第2节 化学能转化为电能——电池（8大题型专项训练） 化学鲁科版2019选择性必修1

第二节 化学能转化为电能——电池 · 题型01 原电池的工作原理 · 题型02 原电池中正、负极的判断 · 题型03 原电池工作原理的应用 · 题型04 一次电池及工作原理 · 题型05 二次电池 · 题型06 氢氧燃料电池工作原理及简易制作 · 题型07 其他新型燃料电池 · 题型08 新型化学电源 题型01 原电池的构成 (1)定义：把 能转化为 能的装置。 (2)构成条件 【典例1】下列装置不能形成原电池的是 A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤ C．②④⑥⑦ D．①②③④ 【变式1-1】下列物质的组合中能使电流计指针明显偏转的是 选项 M N P A Fe Fe 稀盐酸 B Fe Cu 酒精 C 石墨 Ag AgNO3溶液 D Cu Zn 稀硫酸 A．A B．B C．C D．D 【变式1-2】下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-3】某电池的总反应式为，该原电池的正确组合是 选项 A B C D 正极材料 Cu Ag Ag Cu 负极材料 Ag Cu Cu Ag 电解质溶液 A．A B．B C．C D．D 题型02 原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流 极 电子流 极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 离子移向的电极 离子移向的电极 电流方向 电流 极 电流 极 两极发生的反应 电子，发生 反应 电子，发生 反应 电极材料 一般是活动性较 的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 【典例2】银锌电池是一种常见化学电源，其放电的反应原理为Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+Ag，下列说法错误的是 A．Ag2O发生还原反应 B．溶液中OH-向负极移动 C．电子从Ag2O电极经外电路流向Zn电极 D．Zn发生的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 【变式2-1】某单液电池如图所示，其反应原理为。下列说法正确的是 A．右侧Pt电极为负极 B．左侧电极上发生还原反应 C．溶液中H+向右侧电极移动 D．右侧电极的电极反应式为 【变式2-2】对下列有关装置的说法正确的是 A．装置Ⅰ中镁为原电池的负极 B．装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加 C．装置Ⅲ能构成原电池 D．装置Ⅳ工作时，锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄 【变式2-3】有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序是 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 A． B． C． D． 题型03 原电池工作原理的应用 1.加快化学反应速率 当试管a中滴入少量CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较试管b中的　　　　，其原因是　　　　　　。  2.比较金属的活动性强弱 原电池的两极为两种不同金属时，一般作负极的金属比作正极的金属 (注意电解质溶液的种类)。 3.设计原电池 首先将氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应。 其次确定正、负极选择电极材料，还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极，比较不活泼的金属或惰性电极为正极。 最后用导线连接两个电极并插入电解质溶液中形成闭合回路，如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间应用盐桥连接。 【典例3】有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2++2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为 A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥E C．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E 【变式3-1】由Cu、Zn和稀硫酸构成的原电池装置如图所示。下列叙述错误的是    A．Zn电极为负极 B．Cu电极发生还原反应 C．电子流向：Zn电极→稀→Cu电极 D．工作一段时间后，电解质溶液的pH减小 【变式3-2】某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，设计了如下实验方案: ①将铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出 ②定量的铁粉和铜粉与浓硫酸在加热条件下反应分别生成FeSO4和CuSO4 ③将铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解 ④把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上无气泡而铜片上有气泡产生 ⑤把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上有气泡而铜片上无气泡产生 以上实验方案设计合理的是 A．①④ B．①③④ C．②③④ D．②⑤ 【变式3-3】自热食品无需火电，将水倒在发热包上即可加热食物。发热包的主要成分是：铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、生石灰、碳酸钠、焙烧硅藻土等，下列说法错误的是 A．生石灰和水反应放出热量 B．发热包用后所得产物的碱性增强 C．发热包用后的产物不环保，冷却后要进行回收处理 D．反应过程中有微小原电池形成，负极反应为：Fe-3e－==Fe3+ 题型04 一次电池及工作原理 电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。常见的一次电池主要有 、 、 等。 1. 锌锰干电池 (1)两种锌锰干电池比较 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 电极 负极材料： ，正极材料： 负极反应物： ，正极反应物： 电解质 优、缺点 制作简单、价格低廉，但新电池较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快等 单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电 (2)电池反应及电极反应式 ①酸性锌锰干电池 电池反应： ； 负极：Zn-2e-===Zn2+ 正极：2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O。 ②碱性锌锰干电池 电池反应：Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH； 负极： ； 正极： 。 2. 纽扣式银锌电池 总反应式：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag，根据示意图解答： (1)负极反应物为 ， 电极反应： 。  (2)正极反应物为 ，电极反应： 。  (3)电解质溶液是 。 【典例4】碱性锌锰干电池的总反应为，其剖面图如下。下列说法正确的是 A．为正极材料 B．KOH是离子导体，不参与电极反应 C．负极的电极反应式为 D．环境温度过低时，不利于电池放电 【变式4-1】纽扣电池的两极材料分别是锌和氧化银，离子导体是KOH溶液，两个电极的电极反应分别为：  、。下列说法中，正确的是 A．锌是负极反应物，氧化银是正极反应物 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．溶液中向正极移动，K+、H+向负极移动 D．在电池工作过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 【变式4-2】普通锌锰干电池的简图如图所示，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，能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e-=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时电子从碳棒流向锌筒 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【变式4-3】纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池如图所示，薄层纸片的两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应：，[已知中的化合价为+3]。下列有关说法错误的是 A．薄层纸片的作用为载体和传导体 B．该新型电池工作时，电子由沿内电路流回 C．为正极材料，电极反应式为 D．每转移电子，负极材料质量增加17g 题型05 二次电池 1.二次电池 又称 或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2.实例——铅蓄电池 (1)电池构造 放电反应和充电反应总反应式表示如下： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (2)放电反应原理 ①负极反应式： ；  ②正极反应式： ；  ③放电过程中，负极的质量 ，稀H2SO4的浓度 。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅蓄电池的优缺点 ①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。 ②缺点：单位质量电池释放的电能少。 【典例5】铅酸蓄电池历史悠久，至今仍在多领域发挥着重要作用。下列说法正确的是 A．该电池是二次电池，充电和放电互为可逆反应 B．放电时，负极的电极反应式是 C．充电时，铅酸蓄电池负极应连接外电源的负极 D．放电时，每转移1mol电子时正极质量增加64g 【变式5-1】借鉴锌锰干电池，某科研团队研发出如图所示的一种新型可充电电池，电池工作一段时后，电极上检测到有生成。下列叙述错误的是 A．放电时为负极 B．放电时正极附近减小 C．充电时向电极方向迁移 D．放电时，理论上电极质量减少电极生成 【变式5-2】全固态LiPON薄膜锂离子电池工作示意图如下，LiPON薄膜只允许Li+通过，电池反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列说法正确的是 A．放电时，a极为正极 B．导电介质c可为Li2SO4溶液 C．充电时，b极反应为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ D．放电时，当电路通过0.5mol电子时，b极薄膜质量减少3.5g 【变式5-3】磷酸铁锂“刀片电池”放电时的总反应：，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．放电时，通过隔膜移向负极 C．充电时，阴极质量增加 D．充电时的阳极反应式为 题型06 氢氧燃料电池工作原理及简易制作 1.燃料电池的概念 燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。 2.燃料电池的特点 (1)工作时， 和 连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。 (2)能量转换率 (>80%)，排放的废弃物 。 3.制作简易氢氧燃料电池 设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极 实验操作 实验装置 实验现象与结论 闭合K1，断开K2，通入电流，电解水制备H2和O2。KOH溶液的作用：增强导电性 A、B两试管中均产生无色气体，且B中气体体积较大。 结论：A中为 ，B中为 电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2 检流计的指针 ，A、B两试管中气体体积逐渐 。 结论：H2和O2发生原电池反应产生电流 分析该氢氧燃料电池的工作原理： 电池反应：2H2+O2===2H2O； 负极： ； 正极： ； 离子导体： 。 【典例6】某氢氧燃料电池的构造如图，下列说法正确的是 A．a电极是电池的正极 B．b电极上发生氧化反应 C．电解质溶液中OH-向a电极移动 D．该装置实现了电能向化学能的转化 【变式6-1】2022年在我国举办的冬奥会期间，超1000辆国产燃料电池汽车投入服务，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。该电池原理示意图如下。下列叙述错误的是 A．X电极上发生还原反应 B．Y电极发生的电极反应式为： C．工作一段时间后电解质溶液酸性减弱 D．工作过程中，质子从X极透过质子交换层移动到Y极 【变式6-2】氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是H2O，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是    A．通入氢气的电极发生还原反应 B．外电路中每有0.4mol电子发生转移，该实验中就会有6.72L的气体被消耗 C．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动 D．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 【变式6-3】某铜锌原电池及氢氧燃料电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是    A．两个装置内发生的总反应分别为和 B．两个装置内发生氧化反应的分别是锌片和氢气 C．铜锌原电池内铜片上有气泡产生 D．氢氧燃料电池工作时，向a极定向移动 题型07 其他新型燃料电池 【方法提炼】燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如： 酸性电解质溶液： ； 碱性电解质溶液： ； 固体电解质（高温下能传导O2-）： ； 熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）： 。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 【典例7】一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极，两电极插入KOH溶液中，向两极分别通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e-=2CO＋12H2O，2H2O＋O2＋4e-=4OH-。有关此电池的推断正确的是 A．电池工作过程中，溶液的碱性逐渐减小 B．正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2 C．通入乙烷的电极为正极 D．电解质溶液中的OH-向正极移动 【变式7-1】是一种绿色能源，一种燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，从交换膜右侧向左侧移动 B．放电过程中右侧溶液的增大 C．每生成，理论上消耗 D．负极电极反应式为 【变式7-2】有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是   A．电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b C．当固体电解质中有1molO2-通过时，转移电子4mol D．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电子由电极 b 流向电极a 【变式7-3】二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其装置示意图如图所示： 下列说法错误的是 A．电池工作时，质子由a极移向b极 B．b为电池正极 C．a极反应式为 D．理论上每吸收，b电极消耗的的体积为(标准状况) 题型08 新型化学电源 1. 原电池工作原理的新认识 (1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质溶液浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。 (2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。 (3)能源物质（燃料）不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂（电子传递体）进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。 (4)储能（充电）过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。 2. 解答思路 【典例8】新型Zn-PbO2电池工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．负极电极反应式为 B．M膜为阳离子交换膜，N膜为阴离子交换膜 C．电池工作一段时间后，K2SO4浓度将减小 D．外电路每转移1mol电子，理论上PbO2增重16g 【变式8-1】科学工作者根据光合作用的原理，设计了如图所示的装置用以制备。下列说法正确的是 A．电极电势： B．电解质可能是碱 C．电极的电极反应式为 D．该装置工作时存在光能电能化学能的转化 【变式8-2】钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠―空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法错误的是 A．放电时，M极电势比N极低 B．放电时总反应为： C．该电池不可暴露在潮湿环境下运行 D．充电时，每转移1mol，N电极减轻16g 【变式8-3】科学家首次提出电池系统，既实现了能量转换又能发生固氮反应。放电过程中仅含铝的两种离子参与电极反应，其它离子不参与电极反应。原理如图所示，下列说法正确的是 A．电流的方向：a→灯泡→b B．电池的总反应： C．负极电极反应式： D．电路中转移0.6mol ，电解质溶液质量增加5.4g / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二节 化学能转化为电能——电池 · 题型01 原电池的工作原理 · 题型02 原电池中正、负极的判断 · 题型03 原电池工作原理的应用 · 题型04 一次电池及工作原理 · 题型05 二次电池 · 题型06 氢氧燃料电池工作原理及简易制作 · 题型07 其他新型燃料电池 · 题型08 新型化学电源 题型01 原电池的构成 (1)定义：把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 【典例1】下列装置不能形成原电池的是 A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤ C．②④⑥⑦ D．①②③④ 【答案】A 【详解】①没有形成闭合回路，不能形成原电池，①选； ②Zn比Cu活泼，Zn和硫酸铜能自发进行氧化还原反应，有闭合回路，能形成原电池，②不选； ③Zn与Fe、稀硫酸构成闭合回路，Zn与Fe活泼性不同，Zn与能自发进行氧化还原反应，能形成原电池，③不选； ④Zn和醋酸能自发进行氧化还原反应，Zn和Pb活泼性不同，有闭合回路，能形成原电池，④不选； ⑤两个电极都是Zn，没有活泼性差异，不能形成原电池，⑤选； ⑥乙醇为非电解质，不能形成原电池，⑥选； ⑦未形成闭合回路，不能形成原电池，⑦选； 故选A。 【变式1-1】下列物质的组合中能使电流计指针明显偏转的是 选项 M N P A Fe Fe 稀盐酸 B Fe Cu 酒精 C 石墨 Ag AgNO3溶液 D Cu Zn 稀硫酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．电极相同，故不能构成原电池，不能形成电流，A错误； B．酒精是非电解质溶液，不能导电，不能构成原电池，故无法形成电流，B错误； C．没有自发的氧化还原反应，故不能形成原电池，没有电流，C错误； D．不同的电极，由自发的氧化还原反应，形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，D正确； 答案选D。 【变式1-2】下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】原电池的构成要素：两个活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路和自发的氧化还原反应。 【详解】A．该装置中两个电极活动性相同，所以不能形成原电池，故A不选； B．酒精是非电解质，不能导电，该装置中不能自发的进行氧化还原反应，所以不能构成原电池，故B不选； C．该装置中符合原电池构成条件，所以能形成原电池，且锌作负极，铜作正极，故C选； D．该装置中不能形成闭合回路，所以不能构成原电池，故D不选； 故选C。 【变式1-3】某电池的总反应式为，该原电池的正确组合是 选项 A B C D 正极材料 Cu Ag Ag Cu 负极材料 Ag Cu Cu Ag 电解质溶液 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】根据电池的总反应式分析，铜化合价升高，作负极，银离子变为银单质，化合价降低，在正极上反应，而电解液是含银离子的盐溶液即硝酸银溶液，故B符合题意。 综上所述，答案为B。 题型02 原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 【典例2】银锌电池是一种常见化学电源，其放电的反应原理为Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+Ag，下列说法错误的是 A．Ag2O发生还原反应 B．溶液中OH-向负极移动 C．电子从Ag2O电极经外电路流向Zn电极 D．Zn发生的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 【答案】C 【分析】根据电池总反应，可知Zn为电池的负极，电极反应为锌失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，Ag2O为电池的正极，得到电子发生还原反应生成银单质。 【详解】A．Ag2O电极是正极，得到电子发生还原反应生成银单质，A正确； B．原电池中阴离子向负极移动，故溶液中OH-向负极移动，B正确； C．电子由电池负电极流出，经过导线流入电池正电极，C错误； D．Zn为电池的负极，电极反应为锌失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，D正确； 故选C。 【变式2-1】某单液电池如图所示，其反应原理为。下列说法正确的是 A．右侧Pt电极为负极 B．左侧电极上发生还原反应 C．溶液中H+向右侧电极移动 D．右侧电极的电极反应式为 【答案】C 【详解】A．左侧通入氢气，则左侧电极为电池的负极，发生氧化反应，右侧电极为电池的正极，发生还原反应，A错误； B．左侧通入氢气，则左侧电极为电池的负极，发生氧化反应，B错误； C．工作时阳离子向正极移动，即氢离子向右侧电极移动，C正确； D．正极AgCl得电子生成Ag，电极反应式为，D错误； 故选C。 【变式2-2】对下列有关装置的说法正确的是 A．装置Ⅰ中镁为原电池的负极 B．装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加 C．装置Ⅲ能构成原电池 D．装置Ⅳ工作时，锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄 【答案】B 【详解】A．装置Ⅰ中电解质溶液为NaOH溶液，Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，则Al为原电池的负极，Mg为正极，A错误； B．装置Ⅱ中Pb为负极，电极反应式为：Pb+-2e-=PbSO4，PbO2为正极，电极反应式为：，所以装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加，B正确； C．装置Ⅲ中电极材料都是Zn，稀硫酸为电解质溶液，不能构成原电池，C错误； D．Zn为较活泼电极，锌筒作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，反应中锌溶解，则锌筒会变薄，D错误； 故选B。 【变式2-3】有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序是 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】（1）a极质量减小，b极质量增加，则表明a极金属失电子作负极，溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极，则金属活动性：a＞b； （2）b极有气体产生，c极无变化，则表明b极金属能与H+发生置换反应，而c极不能，则金属活动性：b＞c； （3）d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，则金属活动性：d＞c； （4）导线中电流从a极流向d极，则d极为负极，a极为正极，则金属活动性：d＞a； 综合以上分析，金属活动性：d＞a＞b＞c，故选A。 题型03 原电池工作原理的应用 1.加快化学反应速率 当试管a中滴入少量CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较试管b中的快，其原因是CuSO4溶液与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小锌铜原电池，加快产生H2的速率。  2.比较金属的活动性强弱 原电池的两极为两种不同金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。 3.设计原电池 首先将氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应。 其次确定正、负极选择电极材料，还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极，比较不活泼的金属或惰性电极为正极。 最后用导线连接两个电极并插入电解质溶液中形成闭合回路，如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间应用盐桥连接。 【典例3】有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2++2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为 A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥E C．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E 【答案】D 【详解】当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A＞B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D＞A；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B＞E，综上所述，金属活泼性为D＞A＞B＞E，故答案为：D。 【变式3-1】由Cu、Zn和稀硫酸构成的原电池装置如图所示。下列叙述错误的是    A．Zn电极为负极 B．Cu电极发生还原反应 C．电子流向：Zn电极→稀→Cu电极 D．工作一段时间后，电解质溶液的pH减小 【答案】CD 【详解】A．Zn是活泼金属，失电子，作为负极，A项正确； B．Cu为正极，发生得电子的还原反应，B项正确； C．电子流向：Zn电极→Cu电极，电子不进入电解质溶液中，C项错误； D．电池工作一段时间后，氢离子被消耗，溶液的pH增大，D项错误。 故选CD。 【变式3-2】某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，设计了如下实验方案: ①将铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出 ②定量的铁粉和铜粉与浓硫酸在加热条件下反应分别生成FeSO4和CuSO4 ③将铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解 ④把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上无气泡而铜片上有气泡产生 ⑤把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上有气泡而铜片上无气泡产生 以上实验方案设计合理的是 A．①④ B．①③④ C．②③④ D．②⑤ 【答案】A 【详解】①发生的反应方程式为Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，利用金属活动性强的制取金属活动性弱的，说明铁的金属性强于铜，故①可以达到实验目的； ②两者都可以跟浓硫酸发生反应，因此无法比较出两者活动性，故②不能达到实验目的； ③发生离子方程式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋，说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，无法比较铁的金属性强于Cu，故③不能达到实验目的； ④构成原电池，一般金属性强的作负极，铜片上有气泡产生，该电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，铜片为正极，Fe片为负极，能够说明Fe的金属性强于Cu，故④能达到实验目的； ⑤铁片与浓硝酸在常温下发生钝化反应，阻碍反应的进行，不能说明Fe的金属性强于Cu，故⑤不能达到实验目的； 综上所述，选项①④正确； 答案为A。 【变式3-3】自热食品无需火电，将水倒在发热包上即可加热食物。发热包的主要成分是：铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、生石灰、碳酸钠、焙烧硅藻土等，下列说法错误的是 A．生石灰和水反应放出热量 B．发热包用后所得产物的碱性增强 C．发热包用后的产物不环保，冷却后要进行回收处理 D．反应过程中有微小原电池形成，负极反应为：Fe-3e－==Fe3+ 【答案】D 【详解】A．CaO与水反应生成Ca(OH)2，是放热反应，A正确，不选； B．CaO与水反应会生成Ca(OH)2，产物碱性会增强，B正确，不选； C．发热包使用后，仍会有焦炭，碳酸钠，硅藻土，以及Fe、Al的化合物等，直接遗弃不环保，应回收处理，C正确，不选； D．加入水后，铁、焦炭、水溶液可以形成微小原电池，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，D错误，符合题意； 答案选D。 题型04 一次电池及工作原理 电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。常见的一次电池主要有酸性锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等。 1. 锌锰干电池 (1)两种锌锰干电池比较 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 电极 负极材料：锌，正极材料：石墨棒 负极反应物：锌粉，正极反应物：二氧化锰 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 优、缺点 制作简单、价格低廉，但新电池较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快等 单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电 (2)电池反应及电极反应式 ①酸性锌锰干电池 电池反应：Zn+2N+2MnO2===Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O； 负极：Zn-2e-===Zn2+ 正极：2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O。 ②碱性锌锰干电池 电池反应：Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH； 负极：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极：2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-。 2. 纽扣式银锌电池 总反应式：Zn+Ag2O===ZnO+2Ag，根据示意图解答： (1)负极反应物为锌， 电极反应：Zn+2OH- - 2e- ===ZnO+H2O。  (2)正极反应物为Ag2O，电极反应：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-。  (3)电解质溶液是KOH溶液。 【典例4】碱性锌锰干电池的总反应为，其剖面图如下。下列说法正确的是 A．为正极材料 B．KOH是离子导体，不参与电极反应 C．负极的电极反应式为 D．环境温度过低时，不利于电池放电 【答案】D 【分析】碱性锌锰干电池为原电池，则Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：，据此分析回答。 【详解】A．碱性锌锰干电池中，碳棒为正极材料，故A错误； B．由正负极电极反应式可知，KOH参与了电极反应，故B错误； C．由分析可知，Zn为负极，电极反应式为：，故C错误； D．环境温度过低，反应速率减慢，不利于电池放电，故D正确； 故选：D。 【变式4-1】纽扣电池的两极材料分别是锌和氧化银，离子导体是KOH溶液，两个电极的电极反应分别为：  、。下列说法中，正确的是 A．锌是负极反应物，氧化银是正极反应物 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．溶液中向正极移动，K+、H+向负极移动 D．在电池工作过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 【答案】A 【详解】A．原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，根据电极反应式知，Zn发生氧化反应为负极，氧化银发生还原反应为正极，故A正确； B．锌失电子发生氧化反应，氧化银得电子发生还原反应，故B错误； C．放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，所以溶液中OH-向负极移动，K+、H+向正极移动，故C错误； D．电池反应式为Ag2O+H2O+Zn=Zn(OH)2+2Ag，随着反应进行，消耗水，KOH的物质的量不变，则电解质溶液浓度增大，所以碱性增强，故D错误。 答案选A。 【变式4-2】普通锌锰干电池的简图如图所示，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，能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e-=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时电子从碳棒流向锌筒 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【答案】D 【分析】根据电池的总反应可知，该电池中锌筒失去电子发生氧化反应，锌筒作负极，石墨电极为正极。 【详解】A．干电池是一次电池，不能重复使用，因此不能重新充电复原，故A错误； B．锌筒作负极，发生氧化反应，结合总反应可知，负极反应式为，故B错误； C．原电池工作时，电子由负极流向正极，即从锌筒流向碳棒，故C错误； D．根据可知，外电路中每通过0.2 mol电子，消耗0.1molZn，质量为0.1mol×65g/mol=6.5g，故D正确； 答案选D。 【变式4-3】纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池如图所示，薄层纸片的两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应：，[已知中的化合价为+3]。下列有关说法错误的是 A．薄层纸片的作用为载体和传导体 B．该新型电池工作时，电子由沿内电路流回 C．为正极材料，电极反应式为 D．每转移电子，负极材料质量增加17g 【答案】B 【分析】根据电池总反应可知，反应中Zn被氧化，应为电池的负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，被还原，应为电池正极，电极反应式为：，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，据此解答。 【详解】A．薄层纸片的两面分别附着锌和二氧化锰，薄层纸片的作用为载体和传导体，故A正确； B．该新型电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即电子由沿内电路流回，故B错误；       C．由分析可知，被还原，应为电池正极，电极反应式为：，故C正确；     D．负极反应式为：Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2，每转移电子，负极增加OH-，负极材料质量增加17g，故 D正确； 答案选B。 题型05 二次电池 1.二次电池 又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2.实例——铅蓄电池 (1)电池构造 放电反应和充电反应总反应式表示如下： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (2)放电反应原理 ①负极反应式：Pb+S-2e-===PbSO4 ；  ②正极反应式：PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O ；  ③放电过程中，负极的质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅蓄电池的优缺点 ①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。 ②缺点：单位质量电池释放的电能少。 【典例5】铅酸蓄电池历史悠久，至今仍在多领域发挥着重要作用。下列说法正确的是 A．该电池是二次电池，充电和放电互为可逆反应 B．放电时，负极的电极反应式是 C．充电时，铅酸蓄电池负极应连接外电源的负极 D．放电时，每转移1mol电子时正极质量增加64g 【答案】C 【分析】放电时，负极上Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+=PbSO4，正极上二氧化铅得电子发生还原反应，电极反应式为PbO2++4H++2e-=PbSO4+2H2O，充电时，阳极上电极反应式与正极相反，阴极上电极反应式与负极相反。 【详解】A．铅酸蓄电池为二次电池，但是充放电反应条件不同，不属于可逆反应，A错误； B．放电时，负极的电极反应式为Pb-2e-+=PbSO4，B错误； C．充电时，电解池的阴极连接外接电源的负极，即铅酸蓄电池的负极连接外接电源负极，C正确； D．正极电极反应式为PbO2++4H++2e-=PbSO4+2H2O，每转移1mol电子，正极质量增加32g，D错误； 故答案选C。 【变式5-1】借鉴锌锰干电池，某科研团队研发出如图所示的一种新型可充电电池，电池工作一段时后，电极上检测到有生成。下列叙述错误的是 A．放电时为负极 B．放电时正极附近减小 C．充电时向电极方向迁移 D．放电时，理论上电极质量减少电极生成 【答案】B 【分析】Zn具有比较强的还原性，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，MnO2电极上检测到有MnOOH生成，电极为正极，电极反应：，Zn电极为负极，电极反应为，则充电时电极为阳极、Zn电极为阴极，据此分析； 【详解】A．根据分析可知，放电时为负极，A正确； B．放电时正极电极反应：，正极附近增大，B错误； C．充电时阳离子（）向阴极，即电极方向迁移，C正确； D．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，由正极的主要反应可知，若正极上只有生成，则生成的物质的量为0.020mol，D正确； 故选B。 【变式5-2】全固态LiPON薄膜锂离子电池工作示意图如下，LiPON薄膜只允许Li+通过，电池反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列说法正确的是 A．放电时，a极为正极 B．导电介质c可为Li2SO4溶液 C．充电时，b极反应为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ D．放电时，当电路通过0.5mol电子时，b极薄膜质量减少3.5g 【答案】C 【分析】由题干信息中电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2可知，放电时，电极a为非晶硅薄膜，其电极反应为LixSi-xe-═Si+xLi+，电极a为负极，电极b为LiCoO2薄膜，其电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，电极b为正极；则充电时电极a为阴极，电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，电极b为阳极，电极反应式为LiCoO2-xe-═Li1-xCoO2+xLi+，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，放电时，a极为负极，A错误； B．由于2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B错误； C．由分析可知，充电时b极为阳极，电极反应式为：LiCoO2-xe-═Li1-xCoO2+xLi+，C正确； D．由分析可知，放电时，电极b为正极，电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，则当外电路通过0.5mol电子时，锂离子得电子嵌入正极，故b极薄膜质量增加0.5mol×7g∙mol-1=3.5g，D错误； 答案选C。 【变式5-3】磷酸铁锂“刀片电池”放电时的总反应：，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．放电时，通过隔膜移向负极 C．充电时，阴极质量增加 D．充电时的阳极反应式为 【答案】CD 【分析】根据放电时的总反应：，化合价升高，失电子被氧化，在负极反应，则铜箔为负极，电极反应式为：；铝箔为正极，电极反应式为：，充电时电极反应反向进行，据此分析解答。 【详解】A．根据分析，放电时，铝箔作正极，A错误； B．放电时，阳离子向正极移动，则通过隔膜移向正极即铝箔方向，B错误； C．根据分析中的负极反应式可知充电过程中的阴极反应式为：，质量会增加，C正确； D．根据分析中的正极反应式可知充电过程中的阳极反应式为：，D正确； 故答案为：CD。 题型06 氢氧燃料电池工作原理及简易制作 1.燃料电池的概念 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。 2.燃料电池的特点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。 (2)能量转换率高(>80%)，排放的废弃物少。 3.制作简易氢氧燃料电池 设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极 实验操作 实验装置 实验现象与结论 闭合K1，断开K2，通入电流，电解水制备H2和O2。KOH溶液的作用：增强导电性 A、B两试管中均产生无色气体，且B中气体体积较大。 结论：A中为O2，B中为H2 电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2 检流计的指针偏转，A、B两试管中气体体积逐渐减小。 结论：H2和O2发生原电池反应产生电流 分析该氢氧燃料电池的工作原理： 电池反应：2H2+O2===2H2O； 负极：2H2-4e-+4OH-===4H2O； 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-； 离子导体：KOH溶液。 【典例6】某氢氧燃料电池的构造如图，下列说法正确的是 A．a电极是电池的正极 B．b电极上发生氧化反应 C．电解质溶液中OH-向a电极移动 D．该装置实现了电能向化学能的转化 【答案】C 【详解】A．氢气失去电子发生氧化反应，为负极，A错误； B．通氧气的电极b是正极，O2在b电极上获得电子，发生还原反应，B错误； C．原电池中电解质溶液的阴离子OH-向负极a极移动，C正确； D．燃料电池的工作原理属于原电池原理，是化学能转化为电能的装置，D错误； 故选C。 【变式6-1】2022年在我国举办的冬奥会期间，超1000辆国产燃料电池汽车投入服务，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。该电池原理示意图如下。下列叙述错误的是 A．X电极上发生还原反应 B．Y电极发生的电极反应式为： C．工作一段时间后电解质溶液酸性减弱 D．工作过程中，质子从X极透过质子交换层移动到Y极 【答案】AB 【分析】该电池属于酸性氢氧燃料电池，电池工作时的正极Y极：O2+4H++4e－＝2H2O；负极X极：H2-2e－＝2H+，在原电池中阳离子向电池的正极移动，阴离子向电池的负极移动。 【详解】A．X极通入氢气，发生氧化反应，故A错误， B．Y电极通入空气，发生还原反应：O2+4H++4e－＝2H2O，故B错误； C．总反应为2H2+O2=2H2O，反应一段时间后电解质溶液酸性减弱，故C正确； D．工作过程中，质子(H＋)从“X极”一边透过质子交换膜移动到“Y极”一边，故D正确； 故答案：AB。 【变式6-2】氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是H2O，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是    A．通入氢气的电极发生还原反应 B．外电路中每有0.4mol电子发生转移，该实验中就会有6.72L的气体被消耗 C．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动 D．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 【答案】D 【分析】氢氧燃料电池工作时，是把化学能转变为电能，通入氢气的电极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e－+2OH－＝2H2O，通入氧气的电极为原电池的正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，电子是从负极流向正极，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此判断。 【详解】A．氢氧燃料电池中，氢气易失电子发生氧化反应，故A错误； B．气体所处的状态不确定，无法计算气体的体积，故B错误； C．阳离子向正极移动即通入氧气的电极移动，故C错误； D．氧气易得电子发生还原反应，通入氧气的电极是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，故D正确； 故选：D。 【变式6-3】某铜锌原电池及氢氧燃料电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是    A．两个装置内发生的总反应分别为和 B．两个装置内发生氧化反应的分别是锌片和氢气 C．铜锌原电池内铜片上有气泡产生 D．氢氧燃料电池工作时，向a极定向移动 【答案】D 【分析】铜锌原电池中锌较活泼，锌发生氧化反应做负极、铜故为正极；氢氧燃料电池中氧气发生还原反应生成水，b极为正极，氢气发生氧化反应生成氢离子，a极为负极； 【详解】A．铜锌原电池中总反应为锌和硫酸生成硫酸锌和氢气，；氢氧燃料电池中总反应为氢气和氧气生成水，，A正确；   B．由分析可知，两个装置内发生氧化反应的分别是锌片和氢气，B正确； C．铜锌原电池内铜片为正极，氢离子在正极放电生成氢气，有气泡产生，C正确； D．原电池中阳离子向正极迁移，故氢氧燃料电池工作时，向b极定向移动，D错误； 故选D。 题型07 其他新型燃料电池 【方法提炼】燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如： 酸性电解质溶液：O2+4H++4e-===2H2O； 碱性电解质溶液：O2+2H2O+4e-===4OH-； 固体电解质（高温下能传导O2-）：O2+4e-===2O2-； 熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）：O2+2CO2+4e-===2C。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 【典例7】一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极，两电极插入KOH溶液中，向两极分别通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e-=2CO＋12H2O，2H2O＋O2＋4e-=4OH-。有关此电池的推断正确的是 A．电池工作过程中，溶液的碱性逐渐减小 B．正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2 C．通入乙烷的电极为正极 D．电解质溶液中的OH-向正极移动 【答案】AB 【分析】电极反应式为C2H6＋18OH－－14e-=2CO＋12H2O，2H2O＋O2＋4e-=4OH-，据以上两极反应式可知，该反应的总反应为：2C2H6＋7O2＋8OH-=4CO＋10H2O；乙烷在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，据以上分析解答。 【详解】A．电池的总反应为：2C2H6＋7O2＋8OH-=4CO＋10H2O，据方程式可知，电池工作过程中，消耗了氢氧根离子，溶液的碱性逐渐减小，故A正确； B．乙烷在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，根据电池的总反应：2C2H6＋7O2＋8OH-=4CO＋10H2O可知，正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2，故B正确； C．原电池中，负极发生氧化反应，根据电极反应式可知，乙烷在负极失电子，发生氧化反应，故C错误； D．原电池中，阴离子向负极移动，因此电解质溶液中的OH-向负极移动，故D错误； 故选AB。 【变式7-1】是一种绿色能源，一种燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，从交换膜右侧向左侧移动 B．放电过程中右侧溶液的增大 C．每生成，理论上消耗 D．负极电极反应式为 【答案】BC 【分析】甲醇失电子发生氧化反应生成碳酸氢钾，M为负极，电极方程式为；氧气得电子发生还原反应生成氢氧化钾，N为正极，电极式为。 【详解】A．M为负极，N为正极，放电时，原电池内部阳离子由负极移向正极，即从左侧移向右侧，故A错误； B．N为正极，放电过程中，得电子生成，移向右侧使浓度增大，增大，故B正确； C．根据电极方程式可知，每生成，电路中转移电子，根据电子守恒，理论上消耗，故C正确； D．负极甲醇被氧化为，其电极反应式为，D错误； 选BC。 【变式7-2】有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是   A．电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b C．当固体电解质中有1molO2-通过时，转移电子4mol D．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电子由电极 b 流向电极a 【答案】A 【分析】瓦斯分析仪原理是通过CH4发生电化学反应产生电流，从而为报警器供电使其报警，此处的电化学反应实际就是CH4燃料电池，CH4在负极（电极a）失电子被氧化成CO2，电子经外电路流入正极（电极b），O2在正极得电子被还原。 【详解】A．电极a上的反应为CH4的氧化反应，初步确定：CH4 – 8e- → CO2 + H2O，根据电解质为固体金属氧化物，确定添加O2- 配平电荷守恒，故电极反应式为：CH4 + 4O2-– 8e- = CO2 + 2H2O ，A正确； B．根据原电池工作原理，阴离子应该移向负极，故O2-由正极（b）移向负极（a），B错误； C．电解质中通过1mol O2-，说明正极O2反应生成1mol O2-，根据转移电子关系：O2 ~ 2O2-~ 4e-，转移电子=2n(O2-)=2mol，C错误； D．电子由负极（a）流入正极（b），D错误； 故答案选A。 【变式7-3】二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其装置示意图如图所示： 下列说法错误的是 A．电池工作时，质子由a极移向b极 B．b为电池正极 C．a极反应式为 D．理论上每吸收，b电极消耗的的体积为(标准状况) 【答案】C 【分析】由图可知，电极a为燃料电池的负极，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极b为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水。 【详解】A．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，则电池工作时，质子由a极移向b极，故A正确； B．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，故B正确； C．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为，故C错误； D．由得失电子数目守恒可知，理论上每吸收1mol二氧化硫，标准状况下b电极消耗氧气的体积为1mol××22.4L/mol=11.2L，故D正确； 故选C。 题型08 新型化学电源 1. 原电池工作原理的新认识 (1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质溶液浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。 (2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。 (3)能源物质（燃料）不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂（电子传递体）进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。 (4)储能（充电）过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。 2. 解答思路 【典例8】新型Zn-PbO2电池工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．负极电极反应式为 B．M膜为阳离子交换膜，N膜为阴离子交换膜 C．电池工作一段时间后，K2SO4浓度将减小 D．外电路每转移1mol电子，理论上PbO2增重16g 【答案】CD 【分析】由题图可知，Zn转化为[Zn(OH)4]2-，Zn失电子，化合价升高，所在电极为负极，PbO2为正极。 【详解】A．由题图可知，Zn转化为[Zn(OH)4]2-，Zn失电子，化合价升高，所在电极为负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，A正确； B．为了维持溶液电中性，阳离子朝正极移动，K+通过M膜进入到MN之间，因此M膜为阳离子交换膜，阴离子朝负极移动，通过N膜进入到MN之间，因此N膜为阴离子交换膜，B正确； C．由B分析可知，电池工作一段时间后，K2SO4浓度将增大，C错误； D．PbO2为正极，电极反应式为PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O，当电路中转移2mol电子时，理论上PbO2电极质量增加64g，则电路中每转移1mol电子，理论上质量增加32g，D错误； 故选CD。 【变式8-1】科学工作者根据光合作用的原理，设计了如图所示的装置用以制备。下列说法正确的是 A．电极电势： B．电解质可能是碱 C．电极的电极反应式为 D．该装置工作时存在光能电能化学能的转化 【答案】CD 【分析】a极在光照下水失去电子生成O2和H+，电极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，发生氧化反应，a极是负极，b极O2得电子与H+作用生成H2O2，电极反应式为：，发生还原反应为正极； 【详解】A．由图可知，在电极上转化为，氧元素化合价降低，发生得电子的还原反应，故是正极，是负极，负极的电极电势低于正极，A项错误； B．由电解质溶液存在大量可知，电解质不可能是碱，B项错误； C．由图可知，电极上与结合为，C项正确； D．由图可知该装置工作时存在光能电能化学能的转化，D项正确 答案选CD。 【变式8-2】钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠―空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法错误的是 A．放电时，M极电势比N极低 B．放电时总反应为： C．该电池不可暴露在潮湿环境下运行 D．充电时，每转移1mol，N电极减轻16g 【答案】BD 【分析】由图可知，M为金属钠，因此放电时，M电极为负极，金属钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，N电极为正极，钠离子作用下，氧气做正极得到电子发生还原反应生成NaOx；充电时，与直流电源的负极相连的M电极为阴极，N电极为阳极，据此作答。 【详解】A．根据分析可知，放电时，M电极为负极，N电极为正极，正极的电势高于负极的电势，因此M电极的电势比N电极低，故A正确； B．放电时，N电极发生的电极反应为：，M电极的电极反应式为：，因此放电时，总反应为：，故B错误； C．该电池使用的是金属钠作为电极，若是电池暴露在潮湿的空气中，钠会与水、氧气反应，故C正确； D．由分析可知，充电时，N电极为阳极，电极反应式为，则每转移1mole-，失重，故D错误； 故答案选BD。 【变式8-3】科学家首次提出电池系统，既实现了能量转换又能发生固氮反应。放电过程中仅含铝的两种离子参与电极反应，其它离子不参与电极反应。原理如图所示，下列说法正确的是 A．电流的方向：a→灯泡→b B．电池的总反应： C．负极电极反应式： D．电路中转移0.6mol ，电解质溶液质量增加5.4g 【答案】BC 【分析】放电时，负极反应为，正极反应式为，以此分析； 【详解】A．根据分析，a为负极，b为正极，电流由正极移向负极，A错误； B．根据分析，电池的总反应，，B正确； C．根据分析，负极电极式，C正确； D．根据总反应式可知，电解质溶液质量不变，D错误； 故答案为：BC。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$