专题04 化学电源装置分析（重难点讲义） 化学鲁科版2019选择性必修1

专题04化学电源装置分析 1、 正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。 2、了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。 3、能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。 知识点一 原电池电极的判断 1、 “五类”依据判断原电池电极： （1）依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。 （3）依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中，电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 （4）依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 （5）依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 2．“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小 阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大 【方法技巧】原电池正、负极判断的一般方法 　　 知识点二 化学电源 一次电池 1．化学电源概述 (1) 化学电源的分类 原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 ③燃料电池：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)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子电池等。 2．锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作 原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 知识点三 二次电池 1．铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从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，嵌入石墨中。这样在放电、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。 知识点四 电极反应式书写 方法一：直接书写 “三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 （2）阳极阴离子放电次序： 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中c(Zn2+)>c(H+)，放电次序 Zn2+>H+。 方法二：间接书写 第一步，写出电池总反应式。 第二步，写出电极的正极反应式。 第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。 知识点五 燃料电池 1．燃料电池 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。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，只不过条件不同而已。理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。 4．燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】燃料电池电极反应式书写的注意事项 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。 (2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。 (3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。 知识点六 新型电池 一、微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。 二、物质循环转化型电池 根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 三、浓差电池 1．在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。 (1)常见的离子交换膜 阳离子交换膜 只允许阳离子(包括H＋)通过 阴离子交换膜 只允许阴离子通过 质子交换膜 只允许H＋通过 (2)离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。 ②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 (3)离子交换膜的选择依据 离子的定向移动。 2．“浓差电池”的分析方法 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。 题型01 原电池电极的判断和电极反应式的书写 【典例】 铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　) A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋ B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu C．在外电路中，电子从铜极流向锌极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 【答案】B 【解析】电池的正极得电子，A选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中的氧化还原反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B选项正确；外电路中，电子从负极流向正极，C选项错误；左烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2＋，使得该烧杯中正电荷的离子增加，为维持电中性，K＋应该通过盐桥流向CuSO4所在的右烧杯中，D选项错误。 【变式】以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．b电极为负极，发生氧化反应 B．a电极发生的反应为N2＋8H＋＋6e－===2NH C．A溶液中所含溶质为NH4Cl D．当反应消耗1 mol N2时，则消耗的H2为67.2 L 【答案】D 【解析】N2＋3H22NH3，反应中氢元素的化合价升高，H2失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，故A正确；a电极作正极，电解质溶液含盐酸，因此电极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，故B正确；根据B选项的分析，A溶液中所含溶质为NH4Cl，故C正确；没有说明外界条件，故D错误。 题型02 一次电池 【典例】日常所用锌-锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为：Zn-2e-=Zn2＋，2MnO2＋2NH＋2e-=Mn2O3＋2NH3＋H2O。下列有关锌-锰干电池的叙述中，正确的是 A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B．干电池可实现电能向化学能的转化 C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 【答案】C 【解析】干电池中较活泼的金属锌作负极，较不活泼的导电的非金属石墨棒作正极，故A错误；干电池是一次电池，所以不能实现电能向化学能的转化，故B错误；NH4Cl是强酸弱碱盐水解呈酸性，所以干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀电器，故C正确；干电池工作时，电流由正极石墨棒经外电路流向负极锌，故D错误；故选C。 【变式】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnO(OH)(s)。下列说法中错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnO(OH)(s)＋2OH－(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量减少6.5 g 【答案】C 【解析】由电池总反应式可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极。外电路中每通过0.2 mol电子，参加反应的锌理论上为0.1 mol，即质量减少6.5 g。 题型03 二次电池 【典例】铅酸蓄电池是典型的可充电电池，放电时电池总反应式为。以下说法正确的是 A．放电时，正极的电极反应式是 B．电解液中的浓度不变 C．当外电路通过电子时，理论上负极板的质量增加 D．充电时，阴极的电极反应式是 【答案】C 【分析】硫酸铅蓄电池中，放电时，Pb为负极，发生氧化反应，PbO2为正极发生还原反应，充电时，Pb为阴极，PbO2为阳极，据此回答。 【解析】A．放电时，正极的电极反应式是，故A错误； B．根据总反应方程式，放电时，电解液中H2SO4的浓度逐渐减小，故B错误； C．放电时，负极反应式为，当外电路通过1mol电子时，理论上负极增加的质量为0.5mol硫酸根，即增重48g，故C正确； D．充电时，阴极的电极反应式是，故D错误； 故选C。 【变式】某种钠离子的二次电池，其放电工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．放电时，石墨上的电势比MnPO4上的高 B．充电时，石墨接直流电源的正极 C．充电时，Na+由右侧经过离子交换膜迁移到左侧 D．放电时，正极反应为NaMnPO4+e-=MnPO4+Na+ 【答案】C 【分析】 该装置为钠离子的二次电池，根据放电工作原理的装置以及原电池工作原理，左端电极为负极，电极反应式为Na－e－=Na＋，右端电极为正极，电极反应式为MnPO4＋Na＋＋e－=NaMnPO4，据此分析； 【解析】根据上述分析，石墨为负极，MnPO4为正极，正极电势高于负极电势，即MnPO4电势高于石墨，故A错误；二次电池充电时，电池正极接电源的正极，电池负极接电源的负极，石墨为负极，充电时，应接电源的负极，故B错误；充电时，石墨电极反应式为Na＋＋e－=Na，MnPO4电极反应式为NaMnPO4－e－=Na＋＋MnPO4，Na＋从右侧经过离子交换膜迁移到左侧，故C正确；根据上述分析，放电时正极反应式为MnPO4＋Na＋＋e－=NaMnPO4，故D错误；故选C。 题型04 燃料电池 【典例】微生物燃料电池能将有机废水中的乙二胺 氧化成环境友好的物质，其中均为石墨电极。下列说法错误的是 A．该电池不适宜在高温环境下工作 B．电池工作时 电极附近溶液的 减小 C．溶液中 由左侧通过质子交换膜进入右侧 D．处理 乙二胺，需消耗空气体积约为（标况下） 【答案】D 【分析】根据原电池装置图分析，H2N(CH2)2NH2在a电极上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，则a为负极，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O-16e-=2CO2↑＋N2↑＋16H＋，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电极反应式为：O2＋4e-＋4H＋=2H2O，据此分析； 【解析】A．该电池涉及到微生物，不适宜在高温环境下工作，A正确； B．由分析可知，该电极的电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O-16e-=2CO2↑＋N2↑＋16H＋，产生氢离子，减小，B正确； C．原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，因此，电池工作时质子(H＋) 由左侧通过质子交换膜进入右侧，C正确； D．根据分析，电池的总反应为H2N(CH2)2NH2＋4O2=2CO2↑＋N2↑+4H2O，处理 乙二胺，需消耗氧气0.8mol，体积为（标况下），故需要消耗空气体积约为89.6L（标况下），D错误； 故选D。 【变式】二氧化硫空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含的快速启动，装置示意图如下。以下说法正确的是 A．正极发生氧化反应 B．电子由沿导线流向 C．负极电极反应式为 D．反应，有质子通过交换膜 【答案】C 【分析】在原电池中，负极失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，X电极通入二氧化硫和水，硫元素化合价升高，失电子，作负极；Y电极通入氧气，氧元素化合价降低，得电子，作正极，据此解答。 【解析】A．正极得电子发生还原反应，A错误； B．电子从负极经导线流向正极，则电子由X流向Y，B错误； C．负极X上SO2失去电子被氧化生成，故负极电极反应式为：，C正确； D．正极电极反应：，则反应1molO2，转移4mol电子，有4mol质子通过交换膜，D错误；故选C。 题型05 新型电池 【典例】科学家开发了一种镁基原电池，利用生成的Mg(OH)2中和酸性肿瘤微环境，其工作原理如图，下列说法不正确的是 A．Pt作原电池正极 B．电子由Mg流向Pt C．初始阶段Pt表面发生的电极反应：2H2O+2e−=2OH−+H2↑ D．每消耗3.6gMg，电池最多向外提供0.15mol电子的电量 【答案】D 【分析】镁为活泼金属失去电子发生氧化反应生成二价镁，为负极，则Pt为正极，据此解答。 【解析】A．Pt作原电池正极，A正确； B．电子由负极流向正极，电子由Mg流向Pt，B正确； C．初始阶段Pt表面发生的电极反应为水得到电子发生还原反应生成氢氧根离子和氢气：2H2O+2e−=2OH−+H2↑，C正确；   D．每消耗3.6gMg为0.15mol，则电池最多向外提供0.15mol×2=0.3mol电子的电量，D错误； 故选D。 【变式】Li-FeS2热激活电池常用作智能化弹药的弹载电源。接收到启动信号后，点火头点燃引燃条，加热片放热使LiCl-KCl熔化激活电池，电池总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法正确的是 A．该电池将热能转化为电能 B．工作时正极反应式为：FeS2+4e-=Fe+2S2- C．当电池中转移2mol电子时，负极质量减少32g D．工作时电子由Li电极经熔融LiCl-KCl流向FeS2电极 【答案】B 【分析】电池总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S，其中Li为负极，FeS2为正极。 【解析】A．根据“在接收到启动信号后，点火头点燃引燃条，加热片迅速反应放热使LiCl－KCl熔化，将化学能转化为热能，但是电池工作是将化学能转化为电能，故A错误； B．放电时，负极反应为：Li-e-=Li+，电池总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S ，正极反应为：FeS2+4e-=Fe+2S2-，故B正确； C．放电时，负极反应为：Li-e-=Li+，转移2mol电子，负极质量减少2×7g=14g，故C错误； D．放电时，电子在导线中流动，不经过熔融电解质，故D错误； 故选：B。 题型06 原电池原理综合应用 【典例】新型电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是 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浓度将增大 D．外电路每转移电子，理论上增重 【答案】D 【分析】由图示可知，Zn为原电池的负极，电极反应为，为原电池正极，电极反应为，据此回答； 【解析】A．由分析可知，电极为负极，电极反应式为，A项正确； B．为了维持溶液呈电中性，应通过M膜进入到之间，因此M膜为阳离子交换膜；应通过N膜进入到之间，因此N膜为阴离子交换膜，B项正确； C．电池工作一段时间后，、均进入到MN之间，浓度将增大，C项正确； D．为正极，电极反应式为，外电路每转移电子，理论上增重，D项错误；故选D。 【变式】利用反应构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是 A．电流从电极A经过负载后流向右侧电极B B．电极A极反应式为： C．电池工作过程中向电极B移动 D．当有标况下被处理时，转移电子数为 【答案】D 【分析】由反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O可知，二氧化氮中N元素化合价由+4价变为0价、氨气中N元素化合价由-3价变为0价，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则通入NH3的A电极为负极，负极发生氧化反应，通入NO2的B电极为正极，正极发生还原反应，结合电解质溶液呈碱性书写电极反应式。 【解析】A．该原电池中，通入NO2的电极是正极、通入氨气的电极是负极，放电时，电流从正极沿导线流向负极，即电流从电极B经过负载后流向电极A，故A错误； B．电解质溶液呈碱性，则负极电极方程式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故B错误； C．原电池中，阴离子向负极移动，即OH-向电极A移动，故C错误； D．标准状况下4.48LNO2即NO2被处理时，转移电子为0.2mol×(4-0)=0.8mol，转移电子数为，故D正确；故选D。 【变式】(1)燃料电池具有广阔的发展前景。熔融碳酸盐甲醇燃料电池如下图所示。电极a上发生的电极反应式为 。 (2)另一种 和O2形成的燃料电池的结构如下图所示。则电极c的反应式为 ，若转移2mol电子，则消耗的在标准状况下的体积为 L。假设水分子无法通过质子交换膜，则该电池正极区的pH会逐渐 (填写“增大”、  “减小”或“不变”)。 【答案】(1) (2) CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋ 11.2 增大 【详解】（1） 通入燃料的电极为负极，由图可知电极a为负极，甲醇失去电子生成二氧化碳和水，电极a上发生的电极反应式为。 （2）d电极是电子流入，说明d电极是正极；电极c是负极，甲醇在负极发生氧化反应生成CO2；其电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋；该电池正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，线路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2物质的量为0.5mol，标准状况下的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L；假设水分子无法通过质子交换膜，由于正极有水生成，溶液被稀释，则该电池正极区的pH会逐渐增大。 【巩固训练】 1．锌锰干电池是生活中常用的电池，酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是 A．锌锰干电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B．酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池放电过程中锌均发生氧化反应 C．放电时，酸性锌锰干电池的石墨电极上反应为 D．放电时，碱性锌锰干电池正极反应式为 【答案】C 【详解】A．锌锰干电池属于一次电池，由重金属离子，用完不可随意丢弃，故A正确； B．酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池都是锌作负极，放电过程中锌均发生氧化反应，故B正确； C．放电时，酸性锌锰干电池的石墨电极上反应为，故C错误； D．放电时，碱性锌锰干电池正极反应式为，故D正确； 故选C。 2．催化剂(Ⅱ)的应用，使电池的研究取得了新的进展。电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。 下列说法错误的是 A．电池可使用有机电解液 B．充电时，由正极向负极迁移 C．放电时，正极反应为 D．、、和C都是正极反应的中间产物 【答案】D 【详解】A．Li是活泼金属能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，应使用有机电解液，故A正确； B．充电时原电池的负极与电源负极相连作阴极，原电池的正极与电源正极相连作阳极，阳离子由阳极向阴极移动，则由正极（电池中标注“＋”，实际阳极）向负极（电池中标注“－”，实际阴极）迁移，故B正确； C．由装置可知，该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质，电极反应式为：，故C正确； D．由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，故D错误； 故选：D。 3．肼-空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极电势 B．电视的电极反应式为 C．电极Y附近溶液增大 D．当电极Y消耗(标准状况)时，理论上电极X消耗肼 【答案】C 【分析】燃料电池中，通入氧气的是正极，负极上肼被氧化生成氮气。 【详解】A．燃料电池中，通入的电极为正极，因此电极电势：，A项错误； B．溶液为碱性，的电极反应式为，B项错误； C．的电极反应式为，生成的通过阴离子交换膜进入X电极区溶液，但Y电极区消耗，因此溶液碱性增强，增大，C项正确； D．标准状况下，的物质的量是，则转移电子，故电极X消耗肼，质量为，D项错误； 故选C。 4．杭州亚运会主火炬创新使用绿色“零碳甲醇”燃料。关于甲醇、空气和溶液组成的燃料电池，下列说法错误的是 A．向负极移动 B．可选用石墨、作电极 C．负极发生的电极反应为： D．相比直接燃烧甲醇发电，甲醇燃料电池能量利用率高 【答案】C 【详解】A．原电池中，阴离子移向负极，即OH-向负极移动，故A项正确； B．甲醇、空气和KOH溶液组成的燃料电池可选用石墨、Pt作电极，故B项正确； C．负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：，故C项错误； D．甲醇燃烧先将化学能转化为热能，热能再转化为机械能，最后机械能转化为电能，转化过程中都有能量损失，燃料电池直接将化学能转化为电能，避免了能量转化过程中的损失，故D项正确； 故答案选C。 5．锂-空气电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．固体电解质膜可防止锂电极与水反应，也可防止氧气与锂电极接触，更安全 B．正极反应式为 C．当有在纳米碳片上参加反应，Li电极会损失1.4g D．若用铅蓄电池给锂-空气电池充电，电极应与锂电极相接 【答案】A 【分析】负极失电子变为，电极反应为：，正极得电子生成，电极反应为：。 【详解】A．固体电解质膜的存在，可防止锂电极接触到水与水反应，也可防止氧气与锂电极接触，更安全，A项正确； B．该电池为碱性环境，B项错误； C．根据关系可知转移电子，结合负极反应，可知参与反应的的物质的量=转移电子的物质的量，即锂电极损失的质量，C项错误； D．充电时锂电极应连接电源的负极，而电极为铅蓄电池的正极，D项错误； 答案选A。 6．某科研机构研发的NO—空气质子交换膜酸性电池工作原理如下图所示(已知：Pt电极对电极反应有催化作用)： 当该电池工作一段时间后，下列叙述正确的是 A．“多孔"电极对化学反应速率没有影响 B．具有催化作用的电极能提高电极反应的活化能 C．Pt(B)电极的电极反应式为 D．若有生成，则有向Pt(B)电极区域移动 【答案】D 【分析】氧气得电子产生OH-，故多孔Pt（B）为正极，NO失电子产生HNO2，故多孔Pt（A）为负极，质子在电池中移动到正极多孔Pt（B）； 【详解】A．“多孔”电极有利于增大气体的接触面积，增大反应速率，选项A错误； B．具有催化作用的电极能降低电极反应的活化能，选项B错误； C．Pt(B)电极的电极反应式为，选项C错误； D．Pt(A)电极为负极，失电子发生氧化反应，其电极反应式为：，若有1mol生成，则有向Pt(B)电极区域移动，选项D正确； 答案选D。 7．一种电化学装置的工作原理：首先，太阳能转化为电能，先对碱性镍铁二次电池充电，实现电能储存；当镍铁电池充电完成后，过剩的电能再接着用于电解水，实现氢能储存。下列说法不正确的是 A．镍铁电池充电时，从B电极移向A电极 B．镍铁电池充电完成后，继续通电所产生的气体I为 C．镍铁电池放电时，理论上每消耗0.1molNiOOH，则Fe失去电子数为 D．镍铁电池放电时，正极反应为： 【答案】C 【分析】由题意可知，放电时，A电极为原电池的正极，在水分子作用下NiOOH在正极得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2和氢氧根离子，电极反应式为NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，B电极为负极，碱性条件下铁在负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化亚铁；电极反应式为Fe—2e—+2OH—=Fe(OH)2，充电时，与光伏电池的正极相连的A电极为电解池的阳极，碱性条件下Ni(OH)2在阳极失去电子发生氧化反应生成NiOOH和水，B电极为阴极，在水分子作用下氢氧化亚铁在阴极得到电子发生还原反应生成铁和氢氧根离子，当镍铁电池充电完成后，继续通电，氢氧根离子在阳极B电极上失去电子发生氧化反应生成氧气和水，水在阴极A电极上得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子。 【详解】A．由分析可知，镍铁电池充电时，A电极为电解池的阳极，B电极为阴极，氢氧根离子从阴极B电极移向阳极A电极，故A正确； B．由分析可知，当镍铁电池充电完成后，继续通电，氢氧根离子在阳极B电极上失去电子发生氧化反应生成氧气和水，则继续通电所产生的气体I为氧气，故B正确； C．由得失电子数目守恒可知，镍铁电池放电时，理论上每消耗0.1molNiOOH时，铁失去电子数为0.1NA,故C错误； D．由分析可知，放电时，A电极为原电池的正极，在水分子作用下NiOOH在正极得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2和氢氧根离子，电极反应式为NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，故D正确； 故选C。 8．直接硼氢化物()燃料电池(DBFC)具有理论电池电压高和能量密度大等特点，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．电极N为负极，电极R为正极，箭头方向为电流移动方向 B．交换膜为质子交换膜，放电时阳离子向电池的正极定向移动 C．放电时，电极N上的电极反应式为 D．电极R通入，电池放电一段时间后，电极R附近溶液的pH升高 【答案】D 【详解】A．Na+由N极移向R极，可知电极N为负极、电极R为正极，箭头方向为电子移动方向，故A错误； B．根据图示，Na+透过交换膜，放电时Na+向电池的正极定向移动，故B错误； C．放电时，N是负极，电极N上的电极反应式为，故C错误； D．电极R通入，电极反应式为，电池放电一段时间后，电极R附近溶液的pH升高，故D正确； 选D。 9．一种处理的流程如图所示，下列说法不正确的是 A．该流程中原电池的负极反应是 B．该流程的优点是可循环利用，同时得到清洁燃料 C．电解槽阴极附近pH变大 D．该流程说明反应可自发进行 【答案】D 【分析】原电池中SO2在负极发生氧化反应，Br2在正极发生还原反应，总反应为：；电解槽中HBr发生电解生成Br2和H2。 【详解】A．在原电池负极上，还原性物质发生氧化反应：，A正确； B．根据流程可知有生成，电解生成的参与原电池反应，故可循环利用，同时得到清洁燃料，B正确； C．电解槽阴极反应式为，酸性减弱，pH增大，C正确； D．原电池反应一定是自发进行的，电解池反应不一定是自发进行的，反应不能直接设计成原电池，说明反应不能自发进行，D错误； 故选D。 10．一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，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，下列叙述错误的是 A．电池总反应为 B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 【答案】C 【分析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应，然后再发生；a电极为正极，发生反应，在这个过程中发生的总反应为。 【详解】A．由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的在a电极上得电子生成，电极反应式为；b电极为电池负极， 在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为，则电池总反应为，A正确； B．b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为，在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确； C．根据反应可知，参加反应时转移2 mol电子，的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误； D．原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故迁移方向为b→a，D正确。 综上所述，本题选C。 【强化训练】 11．以为离子导体的铝-磷酸铁锂电池，该电池放电时嵌入形成，工作原理如图所示，下列关于电池放电时的说法正确的是 A．放电时，铝电极的反应式为 B．正极的电极反应： C．放电时，Li+透过离子交换膜从左向右迁移 D．放电时，电流从电极通过负载到Al电极，再由Al电极通过离子交换膜回到电极 【答案】B 【分析】结合题意，电池放电时，铝电极失去电子形成铝离子，铝离子再结合生成，铝电极为负极，负极式为；左侧电极为正极，锂离子嵌入形成，根据电荷和原子守恒，正极式为。 【详解】A．由分析可知，放电时，铝作负极，铝电极的反应式为，A错误； B．由分析可知，左侧电极为正极，锂离子嵌入形成，正极式为，B正确； C．放电时，阳离子移向正极，左侧电极为正极，则Li+透过离子交换膜从右向左迁移，C错误； D．放电时，电流从电极(正极)通过负载到Al电极(负极)，电池内部是通过离子的定向移动形成闭合回路，不存在“由Al电极通过离子交换膜回到电极”这种电流传导方式，D错误； 故选B。 12．充电“摇椅式”锂离子电池的基本工作原理如图所示（阳离子交换膜只允许阳离子通过），放电时总反应为，假设两电极初始质量相等。该电池放电时，下列说法正确的是 A．b极为正极，发生氧化反应 B．电子移动方向：a极→导线→b极 C．a极的电极反应式为 D．当转移2mol电子时，两电极的质量差为14g 【答案】B 【分析】图示为锂离子电池，放电时：嵌锂石墨(a极)为负极，电极反应式为，b极为正极，电极反应式为，Li+向b极迁移。 【详解】A．b极为正极，得电子，发生还原反应，A错误； B．电子经导线从负极流向正极，则电子移动方向：a极→导线→b极，B正确； C．a极为负极，电极反应式为，C错误； D．当转移2mol电子时，负极脱出2molLi+，正极嵌入2molLi+，两电极的质量差为4mol×7g/mol=28g，D错误； 答案选B。 13．浓差电池是利用电解质浓度不同而产生电流的一类电池。以浓差电池为电源，用浆液制备并获得副产品的装置如图。 已知：①；②。 下列说法正确的是 A．电极电势：()() B．惰性电极()的电极反应式为 C．膜，膜均应选用阴离子交换膜 D．导线中通过，理论上电解池的阳极室溶液质量增加 【答案】CD 【分析】从图中可知，左侧为浓差电池，右边为电解池。在浓差电池中，右侧溶液中Cu2+浓度大，离子的氧化性强，所以Cu(Ⅱ)电极为正极、电极上发生得电子的还原反应，电极反应为Cu2++2e-=Cu，Cu(I)电极为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+；惰性电极(I)与Cu(Ⅱ)相连，则惰性电极(I)为阳极，电极上阳极上水失电子生成O2和H+，电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，溶液中，总电极反应为，惰性电极(I)附近生成Na2Cr2O7和氧气；因此惰性电极(Ⅱ)为阴极，电极上水发生得电子的还原反应生成H2，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，惰性电极(Ⅱ)附近生成NaOH和氢气。 【详解】A．根据分析可知，右侧溶液中Cu2+浓度大，离子的氧化性强，则电极电势：Cu(Ⅱ) ＞Cu(I)，故A错误； B．根据分析可知，惰性电极(Ⅱ)的电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B错误； C．Cu(Ⅱ)附近Cu2+减少，Cu(I)附近Cu2+增加，不参与反应，则从右到左跨越膜a，惰性电极(Ⅱ)附近生成OH-，浓度不变，惰性电极(I)附近转化为，因此需要补充，因此从从左到右跨越膜b，因此膜，膜均应选用阴离子交换膜，故C正确； D．导线中通过，阳极转入2mol ，同时产生1mol氧气，质量变化为2mol×116g/mol-1mol×32g/mol =200g，故D正确； 故答案为CD。 14．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。 15．Se@C(硒@多孔石墨)是一种极具吸引力的二次电池系统替代材料，一种基于四电子转移反应的快充水系硒基电池放电或充电原理如图所示。已知充放电时Se的变化过程为。 下列说法正确的是 A．放电过程中由右侧流向左侧 B．充电时Se@C的电极总反应为 C．放电时的电极反应为 D．若中间物质中，则中与的个数之比为 【答案】B 【分析】依据题意，该电池放电时，Zn极失去电子生成Zn2+，作为负极；则Se@C(硒@多孔石墨)为正极Se得到电子、并与Cu2+结合形成CuSe，发生还原反应，发生四电子转移，经过多步转化：最后生成Cu2Se；充电时，阴极上Zn2+得到电子生成Zn单质，阳极上Cu2Se失去电子发生氧化反应、反应逆转最终得到Se、且释放Cu2+。 【详解】A．放电时阴离子向负极移动，据分析，放电过程中流向右侧，A错误； B．据分析，充电时，阳极发生四电子转移过程的逆过程，则充电时Se@C的电极总反应为，B正确； C．放电时发生四电子转移，正极总反应为，过程中铜的化合价在降低，是其中的某一步反应，则放电时的电极反应为，C错误； D．若中间物质中，则其化学式为，改写化学式为，则，得，即与的个数之比为，D错误； 故选B。 16．钛酸是一种理想的嵌入型电极材料，与普通石墨烯锂电池相比，电位比较高，安全性相对较好，该原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极的电极反应式： B．该隔膜为阴离子交换膜 C．当、两极质量变化差为时，理论上转移电子 D．电极的电极反应式： 【答案】D 【分析】由原电池的工作原理可知，M电极负极锂元素化合价升高，则M作负极，发生氧化反应：；N电极附近锂元素化合价降低，则N作正极，发生还原反应：。 【详解】A．由分析可知，电极为负极，其电极反应式：，A错误； B．放电时，由电池的负极移向正极，该隔膜为阳离子交换膜，B错误； C．当、两极质量变化之差为时，即有由左侧极转移至右侧极，理论上转移电子，C错误； D．由分析可知，电极为正极，其电极反应式：，D正确； 答案选D。 17．科研团队研发出一种可快充、成本低、更安全的动力电池(如下图)，这种电池正极是硫属元素，比如硫碳复合物，负极是铝，电解质由组成，该熔融盐电解质中含有链状如、等。下列说法正确的是 A．电解质中加入NaCl和KCl主要作用是提高熔融态中和的导电能力 B．中同时连接2个Al原子的Cl原子有个 C．放电时，负极发生的反应可能为 D．充电时，Al电极接外电源负极，发生氧化反应 【答案】B 【详解】A．电解质中添加氯化钠和氯化钾主要作用是与氯化铝形成从而提供导电能力，熔融态中不存在和，A错误； B．中存在配位键，其结构为，同时连接2个Al原子的Cl原子有2个，根据其结构简式可知，链状中同时连接2个Al原子的Cl原子有个，B正确； C．放电时，铝作负极，铝失去电子，形成链状，负极发生的反应可能为，C错误； D．充电时，铝电极作阴极，链状中的铝得电子发生还原反应，D错误； 故选B。 18．科学家基于有机物的氧化还原性，发展了一种全固态可充电空气电池。电池充放电时原理如图所示，下列说法不正确的是 A．电极和之间的薄膜可能是质子交换膜 B．放电时，电极a区中有机物被还原为 C．充电时，电极为阳极，发生氧化反应 D．充电时，每生成，电极a区质量理论上增加 【答案】B 【详解】A．该电池为全固态可充电空气电池，放电时，在电极发生还原反应转化为，需要，则电极和之间的薄膜可能是质子交换膜，A正确； B．a电极中应该发生氧化反应，观察有机物和的结构，转化为是一个脱氧化的过程，则应该是电极区中有机物被氧化为，B不正确； C．放电时，电极发生还原反应，那么充电时电极作为阳极，发生氧化反应，C正确； D．充电时电极产生，转移进a电极区，则电极a区质量理论上增加，D正确； 答案选B。 19．某种锂离子电池工作时的反应为：，其工作示意图如图所示。下列说法正确的是 A．充电时，一极发生的脱嵌 B．放电时，通过阳离子交换膜从左向右移动 C．充电时将电池的正极与外接电源的负极相连 D．充电时正极区反应为 【答案】19． B 【分析】 A．充电时，LixC6反应为C6+xLi++xe﹣= LixC6，故充电时，LixC6一极发生的Li+嵌入，A项错误； B．放电时，为原电池装置，阳离子向正极移动，则Li+通过阳离子交换膜从右向左移动，B项正确； C．充电时负极与阴极相连，故将电池的正极与外接电源的正极相连，C项错误； D．充电时正极区反应为LiCoO2-xe﹣= Li1﹣xCoO2+xLi+，D项错误； 答案选B。 20．化学电池是新能源和可再生能源的重要组成部分。根据所学知识，回答下列问题： (1)甲、乙两位同学想探究铝电极在原电池中的作用，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入稀硫酸中，乙同学将电极放入溶液中，实验装置如图所示。 ①写出甲中电池总反应的离子方程式： 。 ②乙中铝为 极，写出铝电极的电极反应式： 。 (2)有人设想以和为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是 ，A是 (填化学式)。 (3)我国科学家在太阳能光电催化一化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。b极为光能转化为电能的装置，该电极的电极材料可用 (填化学式)，该装置的总反应为 ，a极发生的反应为 (填“氧化”或“还原”)反应。 【答案】(1) 负 (2) (3) 氧化 【详解】（1）①甲中电池，Al和Mg均能和盐酸反应，但是Mg金属性交Al强，所以总反应为Mg和盐酸反应，离子方程式为；故答案为； ②乙中只有Al能和氢氧化钠反应，所以Al作负极，发生氧化反应反应，方程式为；故答案为负极；。 （2）氮气通入极为正极，电极反应式为，氮气与氢气合成氨气，氨气和HCl反应生成氯化铵，故A为氯化铵，故答案为；氯化铵。 （3）该电池为太阳能光电催化，可用Si作电极；该装置发生的有关反应为：H2S＋2Fe3＋═2H＋＋S＋2Fe2＋（a极区）、2Fe2＋−2e−＝2Fe3＋（a极）、2H＋＋2e−＝H2（b极），这三个反应相加，结合反应条件得到总反应；a电极发生氧化反应；故答案为Si；；氧化。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04化学电源装置分析 1、 正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。 2、了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。 3、能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。 知识点一 判断原电池的电极 “五类”依据判断原电池电极： （1）依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为______，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为______。 （2）依据原电池两极发生反应的类型判断。______极发生氧化反应；______极发生还原反应。 （3）依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中，电子由______极流向______极，电流由______极流向______极。 （4）依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向______极移动，阴离子向______极移动。 （5）依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向______极移动，阴离子向______极移动。 2．“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源___极相连 _____反应 ___ ___离子移向 电极___或pH___ 阴极 与电源___极相连 _____反应 ___ ___离子移向 电极___或pH___ 【方法技巧】原电池正、负极判断的一般方法 　　 知识点二 化学电源 一次电池 1．化学电源概述 (1) 化学电源的分类 原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： ①________：也叫做干电池，放电后不可再充电。 ②________：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 ③________：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)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子电池等。 2．锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作 原理 负极：________________________________ 正极：________________________________ 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：________________________正极：________________________总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 知识点三 二次电池 1．铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： ________________________________________ (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是_______________________________________ ②正极反应式是_______________________________________ ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是________________________________ ②阳极(氧化反应)反应式是________________________________ ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：_______________________________ 正极 钴酸锂(LiCoO2)：_______________________________ 总反应 _____________________________________________ 反应过程：放电时，Li＋从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，嵌入石墨中。这样在放电、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。 知识点四 电极反应式书写 方法一：直接书写 “三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 （2）阳极阴离子放电次序： 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中c(Zn2+)>c(H+)，放电次序 Zn2+>H+。 方法二：间接书写 第一步，写出电池总反应式。 第二步，写出电极的正极反应式。 第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。 知识点五 燃料电池 1．燃料电池 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。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 ______________________________ ______________________________ 正极反应 ______________________________ ______________________________ 总反应 ________________________ 3.能量转换 所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，只不过条件不同而已。理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。 4．燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【方法技巧】燃料电池电极反应式书写的注意事项 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。 (2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。 (3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。 知识点六 新型电池 一、微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。 二、物质循环转化型电池 根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。 三、浓差电池 1．在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。 (1)常见的离子交换膜 阳离子交换膜 只允许________________通过 阴离子交换膜 只允许________通过 质子交换膜 只允许________通过 (2)离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。 ②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 (3)离子交换膜的选择依据 离子的定向移动。 2．“浓差电池”的分析方法 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。 题型01 原电池电极的判断和电极反应式的书写 【典例】 铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　) A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋ B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu C．在外电路中，电子从铜极流向锌极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 【变式】以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．b电极为负极，发生氧化反应 B．a电极发生的反应为N2＋8H＋＋6e－===2NH C．A溶液中所含溶质为NH4Cl D．当反应消耗1 mol N2时，则消耗的H2为67.2 L 题型02 一次电池 【典例】日常所用锌-锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为：Zn-2e-=Zn2＋，2MnO2＋2NH＋2e-=Mn2O3＋2NH3＋H2O。下列有关锌-锰干电池的叙述中，正确的是 A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B．干电池可实现电能向化学能的转化 C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 【变式】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnO(OH)(s)。下列说法中错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnO(OH)(s)＋2OH－(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量减少6.5 g 题型03 二次电池 【典例】铅酸蓄电池是典型的可充电电池，放电时电池总反应式为。以下说法正确的是 A．放电时，正极的电极反应式是 B．电解液中的浓度不变 C．当外电路通过电子时，理论上负极板的质量增加 D．充电时，阴极的电极反应式是 【变式】某种钠离子的二次电池，其放电工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．放电时，石墨上的电势比MnPO4上的高 B．充电时，石墨接直流电源的正极 C．充电时，Na+由右侧经过离子交换膜迁移到左侧 D．放电时，正极反应为NaMnPO4+e-=MnPO4+Na+ 题型04 燃料电池 【典例】微生物燃料电池能将有机废水中的乙二胺 氧化成环境友好的物质，其中均为石墨电极。下列说法错误的是 A．该电池不适宜在高温环境下工作 B．电池工作时 电极附近溶液的 减小 C．溶液中 由左侧通过质子交换膜进入右侧 D．处理 乙二胺，需消耗空气体积约为（标况下） 【变式】二氧化硫空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含的快速启动，装置示意图如下。以下说法正确的是 A．正极发生氧化反应 B．电子由沿导线流向 C．负极电极反应式为 D．反应，有质子通过交换膜 题型05 新型电池 【典例】科学家开发了一种镁基原电池，利用生成的Mg(OH)2中和酸性肿瘤微环境，其工作原理如图，下列说法不正确的是 A．Pt作原电池正极 B．电子由Mg流向Pt C．初始阶段Pt表面发生的电极反应：2H2O+2e−=2OH−+H2↑ D．每消耗3.6gMg，电池最多向外提供0.15mol电子的电量 【变式】Li-FeS2热激活电池常用作智能化弹药的弹载电源。接收到启动信号后，点火头点燃引燃条，加热片放热使LiCl-KCl熔化激活电池，电池总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法正确的是 A．该电池将热能转化为电能 B．工作时正极反应式为：FeS2+4e-=Fe+2S2- C．当电池中转移2mol电子时，负极质量减少32g D．工作时电子由Li电极经熔融LiCl-KCl流向FeS2电极 题型06 原电池原理综合应用 【典例】新型电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是 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浓度将增大 D．外电路每转移电子，理论上增重 【变式】利用反应构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是 A．电流从电极A经过负载后流向右侧电极B B．电极A极反应式为： C．电池工作过程中向电极B移动 D．当有标况下被处理时，转移电子数为 【变式】(1)燃料电池具有广阔的发展前景。熔融碳酸盐甲醇燃料电池如下图所示。电极a上发生的电极反应式为 。 (2)另一种 和O2形成的燃料电池的结构如下图所示。则电极c的反应式为 ，若转移2mol电子，则消耗的在标准状况下的体积为 L。假设水分子无法通过质子交换膜，则该电池正极区的pH会逐渐 (填写“增大”、  “减小”或“不变”)。 【巩固训练】 1．锌锰干电池是生活中常用的电池，酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是 A．锌锰干电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B．酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池放电过程中锌均发生氧化反应 C．放电时，酸性锌锰干电池的石墨电极上反应为 D．放电时，碱性锌锰干电池正极反应式为 2．催化剂(Ⅱ)的应用，使电池的研究取得了新的进展。电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。 下列说法错误的是 A．电池可使用有机电解液 B．充电时，由正极向负极迁移 C．放电时，正极反应为 D．、、和C都是正极反应的中间产物 3．肼-空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极电势 B．电视的电极反应式为 C．电极Y附近溶液增大 D．当电极Y消耗(标准状况)时，理论上电极X消耗肼 4．杭州亚运会主火炬创新使用绿色“零碳甲醇”燃料。关于甲醇、空气和溶液组成的燃料电池，下列说法错误的是 A．向负极移动 B．可选用石墨、作电极 C．负极发生的电极反应为： D．相比直接燃烧甲醇发电，甲醇燃料电池能量利用率高 5．锂-空气电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．固体电解质膜可防止锂电极与水反应，也可防止氧气与锂电极接触，更安全 B．正极反应式为 C．当有在纳米碳片上参加反应，Li电极会损失1.4g D．若用铅蓄电池给锂-空气电池充电，电极应与锂电极相接 6．某科研机构研发的NO—空气质子交换膜酸性电池工作原理如下图所示(已知：Pt电极对电极反应有催化作用)： 当该电池工作一段时间后，下列叙述正确的是 A．“多孔"电极对化学反应速率没有影响 B．具有催化作用的电极能提高电极反应的活化能 C．Pt(B)电极的电极反应式为 D．若有生成，则有向Pt(B)电极区域移动 7．一种电化学装置的工作原理：首先，太阳能转化为电能，先对碱性镍铁二次电池充电，实现电能储存；当镍铁电池充电完成后，过剩的电能再接着用于电解水，实现氢能储存。下列说法不正确的是 A．镍铁电池充电时，从B电极移向A电极 B．镍铁电池充电完成后，继续通电所产生的气体I为 C．镍铁电池放电时，理论上每消耗0.1molNiOOH，则Fe失去电子数为 D．镍铁电池放电时，正极反应为： 8．直接硼氢化物()燃料电池(DBFC)具有理论电池电压高和能量密度大等特点，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．电极N为负极，电极R为正极，箭头方向为电流移动方向 B．交换膜为质子交换膜，放电时阳离子向电池的正极定向移动 C．放电时，电极N上的电极反应式为 D．电极R通入，电池放电一段时间后，电极R附近溶液的pH升高 9．一种处理的流程如图所示，下列说法不正确的是 A．该流程中原电池的负极反应是 B．该流程的优点是可循环利用，同时得到清洁燃料 C．电解槽阴极附近pH变大 D．该流程说明反应可自发进行 10．一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，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，下列叙述错误的是 A．电池总反应为 B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 【强化训练】 11．以为离子导体的铝-磷酸铁锂电池，该电池放电时嵌入形成，工作原理如图所示，下列关于电池放电时的说法正确的是 A．放电时，铝电极的反应式为 B．正极的电极反应： C．放电时，Li+透过离子交换膜从左向右迁移 D．放电时，电流从电极通过负载到Al电极，再由Al电极通过离子交换膜回到电极 12．充电“摇椅式”锂离子电池的基本工作原理如图所示（阳离子交换膜只允许阳离子通过），放电时总反应为，假设两电极初始质量相等。该电池放电时，下列说法正确的是 A．b极为正极，发生氧化反应 B．电子移动方向：a极→导线→b极 C．a极的电极反应式为 D．当转移2mol电子时，两电极的质量差为14g 13．浓差电池是利用电解质浓度不同而产生电流的一类电池。以浓差电池为电源，用浆液制备并获得副产品的装置如图。 已知：①；②。 下列说法正确的是 A．电极电势：()() B．惰性电极()的电极反应式为 C．膜，膜均应选用阴离子交换膜 D．导线中通过，理论上电解池的阳极室溶液质量增加 14．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 15．Se@C(硒@多孔石墨)是一种极具吸引力的二次电池系统替代材料，一种基于四电子转移反应的快充水系硒基电池放电或充电原理如图所示。已知充放电时Se的变化过程为。 下列说法正确的是 A．放电过程中由右侧流向左侧 B．充电时Se@C的电极总反应为 C．放电时的电极反应为 D．若中间物质中，则中与的个数之比为 16．钛酸是一种理想的嵌入型电极材料，与普通石墨烯锂电池相比，电位比较高，安全性相对较好，该原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极的电极反应式： B．该隔膜为阴离子交换膜 C．当、两极质量变化差为时，理论上转移电子 D．电极的电极反应式： 17．科研团队研发出一种可快充、成本低、更安全的动力电池(如下图)，这种电池正极是硫属元素，比如硫碳复合物，负极是铝，电解质由组成，该熔融盐电解质中含有链状如、等。下列说法正确的是 A．电解质中加入NaCl和KCl主要作用是提高熔融态中和的导电能力 B．中同时连接2个Al原子的Cl原子有个 C．放电时，负极发生的反应可能为 D．充电时，Al电极接外电源负极，发生氧化反应 18．科学家基于有机物的氧化还原性，发展了一种全固态可充电空气电池。电池充放电时原理如图所示，下列说法不正确的是 A．电极和之间的薄膜可能是质子交换膜 B．放电时，电极a区中有机物被还原为 C．充电时，电极为阳极，发生氧化反应 D．充电时，每生成，电极a区质量理论上增加 19．某种锂离子电池工作时的反应为：，其工作示意图如图所示。下列说法正确的是 A．充电时，一极发生的脱嵌 B．放电时，通过阳离子交换膜从左向右移动 C．充电时将电池的正极与外接电源的负极相连 D．充电时正极区反应为 20．化学电池是新能源和可再生能源的重要组成部分。根据所学知识，回答下列问题： (1)甲、乙两位同学想探究铝电极在原电池中的作用，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入稀硫酸中，乙同学将电极放入溶液中，实验装置如图所示。 ①写出甲中电池总反应的离子方程式： 。 ②乙中铝为 极，写出铝电极的电极反应式： 。 (2)有人设想以和为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是 ，A是 (填化学式)。 (3)我国科学家在太阳能光电催化一化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。b极为光能转化为电能的装置，该电极的电极材料可用 (填化学式)，该装置的总反应为 ，a极发生的反应为 (填“氧化”或“还原”)反应。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$