第六章 第2讲 原电池及化学电源（讲义及解析）-2026年高考化学大一轮复习

大一轮·化学(周星星·化学） 第2讲 原电池及化学电源 考点一 原电池的工作原理 1．原电池的概念、构成条件及工作原理 概念 把化学能转化为电能的装置 本质 能自发进行的氧化还原反应 形 成 条 件 ①能自发进行的氧化还原反应 ②两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同) ③形成闭合回路，需满足三个条件： a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中 原理 总反应离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ (1)电极 ①负极：失去电子，发生氧化反应 ②正极：得到电子，发生还原反应 (2)电子定向移动方向和电流方向 ①电子从负极流出经外电路流入正极 ②电流从正极流出经外电路流入负极 (3)离子移动方向 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动 2．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比——以铜锌原电池为例 (1)反应原理 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 电极名称 负极 (锌片) 正极 (铜片) 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ (氧化反应) Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应) 总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 电子流向 电子由负极经导线流向正极：由Zn沿导线流向Cu 电流流向 电流由正极经导线流向负极：由Cu沿导线流向Zn 不同点 离子迁移 方向 电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 Cu2＋移向正极，SO42－移向负极 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 能量转化效率 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长 (2)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻 ②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池能持续提供电流 注意 ①无论是单液原电池装置还是双液原电池装置，电子均不能通过电解质溶液 ②自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶解的O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中 3．原电池正、负极的判断沿导线 (1)根据电极反应或总反应方程式来判断 作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极 作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极 (2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断 电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极 (3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断 阳离子向正极移动；阴离子向负极移动 (4)根据原电池的两电极材料来判断 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极 (5)根据电极现象来判断 工作后，电极质量减少，说明该电极金属溶解，失去电子变成金属离子，该电极为负极；电极质量增加或不变，说明溶液中的阳离子在该电极放电生成金属单质或溶液中的阳离子得电子，该电极为正极 4. 原电池原理的应用 （1）加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 （2）比较金属活动性的强弱 ①方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强 ②常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼 如：有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：AB （3）设计原电池 ①依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 ②选择合适的材料 电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 如：根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计电池 ①不含盐桥 ②含盐桥 （4）用于金属的防护——牺牲阳极法 原理 利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连 要求 被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极 实例 要保护一个钢闸门，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 【逐点训练1】 1. 某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是(　　) A．X和Y与电流表连接，电子由Cu极流向Zn极 B．X和Y与电流表连接，将Zn换成Fe测得电流更大 C．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu极质量减轻 D．X和Y分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn极质量减轻 2．一种新型的电池，总反应式为3Zn＋2FeO＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．Zn极是负极，发生氧化反应 B．随着反应的进行，溶液的pH增大 C．电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路 D．石墨电极上发生的反应为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－ 3．Li­FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是(　　) A．Li为电池的正极 B．电池工作时，Li＋向负极移动 C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－ D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好 4.（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动势(V)，可计算电池总反应的平衡常数。已知：，该电池z=1；盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( ) A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl- B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大 C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5g D．若，Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常数为 5. 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) 　 A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 6. (2024·浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。 已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。 离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ HCO3- NO3- Cl- SO42- 4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27 下列说法正确的是( ) A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质 B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+ C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1 D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中 7. 控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 (　　) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 考点二 常见的化学电源 1．一次电池 一次电池就是放电之后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质被消耗，当这些物质消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池 碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 纽扣式锌银电池 电极反应 负极(Zn) Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极(Ag2O) Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 新型一次电池 Mg－H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O 正极 H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O 负极 Mg－2e－===Mg2＋ Mg－AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2 正极 2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag 负极 Mg－2e－===Mg2＋ 钠硫电池 总反应：2Na＋xS===Na2Sx 正极 xS＋2e－===S 负极 2Na－2e－===2Na＋ 锂－铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－ 正极 Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ 负极 2Li－2e－===2Li＋ 锂钒氧化物电池 总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8 正极 xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8 负极 xLi－xe－===xLi＋ Li－SOCl2 总反应：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S 正极 2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－ 负极 4Li－4e－===4Li＋ 2．二次电池 二次电池又称可充电电池或蓄电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等 (1)铅酸蓄电池 结构 铅酸蓄电池是由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板覆盖有Pb，稀硫酸作电解质溶液 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 放电时——原电池 负极反应 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极反应 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 充电时——电解池 阴极反应 PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) 阳极反应 PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq) 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 注意 ①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应 ②放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式 ③二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接外接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为：负连负，正连正 ④放电总反应和充电总反应在形式上互逆，但不是可逆反应 （2）新型充电(可逆)电池 锌银电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 阳极：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O 阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－ 镍电池 镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2 正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O 阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ 镍镉电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 说明：参考镍铁电池自行书写。 高铁电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH 正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 阳极：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－===2FeO＋8H2O 阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－ 锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1) 正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6 阳极：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 阴极：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6 钠电池 钠硫蓄电池 总反应：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr 正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr 负极：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋ 阳极：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋ 阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2 钠离子电池 总反应：Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn 正极：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2 负极：NamCn－me－===mNa＋＋Cn 阳极：NaCoO2－me－===Na1－mCoO2＋mNa＋ 阴极：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn 全钒液流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O 正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－===V3＋ 阳极：VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋ 阴极：V3＋＋e－===V2＋ 3．“高效、环境友好”的燃料电池 燃料电池的工作原理 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，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，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能 燃料电池示意图 特点 ①清洁、安全、高效 ②燃料电池的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用 以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响： 酸性燃料电池 H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O 正极 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 熔融氧化物燃 料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 正极 O2＋4e－===2O2－ 负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 熔融碳酸盐燃 料电池 CO32－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 正极 O2＋4e－＋2CO2===2CO32－ 负极 CH3OH－6e－＋3CO32===4CO2↑＋2H2O 【逐点训练2】 1．普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 2．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6 C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 4．熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是(　　) A．石墨Ⅰ为正极，石墨Ⅱ为负极 B．Y的化学式可能为NO C．石墨Ⅰ的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5 D．石墨Ⅱ上发生氧化反应 5. (2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，装置示意图如图。 下列说法不正确的是( ) A．电极a是正极 B．电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O C．每生成1molN2，有2molNaCl发生迁移 D．离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜 6. (2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( ) A．放电时，负极反应： LixC6- xe- = xLi++6C B．(a)过程中1mol晶胞转移的电子数为NA C．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极 D．充电时的阳极反应： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+ 7. (2024·浙江省Z20名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( ) A．X、Y交换膜均为质子交换膜 B．电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A C．b电极反应式： D．电极室C中仅发生还原反应 1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( ) A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动 C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋ 2．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( ) A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移 B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4 C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH- D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH 3．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是( ) A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4 B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移 D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2 4．(2023•广东卷，6)负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是( ) A．Ag作原电池正极 B．电子由Ag经活性炭流向Pt C．Pt表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-= 4OH- D．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1mol Cl- 5．(2023•辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( ) A．放电时负极质量减小 B．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+ 6．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx 下列叙述错误的是( ) A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移 B．放电时外电路电子流动的方向是a→b C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 7． (2023•山东卷，11)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是( ) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 8．(2023•全国新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( ) A．放电时V2O5为正极 B．放电时Zn2+由负极向正极迁移 C．充电总反应：xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O 9．(2022•全国乙卷，12) 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，电池的总反应Li2O2=2Li+O2 B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D．放电时，正极发生反应O2+2Li++2e-=Li2O2 10．(2022•辽宁省选择性考试，14)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( ) A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+ B．放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移 C．放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2 D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大 11．(2022•山东卷，13)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( ) A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH- D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 12．(2022•全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( ) A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移 C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O 13．(2022•福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是( ) A．化学自充电时，c(OH―)增大 B．化学自充电时，电能转化为化学能 C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=Zn D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗 14．(2022•广东选择性考试，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( ) A．充电时电极b是阴极 B．放电时NaCl溶液的pH减小 C．放电时NaCl溶液的浓度增大 D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g 15．(2021•辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( ) A．放电时，M电极反应为 B．放电时，Li+由M电极向N电极移动 C．充电时，M电极的质量减小 D．充电时，N电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi 16．(2021•浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。 下列说法不正确的是( ) A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能 B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应 C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变 D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)2 17．(2021•湖南选择性考试，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．放电时，N极为正极 B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小 C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过 18．(2021•河北选择性考试，9)K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( ) A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过 B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 19．(2021•广东选择性考试，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 20．(2021•山东卷，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( ) A．放电过程中，K+均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L 21．(2021•浙江6月选考，22)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( ) A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B．放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li+ C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2 D．电池总反应可表示为Li xSi+Li1- xCoO2Si+LiCoO2 答案及解析 【逐点训练1】 1.【答案】C 【解析】A项，Zn作负极，电子由Zn极流向Cu极，错误；B项，Fe、Cu的活动性相差小，测得电流也小，错误；C项，X为Zn、Y为Cu，Cu作阳极，Cu被电解，质量减轻，C正确，D错误。 2．C。解析：根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成OH－、消耗H2O，溶液的pH增大，B正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶液，C错误；负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极的电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。 3．C。解析：A项，由→S发生氧化反应，可知Li为电池负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。 4.【答案】B 【解析】原电池Ag电极为负极，发生反应：Ag-e-=Ag+，电极做正极，电极反应为：AgCl+e-=Ag+ Cl-。原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，K+向左侧迁移。A项，正极反应为AgCl+e-=Ag+ Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，A正确； B项，原电池反应过程中Cl-向右侧烧杯迁移，与2H2O-4e- =O2↑＋4H＋生成AgCl沉淀，右侧烧杯中AgNO3浓度保持不变，B错误；C项，正极反应为AgCl+e-=Ag+ Cl-，负极反应为Ag-e-=Ag+，每转移1mole-时，负极质量减少108g，正极质量减少35.5g，两极共减少143.5g，C正确；D项，z=1，代入，，这是电池总反应AgCl(s) Ag+(aq)+ Cl-(aq)的平衡常数，则Ag+(aq)+ Cl-(aq)AgCl(s)平衡常数，D正确；故选B。 5.【答案】B 【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。 【思维建模】 1．原电池电极判断 说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的固定思维。 2．电极反应的书写 （1）一般电极反应的书写 （2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。 6.【答案】C 【解析】由题意和图知，铁电极为负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+。A项，Fe2＋、Fe3＋能与HCO3-反应，Ca2＋与SO42-不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO3-能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2＋，盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，A错误；B项，石墨电极为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，B错误；C项，由图知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，发生反应为Fe3++e-=Fe2+，现c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此过程中c(Fe2+)增加了0.10mol/L，转移的电子数为0.10mol/L，则由负极反应式Fe-2e-=Fe2+知，左池中c(Fe2+)增加了0.05mol/L，即左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1，C正确；D项，盐桥中的阴离子流向负极，由分析知，进入铁电极一侧溶液中，D错误； 故选C。 【思维建模】 1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。 2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。 7.【答案】D 【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。 【逐点训练2】 1．C。解析：普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。 2．A。解析：放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。 3．C。解析：放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1 mol e－时，石墨C6电极将增重 7 g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。 4．C 5.【答案】C 【解析】该装置为原电池，电极a上氢离子得电子生成氢气，则a为正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，电极b上，N2H4在碱性条件下失去电子生成N2，b为负极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根据电解池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，则钠离子经c移向左侧（a），氯离子经d移向右侧（b），c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜。A项，电极a是正极，A正确；B项，电极b的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正确；C项，根据N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1molN2，转移4mol电子，根据电荷守恒，有4molNaCl发生迁移，C错误；D项，离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜，D正确；故选C。 6.【答案】B 【解析】从总反应分析， LixC6变为C和Li+为氧化反应，该极为原电池的负极。而Li1-xFePO4变为LiFePO4发生还原反应，它为原电池的正极。A项，放电的负极为 LixC6- xe- = xLi++6C，A正确；B项，a过程由于Fe2+化合价升高为Fe3+，为了平衡电荷Li+脱嵌减少。从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个Li+总共减少，所以1mol晶体中转移NA电子，B错误；C项，放电时，该材料在正极发生还原反应，即Fe由+2变为+3为b过程，Li+嵌入正极，C正确；D项，充电时的总反应为 6C+LiFePO4= LixC6+Li1-xFePO4，阳极发生氧化反应为 LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，D正确；故选B。 7.【答案】D 【解析】根据图中电子的流向和电极上的变化可判断电极b电极上发生的反应为：，电极a上的反应为，而电池c上有两个变化过程分别为：，。A项，结合电极反应可判断X、Y交换膜均为质子交换膜，故A正确； B项，结合分析可知电极室C中溶液经灭菌后通入电极室A，故B正确；C项，b电极反应式：，故C正确；D项，结合电极上的变化，可知电极室C中既发生还原反应又发生了氧化反应，故D错误；故选D。 1.【答案】D 【解析】A项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B项，原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；C项，MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；D项，锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D正确；故选D。 2.【答案】C 【解析】Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。A项，充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A不正确；B项，放电时，负极的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C项，放电时MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确；D项，放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010mol)，电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020mol，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020mol，D不正确；故选C。 3.【答案】C 【解析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极： 电极 过程 电极反应式 Mg电极 放电 Mg-2e-=Mg2+ 充电 Mg2++2e-= Mg 多孔碳纳米管电极 放电 Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4 充电 MgC2O4-2e-= Mg2++2CO2↑ A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO2= MgC2O4，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每转移2mol电子，有2mol CO2参与反应，因此每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2，D正确；故选C。 4.【答案】B 【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。A项， Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；B项，电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；C项，溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-= 2H2O，C错误；D项，每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，而2 mol Cl-失去2mol电子，故最多去除2mol Cl-，D错误。 故选B。 5.【答案】B 【解析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A项，放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；故选B。 6.【答案】A 【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。A项，充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；B项，放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；C项，由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；D项，炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故选A。 7.【答案】CD 【解析】A项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；B项， 再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C项，左侧负极是Cu+4NH3-2e- =[Cu(NH3)4]2+，正极是Cu 2++2e- = Cu，则电池总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+，故C正确；D项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。故选CD。 8.【答案】C 【解析】由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O。A项，由题信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A正确；B项，Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2+，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B正确；C项，电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O=xZn+V2O5+nH2O，C不正确；D项，充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O，D正确；故选C。 9.【答案】C 【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li++e-=Li+)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)，则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极。A项，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C项，放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D项，放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；故选C。 10.【答案】A 【解析】放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。A项，放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，故A正确；B项，放电时，阴离子移向负极，放电时Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C项，放电时每转移1 mol电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；D项，充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误；故选A。 11.【答案】BD 【解析】A项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；B项，对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；C项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；D项，若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)= ，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=，说明此时已进行过溶液转移，D正确；故选BD。 12.【答案】A 【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。 13.【答案】A 【解析】A项，由图可知，化学自充电时，消耗O2，该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，c(OH―)增大，故A正确；B项，化学自充电时，无需外接电源即能实现化学自充电，该过程不是电能转化为化学能，故B错误；C项，由图可知，化学自充电时，锌电极作阴极，该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D项，放电时，1mol转化为 ，消耗2mol K+，外电路通过0.02 mol电子时，正极物质增加0.02mol K+，增加的质量为0.02mol×39g/mol =0.78g，故D错误；故选A。 14.【答案】C 【解析】A项，由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-= NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D项，充电时阳极反应为2Cl- -2e-= Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；故选C。 15.【答案】B 【解析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi。A项，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；B项，放电时，M极为负极，N极为正极，故Li+由M电极向N电极移动，B正确；C项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；D项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为Li3Bi-3e-=3Li++Bi，D错误；故选B。 16.【答案】C 【解析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A项，断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；B项，断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正确；C项，电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；D项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正确；故选C。 17.【答案】B 【解析】锌溴液流电池总反应为：Zn+Br2═ZnBr2，其中N为正极，发生还原反应，电极反应方程式为Br2+2e-＝2Br-，M为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn﹣2e-＝Zn2+，放电过程中，左侧Zn2+流向右侧，左侧ZnBr2的浓度不断减少，充电过程中，发生反应ZnBr2Zn+Br2。A项，依据分析可知，N为正极，故A正确；B项，放电时，左侧为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn﹣2e-＝Zn2+，左侧生成的Zn2+流向右侧，故左侧ZnBr2的浓度不变，右侧ZnBr2的浓度变大，故B错误；C项，放电时，M为负极，充电时，M及为阴极，发生还原反应，电极反应式为Zn2++2e-═Zn，故C正确；D项，中间沉积锌位置的作用为提供电解液，故其隔膜既可以允许阳离子通过，也允许阴离子通过，故D正确；故选B。 18.【答案】D 【解析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。A项，金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K+通过，不允许O2通过，故A正确；B项，由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；C项，由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C正确；D项，铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/mol=1.8g，故D错误；故选D。 19.【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项，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项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C项，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项，放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D正确；故选B。 20.【答案】C 【解析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O。A项，放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；B项，根据上述分析可知，N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C项，理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是：、、，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D项，根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；故选C。 21.【答案】B 【解析】由题中信息可知，该电池充电时Li+得电子成为Li嵌入电极A中，可知电极A在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极B是电池的正极。A项，由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；B项，放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li+通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li+，B不正确；C项，放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2，C正确；D项，电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li+，正极上Li1- xCoO2得到电子和Li+变为LiCoO2，故电池总反应可表示为Li xSi+Li1- xCoO2Si+LiCoO2，D正确。故选B。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$