充电时，电解质溶液中的阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(5)电极附近溶液的pH的变化，根据电极反应进行分析。
6．突破二次电池类题目的四个步骤
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