第04讲 化学电源装置分析（重难点讲义）化学苏教版2019选择性必修1

第04讲 化学电源装置分析 1、知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理 2、会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用 3、知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点、组成和工作原理 4、会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式 5、熟悉电解规律和电解产物的判断方法 一、原电池工作原理 1、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向______移动，阴离子向______移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“________________________”。 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐______，溶液颜色______，有______物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度______，能量变化的主要形式是______转化为______。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针______ 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量______ 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成______进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的______在铜片获得电子变成______沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：________________________ Cu片：________________________ 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 ______转化为______ 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成____________； ②______________________________；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③______________________________，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 二、一次电池 1． 锌锰干电池 普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在放电时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量[电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供较大电流并连续放电。 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：______ 正极：______ __________________溶液 负极：______ 正极：____________ ____________溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：______________________________ 负极：________________________ 正极：________________________ 2.银锌纽扣电池的构造与工作原理 总反应：________________________。 负极：______________________________。 正极：______________________________。 三、二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称______或______。 充、放电时各电极上发生的反应： 1．铅蓄电池的构造与工作原理 (1)放电时 负极：______，正极：______，电解质溶液：______溶液。 负极：________________________。 正极：____________________________________。 (2)充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：____________________________________。 (3)铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 2．锂离子电池 常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：________________________； 正极反应：________________________； 放电时Li＋由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，得到电子生成Li重新嵌入石墨中，在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化 四、燃料电池 1．燃料电池 (1)利用______(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和______之间发生的氧化还原反应将化学能直接转换成电能的化学电池。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，能连续不断地提供电能。 2．氢氧燃料电池的工作原理 电极：惰性电极。燃料：H2 (1)碱性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：________________________； 正极：________________________。 (2)酸性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：__________________； 正极：__________________。 3.电池特点。 ①能量转换率高，污染小。 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。 五、电解池 1、电解原理 ①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 ②电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 ③电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。 ④电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。 ⑤电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。 2．电解熔融态氯化钠 电解熔融态氯化钠原理图 (1)实验现象。 通电后，在阳极周围有______产生，在阴极上生成____________。 (2)实验分析。 ①熔融氯化钠中存在的微粒：____________。 ②通电后离子和电子的移动方向 离子：阳离子______(填离子符号)移向阴极；阴离子______(填离子符号)移向阳极。 电子：从电源______流向______，从______流向电源的______。 ③电极上发生的变化 阴极：__________________(还原反应)。 阳极：__________________(氧化反应)。 (3)实验结论。 熔融的氯化钠在______作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。 应用：工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。 3．电解CuCl2溶液 电解质溶液中有______、______、______、______。 其中______、______移向阴极，阴极电极反应：____________；______、______移向阳极，阳极电极反应：__________________。 电解反应：________________________。 题型01原电池原理的理解 【典例】中科大团队设计了一种新型回收装置(如图所示)，能绿色回收废电极中的Li，同时捕获废气中，并产生可观的电能。下列说法错误的是 A．电流由碳布电极沿导线流向废电极 B．废电极的电极反应式为 C．捕获23g 转移电子数为 D．未被捕获的废气在实验室中可用NaOH溶液除去 【变式】非水体系电池能够实现能量存储和氮的固定，转化过程如下图所示。该过程 A．Al作为正极失去电子 B．电子由石墨烯流向Al C．可将电能转化为化学能 D．在石墨烯电极上得到电子 题型02 原电池电极反应式的书写 【典例】在化学世界中，氮的化合物种类繁多且作用关键，其中氮化硼(BN)和氮氧化物备受关注。六方氮化硼呈层状排列，具备良好的润滑性，常作高温润滑剂；立方氮化硼结构紧密，硬度仅次于金刚石，用于制造切削刀具；氮氧化物是大气污染的源头之一，大量排放会造成光化学烟雾和硝酸型酸雨，危害人体健康与生态环境，目前，通过改进燃烧技术和安装尾气净化装置能有效控制其排放。 研究人员开发的一种电池装置及在不同电压下的单位时间产量如图所示。 已知：法拉第效率。下列说法错误的是 A．时，Y极电极反应为 B．双极膜中向Y极迁移 C．X电极上消耗时，双极膜中有发生解离 D．时，0.7V电压下连续放电10小时，外电路中通过，法拉第效率为63.40% 【变式】一种可植入人体内的微型电池工作原理如下图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动；血糖浓度下降至标准，电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）电池工作时，下列叙述不正确的是 A．a电极为正极，发生反应 B．两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a C．消耗18g葡萄糖，理论上a电极有0.2mol电子流出 D．b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用 题型03 银锌纽扣电池的分析 【典例】锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如下。下列说法不正确的是 A．作电池的负极 B．电池工作时，向正极移动 C．正极的电极反应： D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 【变式】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中向锂电极迁移 B．图乙：负极的电极反应式为 C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．图丁：铅作负极，电极反应式为 题型04 燃料电池的分析 【典例】某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上 A．负极反应的催化剂是ⅰ B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 【变式】乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是 A．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol B．正极反应式为CH2=CH2-2e-＋2OH-=CH3CHO＋H2O C．电子移动方向：电极a→导线→电极b→电解质溶液→电极a D．该电池为可充电电池 题型05 原电池、电解池的综合应用 【典例】下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。 下列叙述正确的是 A．放电时，M极为正极 B．放电时，N极上反应为 C．充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗 D．充电时，M极上反应为 【变式】利用电化学原理可同时将SO2、CO2变废为宝，装置如图所示(电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是 A．装置工作时，电子从c极流入b极 B．d电极反应式为CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O C．若b极消耗16gO2，则Y中左侧溶液质量减轻16g D．该装置工作结束后，Y池电解质溶液的pH不变 题型06铅蓄电池的分析 【典例】化学与生产、生活密切相关，下列说法正确的是 A．制造5G芯片的氮化铝属于无机非金属材料 B．具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池 C．燃煤中添加CaO可以减少酸雨和温室气体的排放 D．铅蓄电池属于二次电池，其充电、放电的过程属于可逆反应 【变式】化学反应产生的各种形式的能量是人类社会所需能量的重要来源，回答下列问题： (1)将稀盐酸和氢氧化钠稀溶液一次性倒入简易量热计的内筒中(结构如图所示)： ①搅拌器的作用为 。 ②若测得每生成0.1molH2O(1)，放出的热量为QkJ，则内筒中发生反应的热化学方程式为 。 ③判断该反应结束的方法为 。 ④下列物质间能量的变化与内筒中化学反应能量变化不相符的是 (填标号)。 A．稀盐酸与碳酸氢钠的反应 B．氮气和氧气反应生成一氧化氮 C．稀硫酸与金属锌的反应 D．生石灰与水的反应 (2)铅蓄电池(结构如图所示)常用于汽车、电动自行车。 ①铅蓄电池是 (填“一次”或“二次”)电池。 ②铅蓄电池放电时，正极上的电极反应式为 。 ③铅蓄电池放电时，电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 【巩固训练】 1．氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中电极未标出，图中NaOH溶液的浓度。分析图示原理，判断下列说法不正确的是 A．电解池阳极反应方程式为： B．燃料电池中的由燃料电池右室向左室迁移 C．Y为，燃料电池的正极反应为： D．新工艺利用燃料电池提供电能实现节能，同时获得更高浓度的NaOH溶液，为后续的NaOH结晶过程节约能源 2．一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解过程中，向左室迁移 B．电解过程中，左室中的浓度持续下降 C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D．完全转化为的电解总反应： 3．一种利用电化学方法将生物质转化生成的高效合成有机硫化合物的工作原理如图。电解质为溶液，在高纯度导电炭黑(KB)催化作用下，和在电极表面形成、和等有机硫化合物。下列说法错误的是 A．KB能导电是因为其有类石墨的大π键微观结构 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．生成的电极反应式为 D．理论上，每形成键，体系生成标况下 4．富集海水中锂的电化学系统如图所示，工作步骤如下： ①启动电源1，所在腔室的进入结构而形成。 ②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使中的脱出进入腔室2. 关于该电化学系统的说法正确的是 A．启动电源1时，电极1为阴极 B．启动至关闭电源1，若转化的与生成的之比为，可得中的 C．启动电源2时电极反应式为 D．电化学系统降低了腔室2中LiOH的浓度 5．利用如图所示装置，可实现水体中的去除，(已知中H为+1价，O为-2价)。下列说法正确的是 A．电极a的电极反应式为 B．电子从电极b经过负载到电极a再经过水溶液回到电极a C．产生1.25molCO2，最多可处理2mol D．溶液中溶解氧气的浓度越大，越有利于的除去 6．某科研小组用电化学方法将转化为CO实现再利用，转化原理如图所示。下列说法正确的是 A．该装置能将电能转化为化学能 B．M上的电极反应方程式为 C．工作时，电流由M经导线流向N D．当转化时，外电路中转移的电子数为 7．下列有关电池的描述错误的是 选项 A．碱性锌锰干电池 B．镁、铝、溶液原电池 电池 描述 正极得电子，发生还原反应 电极逐渐溶解，电极质量不变 选项 C．氢氧燃料电池 D．银锌纽扣电池 电池 描述 通入的一极是负极，电极反应式为 溶液中向氧化银电极移动，向锌电极移动 A．A B．B C．C D．D 8．下列实验能达到目的的是 A．除去二氧化氮中的硝酸蒸汽 B．电流表的指针发生偏转 C．除去二氧化硫中的氯化氢 D．制备纯净的氨气 A．A B．B C．C D．D 9．一种工业上电解制备KIO3的原理如图所示，其所用电极均为石墨电极。下列说法正确的是 A．电极b与电源的正极相连接 B．气体X为O2 C．K+从a极区域迁移到b极区域 D．电极a发生电极反应为：I-＋6OH- − 6e-= IO＋3H2O 10．如图所示某小组为研究电化学原理，设计下图所示装置。根据原电池原理回答下列问题： (1)若a和b不连接时，铁片上发生的反应为 。 (2)①若a和b用导线连接时， （填“Cu”或“Fe”）作负极，负极发生的电极反应为 ，溶液中离子向 极移动（填“Cu”或“Fe”）。 ②若起始时铁和铜的质量相等，硫酸铜溶液的体积为500mL，将a和b用导线连接。一段时间后，铁片和铜片质量相差1.2g，则导线中流过电子的物质的量为 mol（不考虑其他形式能量转化）。 (3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池（如图所示）中，电解质溶液呈酸性。 ①该电池中，外电路电流的流动方向为 （填“从A到B”或“从B到A”）。 ②B电极附近氧气发生的电极反应为 。 ③该燃料电池的总反应为 。 【强化训练】 11．某电池的正极材料为，负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂，能使失活的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将注入电池后充电补锂，过程中转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是 A．在阳极失去电子 B．生成气体中含有氟代烃 C．过程中铁元素的价态降低 D．反应并离去是该电池保持原结构的原因 12．一种装载双原子双层带电膜（EM）电极材料可将硝酸盐还原为，为低浓度的硝酸盐污染提供高效实用的解决方案，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作一段时间后，阳极区减小 B．阴极发生的反应为 C．相同条件下，阴阳两极产生气体的体积比为 D．带电膜阳极上的游离氯可将氧化为 13．我国科学家在利用可编程交流电电解合成有机物方面取得重大突破。某科研小组用下图装置由正己烷合成正十二烷[用R—表示]；电极材料均为多孔铜基催化剂修饰的钛电极，电解质溶液为四丁基高氯酸铵的乙腈溶液，利用电脑编程信号控制交流电进行电解。下列说法错误的是 电极上反应的过程如下：正半周期  步骤1：铜催化剂转化 步骤2： 步骤3：（中间体） 负半周期  步骤4： A．交流电正半周期发生氧化反应，负半周期发生还原反应 B．正半周期电极反应式为 C．电解池中，当一极生成正十二烷时，另一极会实现铜的再生 D．交流电通过周期性改变电流方向，促进铜催化剂在不同形态间循环，从而加速了电解效率 14．下图是一种无需离子交换膜的新型氯流储能设备示意图。 下列说法不正确的是 A．该装置无需离子交换膜的原因是与不互溶，反应产生的可被萃取 B．放电时，钛电极的反应： C．充电时，中降低 D．该装置用于储能时，开关a应打开，开关b应关闭 15．根据下列实验操作及现象所推出的结论不正确的是 选项 实验操作及现象 结论 A 将和溶液与和溶液组成双液原电池，连通后铜片上有固体沉积 原电池中作正极，作负极 B 在和的溶液中分别滴加过量的溶液，前者生成白色沉淀，后者生成白色沉淀后消失 金属性： C 硫酸与溶液充分反应放出的热量 中和反应的反应热为 D 铅蓄电池使用过程中两电极的质量均增加 电池发生了放电反应 A．A B．B C．C D．D 16．用电解溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极I 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是 A．，说明实验i中形成原电池，反应为 B．，是因为ii中电极Ⅱ上缺少作为还原剂 C．，说明iii中电极I上有发生反应 D．，是因为电极I上吸附的量：iv>iii 17．金属钴和镍在新能源和高端制造中不可或缺，某化工厂排放的废水中含有和，可通过如图所示的装置将两者进行分离回收(已知：废水中其他成分不参与反应，与乙酰丙酮不反应)，图中双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移，下列说法正确的是 A．石墨N为正极，膜b为阳离子交换膜 B．Ⅰ室的电极反应式为 C．B为，Ⅲ室生成，双极膜处有解离 D．一段时间后，测得Ⅳ室溶液的不变 18．电池因其理论能量密度高(约1876Wh/kg)且能够将温室气体转化为电能，成为下一代储能技术的研究热点。典型的电池正极放电过程的产物为和一种单质()，然而还会不可逆分解导致电池“突然死亡”，已知产物中存在超氧根。近年来有研究提出使用可溶性氧化还原介体提高电化学性能，最终放电产物为，但这会导致充电时充电电压增加与介体损耗。下面说法不正确的是 A．不可逆分解的离子反应方程式： B．可溶性氧化还原介质在充电过程中可以保持稳定，不容易发生副反应 C．电池正极放电过程中，沉积在表面，不利于电极反应的进行 D．生成的电化学反应速率大于生成 19．电化学知识在物质制备领域有一定的应用前景。 (1)从环境保护的角度看，制备一种新型多功能水处理剂高铁酸钠()较好的方法为电解法，其装置如图1所示，其总反应方程式为：。 ①电解过程中Fe作 极，电极反应式为 ；电解时阳极区pH (填“升高”、“降低”或“不变”)。 ②“镁—次氯酸盐”燃料电池也可为图1装置提供电能，该电池电极为镁合金和铂合金，其工作原理如图2所示。F为该燃料电池的 (填“正”或“负”)极。当有49.8g生成时，消耗的物质的量为 mol。 (2)我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。镍氢电池的某极是储氢合金(中各元素化合价均为零)，电池反应通常表示为：。 ①充电时，储氢合金发生 (填“氧化”或“还原”)反应。 ②放电时，负极反应式为 。 20．回答下列问题： (1)双阴极微生物燃料电池处理-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。 ①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 ②II室中除了，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。 ③生成3.5g ，理论上需要消耗 g 。 (2)西北工业大学的张健教授德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如图： ①阴极的电极反应式为： 。 ②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a mol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。 (3)已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。几种共价键的键能如表： 共价键 S—S F—F S—F 键能E/() a 159 327 (g)和(g)迅速反应可生成(g)，已知    ，则 [已知(g)的结构]。 (4)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。 已知：流程中的△H为生成或消耗1mol Fe(s)、生成或消耗mol (s)时的能量变化。 以生成1mol (g)为基准，上述流程总反应的焓变 。(用含，，的代数式表示)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第04讲 化学电源装置分析 1、知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理 2、会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用 3、知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点、组成和工作原理 4、会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式 5、熟悉电解规律和电解产物的判断方法 一、原电池工作原理 1、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐溶解，溶液颜色变浅，有红色物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度升高，能量变化的主要形式是化学能转化为热能。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针偏转 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的Cu2＋在铜片获得电子变成Cu沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 化学能转化为电能 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成闭合回路； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 二、一次电池 1． 锌锰干电池 普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在放电时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量[电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供较大电流并连续放电。 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：锌筒 正极：石墨棒 氯化铵和氯化锌溶液 负极：锌粉 正极：二氧化锰 氢氧化钾溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 2.银锌纽扣电池的构造与工作原理 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O。 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 三、二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。 充、放电时各电极上发生的反应： 1．铅蓄电池的构造与工作原理 (1)放电时 负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4溶液。 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 (2)充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (3)铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 2．锂离子电池 常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：LixC6－xe－===6C＋xLi＋； 正极反应：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2； 放电时Li＋由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，得到电子生成Li重新嵌入石墨中，在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化 四、燃料电池 1．燃料电池 (1)利用燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂之间发生的氧化还原反应将化学能直接转换成电能的化学电池。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，能连续不断地提供电能。 2．氢氧燃料电池的工作原理 电极：惰性电极。燃料：H2 (1)碱性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)酸性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋； 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 3.电池特点。 ①能量转换率高，污染小。 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。 五、电解池 1、电解原理 ①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 ②电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 ③电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。 ④电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。 ⑤电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。 2．电解熔融态氯化钠 电解熔融态氯化钠原理图 (1)实验现象。 通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。 (2)实验分析。 ①熔融氯化钠中存在的微粒：Na＋、Cl－。 ②通电后离子和电子的移动方向 离子：阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。 电子：从电源负极流向阴极，从阳极流向电源的正极。 ③电极上发生的变化 阴极：2Na＋＋2e－===2Na(还原反应)。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 (3)实验结论。 熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。 应用：工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。 3．电解CuCl2溶液 电解质溶液中有Cl－、Cu2＋、H＋、OH－。 其中Cu2＋、H＋移向阴极，阴极电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；Cl－、OH－移向阳极，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。 电解反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。 题型01原电池原理的理解 【典例】中科大团队设计了一种新型回收装置(如图所示)，能绿色回收废电极中的Li，同时捕获废气中，并产生可观的电能。下列说法错误的是 A．电流由碳布电极沿导线流向废电极 B．废电极的电极反应式为 C．捕获23g 转移电子数为 D．未被捕获的废气在实验室中可用NaOH溶液除去 【答案】C 【详解】A．电流由正极流向负极，则电流由碳布电极沿导线流向废电极，A正确； B．根据分析，负极电极式为，B正确； C．根据分析，NO2生成，N由+4降低为+3，1个NO2得1个电子，则23gNO2即0.5molNO2转移0.5NA个电子，C错误； D．未捕获的废气CO2及SO2气体均属于酸性氧化物，可用NaOH溶液进行吸收，D正确； 故答案为：C。 【变式】非水体系电池能够实现能量存储和氮的固定，转化过程如下图所示。该过程 A．Al作为正极失去电子 B．电子由石墨烯流向Al C．可将电能转化为化学能 D．在石墨烯电极上得到电子 【答案】D 【详解】A．由题图可知，该电池中Al作为负极失去电子，石墨烯作为正极，N2在石墨烯电极上得到电子，A错误； B．电子由负极流向正极，即电子由Al流向石墨烯，B错误； C．由图可知，该过程可将化学能转化为电能，并非将电能转化为化学能，C错误； D．由题图可知，该电池中Al作为负极失去电子，石墨烯作为正极，N2在石墨烯电极上得到电子，D正确； 故选D。 题型02 原电池电极反应式的书写 【典例】在化学世界中，氮的化合物种类繁多且作用关键，其中氮化硼(BN)和氮氧化物备受关注。六方氮化硼呈层状排列，具备良好的润滑性，常作高温润滑剂；立方氮化硼结构紧密，硬度仅次于金刚石，用于制造切削刀具；氮氧化物是大气污染的源头之一，大量排放会造成光化学烟雾和硝酸型酸雨，危害人体健康与生态环境，目前，通过改进燃烧技术和安装尾气净化装置能有效控制其排放。 研究人员开发的一种电池装置及在不同电压下的单位时间产量如图所示。 已知：法拉第效率。下列说法错误的是 A．时，Y极电极反应为 B．双极膜中向Y极迁移 C．X电极上消耗时，双极膜中有发生解离 D．时，0.7V电压下连续放电10小时，外电路中通过，法拉第效率为63.40% 【答案】D 【详解】A．时，N元素由+3降到-3价，得6个电子，电极反应式：，A正确； B．原电池中负极失电子，正极得电子，阳离子向正极移动，故双极膜中的向Y极迁移，B正确； C．X电极上消耗时，转移，双极膜中有发生解离，C正确； D．时，由图可知当电压为0.7V时，氨气产量为，则10h产生氨气为，根据电极反应：，外电路中通过，理论上氨气的质量：，法拉第效率：，D错误； 故选D。 【变式】一种可植入人体内的微型电池工作原理如下图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动；血糖浓度下降至标准，电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）电池工作时，下列叙述不正确的是 A．a电极为正极，发生反应 B．两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a C．消耗18g葡萄糖，理论上a电极有0.2mol电子流出 D．b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用 【答案】C 【分析】a极：O2→，O元素化合价降低，得电子，所以a极作正极；b极：C6H12O6→C6H12O7，C元素化合价升高，失电子，所以b极作负极。 【详解】A．由分析可知a极得电子，作为正极，电极反应式为，故A正确； B．阳离子的迁移方向是由负极到正极，由分析可知：b极作负极，a极作正极，所以从b极移向a极，故B正确； C．a极是正极，正极是电子流入而不是电子流出，故C错误； D．从示意图可知，CuO→Cu2O，Cu2O →CuO ，CuO先参与反应后又生成，所以CuO是该反应的催化剂，故 D正确； 故答案为：C。 题型03 银锌纽扣电池的分析 【典例】锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如下。下列说法不正确的是 A．作电池的负极 B．电池工作时，向正极移动 C．正极的电极反应： D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 【答案】B 【详解】A．由分析可知，锌作电池的负极，作电池正极，A正确； B．原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，则向负极移动，B错误； C．由分析可知，正极的电极反应为：，C正确； D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性，以保证电池正常工作，D正确； 故选B。 【变式】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锂电池放电时，电解质中向锂电极迁移 B．图乙：负极的电极反应式为 C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．图丁：铅作负极，电极反应式为 【答案】C 【详解】A．原电池中阳离子向正极迁移，甲为锂电池，负极为锂，Li+向正极多孔碳材料迁移，故A错误； B．乙为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，反应式为，负极为活泼金属锌单质，故B错误； C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，故C正确； D．铅蓄电池为二次电池，Pb为负极失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，电极反应为Pb-2e-+=PbSO4↓，D错误； 故答案为C。 题型04 燃料电池的分析 【典例】某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上 A．负极反应的催化剂是ⅰ B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 【答案】C 【详解】A．由分析可知，氧气发生还原反应，做正极，正极反应的催化剂是ⅰ，A错误； B．图a中，ⅰ到ⅱ过程为获得第一个电子的过程，根据题中信息，获得第一个电子的过程最慢，则ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最高，B错误； C．氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：，同时，反应负极每失去1个电子，就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室，故电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，C正确； D．由图a、c可知，氧气催化循环一次需要转移4个电子，氢气催化循环一次需要转移2个电子，相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D错误； 故选C。 【变式】乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是 A．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol B．正极反应式为CH2=CH2-2e-＋2OH-=CH3CHO＋H2O C．电子移动方向：电极a→导线→电极b→电解质溶液→电极a D．该电池为可充电电池 【答案】A 【详解】A．根据O2＋4H＋＋4e-=2H2O知，每有0.1 mol O2反应，转移0.4mole-，则迁移H＋0.4 mol，A项正确； B．正极上氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，B项错误； C．放电时电子从电极a沿导线流向电极b，C项错误； D．该电池为燃料电池，不能充电，D项错误； 故选A。 题型05 原电池、电解池的综合应用 【典例】下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。 下列叙述正确的是 A．放电时，M极为正极 B．放电时，N极上反应为 C．充电时，消耗4 mol Ag的同时将消耗 D．充电时，M极上反应为 【答案】D 【详解】A．由分析可知，放电时，M电极为负极，A错误； B．由分析可知，放电时，N电极反应为：，B错误； C．由分析可知，建立电子转移关系式：，由此可知，消耗4molAg，同时消耗，C错误； D．充电时，M极为阴极，电极反应与原电池相反：，D正确； 故选D。 【变式】利用电化学原理可同时将SO2、CO2变废为宝，装置如图所示(电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是 A．装置工作时，电子从c极流入b极 B．d电极反应式为CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O C．若b极消耗16gO2，则Y中左侧溶液质量减轻16g D．该装置工作结束后，Y池电解质溶液的pH不变 【答案】CD 【详解】A．根据上述分析，电子流向从a极流向d电极，c电极流向b电极，A正确； B．d电极为阴极，CO2转化成CH3OH，C的化合价由＋4价降低为－2价，电解质为硫酸，因此d电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋=CH3OH＋H2O，B正确； C．b电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，c电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，建立关系式为O2～4e－～O2，b极消耗16g氧气，Y中左侧溶液中有16g氧气逸出，同时有molH＋从左侧移向右侧，左侧溶液质量减少的质量为16g+×1g=18g，C错误； D．由c、d的电极反应得出总反应是，总反应消耗水，硫酸浓度变大，pH降低，D错误； 故选CD。 题型06铅蓄电池的分析 【典例】化学与生产、生活密切相关，下列说法正确的是 A．制造5G芯片的氮化铝属于无机非金属材料 B．具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池 C．燃煤中添加CaO可以减少酸雨和温室气体的排放 D．铅蓄电池属于二次电池，其充电、放电的过程属于可逆反应 【答案】A 【详解】A．氮化铝（AlN）属于陶瓷材料，陶瓷是无机非金属材料，A正确； B．SiO2是绝缘体，不导电，光导纤维利用其全反射，光电池使用半导体材料（如硅单质），B错误； C．CaO可固硫减少SO2排放（缓解酸雨），但无法有效减少CO2（温室气体）排放，C错误； D．铅蓄电池充放电条件不同（放电为自发，充电需电解），不满足可逆反应定义，D错误； 故选 A。 【变式】化学反应产生的各种形式的能量是人类社会所需能量的重要来源，回答下列问题： (1)将稀盐酸和氢氧化钠稀溶液一次性倒入简易量热计的内筒中(结构如图所示)： ①搅拌器的作用为 。 ②若测得每生成0.1molH2O(1)，放出的热量为QkJ，则内筒中发生反应的热化学方程式为 。 ③判断该反应结束的方法为 。 ④下列物质间能量的变化与内筒中化学反应能量变化不相符的是 (填标号)。 A．稀盐酸与碳酸氢钠的反应 B．氮气和氧气反应生成一氧化氮 C．稀硫酸与金属锌的反应 D．生石灰与水的反应 (2)铅蓄电池(结构如图所示)常用于汽车、电动自行车。 ①铅蓄电池是 (填“一次”或“二次”)电池。 ②铅蓄电池放电时，正极上的电极反应式为 。 ③铅蓄电池放电时，电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 【答案】(1) 使酸和碱充分反应 温度计的示数开始下降或温度计的示数不再上升 AB (2) 二次 增大 【详解】（1）①通过搅拌可以加快反应速率，则搅拌器的作用为：使酸和碱充分反应； ②每生成0.1molH2O(1)，放出的热量为QkJ，则生成1molH2O(1)，放出的热量为10QkJ，故内筒中发生反应的热化学方程式为； ③该反应为放热反应，随着反应进行，温度计示数升高，故判断该反应结束的方法为温度计的示数开始下降或温度计的示数不再上升； ④内筒中盐酸和氢氧化钠反应为放热反应，以此解题； A．稀盐酸与碳酸氢钠的反应为吸热反应，符合题意，A正确； B．氮气和氧气反应生成一氧化氮为吸热反应，符合题意，B正确； C．稀硫酸与金属锌的反应，属于金属和酸的反应，为放热反应，不符合题意，C错误； D．生石灰与水的反应，为放热反应，不符合题意，D错误； 故选AB； （2）①铅蓄电池可以充电，多次使用，则铅蓄电池是二次电池； ②铅蓄电池放电时，正极上二氧化铅得到电子结合硫酸根生成硫酸铅，电极反应式为； ③铅蓄电池放电时的总反应为：，该反应消耗硫酸，则铅蓄电池放电时，电解质溶液的pH增大。 【巩固训练】 1．氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中电极未标出，图中NaOH溶液的浓度。分析图示原理，判断下列说法不正确的是 A．电解池阳极反应方程式为： B．燃料电池中的由燃料电池右室向左室迁移 C．Y为，燃料电池的正极反应为： D．新工艺利用燃料电池提供电能实现节能，同时获得更高浓度的NaOH溶液，为后续的NaOH结晶过程节约能源 【答案】B 【详解】A．电解池电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极反应方程式为，故A正确； B．根据以上分析，燃料电池的左侧为负极、右侧为正极，依据氢氧化钠溶液浓度的变化可知由燃料电池左室向右室迁移，故B错误； C．电解池阴极生成氢气，Y为，燃料电池右侧为正极，正极氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应为，故C正确； D．燃料电池可以补充电解池消耗的电能；同时可提高产出碱液的浓度，NaOH溶液的浓度，为后续的NaOH结晶过程节约能源，故D正确； 选B。 2．一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解过程中，向左室迁移 B．电解过程中，左室中的浓度持续下降 C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D．完全转化为的电解总反应： 【答案】B 【详解】A．电解池中，阳离子向阴极移动，则，向左室迁移，A正确； B．电解过程中，先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论，B错误； C．b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确； D．左侧阴极总反应是，右侧阳极总反应是，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确； 故选B。 3．一种利用电化学方法将生物质转化生成的高效合成有机硫化合物的工作原理如图。电解质为溶液，在高纯度导电炭黑(KB)催化作用下，和在电极表面形成、和等有机硫化合物。下列说法错误的是 A．KB能导电是因为其有类石墨的大π键微观结构 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．生成的电极反应式为 D．理论上，每形成键，体系生成标况下 【答案】D 【详解】由图，Pt-C电极上水得到电子发生还原反应生成氢气，为阴极，则KB为阳极，阳极上物质发生氧化反应； A．KB为高纯度导电炭黑，能导电是因为其有类石墨的大键微观结构，存在自由移动的电子，故A正确； B．电解池中阳离子向阴极移动，由图离子移动方向，离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确； C．阳极上和生成的反应为失去电子的氧化反应，电极反应式为，故C正确； D．由于阳极发生氧化反应，在电极表面形成、和等有机硫化合物，不确定具体转移电子的物质的量，不能计算生成标况下氢气的体积，故D错误； 故答案为：D。 4．富集海水中锂的电化学系统如图所示，工作步骤如下： ①启动电源1，所在腔室的进入结构而形成。 ②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使中的脱出进入腔室2. 关于该电化学系统的说法正确的是 A．启动电源1时，电极1为阴极 B．启动至关闭电源1，若转化的与生成的之比为，可得中的 C．启动电源2时电极反应式为 D．电化学系统降低了腔室2中LiOH的浓度 【答案】B 【详解】A．由分析可知，室Ⅰ中电极Ⅰ连接电源Ⅰ的正极，作阳极，发生氧化反应，故A错误； B．根据分析可知，启动至关闭电源1，转化的n()与生成的n()之比为20：3，设生成的氧气为3mol，转移电子为12mol，根据阳极的电极反应式：，结合电子守恒，可知2mol生成时转移1.2mol电子，可得中的x=1.2，故B正确； C．启动电源2时，电极是阳极，电极反应式为：，故C错误； D．由分析可知，启动电源2，使中的脱出进入腔室2，电极2为阴极，电极反应式为：；提高了腔室2中的浓度，故D错误； 故答案选B。 5．利用如图所示装置，可实现水体中的去除，(已知中H为+1价，O为-2价)。下列说法正确的是 A．电极a的电极反应式为 B．电子从电极b经过负载到电极a再经过水溶液回到电极a C．产生1.25molCO2，最多可处理2mol D．溶液中溶解氧气的浓度越大，越有利于的除去 【答案】A 【详解】A．根据分析，a为正极，电极反应式为：，故A正确； B．电子由负极b流出沿导线流向正极a，电子不能在溶液中迁移，故B错误； C．产生1.25mol CO2，C元素由0价升高为+4价，转移5mol电子，转化为N2，N元素由+5价降低为0价，能处理1mol，故C错误； D．溶液中溶解氧气的浓度越大，正极氧气参与电极反应，不利于的除去，故D错误； 答案选A。 6．某科研小组用电化学方法将转化为CO实现再利用，转化原理如图所示。下列说法正确的是 A．该装置能将电能转化为化学能 B．M上的电极反应方程式为 C．工作时，电流由M经导线流向N D．当转化时，外电路中转移的电子数为 【答案】B 【详解】A．由题干装置图可知，该装置为原电池，故能将化学能转化为电能，A错误； B．由分析可知，M上的电极反应方程式为2H2O－4e-=O2↑+4H+，B正确； C．由分析可知，工作时，M为负极，N为正极，故电流由N经导线流向M，C错误； D．由分析可知，N极的电极反应为：CO2+2H++2e-=CO+H2O，故当转化2molCO2时，外电路中转移的电子数为4NA，D错误； 故选B。 7．下列有关电池的描述错误的是 选项 A．碱性锌锰干电池 B．镁、铝、溶液原电池 电池 描述 正极得电子，发生还原反应 电极逐渐溶解，电极质量不变 选项 C．氢氧燃料电池 D．银锌纽扣电池 电池 描述 通入的一极是负极，电极反应式为 溶液中向氧化银电极移动，向锌电极移动 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．碱性锌锰干电池，石墨棒作正极，得电子，发生还原反应，A正确； B．Mg比Al活泼，但Mg与氢氧化钠不反应，铝与氢氧化钠能发生反应，因此铝为负极，电极反应式为：，镁为正极，电极反应式为：，Al电极逐渐溶解，Mg电极质量不变，B正确； C．碱性氢氧燃料电池中通入氧气的电极为正极，通入氢气的一极为负极，电极反应式为：，C正确； D．锌电极为负极，氧化银电极为正极，溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即(阴离子)向锌电极移动，（阳离子）向氧化银电极移动，D错误； 故答案选D。 8．下列实验能达到目的的是 A．除去二氧化氮中的硝酸蒸汽 B．电流表的指针发生偏转 C．除去二氧化硫中的氯化氢 D．制备纯净的氨气 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．NO2和水反应，不能用水除去二氧化氮中的硝酸蒸汽，A错误； B．没有形成闭合回路，不产生电流，电流表的指针不发生偏转，B错误； C．SO2、HCl和饱和碳酸氢钠均反应，C错误； D．浓氨水和生石灰反应生成氨气，碱石灰可以干燥氨气，可以制备纯净的氨气，D正确； 故选D。 9．一种工业上电解制备KIO3的原理如图所示，其所用电极均为石墨电极。下列说法正确的是 A．电极b与电源的正极相连接 B．气体X为O2 C．K+从a极区域迁移到b极区域 D．电极a发生电极反应为：I-＋6OH- − 6e-= IO＋3H2O 【答案】D 【详解】A．由KI转化为KIO3可知碘元素化合价升高，则电极a为阳极，连接电源正极，电极b为阴极，连接电源负极，A错误； B．结合分析知，b为阴极，b极式为，则气体X为H2，B错误； C．图中的离子交换膜为阴离子交换膜，K+属于阳离子，不能透过阴离子交换膜从a极区域迁移到b极区域，C错误； D．结合分析知，电极a为阳极，阳极区I-发生氧化反应生成IO，a极式为I-＋6OH--6e-=IO＋3H2O，D正确； 故选D。 10．如图所示某小组为研究电化学原理，设计下图所示装置。根据原电池原理回答下列问题： (1)若a和b不连接时，铁片上发生的反应为 。 (2)①若a和b用导线连接时， （填“Cu”或“Fe”）作负极，负极发生的电极反应为 ，溶液中离子向 极移动（填“Cu”或“Fe”）。 ②若起始时铁和铜的质量相等，硫酸铜溶液的体积为500mL，将a和b用导线连接。一段时间后，铁片和铜片质量相差1.2g，则导线中流过电子的物质的量为 mol（不考虑其他形式能量转化）。 (3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池（如图所示）中，电解质溶液呈酸性。 ①该电池中，外电路电流的流动方向为 （填“从A到B”或“从B到A”）。 ②B电极附近氧气发生的电极反应为 。 ③该燃料电池的总反应为 。 【答案】(1) (2) Fe Fe 0.02 (3) 从B到A 【详解】（1）已知Fe比Cu活泼，a和b不连接时，会发生金属铁的化学腐蚀，发生反应为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu； （2）①已知Fe比Cu活泼，则若a和b用导线连接时，Fe作负极，负极发生氧化反应，该电极的电极反应为Fe-2e-=Fe2+，溶液中SO离子向负极即Fe极移动，； ②若起始时铁和铜的质量相等，硫酸铜溶液的体积为500mL，将a和b用导线连接，Fe电极电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，铜电极即正极的电极反应为：Cu2++2e-=Cu，故当电路上通过2mol电子时，铁片和铜片质量相差56+64=120g，故一段时间后，铁片和铜片质量相差1.2g，则导线中流过电子的物质的量为=0.02mol； （3）①外电路中电流方向是从正极流向负极，即从B到A； ②B电极附近氧气发生的电极反应为：； ③正负极电极反应相加即总反应，该燃料电池的总反应为。 【强化训练】 11．某电池的正极材料为，负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂，能使失活的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将注入电池后充电补锂，过程中转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是 A．在阳极失去电子 B．生成气体中含有氟代烃 C．过程中铁元素的价态降低 D．反应并离去是该电池保持原结构的原因 【答案】C 【详解】A．充电时，Li+在阴极得电子生成Li嵌入负极材料，[SO2CF3]-在阳极失去电子生成气体离去，A正确； B．[SO2CF3]-在阳极失去电子，反应为2[SO2CF3]--2e-=2SO2+ CF3-CF3，生成气体中含有氟代烃CF3-CF3，B正确； C．充电补锂时正极反应为2[SO2CF3]--2e-=2SO2+ CF3-CF3，不涉及正极材料反应，铁元素价态不变，C错误； D．[SO2CF3]-反应后离去，维持电池原结构，D正确； 答案选C。 12．一种装载双原子双层带电膜（EM）电极材料可将硝酸盐还原为，为低浓度的硝酸盐污染提供高效实用的解决方案，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作一段时间后，阳极区减小 B．阴极发生的反应为 C．相同条件下，阴阳两极产生气体的体积比为 D．带电膜阳极上的游离氯可将氧化为 【答案】C 【详解】A．左侧为阳极，水失去电子被氧化为氧气，工作一段时间后，阳极区溶液酸性增强，减小，A正确； B．由图，阴极发生的反应为硝酸根离子得到电子发生还原反应生成氮气：，B正确；   C．由分析，阳极水失去电子被氧化为氧气，右侧EM电极上硝酸盐还原为，存在关系，由于带电膜阳极上氨气分子也会被游离氯氧化为，则相同条件下，阴阳两极产生气体的体积比不为，C错误； D．由图，带电膜阳极上氨气分子被游离氯氧化为，氨气发生氧化反应，D正确； 故选C。 13．我国科学家在利用可编程交流电电解合成有机物方面取得重大突破。某科研小组用下图装置由正己烷合成正十二烷[用R—表示]；电极材料均为多孔铜基催化剂修饰的钛电极，电解质溶液为四丁基高氯酸铵的乙腈溶液，利用电脑编程信号控制交流电进行电解。下列说法错误的是 电极上反应的过程如下：正半周期  步骤1：铜催化剂转化 步骤2： 步骤3：（中间体） 负半周期  步骤4： A．交流电正半周期发生氧化反应，负半周期发生还原反应 B．正半周期电极反应式为 C．电解池中，当一极生成正十二烷时，另一极会实现铜的再生 D．交流电通过周期性改变电流方向，促进铜催化剂在不同形态间循环，从而加速了电解效率 【答案】C 【详解】A．由反应过程可知，正半周期步骤1、步骤2均失去电子，发生氧化反应，负半周期步骤4得到电子，发生还原反应，A正确； B．步骤1、2、3三式相加，可得Cu+CH3(CH2)4CH3−2e−→Cu2+−R−+H+，B正确； C．由反应过程可知，正十二烷和铜都在步骤4生成，通过电流控制，当一极发生氧化反应时，另一极发生还原反应，即生成正十二烷和铜的再生是在同一个电极完成的，C错误； D．反应中铜作催化剂，正半周期铜起催化作用，负半周期是铜的再生，两个电极均能实现这个过程，促进了铜催化剂在不同形态间循环，从而加速了电解效率，D正确； 故答案选C。 14．下图是一种无需离子交换膜的新型氯流储能设备示意图。 下列说法不正确的是 A．该装置无需离子交换膜的原因是与不互溶，反应产生的可被萃取 B．放电时，钛电极的反应： C．充电时，中降低 D．该装置用于储能时，开关a应打开，开关b应关闭 【答案】CD 【详解】A．H2O与CCl4不互溶，且反应生成的Cl2在CCl4中的溶解度比在水中的溶解度大，可被CCl4萃取，则该装置无需离子交换膜，A正确； B．由分析可知，放电时，钛电极为负极，Na3Ti2(PO4)3失电子，电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，B正确； C．充电过程中，多孔碳电极(阳极)Cl- 失电子发生氧化反应生成Cl2，电极反应式为：2Cl-+2e-=Cl2↑，则CCl4中c(Cl2)增大，C错误； D．该装置用于储能时，开关a应关闭，开关b应打开，D错误； 故选CD。 15．根据下列实验操作及现象所推出的结论不正确的是 选项 实验操作及现象 结论 A 将和溶液与和溶液组成双液原电池，连通后铜片上有固体沉积 原电池中作正极，作负极 B 在和的溶液中分别滴加过量的溶液，前者生成白色沉淀，后者生成白色沉淀后消失 金属性： C 硫酸与溶液充分反应放出的热量 中和反应的反应热为 D 铅蓄电池使用过程中两电极的质量均增加 电池发生了放电反应 A．A B．B C．C D．D 【答案】AC 【详解】A．将和溶液与和溶液组成双液原电池，连通后铜片上有固体沉积，说明铜离子得电子生成铜单质，原电池中作负极，作正极，故A错误； B．在和的溶液中分别滴加过量的溶液，前者生成白色沉淀，后者生成白色沉淀后消失，说明氢氧化镁不和氢氧化钠反应而氢氧化铝可以反应，可以说明镁的金属性强于铝，故B正确； C．硫酸与溶液充分反应放出的热量，说明生成0.05mol水放出的热量，1mol水放出的热量，但反应过程有硫酸钡沉淀生成，中和反应的反应热有误，故C错误； D．铅蓄电池使用过程中正极为，负极为，质量均增加，故D正确； 答案选AC。 16．用电解溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极I 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是 A．，说明实验i中形成原电池，反应为 B．，是因为ii中电极Ⅱ上缺少作为还原剂 C．，说明iii中电极I上有发生反应 D．，是因为电极I上吸附的量：iv>iii 【答案】D 【详解】A．由分析可知，石墨1中会吸附少量氧气，石墨2中会吸附少量氢气，实验i会形成原电池，，反应为2H2+O2=2H2O，A正确； B．因为ii中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少作为还原剂，故导致，B正确； C．图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验iii中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明iii中电极I上有发生反应，C正确； D．，实验iii与实验iv中电极Ⅰ不同，，是因为电极I上吸附的量：iv>iii，D错误； 故选D。 17．金属钴和镍在新能源和高端制造中不可或缺，某化工厂排放的废水中含有和，可通过如图所示的装置将两者进行分离回收(已知：废水中其他成分不参与反应，与乙酰丙酮不反应)，图中双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移，下列说法正确的是 A．石墨N为正极，膜b为阳离子交换膜 B．Ⅰ室的电极反应式为 C．B为，Ⅲ室生成，双极膜处有解离 D．一段时间后，测得Ⅳ室溶液的不变 【答案】D 【详解】A．这是一个电解装置，Ⅱ室中穿过膜b进入Ⅲ室，可知石墨为阴极，膜b为阳离子交换膜，据此分析石墨N为阴极，故A错误； B．Ⅰ室为阳极室，失去电子生成，故B错误； C．Ⅱ室生成，有移动，应有解离，产生，故C错误； D．Ⅳ室电解消耗稀硫酸中的量等于双极膜中解离移向Ⅳ室的的量，故D正确； 答案选D。 18．电池因其理论能量密度高(约1876Wh/kg)且能够将温室气体转化为电能，成为下一代储能技术的研究热点。典型的电池正极放电过程的产物为和一种单质()，然而还会不可逆分解导致电池“突然死亡”，已知产物中存在超氧根。近年来有研究提出使用可溶性氧化还原介体提高电化学性能，最终放电产物为，但这会导致充电时充电电压增加与介体损耗。下面说法不正确的是 A．不可逆分解的离子反应方程式： B．可溶性氧化还原介质在充电过程中可以保持稳定，不容易发生副反应 C．电池正极放电过程中，沉积在表面，不利于电极反应的进行 D．生成的电化学反应速率大于生成 【答案】B 【详解】A．由题目中的条可知，不可逆分解的离子反应方程式：，A正确； B．可溶性氧化还原介质在充电过程中会导致充电电压增加与介体损耗，无法保持稳定，B错误； C．电池正极放电过程中，沉积在表面，会发生不可逆分解导致电池“突然死亡”，不利于电极反应的进行，C正确； D．新方法生成更优，能提升电化学性能，说明确实有利于快速反应，D正确； 故答案选B。 19．电化学知识在物质制备领域有一定的应用前景。 (1)从环境保护的角度看，制备一种新型多功能水处理剂高铁酸钠()较好的方法为电解法，其装置如图1所示，其总反应方程式为：。 ①电解过程中Fe作 极，电极反应式为 ；电解时阳极区pH (填“升高”、“降低”或“不变”)。 ②“镁—次氯酸盐”燃料电池也可为图1装置提供电能，该电池电极为镁合金和铂合金，其工作原理如图2所示。F为该燃料电池的 (填“正”或“负”)极。当有49.8g生成时，消耗的物质的量为 mol。 (2)我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。镍氢电池的某极是储氢合金(中各元素化合价均为零)，电池反应通常表示为：。 ①充电时，储氢合金发生 (填“氧化”或“还原”)反应。 ②放电时，负极反应式为 。 【答案】(1) 阳 降低 正 0.9 (2) 还原 【详解】（1）①铁是阳极，电极反应式为Fe-6e-+8OH-═FeO+4H2O，石墨电极上氢离子放电，电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，OH-自右向左移动，当转移电子时，阳极消耗，同时有向阳极移动，则电解时阳极区pH降低，故答案为：阳；Fe+8OH--6e-=FeO+4H2O；降低； ②如图2所示，F极发生的反应为ClO-生成Cl-，氯元素化合价降低，得电子发生还原反应，作电池的正极；根据原子、电子守恒得到关系式：Fe～FeO～6e-、ClO-～Cl-～2e-，关系式为FeO～6e-～3ClO-，49.8gNa2FeO4的物质的量为 =0.3mol，Na2FeO4中铁元素化合价为+6，根据得失电子守恒得：n(C1O-)=3×n(Na2FeO4)=0.9mol；故答案为：正；0.9； （2）①充电时，储氢合金得电子发生还原反应，作阴极； ②放电时，负极失电子发生氧化反应，电极反应为：。 20．回答下列问题： (1)双阴极微生物燃料电池处理-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。 ①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 ②II室中除了，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。 ③生成3.5g ，理论上需要消耗 g 。 (2)西北工业大学的张健教授德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如图： ①阴极的电极反应式为： 。 ②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a mol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。 (3)已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。几种共价键的键能如表： 共价键 S—S F—F S—F 键能E/() a 159 327 (g)和(g)迅速反应可生成(g)，已知    ，则 [已知(g)的结构]。 (4)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。 已知：流程中的△H为生成或消耗1mol Fe(s)、生成或消耗mol (s)时的能量变化。 以生成1mol (g)为基准，上述流程总反应的焓变 。(用含，，的代数式表示)。 【答案】(1) 阳 26 (2) (3)266 (4) 【详解】（1）①双阴极微生物燃料电池处理 - N废水的工作原理如图(a)所示，Ⅲ中O2得电子生成H2O，电极方程式为：，则II中CH3COO-转化为CO2生成的H+需要进行Ⅲ，说明Y是阳离子交换膜； ②由图b可知，Ⅲ中反应后的溶液进入I中反应，而I中的反应是，说明III中转化为了，该过程的离子方程式为：； ③I中的反应是，电极方程式为：，Ⅲ中发生反应：、，3.5 g N2的物质的量为，消耗，转移电子1.25mol电子，则理论上需要消耗O2的物质的量为，质量为0.8125mol×32g/mol=26g。 （2）①在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将C2H2还原为C2H4，则阴极为上层电极，反应为乙炔得到电子发生还原反应生成乙烯，反应为：； ②由图可知，阳极水发生氧化反应生成氧气，总反应为2C2H2+ 2H2O = 2C2H4+ O2；同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为amol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，设C2H2转化率为y，则反应乙炔为aymol、剩余乙炔（(a-ay)mol，由总反应可知生成气体总量为1.5aymol, 反应后总气体为（(1.5ay+a-ay)mol，则，解得y=。 （3）由的结构式可知，其中含有8个S-S键，反应热等于断裂化学键的总键能与形成化学键的总键能之差，即S8(g)+24F2(g)=8SF6(g) ΔH=(a×8+24×159-327×48)kJ⋅mol-1=-9752kJ⋅mol-1，解得a=266。 （4）由图可知，①CO(g)+Fe2O3(s)=Fe(s)+CO2(g) 、②Fe(s)+H2O(g)=H2(g)+Fe3O4(s) 、③Fe3O4(s)+O2(g)=Fe2O3(s) ；由盖斯定律可知，可得总反应，则总反应的焓变。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$