2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第3讲原电池的工作原理及常见电池

这是一份2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第3讲原电池的工作原理及常见电池，共20页。


1.宏观与微观结合视角
2.跨学科（融合）视角
3.思维观点
注：这里的“可逆”并不是指充电、放电那种含义，而是物理化学中的名词。
考点1 原电池的工作原理及其应用
1.原电池
（1）定义：将[1] 化学能 转化为[2] 电能 的装置。
（2）原电池的构成条件
①能自发进行的[3] 氧化还原反应 。
②一般有两个活动性不同的电极（燃料电池的两个电极可以相同）。
③形成[4] 闭合回路 ，需满足三个条件：a.存在离子导体（电解质）；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入离子导体中。
注意 离子导体既可以是电解质的水溶液，也可以是能传导离子的固体电解质或熔融电解质，还可以是有机电解质溶液等。
2.原电池的工作原理 （以Zn－Cu原电池为例）

甲（单液电池） 乙（双液电池）
1.易错辨析。
（1）在原电池中，电极反应为氧化反应的一极一定是负极。（ √ ）
（2）在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。（ ✕ ）
（3）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定为负极。（ ✕ ）
（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3 Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含KCl饱和溶液的琼脂。（ ✕ ）
（5）使用盐桥可以提高电池的能量转换效率。（ √ ）
2.（1）左侧甲装置与乙装置相比，乙装置的优点是 避免Zn与CuSO4直接反应而产生能量损耗 。
（2）请简述左侧乙装置中盐桥的作用： ①构成闭合回路；②盐桥中的离子定向移动保持左、右两池正、负电荷平衡 。
3.某科学探究小组用如下装置设计原电池，其中不能形成原电池的是 ①④ （填标号），原因是 ①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路 。
命题点1 原电池正、负极的判断
1.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
（1）图①中，Mg作 负 极。
（2）图②中，Mg作 正 极，写出负极反应式： Al＋4OH－－3e－ [Al（OH）4]－ ，正极反应式： 2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑ ，总反应的离子方程式： 2Al＋2OH－＋6H2O 2[Al（OH）4]－＋3H2↑ 。
（3）图③中，Fe作 正 极，写出负极反应式： Cu－2e－ Cu2＋ ，正极反应式： 2NO3－＋4H＋＋2e－ 2NO2↑＋2H2O ，总反应的化学方程式： Cu＋4HNO3（浓） Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O 。
（4）图④装置能否构成原电池？ 能 （填“能”或“否”），若能构成原电池，正极为 Cu ，电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O 4OH－ （若不能构成原电池，后两问不用回答）。
2.[浙江高考]银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O Zn（OH）2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是（ D ）
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－ Zn（OH）2
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析 根据电池总反应Zn＋Ag2O＋H2O Zn（OH）2＋2Ag可知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，则Zn电极为负极，在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn（OH）2，故Zn电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ Zn（OH）2，A、C项正确；Ag2O电极为正极，发生还原反应，B项正确；根据总反应知，放电过程中不断消耗水，故放电后电解质溶液的pH增大，D项错误。
技巧点拨
判断原电池正、负极的方法
注意 电池在工作过程中，负极质量不一定减少，如常见的铅酸蓄电池（总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O），电池工作一段时间后，正极与负极质量均增大。
命题点2 原电池的设计
3.某化学学习小组同学利用Fe3＋与I－发生的氧化还原反应设计一个原电池，并进行有关实验探究。请回答相关问题：
（1）画出简单的示意图，并标明所使用的用品。要求：右池中电极上发生氧化反应。
供选择的实验用品：KCl溶液，FeCl3溶液，FeCl2溶液，KI溶液，铜片，锌片，铁片，石墨，烧杯，盐桥，导线，灵敏电流计。
（2）利用（1）中设计好的装置，控制适合的条件对反应2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2进行实验探究：
①反应开始时，右池电极反应式为 2I－－2e－ I2 ，盐桥中的 阴 （填“阳”或“阴”）离子向右池移动。
②电流计指针不发生偏转时，反应达到化学平衡状态，在左池中加入FeCl2固体，右池的电极作 正 （填“正”或“负”）极。
解析 （2）①由图示结合原电池原理分析可知，左池石墨电极上Fe3＋得电子变成Fe2＋，被还原，电极反应式为Fe3＋＋e－ Fe2＋，右池石墨电极上I－失去电子变成I2，被氧化，电极反应式为2I－－2e－ I2。盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极。②电流计指针不发生偏转，反应达到平衡状态后，在左池中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，右池中石墨为正极。
技巧点拨
原电池的设计
1.拆分反应：将氧化还原反应分成两个半反应。
2.选择电极材料：将还原剂（一般为较活泼金属）作负极，活动性比负极弱的金属或非金属导体作正极。
3.构成闭合回路：用导线将确定好的正负极连接，插入离子导体（电解质溶液等）中形成闭合回路。如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间连接盐桥。
4.画出装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料的名称、正负极、电解质溶液等。
命题点3 原电池原理的应用
4.[比较不同金属的活动性]有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ C ）
A.a＞b＞c＞dB.b＞c＞d＞a
C.d＞a＞b＞cD.a＞b＞d＞c
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①现象可知，a为负极，b为正极，金属活动性a＞b；由实验②现象可知，b可与稀硫酸反应产生H2，c不与稀硫酸反应，则金属活动性b＞c；由实验③现象可知，d为负极，c为正极，则金属活动性d＞c；由实验④现象可知，d为负极，a为正极，则金属活动性d＞a。综上所述可知金属活动性d＞a＞b＞c。
技巧点拨
原电池原理的应用
1.比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属或能导电的非金属。
2.加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。例如在锌与稀硫酸制H2的溶液中，滴加少量硫酸铜溶液，发生置换反应Zn＋Cu2＋ Zn2＋＋Cu，构成Zn－Cu－稀H2SO4原电池，加快反应速率。
3.用于金属的防护：金属制品作原电池的正极而得到保护。
考点2 常见化学电源
1.常见化学电源类型
2.燃料电池
1.易错辨析。
（1）碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使碱性锌锰电池的比能量高、可储存时间长。（ ✕ ）
（2）铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。（ √ ）
（3）燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，热能转化为电能。（ ✕ ）
2.（1）铅酸蓄电池在放电过程中溶液的pH逐渐 增大 （填“增大”或“减小”），充电时阳极反应为 PbSO4＋2H2O－2e－ PbO2＋SO42－＋4H＋ ，阴极反应为 PbSO4＋2e－ Pb＋SO42－ ，总反应为 2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4 。
（2）你能发现二次电池放电时的电极反应与充电时的电极反应之间的关系吗？
二次电池充电时的阴极反应是放电时的负极反应的“逆反应”；充电时的阳极反应是放电时正极反应的“逆反应”。
3.北京冬奥会期间使用氢燃料清洁能源汽车，其氢氧燃料电池工作示意图如图所示。
（1）电极a为电池的 负 （填“正”或“负”）极。
（2）电极b表面的反应为 O2＋4e－＋2H2O 4OH－ 。
（3）电池工作过程中OH－向电极 a （填“a”或“b”）移动。
4.甲烷作燃料电池的负极反应物时，其电极反应式在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质 CH4－8e－＋2H2O CO2＋8H＋ 。
（2）导O2－固体作介质 CH4－8e－＋4O2－ CO2＋2H2O 。
（3）熔融碳酸盐作介质 CH4－8e－＋4CO32－ 5CO2＋2H2O 。
命题点1 原电池电极反应式的书写
1.[运用“公式法”书写]全钒电池以惰性材料作电极，电解质溶液显酸性，电池总反应为VO2＋（黄色）＋V2＋（紫色）＋2H＋ VO2＋（蓝色）＋H2O＋V3＋（绿色）。下列说法错误的是（ C ）
A.正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－ VO2＋＋H2O
B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色
C.每生成1 ml H2O转移电子的物质的量为 0.5 ml
D.放电过程中溶液的pH逐渐增大
解析 由题图和电池总反应VO2＋＋V2＋＋2H＋ VO2＋＋H2O＋V3＋可知，正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－ VO2＋＋H2O，负极反应为V2＋－e－ V3＋，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，A、B项正确。由电极反应VO2＋＋2H＋＋e－ VO2＋＋H2O可知，反应每生成1 ml H2O转移电子的物质的量为1 ml，C项错误。由电池总反应可知，放电过程中H＋不断被消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。
2.[运用“加减法”书写][2022全国乙]Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子（e－）和空穴（h＋），驱动阴极反应（Li＋＋e－ Li） 和阳极反应（Li2O2 ＋2h＋ 2Li＋＋O2） 对电池进行充电。下列叙述错误的是（ C ）
A.充电时，电池的总反应Li2O2 2Li＋O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－ Li2O2
解析 由题图可知，该装置为二次电池，题干中给出充电时的阳极反应和阴极反应，则根据“加减法”得
放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆过程，则负极反应式为Li－e－ Li＋，放电时总反应与充电时总反应互为逆过程，则放电时总反应式为2Li＋O2 Li2O2，则根据“加减法”得
由上述分析可知，A、D项正确。光照时，光催化电极产生电子（e－）和空穴（h＋），电子通过外电路转移到锂电极参与阴极反应，空穴参与阳极反应，因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确。放电时，金属锂电极作负极，光催化电极作正极，则Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移参与反应，C项错误。
技巧点拨
原电池电极反应式的书写模型
1.“公式法”书写原电池电极反应式
2.“加减法”书写原电池电极反应式
命题点2 燃料电池
3.[海南高考改编]某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法错误的是（ C ）
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为负极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O
解析 结合图示装置可知该燃料电池工作时，乙烯在b电极上发生氧化反应生成乙醛，则O2在a电极上发生还原反应，电极反应如下：
该燃料电池能将CH2 CH2转化为CH3CHO，可用于CH3CHO的制备，A项正确；结合上述分析可知，B、D项正确；电池工作时，a电极上O2发生还原反应时消耗H＋生成H2O，即a电极附近溶液pH升高，C项错误。
4.[2021山东]以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH－O2、N2H4－O2、（CH3）2NNH2－O2清洁燃料电池，下列说法正确的是（ C ）
A.放电过程中，K＋均向负极移动
B.放电过程中，KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2－O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 ml O2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
解析 燃料电池工作时，阳离子向正极移动，则K＋向正极移动，A项错误；N2H4－O2燃料电池的总反应为N2H4＋O2 N2＋2H2O，因此放电过程中，KOH的物质的量不变，B项错误；根据CH3OH→CO32－失6e－、N2H4→N2失4e－、（CH3）2NNH2→2CO32－＋N2失16e－，知消耗1 g燃料时，转移电子的物质的量分别为132×6 ml、132×4 ml、160×16 ml，显然（CH3）2NNH2转移电子最多，放电量最大，C项正确；根据N2H4＋O2 N2＋2H2O，知消耗1 ml O2，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物N2为1 ml，其在标准状况下的体积为22.4 L，D项错误。
1.[铝－海水电池][2023海南]利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是（ A ）
A.b电极为电池正极
B.电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动
C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性
D.每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 ml电子的电量
解析 由装置图可知该装置为原电池，其中铝为活泼金属，发生氧化反应，为负极，则石墨为正极。
由上述分析知，b电极为原电池正极，A正确。在原电池中，阳离子向正极移动，故海水中的Na＋向b电极移动，B错误。电池工作时，a电极生成铝离子，铝离子水解使溶液显酸性：Al3＋＋3H2O⇌Al（OH）3＋3H＋，C错误。电池工作时，Al由0价变为＋3价，则每消耗1 kg Al，即1 00027 ml Al，电池最多向外提供1 00027 ml×3＝1 0009 ml电子的电量，D错误。
2.[固体电解质传导][2021重庆]CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质。当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是（ B ）
A.CO32－迁移方向为界面X→电极b
B.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1
C.电极b为负极，发生的电极反应为2CO32－－4e－ O2↑＋2CO2↑
D.电池总反应为Li2CO3 Li2O＋CO2↑
解析
根据各电极上转移电子数相等，知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶2，B项错误。
3.[电极反应式的书写][2021河北]我国科学家研究Li－CO2电池，取得了重大科研成果。回答下列问题：
（1）Li－CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在 正 （填“正”或“负”）极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
Ⅰ.2CO2＋2e－ C2O42－
Ⅱ.C2O42－ CO2＋CO22－
Ⅲ. C2O42－＋CO22－ 2CO32－＋C或CO2＋2CO22－ 2CO32－＋C
Ⅳ.CO32－＋2Li＋ Li2CO3
（2）研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。CO2在碱性介质中电还原为正丙醇（CH3CH2CH2OH）的电极反应方程式为 3CO2＋18e－＋13H2O CH3CH2CH2OH＋18OH－ 。
解析 （1）Li－CO2电池中，Li为负极，则CO2在正极发生电化学反应。根据题给电池反应产物知正极反应为3CO2＋4Li＋＋4e－ 2Li2CO3＋C，结合第Ⅰ步、第Ⅱ步、第Ⅳ步反应，知第Ⅲ步反应为C2O42－＋CO22－ 2CO32－＋C或CO2＋2CO22－ 2CO32－＋C。（2）CO2转化为CH3CH2CH2OH，碳元素的化合价由＋4降低为－2，根据电荷守恒和原子守恒，配平的电极反应式为3CO2＋18e－＋13H2O CH3CH2CH2OH＋18OH－。

1.[2024福建龙岩考试]海洋电池大规模用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电，海洋电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O 4Al（OH）3，该电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。下列说法错误的是（ C ）
A.该电池只需更换铝板就可继续使用
B.以网状的铂为正极，能增大与氧气的接触面积
C.电池工作时，电子由铂电极沿导线流向铝电极
D.负极的电极反应式为Al－3e－＋3OH－ Al（OH）3
解析 在海洋电池中铝板为负极，发生Al失去电子的氧化反应，铂网为正极，在正极上O2得到电子，发生还原反应，海水为电解质溶液，电子由负极经导线流向正极，海洋电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O 4Al（OH）3。海洋电池中负极Al会不断失去电子，发生氧化反应Al－3e－＋3OH－ Al（OH）3，故负极会不断消耗，而正极铂网不消耗，因此该电池只需更换铝板就可继续使用，A、D正确；以网状的铂为正极，能增大与氧气的接触面积，提高正极与负极的电势差，使电流强度增大，B正确；电池工作时，电子由铝电极沿导线流向铂电极，电流由铂电极沿导线流向铝电极，C错误。
2.[浙江高考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是（ A ）
A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O 2Ag＋2OH－
C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
解析 Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，负极上Zn失电子生成Zn2＋，原电池中阳离子向正极迁移，正极上H＋得电子生成H2，因而Cu电极附近溶液中c（H＋）减小，A项错误；负极为Zn粉，正极反应物为Ag2O，碱性环境下正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O 2Ag＋2OH－，B项正确；Zn筒作负极，负极反应式为Zn－2e－ Zn2＋，会变薄，C项正确；铅酸蓄电池的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，D项正确。
3.[2024长沙长郡梅溪湖中学考试改编]酸性甲醇燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是（ D ）
A.Pt（b）为正极
B.工作时，H＋由a极室向b极室迁移
C.Pt（a）的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋
D.工作时，电子从Pt（a）经负载流向Pt（b），再经电解质溶液流回Pt（a）
解析
4.[2024武汉部分学校调研]我国科技工作者设计了一种CO2转化的多功能光电化学平台，实现了CO生产与塑料到化学品的协同转化，其原理如图所示。下列说法错误的是（ D ）
A.光催化电极的电势：a＞b
B.电池工作时，负极区溶液的pH减小
C.正极区的电极反应为CO2＋2e－＋2HCO3－ CO＋2CO32－＋H2O
D.当电路中通过1 ml电子时，正极区溶液质量增大39 g
解析 根据光催化电极a上CO2转化为CO，发生还原反应，知a为正极，则b为负极，光催化电极的电势：a＞b，A项正确；负极上降解为和HOCH2CH2OH，HOCH2CH2OH发生氧化反应转化为HOCH2COO－，电极反应式为HOCH2CH2OH－4e－＋5OH－ HOCH2COO－＋4H2O，负极区消耗OH－，溶液的pH减小，B项正确；正极区CO2转化为CO，电极反应为CO2＋2e－＋2HCO3－ CO＋2CO32－＋H2O，C项正确；由正、负极的电极反应及电解液保持电中性知，当电路中通过1 ml电子时，正极区溶液增加 0.5 ml O，同时1 ml K＋通过阳离子交换膜进入正极区，溶液质量增大8 g＋39 g＝47 g，D项错误。
5.[2023宁夏石嘴山模拟]我国研发了一种治理污水有机物的技术，通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ C ）
A.B极为电池的正极，发生还原反应
B.微生物膜的作用主要是提高B极的导电性
C.A极电极反应式为＋H＋＋2e－ Cl－＋
D.当除去0.1 ml CH3COO－时，有0.4 ml H＋通过质子交换膜从A极向B极移动
解析 根据元素化合价的变化判断电极，CH3COO－→HCO3－，C的化合价升高，失电子，发生氧化反应，B极作负极，A错误。微生物膜主要作催化剂，催化反应的进行，B错误。A极电极反应式为＋H＋＋2e－ Cl－＋，C正确。由B极电极反应式CH3COO－－8e－＋4H2O 2HCO3－＋9H＋可知，除去0.1 ml CH3COO－时，转移电子的物质的量为0.8 ml，故有0.8 ml H＋通过质子交换膜从B极移向A极，D错误。
6.[2024惠州调研]我国科学家研发了一种Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是（ D ）
A.放电时，ClO4－向负极移动
B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C.放电时，正极反应为3CO2＋4e－ 2CO32－＋C
D.充电时，阳极反应为Na＋＋e－ Na
解析 由电池总反应知放电时，Na作负极，电极反应为2Na－2e－＋CO32－ Na2CO3，放电时是原电池，阴离子向负极移动，即ClO4－向Na电极移动，A项正确；根据电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C知，放电时吸收CO2，充电时生成CO2，B项正确；放电时正极上二氧化碳得到电子转化为碳，电极反应为3CO2＋4e－ 2CO32－＋C，C项正确；充电时，电池内发生的是原电池反应的逆反应，故阳极反应为2CO32－＋C－4e－ 3CO2↑，D项错误。
7. [微生物电池][2024四川模拟改编]据文献报道，一种新型的微生物脱盐电池的装置如图所示，下列关于该电池装置的说法正确的是（ C ）
A.Y为阴离子选择性交换膜
B.左室溶液碱性增强
C.负极反应是CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋
D.转移2 ml电子，海水脱去氯化钠的质量是58.5 g
解析 原电池中阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，因此Y为阳离子交换膜，X为阴离子交换膜，A错误；由题图可知，负极CH3COO－失电子生成二氧化碳，负极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋，生成了H＋，溶液碱性减弱，B错误，C正确；转移2 ml电子，有2 ml钠离子和2 ml氯离子分别通过阳、阴离子交换膜，可除去2 ml氯化钠，质量为 2 ml×58.5 g/ml＝117 g，D错误。
8.[全国Ⅲ高考]为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D－Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn（s）＋2NiOOH（s）＋H2O（l）放电 充电 ZnO（s）＋2Ni（OH）2（s）。下列说法错误的是（ D ）
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni（OH）2（s）＋OH－（aq）－e－ NiOOH（s）＋H2O（l）
C.放电时负极反应为Zn（s）＋2OH－（aq）－2e－ ZnO（s）＋H2O（l）
D.放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
解析 结合题意和题图可知，放电时相当于原电池，充电时相当于电解池，结合反应前后Zn、Ni元素的化合价变化可写出充、放电时的电极反应式。
9.[生物燃料电池][全国Ⅰ高考]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是（ B ）
A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋ 2H＋＋2MV＋
C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析
10.[结合物质结构考查][2024河北衡水二中考试改编]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的总反应为 LixC6＋Li1－x FePO4 6C＋LiFePO4。图1为磷酸铁锂电池的工作原理图，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li＋脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构，设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（ B ）
A.放电时，负极反应式为LixC6－xe－ xLi＋＋6C
B.（a）过程中1 ml晶胞转移的电子数为316NA
C.（b）代表放电过程， Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极
D.充电时的阳极反应式为LiFePO4－xe－ Li1－xFePO4＋xLi＋
解析 根据放电时的总反应LixC6＋Li1－xFePO4 6C＋LiFePO4可知， LixC6转化为C和Li＋，C元素的化合价升高，失去电子，发生氧化反应，石墨电极为原电池的负极，则负极反应式为 LixC6－xe－ xLi＋＋6C；而Li1－xFePO4转化为LiFePO4发生还原反应，该电极为原电池的正极，则正极反应式为Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋ LiFePO4，结合题图2可知，（b）代表放电过程， Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极，A、C正确。结合上述分析可知，充电时的总反应为 6C＋LiFePO4 LixC6＋Li1－xFePO4，阳极反应式为LiFePO4－xe－ Li1－xFePO4＋xLi＋，（a）过程由于Fe2＋转化为Fe3＋，Fe元素化合价升高，为了平衡电荷，Li＋脱嵌减少；由题图2可知，LiFePO4转化为Li1－xFePO4时晶胞中减少了棱上和面心各1个Li＋，即共减少Li＋的个数为14＋12＝34，所以1 ml晶胞转移的电子数为34NA，B错误，D正确。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.学生必做实验：化学能转化成电能
原电池
的工作
原理及
其应用
2023广东，T6；2023海南，T8；2022全国甲，T10；2021山东，T10；2021广东，T9；2021重庆，T13；2021上海，T18；2020山东，T10；2020海南，T11；2019江苏，T11
证据推理与模型认知：理解原电池的构造及工作原理；能建立氧化还原反应与原电池的关联；能建立电化学原理与装置间的关联；能解释实际电池的工作原理；能判断装置是否产生电流；能判断电流方向和离子移动方向，预测电极反应及现象，书写陌生电极反应式
常见化
学电源
2019年4月浙江，T12
命题分析预测
1.近年高考关于原电池的考查一直是常考常新，设题背景新、设问角度新。常以选择题的形式考查原电池的工作原理及其应用，非选择题中常结合元素化合物等知识考查电极反应式的书写以及利用得失电子守恒进行相关计算。
2.预计2025年高考仍会考查原电池的工作原理及其应用、电极反应式的书写及正误判断、溶液中离子的迁移方向及浓度变化、二次电池的充放电过程分析等
物质变化
能量变化
宏观
氧化还原反应
能量转换
微观
电子得失
离子（或电子）克服（或依靠）电场力做功
守恒观
（1）得失电子守恒；（2）能量转换守恒
变化观
（1）物质变化过程中伴随着能量变化。
（2）物质变化是能量变化的基础，决定着能量变化的大小和形式。
[说明：同样的一个自发进行的氧化还原反应，若是直接在烧杯中进行，则化学能不可能转化为电能； 若是在“不可逆”的原电池装置（实际情形）中进行，化学能部分转化为电能；若是在“可逆”的原电池装置（理想情形）中进行，则化学能可完全转化为电能]
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
[5] Zn－2e－ Zn2＋
[6] Cu2＋＋2e－ Cu
反应类型
[7] 氧化反应
[8] 还原反应
电子、电流方向
电子流动方向：负极→导线→正极；
（电子不下水，离子不上岸）
电流方向：正极→导线→负极
问题
乙装置的盐桥中的电解质若为KNO3，则K＋移向[9] 右 池（填“左”或“右”，下同），NO3－移向[10] 左 池。
乙装置的盐桥中的电解质能为Na2S和BaCl2吗？为什么？[11] 不能。因为S2－与Zn2＋、Cu2＋形成沉淀，Ba2＋与SO42－形成沉淀
判断方法
负极
正极
电极材料
活泼金属
较不活泼金属或非金属
通入物质
通入还原剂的电极
通入氧化剂的电极
电极反应类型
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
电子流向
（或电流方向）
电子流出的电极
（或电流流入的电极）
电子流入的电极
（或电流流出的电极）
离子移向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
电极现象
电极不断溶解，质量减少
电极增重或质量不变
实验
装置
部分实
验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
类型
装置
工作原理
一次电池
碱性锌锰电池
负极反应：[1] Zn－2e－＋2OH－ Zn（OH）2 。
正极反应：MnO2＋e－＋H2O MnO（OH）＋OH－。
电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O 2MnO（OH）＋Zn（OH）2
银锌（纽扣）电池
负极反应：[2] Zn－2e－＋2OH－ ZnO＋H2O 。
正极反应：Ag2O＋2e－＋H2O 2Ag＋2OH－。
电池反应：Zn＋Ag2O ZnO＋2Ag
二次
电池
铅酸蓄电池
放电时：
负极反应为Pb－2e－＋SO42－ PbSO4；
正极反应为PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋ PbSO4＋2H2O；
电池反应为[3] Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
类型
装置
工作原理
氢氧
燃料
电池
负极反应：[4] H2－2e－ 2H＋ 。正极反应：O2＋4e－＋4H＋ 2H2O。
电池反应：2H2＋O2 2H2O
负极反应：[5] H2－2e－＋2OH－ 2H2O 。
正极反应：O2＋4e－＋2H2O 4OH－。
电池反应：2H2＋O2 2H2O
氢氧
燃料
电池
负极反应：[6] H2－2e－＋O2－ H2O 。
正极反应：O2＋4e－ 2O2－。
电池反应：2H2＋O2 2H2O
甲烷燃料电池
负极反应：[7] CH4－8e－＋10OH－ CO32－＋7H2O 。
正极反应：O2＋4e－＋2H2O 4OH－。
电池反应：CH4＋2OH－＋2O2 CO32－＋3H2O
电极
电极反应
负极（b电极）
2CH2 CH2＋2H2O－4e－ 2CH3CHO＋4H＋
正极（a电极）
O2＋4e－＋4H＋ 2H2O
电极
电极反应
正极（石墨）
O2＋4e－＋2H2O 4OH－
负极（Al）
Al－3e－ Al3＋