近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题，首先要理解常见化学电源的实质仍是原电池的工作原理，其次会判断正负电极(或阴阳极)，明确电极反应类型，即正极还原负极氧化(或阴极还原阳极氧化)，再次掌握书写电极反应式的基本要求。该类考题万变不离其宗，在此总结相关技巧，避开繁琐的书写过程，供读者提升解题效率。

“四步曲”书写电极反应式

第一步：先确定反应物和产物，负极(阳极)为还原性微粒－ne-→氧化性产物；正极为氧化性微粒＋ne-→还原性产物。

【特别注意】判断电极的氧化或者还原产物能否与电解质反应，如CH4和O2燃料电池中，如果是KOH溶液等碱溶液做电解质溶液，负极产物CO2会继续和电解质溶液反应，最终电极产物应是CO32－。

第二步：标变价、算电子转移数n值，n＝(高价－低价)×变价原子个数。

第三步：把一个电子看成一个负电荷，根据电荷守恒，结合电解质用H＋、OH－、O2-、CO32－等阴、阳离子确定缺项，配平电荷。

这是最关键的一步，如上述CH4、O2燃料电池负极反应式的书写，从CH4→CO32－＋8e-这一变化中可以看出，箭号右侧为10mol 负电荷，如果电解质是碱溶液，根据电荷守恒，箭号左侧应添加10mol OH－来达到电荷守恒，即：CH4＋10mol OH－→CO32－＋8e-；如果电解质是金属氧化物，产物为CO2，CH4→CO2＋8e-，根据电荷守恒，箭号左侧应添加4molO2-来达到电荷守恒，即：CH4＋4O2-→CO2＋8e-。

【特别注意】(1)对于失去电子的电极反应，可以把失去的电子写在右边，以避免计算电荷时出现失误；(2)根据电解质成分来确定需要添加的离子。

第四步：根据原子守恒，用H2O等小分子配平。

如上述CH4、O2燃料电池负极反应式的书写，如果电解质是碱溶液，根据原子守恒，箭号右侧应添加7mol H2O来达到原子守恒，即：CH4＋10mol OH－=7H2O＋CO32－＋8e-，最后可以改写成CH4＋10mol OH－－8e-=7H2O＋CO32－；如果电解质是金属氧化物，根据原子守恒，箭号右侧应添加2mol H2O来达到原子守恒，

即：CH4＋4O2-=2H2O＋CO2＋8e-，最后可以改写成CH4＋4O2-－8e-=2H2O＋CO2。

【温馨提示】

若已知总反应方程式，书写电极反应式可以考虑加减法：

(1)步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne-)。

(2)步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极，得电子的电极为正极。

(3)步骤三：根据题干结合图示信息确定溶液的酸碱性，书写电极反应式。

负极反应：还原剂－ne-→氧化产物

正极反应：氧化剂＋ne-→还原产物

可用规律：结合负极反应式＋正极反应式=总反应式，若某电极反应式较难写时，可利用“四部曲”先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即得较难写的电极反应式。

典例.根据下图装置，写出电极反应式。

【解析】第一步：先确定反应物和产物，

(1)根据反应方程式2CO＋O2=2CO2，易知O2为正极反应物、CO为负极反应物。

(2)正极上，O元素得电子转化为－2价O，且1mol O2应该得到4mol e-，即O2＋4e-→，既然把电子看做负电荷，根据电荷守恒可知还原产物为CO32－，不可能是CO2，即O2＋4e-→2CO32－；再根据原子守恒，箭号左侧应添加2mol CO2来达到原子守恒，即：O2＋2CO2＋4e-=2CO32－。

(3)负极上，C元素失电子转化为＋4价C，且1mol CO应该失去2mol e-，即CO→2e-，既然把电子看做负电荷，根据电荷守恒可知箭号左侧应添加1mol CO32－，故氧化产物为CO2，不可能是CO32－，即CO＋CO32－→CO2＋2e-；再根据原子守恒，箭号右侧应为2mol CO2来达到原子守恒，即：CO＋CO32－=2CO2＋2e-，最后可以改写成CO＋CO32－－2e-=2CO2。根据得失电子守恒，负极反应式应为：2CO＋2CO32－－4e-=4CO2。

该电池的设计妙处：正极产物CO32－为负极提供反应物，负极产物CO2为正极提供反应物，实现了循环利用。

特别提示：由于电解质是熔融的碳酸盐，在添加缺项时阴离子只能考虑CO32－。

【答案】正极反应式：O2＋2CO2＋4e-=2CO32－，负极反应式：2CO＋2CO32－－4e-=4CO2。

实战演练

1.铝－空气海水电池：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。已知电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，则：

负极：_______________；

正极：_______________。

答案：　4Al－12e-＋12OH－===4Al(OH)3　，3O2＋6H2O＋12e-===12OH－

2.一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L－1的KOH溶液。

(1)写出放电时的正、负极电极反应式：__________________________。

(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式：_____________________________。

答案：　(1)负极：H2－2e-＋2OH－===2H2O；

正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e-===2Ni(OH)2＋2OH－

(2)阴极：2H2O＋2e-===H2↑＋2OH－；

阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e-===2NiO(OH)＋2H2O

走近高考

1.(2019·全国卷Ⅰ，12)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(　　)

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

答案：B　

解析：本题考查原电池工作原理，涉及酶的特性、电极反应式的书写和电解质中离子迁移方向等知识，考查的核心素养是证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e-===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。

2.(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误是(　　)

A．放电时，负极反应为Zn－2e-＋4OH－===Zn(OH)42－

B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)42－===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O

D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高

答案：D　

解析：A．放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e-＋4OH－===Zn(OH)42－，故A正确，；B．放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确；C．充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)42－转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH)42－===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；D．充电时，阳极反应式为：2H2O－4e-===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw，温度不变时，Kw不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。

3.［2019·全国卷Ⅲ，28(4)］在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有_____________(写反应方程式)。电路中转移1 mol 电子，需消耗氧气________L(标准状况)。

答案：　Fe3＋＋e-===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6

解析：　负极区发生还原反应Fe3＋＋e-===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 mol 电子消耗1 mol O2，则转移1 mol 电子消耗氧气14mol，其在标准状况下的体积为14mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。

4.(2021·广东高考，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　　)

A．负极上发生还原反应

B．CO2在正极上得电子

C．阳离子由正极移向负极

D．将电能转化为化学能

答案：B　

解析：根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na＋，故A错误；B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能，故D错误。

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