原電池及其應(yīng)用、新型化學(xué)電源（原卷版）-2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義（新教材新高考）

備戰(zhàn)2025年高考化學(xué)【一輪-考點(diǎn)精講精練】復(fù)習(xí)講義

考點(diǎn)36原電池及其應(yīng)用、新型化學(xué)電源

疆本講?講義概要

—.原電池的工作原理

二.原電池原理的應(yīng)用

知識精講

三.常見的化學(xué)電源

四.新型化學(xué)電源

選擇題：20題建議時長：60分鐘

課后精練

實(shí)際時長：

非選擇題：5題分鐘

吆夯基?知識精講________________________________________________________

一.原電池的工作原理

1.原電池的概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。

2.原電池的構(gòu)成條件

(1)有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨，燃料電池的兩個電極可以相同)。

(2)將電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)或離子導(dǎo)體中。

(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)，需滿足三個條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接

或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。

(4)能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。

3.原電池的工作原理——以銅鋅原電池為例

（1）電極

①負(fù)極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)

e~沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生②正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)

還原反應(yīng)（2）電子定向移動方向和電流方向

2H++2e-=IIt

2①電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極

②電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極

+2+

總反應(yīng)離子方程式：Zn+2H^=Zn+H2t（3）離子移動方向

陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動

（電子不下水，離子不上岸）

4.單液原電池（無鹽橋）和雙液原電池（有鹽橋）對比——以銅鋅原電池為例

（1）工作原理

名稱單液原電池雙液原電池

電極名稱負(fù)極（鋅片）正極（銅片）

電極反應(yīng)Zn—2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）Cu2++2e-=Cu（還原反應(yīng)）

相

同總反應(yīng)Zn-|-Cu2+=Zn2++Cu

點(diǎn)

電子流向電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極：由Zn沿導(dǎo)線流向Cu

電流流向電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極：由Cu沿導(dǎo)線流向Zn

電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移

不離子遷移

同方向Cu2+移向正極，SCV一移向負(fù)極鹽橋含飽和KC1溶液，K+移向正極，C「移向負(fù)極

點(diǎn)

能量轉(zhuǎn)化還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，Zn與氧化劑CM+不直接接觸，僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為

效率既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學(xué)電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長。

能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗。

鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KC1、KNC>3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，使原電池能持續(xù)提供電流；

C.可以提高能量轉(zhuǎn)化效率。

5.原電池正、負(fù)極的判斷方法

(1)根據(jù)原電池的兩電極材料來判斷

兩種金屬(或金屬與非金屬)組成的電極，若它們都與(或都不與)電解質(zhì)溶液單獨(dú)能反應(yīng)，則較活潑的金

屬作負(fù)極；若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)，則能反應(yīng)的電極作負(fù)極。

(2)根據(jù)外電路中電子流向或電流方向來判斷

電子流出或電流流入的一極負(fù)極；電子流入或電流流出的一極正極。

(3)根據(jù)電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式來判斷

作還原劑、失電子、化合價升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極；

作氧化劑、得電子、化合價降低、發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極；

(4)根據(jù)電極現(xiàn)象來判斷

工作后，電極質(zhì)量減少，說明該電極金屬溶解，失去電子變成金屬離子，該電極為負(fù)極；電極質(zhì)量增

加或不變，說明溶液中的陽離子在該電極放電生成金屬單質(zhì)或溶液中的陽離子得電子，該電極為正極。

（5）根據(jù)內(nèi)電路（電解質(zhì)溶液中）中離子的遷移方向來判斷

陽離子向正極移動；陰離子向負(fù)極移動。

【注意】

①活潑性強(qiáng)的金屬不一定作負(fù)極，對于某些原電池，如鎂、鋁和NaOH溶液組成的原電池，A1作負(fù)極,

Mg作正極。原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成思維定式——活

潑金屬一定是負(fù)極，但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。

總反應(yīng)Cu+4H++2NO3=Cu2++2NO2T+2H2。

A1——Cu（濃硝酸）負(fù)極反應(yīng)Cu_2e-=Cu2+

正極反應(yīng)

4H++2NO3+2e-=2NO2t+2H2O

總反應(yīng)2A1+2H2O+2OH=2A1O2-+3H2T

A1------Mg（NaOH溶液）負(fù)極反應(yīng)2A1—6e-+8OH-=2A1O2~+4氏0

正極反應(yīng)6H2O+6b=3H2T+6OH

②電子不能通過電解質(zhì)溶液，溶液中的離子不能通過鹽橋和導(dǎo)線（即電子不下水，離子不上岸）。

③自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，也可以是電極與溶解的。2等發(fā)生反應(yīng),

如將鐵與石墨相連插入食鹽水中。

二.原電池原理的應(yīng)用

1、設(shè)計制作化學(xué)電源

例：①根據(jù)Cu+2Ag+^=Cu2++2Ag設(shè)計電池:

C（Ag等）

或

AgNCS溶液AgNOs溶液CuSO」溶液

2、加快化學(xué)反應(yīng)速率

一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率加快。如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時，滴加少量

CuSCU溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率。

3、比較金屬的活動性強(qiáng)弱

原電池中，一般活動性強(qiáng)的金屬作負(fù)極，而活動性弱的金屬（或非金屬導(dǎo)體）作正極。電極質(zhì)量減少，作

負(fù)極，較活潑；有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑。

如：有兩種金屬A和B,用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，

而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活動性：A>Bo

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)。例如：要保護(hù)一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可

用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。（被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極）

e-

三.常見的化學(xué)電源

1.電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

一是看電池單位質(zhì)量或體積輸出的電能多少(比能量)或輸出功率多少(比功率);

二是電池儲存的時間長短。

2.一次電池——干電池

只能使用一次，放電后不能再充電復(fù)原繼續(xù)使用。隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)

被消耗，當(dāng)這些物質(zhì)消耗到一定程度時，電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流

動，也叫做干電池。

(1)堿性鋅鎰電池

堿性鋅錦電池的負(fù)極是Zn,正極是MnC)2，電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下：

十

總反應(yīng)：。

1Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

5_鋅粉和KOH

的混合物

__

負(fù)極：Zn—2e+2OH^=Zn(OH)2；

-MnO2

-金屬外殼

正極：2MnC)2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH；

圖1

特點(diǎn)：比能量較高，儲存時間較長，可適用于大電流和連續(xù)放電。

⑵銀鋅電池

銀鋅電池的負(fù)極是Zn,正極是Ag2。，電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:

總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(0H)2+2Ag?

負(fù)極：Zn-2e+2OH=Zn(OH)2；

浸有KOH溶液

的隔板

正極：AgO+2e-+HO=2Ag+2OH-；

圖222

特點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定、儲存時間長。

(3)鋰電池

結(jié)構(gòu)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-SOCb

負(fù)極(Li)4Li-4e-=4Li+

電極反應(yīng)正極(C)2SOCl2+4e-=SO2T+S+4Cl-

總反應(yīng)4Li+2SOCl2=4LiCl+SO2T+S

3.二次電池——充電電池或蓄電池

放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，又稱為可充電電池或蓄電池。充電電池在放電時所進(jìn)行的氧化

還原反應(yīng)，在充電時又可以逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電、放電可在一定時期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。

充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是：化學(xué)能放贛電電能，常見的二次電池有鉛蓄電池、鎘鍥電池、鋰離子電池等

蓄電池等。

⑴鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池是最常見的二次電池，由兩組柵狀極板交替排列而成，負(fù)極材料是Pb,正極材料是PbC>2,

電解質(zhì)溶液為稀H2sO4,常作汽車電瓶，電壓穩(wěn)定，使用方便安全。

放電、

鉛酸蓄電池總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4'^^2PbSO4+2H2O

①放電時的反應(yīng)(原電池)

負(fù)極：Pb+sor-2e-=PbSO；

14

+

正極：PbO2+4H+SOr+2e-=PbSO4+2H2Oo

PbOz(正極)4^②充電時的反應(yīng)(電解池)

P1b(負(fù)極)分

陰極：PbSO4+2e-=Pb+SOr：

陽極：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO/。

(2)鋰離子電池

一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨（Lixg）,正極材料為LiCoC?2（鉆酸鋰），電解質(zhì)溶液為LiPF6（六

氟磷酸鋰）的碳酸酯溶液（無水）。放電時，Li+從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鉆酸鋰晶體中，充電時，Li+從鉆

酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極

之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。

其其放電時電極反應(yīng)式為

放電、

總反應(yīng)為LixCy+Li]_xCoC）2'充電LiCoOz+Cp

①放電時的反應(yīng)（原電池）

負(fù)極：LiC—xe~=xLi++Cy；

/.、xy

Li￡,[、，'LiCoO2

-

正極：Li1rCoC）2+%Li++xe=LiCoO2。

~—

含LiPFo的碳酸酯溶液（無水）②充電時的反應(yīng)（電解池）

+

陰極：xLi+Cy+xc~=LixCy；

陽極：LiCoC^—疣-=LiirCoC）2+xLi+。

⑶其他常見二次電池

放電

總反應(yīng)Zn+2K,Fe0+8Ho0^^3Zn(OH)+2Fe(OH)+4KOH

4充電23

IJ鐵電池

W負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

放電

總反應(yīng)Cd+2NiOOH+2HQ:=^Cd(OH),+2Ni(OH),

充電

銀鎘電池

負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

放電

總反應(yīng)NiO(OH)+MH^^Ni(OH),+M

充電

氫保電池

負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

總反應(yīng)Fe+NiO+2HO、Fe(OH)+Ni(OH)

22充電22

鐵銀電池

負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

【易錯提醒】分析可充電電池問題“三注意”

(1)放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。

(2)充電電池需要注意的是充電、放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)。

(3)充電時的電極反應(yīng)與放電時的電極反應(yīng)過程相反，充電時的陽極反應(yīng)恰與放電時的正極反應(yīng)相反，充電

時的陰極反應(yīng)恰與放電時的負(fù)極反應(yīng)相反。故二次電池充電時，可充電電池的正極連接外接電源的正極，

可充電電池的負(fù)極連接外接電源的負(fù)極。簡單記為“正接正、負(fù)接負(fù)”。

(4)充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷

分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，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、陽極。

放電：陽離子一正極，陰離子一負(fù)極；

充電：陽離子一陰極，陰離子一陽極；

總之：陽離子一發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子一發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。

(5)書寫化學(xué)電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式時，關(guān)鍵是抓住氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的存在形式。

4.“高效、環(huán)境友好”的燃料電池

①特點(diǎn)：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化

率超過80%,由燃料電池組合成的發(fā)電站被譽(yù)為“綠色發(fā)電站”。燃料電池

的電極本身不參與反應(yīng)，燃料和氧化劑連續(xù)地由處部供給。通入負(fù)極的物

質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)一般為氧氣。

②燃料電池常用的燃料：理論上來說，所有的燃燒反應(yīng)均可設(shè)計成燃

料電池，所以燃料電池的燃料包括H2、CO、水煤氣(CO和H2)、煌(如

CH4>C2H6)、醇(如CH3OH)、月井(N2H4)、醛類(如CH30cH3)、氨(NH3)等。

如無特別提示，燃料電池反應(yīng)原理類似于燃料的燃燒。

③燃料電池常用的電解質(zhì)：

a.酸性電解質(zhì)溶液，如H2s。4溶液，。2-在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H+,生成HzO；

b.堿性電解質(zhì)溶液，如NaOH溶液，。2-在水溶液中不存在，在堿性環(huán)境結(jié)合H2O,生成OH-；

c.中性電解質(zhì)溶液，如NaCl溶液，02一在水溶液中不存在，在中性環(huán)境結(jié)合H2O,生成OJT；

d.熔融氧化物：存在02-。

e.熔融碳酸鹽，如K2c。3等，一般利用電解質(zhì)的陰離子配平電荷。

(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，其中電解質(zhì)溶液可以是酸性的、中性的，也可以是堿性的。

種類酸性堿性中性

++

負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e-=4H2H2+4OH--4e-=4H2O2H2-4e-=4H

正極反應(yīng)式O2+4e-+4H+=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-O2+2H2O+4e-=4OH-

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)燃料電池電極反應(yīng)式書寫的常用方法

第一步：寫出電池總反應(yīng)式。

燃料電池的總反應(yīng)與燃料燃燒的反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲

烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)如下:

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①+②可得甲烷燃料電池的總反應(yīng)式：CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O,其離子方程式為CH4+

2O2+2OH-=COF+3H2O=

第二步：寫出電池的正極反應(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)都是。2,因電解質(zhì)溶液不同，故其電極反應(yīng)

也會有所不同：

燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式

+

酸性電解質(zhì)O2+4H+4e-=2H2O

堿性電解質(zhì)

02+2H2。+4e==4OH-

2

固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)。2-)O2+4e-==2O-

熔融碳酸鹽(如熔融K2c。3)02+2CO2+4e-=2COr

第三步：電池的總反應(yīng)式一電池的正極反應(yīng)式=電池的負(fù)極反應(yīng)式，注意在將兩個反應(yīng)式相減時，要

約去正極的反應(yīng)物。2。

(3)舉例：寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式。

電池類型導(dǎo)電介質(zhì)反應(yīng)式

總反應(yīng)

CH4+2O2=CO2+2H2O

酸性介質(zhì)

甲烷(CH。燃料電池負(fù)極反應(yīng)CH-2H2O=8H++C02

(H+)

+

正極反應(yīng)2O2+8H+8e-=4H2O

總反應(yīng)2C2H6+7O2+8OH-==4COr+10H2O

乙烷(C2H6)燃料電池堿性介質(zhì)

負(fù)極反應(yīng)2c2H6—28e-+36OH=4COr+24H2O

(0H-)

正極反應(yīng)7O2+14H2O+28e-==28OH-

丙烷(C3H8)燃料電池熔融碳酸鹽總反應(yīng)C3H8+5O2=3CO2+4H2O

(cor)負(fù)極反應(yīng)C3H8-20e-+10COF=13CO2+4H2O

正極反應(yīng)5O2+10C02+20e-=10COr

總反應(yīng)2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

甲醇(CH3OH)燃料電固態(tài)氧化物

2

負(fù)極反應(yīng)2CH3OH-12e-+6O-=2CO2+4H2O

池(02-)

2

正極反應(yīng)3O2+12e-=6O-

總反應(yīng)C2H5OH+3O2+4OH-=2COr+5H2O

乙醇(C2H50H)燃料堿性介質(zhì)

負(fù)極反應(yīng)C2H5OH-12e-+l6OH==2COF+11H2O

電池(OH)

正極反應(yīng)3O2+6H2O+12e-=120H-

總反應(yīng)2co+02=282

固態(tài)氧化物

2

co燃料電池負(fù)極反應(yīng)2C0-4e-+2O-=2CO2

(。2-)

2

正極反應(yīng)O2+4e-=2O-

總反應(yīng)N2H4+O2=N2+2H2O

朋＜N2H4)燃料電池堿性介質(zhì)

負(fù)極反應(yīng)

N2H4-4e-+4OH-==4H2O+N2

(生成氮?dú)夂退?(0H)

正極反應(yīng)O2+4e-+2H2O=4OH-

總反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O

氨氣燃料電池堿性介質(zhì)

負(fù)極反應(yīng)

4NH3-12e-+12OH-=12H2O+2N2

(生成無污染的氣體)(OH)

正極反應(yīng)3O2+12e-+6H2O=120H

四.新型化學(xué)電源

解答新型化學(xué)電源問題：

(1)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析元素化合價的變化，確定正、負(fù)極反應(yīng)物。

(2)注意溶液酸堿性環(huán)境，書寫正、負(fù)極反應(yīng)式。

(3)依據(jù)原電池原理或正、負(fù)極反應(yīng)式分析判斷電子、離子的移向，電解質(zhì)溶液的酸堿性變化。

(4)靈活應(yīng)用守恒法、關(guān)系式法進(jìn)行計算。

1.鋰電池與鋰離子電池

(1)鋰電池

鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被

氧化為Li+,負(fù)極反應(yīng)均為Li—e-=Li+,負(fù)極生成的Li+經(jīng)過電解質(zhì)定向移動到正極。

(2)鋰離子二次電池

①鋰離子電池基于電化學(xué)“嵌入/脫嵌”反應(yīng)原理，替代了傳統(tǒng)的“氧化一還原”原理；在兩極形成的電壓

降的驅(qū)動下，Li+可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。

+_

②鋰離子電池充電時陰極反應(yīng)式一般為C6+xLi+xe^=LivC6；放電時負(fù)極反應(yīng)是充電時陰極反應(yīng)的

逆過程：LIC6—xb=C6+xLi+。

③鋰離子電池的正極材料一般為含Li+的化合物，目前已商業(yè)化的正極材料有LiFePCU、LiCoO?、

LiMmCU等。

放電

總反應(yīng)Lii-CoO,+UC^=^LiCoO,+C(x<l)

x6充電6

鉆酸鋰電池

+

負(fù)極反應(yīng)LixC6-xe~^=xLi+C6

正極反應(yīng)-+

Li1_xCoO2+xe+xLi^=LiCoO2

放申

總反應(yīng)FePO+Li^=^LiFePO

4充電4

磷酸鐵鋰電

+

池負(fù)極反應(yīng)Li-e-=Li

正極反應(yīng)FePC)4+Li++e-=LiFePC)4

放申

總反應(yīng)LiC6+Li3-NiCoMnO6C6+Li3NiCoMnO6

xx充電

鋸酸鋰電池

負(fù)極反應(yīng)Li^Cg_xe_^=xLi++

正極反應(yīng)Li3-xNiCoMnO6+xe_+xLi+^=Li3NiCoMnO6

總反應(yīng)xLi+LiV3O8=Li1+xV3O8

鋰鈕氧化物

負(fù)極反應(yīng)xLi-xe-=xLi+

電池

正極反應(yīng)

xLi++LiV3O8+xb==Lii+萬3。8

鋰一銅總反應(yīng)2Li+Cu2O+H2O=2CU+2Li++2OH-

電池負(fù)極反應(yīng)Li-e-=Li+

正極反應(yīng)CU2O+比0+2e-==2Cu+20H-

2.微生物燃料電池

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在

負(fù)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生

物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到正極,

氧化劑（如氧氣）在正極得到電子被還原。

3.物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池

根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，元素化合價的變化或離子的移動（陽離子移向正極區(qū)域，陰離子移向負(fù)極區(qū)域）判斷電

池的正、負(fù)極，是分析該電池的關(guān)鍵。

4.濃差電池

（1）在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。

①常見的離子交換膜

陽離子交換膜只允許陽離子（包括H+）通過

陰離子交換膜只允許陰離子通過

質(zhì)子交換膜只允許H+通過

②離子交換膜的作用

a.能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

b.能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

③離子交換膜的選擇依據(jù)：離子的定向移動。

（2）“濃差電池”的分析方法

濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃

度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極，這是解題的關(guān)鍵。

魏提能?課后精練

1.下列實(shí)驗(yàn)操作正確且能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>

K.

稀鹽酸

ft,

水卡

石墨-石墨方理石..苯酚鈉

Na2SO4取溶液

生石灰濃氨水I

①②③

A.裝置①可用于制備NH3并測量其體積

B.裝置②可用于制作簡單燃料電池

C.裝置③可用于探究苯酚和碳酸的酸性強(qiáng)弱

D.裝置④鹽橋中的陽離子向右池遷移起形成閉合回路的作用

2.普通鋅鎰干電池的簡圖如圖所示，它是用鋅皮制成的鋅筒作電極，中央插一根碳棒，碳棒頂端加一銅帽。

在石墨碳棒周圍填滿二氧化鎰和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯

化鋅、氯化鏤和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。該電池工作時的總反應(yīng)為Zn+2NH；

2+

+2MnO2=Zn[(NH3)4]+Mn2O3+H2O□下列關(guān)于鋅鎰干電池的說法中正確的是

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.原電池工作時，電子從負(fù)極通過外電路流向正極

C.電池負(fù)極反應(yīng)式為2MnO2+2NH；+2e=Mn2O3+2NH3+H2O

D.外電路中每通過O.lmol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g

3.下列有關(guān)離子方程式錯誤的是

A.堿性鋅銃電池的正極反應(yīng)：MnO2+H2O+e--MnO(OH)+OH-

B.Ca(OH)2溶液中加入少量的Mg(HCO3)2溶液：

2+-2+

Ca+2OH+Mg+2HCOJ=CaCO3J+2H2O+MgCO3J

+2+3

C.K31Fe(CN)6]溶液滴入FeCl?溶液中：K+Fe+[Fe(CN)6]-=KFe[Fe(CN)6]

+

D.TiCL加入水中:TiCl4+(x+2)H2O=TiO2-xH2O+4H+4CP

4.在工業(yè)中電化學(xué)處理有機(jī)廢水是一種高效綠色的氧化技術(shù)，可用于海水的淡化，其原理示意圖如下。下

列說法正確的是

A.X為陽離子交換膜

B.一段時間后，b極附近pH降低

C.a極反應(yīng)式為CH3coO-8e+7OH=2CO2T+5H2O

D.當(dāng)電路通過0.2mol電子時，正極區(qū)質(zhì)量增加6.2g

5.現(xiàn)有失去標(biāo)簽的NaNOz溶液和NaCl溶液，設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行鑒別。已知①HNO?為弱酸：AgNO?為白色固

3+2+

體，微溶于水②標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；￡?(I2/r)=0.54V,(NO-/NO)=0.96V,(Fe/Fe)=0.77V,

e

￡(ci2/cr)=1.36V,標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(E。)越高，氧化劑的氧化性越強(qiáng)。分別取少量溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方案不

可行的是

A.分別滴入幾滴酚獻(xiàn)

B.分別滴加稀AgNC>2溶液，再滴加稀硝酸

C.分別滴加H2s0,酸化的KI溶液，再加入淀粉溶液

D.分別滴加少許NH,FegOj溶液，加入H2sO,酸化，再加入KSCN溶液

6.一種“氯介導(dǎo)電化學(xué)pH變化”系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)海水的pH去除海水中的CO?,工作原理：

+

Bi+3AgCl+H2OBiOCl+3Ag+2H+2Cro該裝置由甲、乙兩系統(tǒng)串聯(lián)而成，可實(shí)現(xiàn)充放電的交替

運(yùn)行。甲系統(tǒng)放電時的原理如圖所示，下列說法錯誤的是

B.甲系統(tǒng)放電時，a電極的電極反應(yīng)式為Bi+l^O+CT-3-=BiOCl+2H+

C.乙系統(tǒng)放電時，海水中的Na+從n電極移向m電極

D.乙系統(tǒng)充電時，若電路中通過3moi電子，理論上可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下44.8LCC)2

7.糕點(diǎn)包裝中常見的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉等，其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下

列分析正確的是

A.脫氧過程是吸熱反應(yīng)

B.脫氧過程中鐵電極反應(yīng)為：Fe-3e-=Fe3+

C.脫氧過程中碳電極上發(fā)生還原反應(yīng)

D.含有l(wèi)12g鐵粉的脫氧劑，理論上最多能吸收氧氣224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)

8.我國在光電催化一化學(xué)耦合煙氣脫硫并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的研究中取得重大突破，其工作原理如圖所示。下

列說法正確的是

多孔電極,,質(zhì)子交換膜N光催化電極

Fe2(S0J溶液H2so4溶液

+

A.負(fù)極的電極反應(yīng)為SO2+2H2O-2e-=SOj+4H

B.右室中H2sO4溶液的濃度基本保持不變

C.每吸收ImolSOz，理論上裝置的總質(zhì)量增加64g

D.電子由光催化電極通過導(dǎo)線流向多孔電極

9.某蓄電池放電、充電時反應(yīng)為：Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2,下列推斷不正確的是

A.放電時，負(fù)極上的電極反應(yīng)式是：Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2

B.放電時，每轉(zhuǎn)移2moi電子，正極上有ImolNiQs被氧化

C.充電時，陽極上的電極反應(yīng)式是：2Ni(OH)2-2e-+2OH=Ni2O3+3H2O

D.該蓄電池的電極必須是浸在某種堿性電解質(zhì)溶液中

10.我國科學(xué)家研究出一種新型水系Zn-C2H2電池，其結(jié)構(gòu)如下圖，該電池既能實(shí)現(xiàn)乙煥加氫又能提供電

能，下列說法正確的是

外殼板陰離子交換膜外殼板

A.電極a為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.OIF通過陰離子交換膜向a電極移動

C.a極的電極反應(yīng)式為C2Hz+2H2O+2e-=C2H4+2OH

D.每轉(zhuǎn)移2moiel右側(cè)極室中溶液質(zhì)量增大16g

11.2024第二屆世界氫能產(chǎn)業(yè)博覽會于2024年8月8-10日在廣州廣交會展館A區(qū)盛大舉行。下列關(guān)于堿

性氫氧燃料電池的說法正確的是

A.正極是H2失電子

B.陽離子移向正極

C.負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為H2-2e=2H+

D.每消耗lmolC>2，轉(zhuǎn)移2moi電子

12.電致變色材料在飛機(jī)的舷窗上廣泛應(yīng)用，一種新一代集電致變色功能和儲能功能于一體的電子器件的

工作原理如圖所示，接通電源后，該器件的透光率逐漸降低，可以有效阻礙強(qiáng)光射入。下列說法正確的是

c接用電器c

或電源

（透明）

入射光F*Li4Ti5O12

n

Li+■=O

LiFeP0

4Li7Ti5Ol2

（透明）

A.接通電源后，電子從電源流入a極

B.接通電源后，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移Imol電子，a極質(zhì)量增加7g

C.以此為電源電解精煉銅，則此裝置中有2moiLi+移動時，精煉池的陽極減輕64g

+

D.接用電器時，b極發(fā)生反應(yīng)：Li7Ti5O12-3e=Li4Ti5O12+3Li

13.一種可完全生物降解的Zn-Mo原電池結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池使用過程中在Z”表面形成一層ZnO薄膜,

下列說法正確的是

ZnMo

水凝膠摻雜NaCl

A.作原電池負(fù)極

B.電子由Z〃經(jīng)電解質(zhì)流向Mo

+

C.Z"表面發(fā)生的電極反應(yīng)：Zn-2e-+H2O=ZnO+2H

D.電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子時，理論上消耗L3gZ7?

14.一種以HCOOH為燃料的電池裝置如圖所示，下列說法正確的是

半透膜

A.放電時，電極M上發(fā)生還原反應(yīng)

B.理論上消耗HCOOH與O2的物質(zhì)的量相等

C.放電過程中需補(bǔ)充的物質(zhì)X為KOH

D.理論上，若有ImolHCOO-反應(yīng)時，則有2moiK+通過半透膜

15.科學(xué)家開發(fā)出一種新型電池，該電池使用血紅蛋白(Hb)作為電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，工作原理如圖所示。

放電時，Znf[Zn(OH)4『。下列敘述正確的是

B.b極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)J

C.溫度越高，該電池放電效率越大

D.2.24L02發(fā)生還原反應(yīng)時有0.4mol質(zhì)子由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移

16.我國科學(xué)家首次研究了碘正極在水系鋁離子電池中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)(uuuu^ur)，下列敘述錯誤的

是

負(fù)載或電源

A.放電時，L在正極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.放電時，每轉(zhuǎn)移3moi電子，a電極質(zhì)量理論上增加27g

C.充電時，b極反應(yīng)之一為5r-4e-=I]

D.充電時，參與反應(yīng)生成U、寫、（物質(zhì)的量之比可能為1：1：1

17.一種雙陰極微生物燃料電池的工作原理如圖所示（燃料為C2HQ?）。下列說法正確的是

⑻―出水?出水

出水

。2

進(jìn)水：含NOJ進(jìn)水：含C2H4。2進(jìn)水

A.放電時，缺氧陰極和好氧陰極相當(dāng)于原電池的負(fù)極

B.“缺氧陰極”的電極反應(yīng)式為2NO；+10e+6H2O=N2+12OT

C.若“厭氧陽極”流出Imol電子，則該區(qū)域理論上消耗CRQ?的質(zhì)量為7.5g

D.放電時，“缺氧陰極”區(qū)域質(zhì)量增加，“好氧陰極”區(qū)域質(zhì)量減輕

O

18.一種新型醍類（||）酸堿混合電池具有高能量密度和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。該電池工作示意

O

圖如下，下列說法錯誤的是

A.放電時，a極周圍溶液pH增大

B.c為陰離子交換膜，d為陽離子交換膜

C.充電時，中間室K2s。4溶液濃度減小(假設(shè)溶液體積保持不變)

D.充電時b極電極反應(yīng)式為

19.我國某科研團(tuán)隊設(shè)計了一種新型能量存儲/轉(zhuǎn)化裝置(如圖所示)。閉合K?、斷開時，制氫并儲能；斷

開K,、閉合K1時，供電。已知Zn(OH)2與Al(OH)3的性質(zhì)相似。下列說法正確的是

A.制氫時，太陽能不能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

B.制氫時，每產(chǎn)生5molH?X電極的質(zhì)量增加10g

C.供電時，Zn電極發(fā)生的反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-=ZnO：-

D.供電時，電子流向?yàn)椋篨電極—用電器—Zn電極

20.有機(jī)物電極材料具有來源豐富可降解等優(yōu)點(diǎn)，一種負(fù)極材料為固態(tài)聚酰亞胺-水系二次電池的結(jié)構(gòu)如圖

所示。

nM+

陽-------?充電

離

子......》放電

交

換

注：代表或

膜M+Li+Na+

下列說法不正確的是

A.充電時B電極發(fā)生了氧化反應(yīng)

B.將M+由Li+換成Na+,電池的比能量會下降(電池的“理論比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋

放出的最大電能)

D.充電時每轉(zhuǎn)移2moi片，右室離子數(shù)目減少4moi

21.主要成分為H2s的工業(yè)廢氣的回收利用有重要意義。回答下列問題:

⑴高溫?zé)岱纸釮2S法：2H2s(g)US2(g)+2H2(g)

①依據(jù)下表中鍵能數(shù)據(jù)計算該反應(yīng)：2H2S(g)-S2(g)+2H2(g)AH=.

化學(xué)鍵H-HH-SS-S

鍵能(kJ-moL)436364414

②某溫度下恒容密閉容器中，反應(yīng)物H2s轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值的依據(jù)是(填字母)。

a.氣體的壓強(qiáng)不發(fā)生變化b.氣體的密度不發(fā)生變化

C%HJC(S2)

c.2不發(fā)生變化d.單位時間里分解的H2s和生成的H2的量一樣多

C(H2S)

③1470K、100kPa下，將"(H2S)：w(Ar)=l：4的混合氣進(jìn)行H2s熱分解反應(yīng)。平衡時混合氣中H2s與H2

的分壓相等，H2s平衡轉(zhuǎn)化率為,平衡常數(shù)0=__(保留兩位有效數(shù)字X0是以分壓代表的平衡

常數(shù)，分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。