重难点03 原电池的工作原理与相关判断
（2022-2023高一下·天津市重点校·期末）
1．科学家设计出质子膜燃料电池，实现了利用废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：
C．电路中每通过4mol电子，在正极消耗
D．每参与反应，有通过质子交换膜
（2022-2023高一下·天津市武清区·期末）
2．下列化学反应的原理不能设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
（2022-2023高一下·天津市杨柳青一中、咸水沽一中 、四十七中、一百中学四校·期末）
3．锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中，其原理如图所示。
电池反应为。电池工作时，下列说法正确的是
A．如果将海水换成乙醇该装置仍可以构成个原电池该装置
B．电子从锂电极经导线流向镍电极
C．金属锂作负极，发生还原反应
D．理论上每转移电子可以生成
（2022-2023高一下·天津市新四区示范校·期末）
4．下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是
图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅蓄电池 图Ⅲ 图Ⅳ氢氧燃料电池
A．图Ⅰ所示电池中，MnO2是正极，电极反应式是
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加96 g
C．图Ⅲ所示装置没有形成原电池
D．图Ⅳ所示电池中，不管KOH溶液换成H2SO4溶液还是Na2SO4溶液，电池总反应式不变
（2022-2023高一下·天津市滨海新区·期末）
5．下列有关化学电池的说法正确的是
A．化学电池的反应基础是氧化还原反应
B．锌锰干电池工作时，锌筒作负极，发生还原反应
C．铅酸蓄电池属于二次电池，可以无限次的反复放电、充电
D．燃料电池是一种清洁、高效的新型电池，但是不安全
（2022-2023高一下·天津市新四区示范校·期末）
6．下列电池工作时，O2在正极放电的是
A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池
A．A B．B C．C D．D
（2022-2023高一下·天津市滨海新区·期末）
7．把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺序是
A．A>B>C>D B．A>C>D>B C．C>A>B>D D．A>B>D>C
（2021-2022高一下·天津市河西区·期末）
8．某种熔融碳酸盐燃料电池以 、 为电解质、以 为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是
A． 为 ， 为
B． 向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极反应式为：
（2021-2022高一下·天津市第一中学·期末）
9．如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的
A．A是Cu、B是Al、C为溶液
B．A是Fe、B是Cu、C为浓硝酸
C．A是Zn、B是石墨、C为溶液
D．A是石墨、B是Fe、C为溶液
（2021-2022高一下·天津市东丽区·期末）
10．有关下图所示原电池的叙述正确的是
A．铁是负极，发生氧化反应
B．电子由正极经导线流向负极
C．该装置将电能转化为化学能
D．一段时间后，石墨棒表面有大量气泡产生
（2021-2022高一下·天津市第一中学·期末）
11．一种氢氧燃料电池以为燃料，为氧化剂，电解质溶液是质量分数为30%的KOH溶液，下列叙述正确的是
A．在电池负极发生还原反应
B．工作一段时间后，正极区域溶液pH增大
C．使用一段时间后KOH溶液质量分数仍为30%
D．若反应过程中有0.4 mol电子发生转移，则反应中消耗的气体体积为6.72 L
（2020-2021高一下·天津市杨村一中·期末）
12．某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是
A．无论a和b是否连接，该装置都能将化学能转变为电能
B．a和b连接时，铜片上电极反应式为
C．无论a和b是否连接，铁片上均会有金属铜析出
D．a和b连接时，铁片溶解，电子由铁片经过导线流向铜片
（2020-2021高一下·天津市东丽区·期末）
13．下图为原电池装置示意图。有关该电池工作时的说法错误的是
A．铁作负极，其质量逐渐减小
B．该装置将化学能转变为电能
C．电流从铁片经导线流向石墨
D．氢离子在石墨表面被还原，产生气泡
（2020-2021高一下·天津市天津市第四十三中学·期末）
14．一种以联氨(N2H4)为燃料的环保电池工作原理如图所示，电解质溶液显酸性，电池工作时产生稳定无污染的物质。下列说法正确的是
A．该燃料电池工作时，化学能只能转化为电能
B．N极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．电极总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，电解质溶液的H+的浓度始终不变
D．在电极M充入N2H4，每消耗1molN2H4，会有4molH+通过质子交换膜
（2020-2021高一下·天津市红桥区·期末）
15．某原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是（ ）
A．该装置将电能转化为化学能
B．铜片质量不变
C．锌片质量减小
D．电子由Cu片经导线流向Zn片
（2020-2021高一下·天津市第一中学·期末）
16．一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示，石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e－+H2O=MnO(OH)+OH-。该装置工作时，下列叙述正确的是
A．石墨电极上的电势比Al电极上的低
B．Al电极区的电极反应式：A1-3e-+3NH3·H2O=Al(OH)3+3NH4+
C．每消耗27gAl，有3mol电子通过溶液转移到石墨电极上
D．若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液，电极反应式相同
（2020-2021高一下·天津市滨海新区·期末）
17．铜-锌原电池如图所示，电解质溶液为硫酸铜溶液，工作一 段时间后，下列不正确的( )
A．锌电极反应为 Zn-2e-=Zn2+ B．电子从锌电极经过硫酸铜溶液流向铜电极
C．溶液中的 SO42-向锌电极移动 D．铜电极质量增加
（2020-2021高一下·天津市滨海新区·期末）
18．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发明是化学对人类的一项重要贡献。下列有关电池的叙述中正确的是
A．锌锰干电池是一次电池，工作一段时间后正极碳棒变细
B．铅酸蓄电池是充电电池，充电时是使放电时的氧化还原反应逆向进行
C．燃料电池可将热能直接转化为电能，故能量转化率高
D．氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化
（2021-2022高一下·天津市西青区·期末）
19．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问题：
(1)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设计一个化学电池，回答下列问题：该电池的负极材料是 ，发生 (填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液是 。
(2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如图两个实验(图Ⅰ、图Ⅱ中除连接的铜棒不同外，其他均相同)，有关实验现象，下列说法正确的是 。
A.图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数
B.图Ⅰ和图Ⅱ中温度计的示数相等，且均高于室温
C.图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均产生于锌棒表面
D.图Ⅱ中产生气体的速度比Ⅰ快
(3)有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中，如图所示。
①装置甲中放电时氢离子向 (填“镁片”或“铝片”)移动。写出甲中正极的电极反应式： 。
②装置乙中铝片为 极，写出该电极的电极反应式 。
③如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料都是金属时，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，由此他们会得出不同的结论。依据该实验得出的下列结论中，正确的有 。
A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了
D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析
（2020-2021高一下·天津市河北区·期末）
20．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
根据表中记录的实验现象，回答下列问题。
(1)实验1、2中Al电极的作用是否相同 (填“相同”或“不相同”)。
(2)实验3中铝为 极，电极反应式为 ；石墨为 极，电极反应式为 ；电池总反应为(离子方程式) 。
(3)实验4中铝为 极，原因是 ；写出铝电极的电极反应式： 。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】A．根据电极的反应物与生成物可判断，电极a是负极，电极b是正极，A正确；
B．电极b是正极，发生电极反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2O，B正确；
C．未指明标准状况下，不能计算出H2S的体积，C错误；
D．负极发生反应，17g H2S为0.5mol，0.5molH2S参与反应，有1 mol H＋生成，故有1mol H＋通过质子膜，D正确；
故选C。
2．C
【分析】放热的氧化还原反应可以设计为原电池，据此分析解答。
【详解】A．H2与Cl2反应产生HCl的反应是放热反应，反应过程中元素化合价发生了变化，因此反应属于氧化还原反应，该反应可以设计为原电池，A不符合题意；
B．C完全燃烧的反应是放热反应，反应过程中元素化合价发生了变化，因此反应属于氧化还原反应，故该反应可以设计为原电池，B不符合题意；
C．酸、碱中和反应是放热反应，但反应过程中元素化合价不变，因此该反应不能设计为原电池，C符合题意；
D．FeCl3与Cu反应产生FeCl2和CuCl2，该反应是氧化还原反应，反应发生放出热量，因此可以设计为原电池，D不符合题意；
故合理选项是C。
3．B
【分析】根据电池总反应可知金属锂作负极，发生失电子的氧化反应，金属镍作正极，在正极发生得电子的还原反应；
【详解】A．将海水换成乙醇，乙醇与金属锂之间直接发生氧化还原反应，但缺乏电解质、无法形成原电池，故A错误；
B．电子从负极锂电极经导线移向正极镍电极，故B正确；
C．金属锂作负极，发生失电子的氧化反应，故C错误；
D．未指明气体是否处于标准状况，无法用气体摩尔体积计算，故D错误；
答案选B。
4．D
【详解】A．图Ⅰ所示电池中，正极上MnO2得电子发生还原反应，电极反应式是：，A错误；
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量(是0.5 mol的硫酸根的质量)增加48 g，B错误；
C．图Ⅲ所示装置满足原电池形成条件，形成了原电池 ，C错误；
D．图Ⅳ所示电池中，不管KOH溶液换成H2SO4溶液还是Na2SO4溶液，电池总反应式都为：2H2+O2=2H2O，与电解质溶液显酸性还是碱性无关，D正确；
故合理选项是D。
5．A
【详解】A．化学电池是将化学能转化为电能的装置，有电子转移，实质为氧化还原反应，A正确；
B．锌锰干电池工作时，锌筒作负极，负极失去电子，发生氧化反应，B错误；
C．铅酸蓄电池属于二次电池，但并不能无限次的反复放电和充电，C错误；
D．燃料电池是高效、安全、环保的新型化学电池，D错误；
故选A。
6．B
【详解】A．锌锰干电池中电极反应式，负极反应为Zn-2e-═Zn2+，正极反应为2MnO2+2+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O，故A错误；
B．酸性氢氧燃料电池电极反应式为2H2-4e-=4H+、O2+4H++4e-=2H2O，碱性氢氧燃料电池电极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O、O2+2H2O+4e-=4OH-，故B正确；
C．铅蓄电池放电时负极电极反应为Pb-2e-+=PbSO4 ，正极电极反应为PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O，故C错误；
D．镍镉电池放电正极反应为2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-，负极反应为Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2，故D错误；
故答案选B。
7．B
【分析】原电池中较活泼的金属作负极，发生氧化反应，较不活泼的金属作正极，发生还原反应，据此分析解题。
【详解】A、B相连时A为负极，说明A比B活泼，C、D相连时，电流由D→C，D为正极，C为负极，说明C比D活泼，A、C相连时，C极上产生大量气泡，A为负极，C为正极，故A比C活泼；B、D相连时，D极发生氧化反应，D为负极，B为正极，说明D比B活泼，故这四种金属的活动顺序是A>C>D>B，故答案为：B。
8．D
【分析】该原电池为甲烷燃料电池，根据图中电子流向知，左边电极为负极、右边电极为之间，通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，所以a为丁烷、b为O2，负极反应式为C4H10-26e-+13=17CO2↑+5H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2，据此分析解答．
【详解】A．燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，根据电子流向知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a是C4H10，b为O2，故A错误；
B．原电池放电时，碳酸根离子向负极移动，故B错误；
C．电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；
D．正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为，故D正确；
故选：D。
9．C
【分析】A极逐渐变细，说明A是负极；B极逐渐变粗，说明B是正极，且在B电极上有金属单质析出；
【详解】A．若A是Cu、B是Al，C为溶液，Al的活泼性大于Cu，A是正极、B是负极，故不选A；
B．若A是Fe、B是Cu、C为浓硝酸，Fe在浓硝酸中钝化，则B是负极，故不选B；
C．若A是Zn、B是石墨、C为溶液，锌是负极，B是正极，正极反应为，B电极增粗，故选C；
D．A是石墨、B是Fe、C为溶液，Fe失电子生成Fe2+，B是负极，故不选D；
选C。
10．A
【分析】铁是活泼金属，能够与硫酸铜反应置换出铜，形成原电池，铁为负极，石墨为正极，据此分析解答。
【详解】A．该装置中，铁易失电子而作负极，发生氧化反应，石墨作正极，故A正确；
B．原电池中，电子从负极(铁)经过导线流向正极(石墨)，故B错误；
C．该装置为原电池，能够将化学能转化为电能，故C错误；
D．总反应为铁与硫酸铜溶液的置换反应，Fe+ Cu2+ =Fe2+ + Cu，一段时间后，石墨棒表面析出铜，故D错误；
故选A。
11．B
【详解】A．原电池负极发生氧化反应，在电池负极失电子发生氧化反应，故A错误；
B．正极反应式为，工作一段时间后，正极区域溶液pH增大，故B正确；
C．电池总反应为，有水生成，使用一段时间后KOH溶液质量分数小于30%，故C错误；
D．电池总反应为，若反应过程中有0.4 mol电子发生转移，则反应中消耗0.2molH2、0.1molO2，没有明确是否为标准状况，气体体积不一定为6.72 L，故D错误；
选B。
12．D
【详解】A．a、b相连时形成闭合回流，才能组成原电池，故A错；
B．a、b相连时，组成原电池，Cu为正极得到电子发生还原反应，由于电解质溶液为硫酸铜，所以铜电极的电极反应式为：，故B错；
C．a、b断开时，铜离子在铁片表面得到电子，被还原为铜单质，a、b相连时构成原电池，铜离子在铜电极得到电子被还原为单质铜，故C错；
D．a、b连接时，铜片为原电池的正极，铜离子在其表面得到电子被还原为铜单质；铁片为负极，失去电子被氧化为亚铁离子，所以a和b连接时，铁片溶解，电子由铁片经过导线流向铜片，故D正确；
答案选D。
13．C
【分析】该装置没有外接电源，属于原电池，稀硫酸为电解质溶液，活泼性强的铁作负极，活泼性差的石墨作正极。
【详解】A．铁作负极，负极上铁失电子被氧化为亚铁离子，质量逐渐减小，故A正确；
B．该装置属于原电池装置，可将化学能转变为电能，故B正确；
C．电子从负极经导线流向正极，则电子从铁片经导线流向石墨，电流从石墨经导线流向铁片，故C错误；
D．石墨是正极，溶液中氢离子在正极得到电子被还原为H2，所以氢离子在石墨表面被还原，产生气泡，故D正确；
答案选C。
14．D
【分析】根据氢离子的移动方向，电极N为正极，电极M为负极，燃料电池的负极为联氨发生氧化反应，电极反应式为：N2H4-4e－＝N2↑+4H+，正极是氧气发生还原反应，电极反应式为：O2+4H++4e－＝2H2O，据此分析解答。
【详解】A．该燃料电池工作时，化学能不可能只能转化为电能，还可能有热能等，故A错误；
B．根据氢离子的移动方向，电极N为正极，正极是氧气发生还原反应O2+4H++4e－＝2H2O，故B错误；
C．M极电极反应式为：N2H4-4e－＝N2↑+4H+，总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，有水生成，溶液体积增大，则电解质溶液的H+的浓度减小，故C错误；
D．负极为联氨发生氧化反应，M电极反应式为：N N2H4-4e－＝N2↑+4H+，则每消耗1mol N2H4，转移4mol电子，会有4mol H+通过质子交换膜，故D正确；
故选D。
15．C
【详解】A．该装置为原电池装置，电池工作过程中，化学能转化为电能，故A错误；
B．铜电极作原电池正极，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，铜片质量增加，故B错误；
C．锌片作原电池负极，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，锌片被消耗，质量减小，故C正确；
D．电子从负极经过导线流向正极，电子从Zn片经导线流向Cu片，故D错误；
故答案为C。
16．B
【分析】放电时的电极反应式之一为MnO2+e-+H2O═MnO(OH)+OH-，MnO2得电子，石墨为正极，则Al为负极，失电子，在氨水溶液中Al失电子生成Al(OH)3，结合原电池原理分析解答。
【详解】A．根据上述分析，石墨为正极，Al为负极，石墨电极上的电势比Al电极上的高，故A错误；
B．MnO2得电子为正极，则Al为负极，失电子，在氨水溶液中Al失电子生成Al(OH)3，负极电极反应式为Al-3e-+3NH3 H2O═Al(OH)3+3NH4+，故B正确；
C．电子从负极流向正极，但是电子只能在导线和电极上移动，不能通过溶液，故C错误；
D．若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液，负极生成的氢氧化铝会被氢氧化钠溶解，电极反应式不同，故D错误。
答案选B。
17．B
【详解】分析：原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应，据此解答。
详解：A. 金属性Zn＞Cu，则锌是负极，锌电极上的反应为Zn-2e-＝Zn2+，A正确；
B. 电子从锌电极经过导线流向铜电极，溶液不能传递电子，B错误；
C. 溶液中的阴离子SO42-向负极，即向锌电极移动，C正确；
D. 铜电极是正极，溶液中的铜离子放电析出金属铜，所以铜电极质量增加，D正确。答案选B。
18．B
【详解】A．该原电池放电时，碳作正极，不被消耗，故A错误；
B．充电时，阴极、阳极反应式是放电时负极、正极反应式的逆反应，所以充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行，故B正确；
C．燃料电池属于原电池的一种，是将化学能转化为电能的装置，不是将热能直接转变为电能，故C错误；
D．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化，氧气在正极被还原，故D错误；
故选B。
19． Cu 氧化 AgNO3溶液 AD 铝片 2H++2e-=H2↑ 负 Al-3e-+4OH-=AlO+2H2O AD
【详解】(1)原电池中负极失电子发生氧化反应，根据总反应可知负极材料为Cu，发生氧化反应，电解质溶液中应含有银离子，可以是AgNO3溶液；
(2)A．图Ⅰ中Zn与稀硫酸放出的能量几乎完全转化为热能，图Ⅱ中形成原电池，Zn与稀硫酸放出的能量大部分转化为电能，所以图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，A正确；
B．根据A选项分析可知图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，B错误；
C．图Ⅱ中形成原电池，气泡在铜棒表面产生，C错误；
D．原电池可以加快氧化还原反应的反应速率，D正确；
(3)①装置甲中Mg、Al都可以和硫酸反应，但Mg更活泼，所以镁片为负极，铝片为正极，原电池中阳离子流向正极，即氢离子向铝片移动，正极反应为2H++2e-=H2↑；
②图乙中只有铝片可以和NaOH溶液反应，所以铝片为负极，电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO+2H2O；
③A．根据甲乙两位同学的实验可知，选用不同介质时会得出不同结论，所以利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质，A正确；
B．Mg和Al为同周期元素，Al比Mg更靠右，所以Mg的金属性一定比Al强，B错误；
C．该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极，不能说明金属活动性顺序没有使用价值，C错误；
D．该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同，但反应条件不同可导致其产物不同，所以应具体问题具体分析，D正确；
综上所述答案为AD。
20． 不相同 负 Al-3e-=Al3+ 正 2H++2e-=H2↑ 2Al+6H+=2Al3++3H2↑ 负 Al可以与NaOH溶液反应，Mg不能发生反应 Al-3e-+4OH-=+2H2O
【详解】(1)在实验1中，Mg、Al都可以与盐酸发生反应，由于金属活动性：Mg＞Al，所以在构成的原电池反应中，Mg为负极，Al为正极；在实验2中，Al、Cu及盐酸构成原电池，由于Al的活动性比Cu强，所以Al电极为负极，Cu电极为正极，因此实验1、2中Al电极的作用不相同；
(2)实验3中由于电极活动性：Al＞C，Al能够与HCl发生置换反应，所以在构成的原电池反应中，Al为负极，电极反应式为Al-3e-=Al3+；石墨电极为正极，正极上溶液中的H+得到电子发生还原反应产生H2，正极反应式为：2H++2e-=H2↑，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可知总反应方程式为2Al+6H+=2Al3++3H2↑；
(3)在实验4中，尽管金属活动性：Mg＞Al，但是Al能够与NaOH溶液反应，而Mg不能发生反应，故在构成的原电池反应中，Al为负极，Mg为正极，负极的电极反应式为：Al-3e-+4OH-=+2H2O。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
