专题10 原电池 化学电源（知识串讲+专题检测）-2023-2024学年高二化学上学期期中期末核心考点大通关（人教版2019选择性必修1）

专题10 原电池 化学电源 一、原电池原理考查方向 一般以新型化学电源、微生物电池、燃料电池等为素材，考查原电池原理及应用等知识。考查的知识点主要有如下几点： 1．电池正、负极的判断。 2．溶液中离子移动的方向、浓度大小的判断。 3．电子转移的方向和数目。 4．电流移动方向的判断。 5．电池电极反应式的书写及正误判断。 二、原电池正、负极的判断方法 三、化学电源的电极反应式的书写 分析一个化学电源的关键是能够正确地写出其正、负两极的电极反应式，通过分析两极反应式才能够分析出两极的产物、现象及变化，溶(熔融)液中离子的移动方向、溶(熔融)液中成分的变化以及电路中产生的电量与两极变化量、溶液变化量的关系等。 1．可充电电池电极反应式的书写 在书写可充电电池电极反应式时，要明确可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。 (1)原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。 (2)原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。 2．燃料电池电极反应式的书写 (1)燃料电池的正、负极均为惰性电极，均不参与反应。 (2)正极反应式的书写 正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，正极反应式的书写分以下几种情况： ①在酸性溶液中，生成的氧离子与氢离子结合生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 ②在碱性溶液中，氧离子与氢氧根离子不能结合，只能与水结合生成氢氧根离子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 ③在熔融碳酸盐中，氧离子能与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 (3)负极反应式的书写 若负极通入的气体为含碳化合物CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价的碳，在酸性溶液中生成二氧化碳气体，在碱性溶液中生成碳酸根离子，在熔融碳酸盐中生成二氧化碳，含有氢元素的化合物的电极反应最终都有水生成。 燃料电池的总反应－正极反应＝负极反应，注意将两个反应相减时，要约去正极反应物O2。 以甲烷燃料电池为例： ①酸性条件 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O　Ⅰ 正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　Ⅱ Ⅰ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ②碱性条件 总反应：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O　Ⅰ 正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－　Ⅱ Ⅰ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ③固体电解质(高温下能传导O2－) 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O　Ⅰ 正极反应：O2＋4e－===2O2－　Ⅱ Ⅰ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O ④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O　Ⅰ 正极反应：O2＋2CO2＋4e－===2CO　Ⅱ Ⅰ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 一、单选题 1．微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示，下列有关MFC-CW系统叙述正确的是    A．A极发生氧化反应 B．电子由A极经外电路流向B极 C．当转移0.4NA电子时，消耗2.24L D．B极反应式为 2．一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列说法正确的是    A．电子从电极A经熔融碳酸盐转移到电极B B．熔融碳酸盐中向电极A移动 C．CH4在电极A放电生成CO2 D．反应过程熔融盐中的物质的量增加 3．我国科学家发明了一种二次电池，装置如图，X､Z区域电解质溶液不同，分别为溶液和溶液中的一种。下列说法错误的是    A．Z区域电解质溶液为溶液 B．充电时区域溶液浓度减小，为阴离子膜 C．放电时，电极反应式为： D．放电时，Z区域降低 4．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。下列说法不正确的是    A．电池工作时正极区溶液的pH升高 B．加入降低了正极反应的活化能 C．负极反应为 D．当有被还原时，通过质子交换膜转移的物质的量为0.4mol 5．Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。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    A．充电时，Li+从阴极穿过离子交换膜向阳极迁移 B．放电时，正极发生反应：O2+2Li++2e-=Li2O