专题02 化学能转化为电能——电池（期中复习讲义）高二化学上学期鲁科版

专题02化学能转化为电能——电池 考查重点 命题角度 原电池的工作原理 原电池的电极判断、电极反应式书写、有关计算 原电池的设计 根据氧化还原反应设计原电池、电极反应式书写 化学电源的分类 一次电池、二次电池、燃料电池 新型电池的应用 锂离子电池、浓差电池、微生物电池等 一、原电池的工作原理 1．原电池的工作原理 (1)原电池 ①定义：能把 转化为 的装置。 ②电极名称及电极反应。 负极：电子 的一极，发生 反应； 正极：电子 的一极，发生 反应。 ③原电池的构成条件。 a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种 和一种能导电的 )。 b．将电极插入 溶液。 c．构成闭合回路。 d．能自发发生的 反应。 (2)工作原理 外电路中电子由 极流向 极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向 极，阳离子移向 极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。 2.原电池的正负极判断 二、原电池工作原理的应用 1．增大氧化还原反应速率 原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减小，反应速率增大 实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反应速率 2.比较金属的活动性强弱 原理 一般原电池中，活泼金属为负极，发生 反应，较不活泼金属为正极，发生 反应 实例 两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b 3.设计原电池 (1)理论上，任何一个自发的 反应都可以设计成原电池。 (2)设计示例 设计思路 示例 以自发进行的氧化还原反应为基础 把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)： 还原反应(正极)： 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂 电解质溶液：FeCl3溶液 画出示意图 三、 一次电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极： 正极： 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物： 正极反应物： 电解质溶液： 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 四、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。 (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 ，H2SO4溶液的浓度 。 (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 相连，负极与直流电源 相连。 【方法技巧】可充电电池电极反应式的书写方法 已知电池总反应式书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 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－xCoO2===LiCoO2＋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。 五、燃料电池 1．燃料电池 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。电极本身不包含 ，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生 反应，氧气在原电池正极发生 反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。 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．燃料电池电极反应式的书写方法 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 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　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 六、新型电池 1.锂电池 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li+，负极反应均为Li-e-===Li+，负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。 2.锂离子二次电池 (1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电势差的驱动下，Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。 (2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6+xLi++xe-===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-===C6+xLi+。 (3)锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。 3.微生物电池 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。 4.浓差电池 （1）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具有浓度差，离子均由“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极、负极，这是解答问题的关键。例如 ①a极:Ag-e-===Ag+(负极)；b极:Ag++e-===Ag(正极)。 ②N通过交换膜移向a极。 （2）离子交换膜的分类 ①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 ④双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成OH-和H+分别通过阴、阳膜，作为H+和OH-的离子源。 （3）离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 ②能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 （4）离子通过离子交换膜的定量关系 ①通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中的电子转移数。 ②离子迁移:依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。 题型一 原电池及工作原理 【典例1】下列关于原电池的叙述错误的是(　　) A.原电池中的电解质不一定处于液态 B.若欲使原电池处于工作状态，必须使其与外电路形成闭合回路 C.金属活动性顺序中，排在前面的金属总是作负极，排在后面的金属总是作正极 D.负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应 方｜法｜点｜拨 1.能自发进行的氧化还原反应； 2.两个活泼性不同的能导电的电极； 3.电解质溶液或熔融电解质； 4.形成闭合回路。 【变式1-1】下列装置中，电流表指针不能发生偏转的是(　　) 【变式1-2】锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是(　　) A.Cu电极为该原电池的正极 B.Zn电极是还原剂，又是电子导体 C.氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面 题型二 原电池电极反应式 【典例2】锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而被重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li+MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A.Li是正极，电极反应式为Li-e-===Li+ B.Li是负极，电极反应式为Li-e-===Li+ C.MnO2是负极，电极反应式为MnO2+e-===Mn D.Li是负极，电极反应式为Li-2e-===Li2+ 方｜法｜点｜拨 1.列物质，标得失
电极反应物——产物及得失电子数。
 2.看环境，配守恒 在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H、(HT、HO等是否参加反应，遵守电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒。
 3.两式加，验总式 两电极反应式相加，与总反应式对照验证。 【变式2-1】硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图的实验装置，结果电流表指针发生了偏转，下列分析正确的是(　　) A.如图装置的电流方向是从C1到C2 B.C1是负极，发生的反应是2I--2e-===I2 C.盐桥中的K+向C1电极移动 D.装置发生的总反应是H+2I-===HgI2↓ 题型三 原电池工作的应用 【典例3】下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　) A.加入少量ZnSO4固体 B.加入少量水 C.加入少量CuSO4固体 D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸 【变式3-1】用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 实验现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生 A.装置甲中的B金属是原电池的负极 B.装置乙中，外电路中电流的流向为B→C C.装置丙中溶液里的S移向A D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 题型四 一次电池 【典例4】锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　) A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应 C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2N+2e-===N2↑+4H2↑ D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH- 【变式4-1】微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　) A.电池工作过程中，负极发生还原反应 B.电池工作过程中，电解液中OH-向正极移动 C.负极电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 D.正极电极反应为Ag2O+2H++2e-===2Ag+H2O 题型五 二次电池 【典例5】铅酸蓄电池是一种常见的电池，下列说法不正确的是(　　) A.铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B.放电时，外电路中电子由Pb流向PbO2 C.放电时，负极反应为Pb-2e-===Pb2+ D.放电时，H+移向PbO2 方｜法｜点｜拨 1.根据所给电池反应的方程式，分析化合价的变化，确定正、负极及其反应。化合价升高的物质作负极，发生氧化反应，化合价降低的物质作正极，发生还原反应。 2.结合电解质溶液的环境，先写出负极的电极反应式，再用总反应方程式减去负极反应式即得正极反应式。书写时要注意质量守恒、电荷守恒的灵活应用。 3.充电时，电池的负极要发生还原反应，负极反应逆向书写，即为阴极反应；电池的正极要发生氧化反应，正极反应逆向书写，即为阳极反应。 4.根据电极反应式，综合分析离子的移动方向以及电解质溶液的变化。 【变式5-1】镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.放电时，OH-向b极移动 B.放电时，a极发生还原反应 C.放电时电子的方向：a极经导线流向b极 D.充电时，a极的电极反应为Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2 题型六 燃料电池 【典例6】欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.装置中的能量变化为电能转化为化学能 B.通入氢气的电极发生还原反应 C.通入空气的电极反应式：O2+4e-+ 4H+===2H2O D.装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极 方｜法｜点｜拨 (1)(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。 (2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。 (3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋。 (4)酸溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。 (5)碱溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO。 【变式6-1】一种用于驱动潜艇的液氨⁃液氧燃料电池原理示意如图所示。下列有关该电池的说法错误的是(　　) A.电池工作时，电极A的电势高于电极B的电势 B.电子由电极A经外电路流向电极B C.标准状况下，每消耗22.4 L O2转移4 mol电子 D.电极A上发生的电极反应为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O 题型七 锂电池与锂离子电池 【典例7】利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出石墨烯电池，电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2，其工作原理如图。下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A.该电池若用隔膜，可选用阳离子交换膜 B.对废旧的该电池进行“放电处理”，让Li+从石墨烯中脱出有利于回收 C.放电时，正极的电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2 D.充电时，电路中每转移1 mol e-，石墨烯电极质量增加7x g 方｜法｜点｜拨 (1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。 (2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。 (3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断，分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。 ①首先应分清电池是放电还是充电。 ②再判断出正、负极或阴、阳极。，放电：阳离子→正极，阴离子→负极；，充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。 【变式7-1】新型锂-空气电池具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示，其中固体电解质只允许Li+通过。下列说法正确的是(　　) A.有机电解液可以用水性电解液代替 B.金属锂为负极，发生还原反应 C.当外电路转移1 mol电子，理论上石墨烯电极消耗标准状况下11.2 L的O2 D.放电时电池的总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH 题型八 微生物电池 【典例8】我国科学家设计的“海泥电池”既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.A电极为正极 B.H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动 C.负极的电极反应式为CH2O-4e-+H2O===CO2+4H+ D.高温下微生物蛋白质变性失活，故升温不一定能提高电池的效率 方｜法｜点｜拨 (1)根据题意分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。 (2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。 (3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。 (4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。 【变式8-1】某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2催化还原，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.电池工作过程中电子由a极经外电路流向b极 B.b极反应式:Cr2+6e-+14H+===2Cr3++7H2O C.电池工作过程中a极区附近溶液的pH减小 D.每生成33.6 L CO2，则处理1 mol Cr2 题型九 浓差电池 【典例9】浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是(　　) A.电池工作时，Li+通过离子导体移向X极区 B.电流由Y极通过外电路流向X极 C.正极发生的反应为2H++2e-===H2↑ D.Y极每生成1 mol Cl2，X极区得到2 mol LiCl 【变式9-1】如图是常温钠离子全固态浓差电池工作示意图。正极材料为层状含钠过渡金属氧化物，负极为钠锡合金(Na15Sn4)。下列说法合理的是(　　) A.该电池工作时不发生氧化还原反应 B.放电时，负极的反应为Na15Sn4-15e-===15Na++4Sn C.充电时，Na+会被吸附进入过渡金属氧化层 D.充电时，b极接电源的正极，a极接电源的负极 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·陕西汉中·期中）如图是通过人工光合作用，以和为原料制备和的原理示意图，下列说法正确的 A．该装置将太阳能直接转化为电能 B．外电路电流方向是b→a C．电极b上发生氧化反应 D．转移到右侧时有的参与反应 2．（24-25高二上·福建漳州·期中）肼(N2H4)常用作火箭推进器和燃料电池的燃料。一种以KOH溶液作电解质溶液、液态肼为燃料的电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，b电极的电极电势比a电极高 B．放电时，电子从b电极经负载流向a电极 C．离子交换膜为阳离子交换膜 D．a电极反应式为N2H4 + 4OH-+ 4e- =N2↑ + 4H2O 3．（24-25高二下·江苏扬州·期中）铅蓄电池放电的反应为：，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．电池工作时，负极的电极反应方程式为 D．反应中每生成1mol，转移电子数为2mol 4．（24-25高二下·四川宜宾·期中）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO−的溶液为例)。 下列说法正确的是 A．b极为电池负极 B．隔膜1为阳离子交换膜 C．a极的电极反应为：CH3COO-＋2H2O-8e-=2CO2↑＋7H+ D．当外电路中转移2mol电子时，模拟海水中质量减少58.5g 5．（24-25高二下·江苏无锡·期中）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 重难突破练（测试时间：10分钟） 6．（24-25高二下·江苏淮安·期中）研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．加入的HNO3起催化作用 B．电池工作时正极区溶液的pH升高 C．4.6g CH3CH2OH被完全氧化时有0.6molO2被还原 D．负极反应：CH3CH2OH＋3H2O-12e-=2CO2↑＋12H＋ 7．（24-25高二下·广东惠州·期中）利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液浓缩再生，电池装置如下图所示，向a极室中加入足量氨水后电池开始工作，下列说法错误的是 A．b电极为电池正极 B．该装置中的离子交换膜为阴离子交换膜 C．热再生部分发生反应：，实现氨的循环利用 D．a电极的电极反应式为： 8．（24-25高二下·云南保山·期中）我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为和，相应的产物为和。下列说法错误的是 A．电极的电势低于电极 B．电池工作一段时间后，溶液、稀硫酸的均不变 C．双极膜中向极迁移 D．当消耗时，双极膜中解离水的物质的量为 9．（24-25高二下·安徽蚌埠·期中）厦门大学梁汉锋教授和吉林师范大学FenYao博士研发了双金属RuCo预催化剂用于硝酸脚流动电池，该电池可用于废水的自发净化，同时降低成本、产生燃料和电力。该电池电解质溶液是KOH溶液，其示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电流由N极经导线流向M极 B．M极附近溶液减小 C．N极电极反应式： D．每转移2mol电子时，产生氮气与消耗的物质的量之比为1：2 10．（24-25高二下·湖南·期中）中国科学院施剑林报道了一种新型的自供能电化学共催化体系(self-co-electrolysis system，SCES)，该系统可以在无需外界供能的条件下在两极同时得到高附加值化学品，原理如图所示。下列有关该装置工作时的叙述正确的是 A．Zn极为正极，发生了还原反应 B．电解质溶液中向负极区迁移 C．正极产生，负极生成 D．电解质可能是 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02化学能转化为电能——电池 考查重点 命题角度 原电池的工作原理 原电池的电极判断、电极反应式书写、有关计算 原电池的设计 根据氧化还原反应设计原电池、电极反应式书写 化学电源的分类 一次电池、二次电池、燃料电池 新型电池的应用 锂离子电池、浓差电池、微生物电池等 一、原电池的工作原理 1．原电池的工作原理 (1)原电池 ①定义：能把化学能转化为电能的装置。 ②电极名称及电极反应。 负极：电子流出的一极，发生氧化反应； 正极：电子流入的一极，发生还原反应。 ③原电池的构成条件。 a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种金属和一种能导电的非金属)。 b．将电极插入电解质溶液。 c．构成闭合回路。 d．能自发发生的氧化还原反应。 (2)工作原理 外电路中电子由负极流向正极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。 2.原电池的正负极判断 二、原电池工作原理的应用 1．增大氧化还原反应速率 原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减小，反应速率增大 实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反应速率 2.比较金属的活动性强弱 原理 一般原电池中，活泼金属为负极，发生氧化反应，较不活泼金属为正极，发生还原反应 实例 两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b 3.设计原电池 (1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (2)设计示例 设计思路 示例 以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋ 还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂 电解质溶液：FeCl3溶液 画出示意图 三、 一次电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 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 四、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋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。 【方法技巧】可充电电池电极反应式的书写方法 已知电池总反应式书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 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－xCoO2===LiCoO2＋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。 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。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。 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．燃料电池电极反应式的书写方法 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 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　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 六、新型电池 1.锂电池 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li+，负极反应均为Li-e-===Li+，负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。 2.锂离子二次电池 (1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电势差的驱动下，Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。 (2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6+xLi++xe-===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-===C6+xLi+。 (3)锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。 3.微生物电池 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。 4.浓差电池 （1）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具有浓度差，离子均由“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极、负极，这是解答问题的关键。例如 ①a极:Ag-e-===Ag+(负极)；b极:Ag++e-===Ag(正极)。 ②N通过交换膜移向a极。 （2）离子交换膜的分类 ①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 ④双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成OH-和H+分别通过阴、阳膜，作为H+和OH-的离子源。 （3）离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 ②能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 （4）离子通过离子交换膜的定量关系 ①通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中的电子转移数。 ②离子迁移:依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。 题型一 原电池及工作原理 【典例1】下列关于原电池的叙述错误的是(　　) A.原电池中的电解质不一定处于液态 B.若欲使原电池处于工作状态，必须使其与外电路形成闭合回路 C.金属活动性顺序中，排在前面的金属总是作负极，排在后面的金属总是作正极 D.负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应 【答案】C 【解析】原电池中的电解质不一定处于液态，也可以是固态或糊状物，A正确；金属活动性顺序中，排在前面的金属不一定总是作负极，排在后面的金属也不一定总是作正极，例如铁、铜和浓硝酸构成的原电池中铁是正极，铜是负极，C错误；原电池中负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是得到电子，发生还原反应，D正确。 方｜法｜点｜拨 1.能自发进行的氧化还原反应； 2.两个活泼性不同的能导电的电极； 3.电解质溶液或熔融电解质； 4.形成闭合回路。 【变式1-1】下列装置中，电流表指针不能发生偏转的是(　　) 【答案】A 【解析】A项，锌插入CuCl2溶液中，锌置换出铜，电子不经过导线，没有电流产生，则电流表指针不发生偏转；B项，可构成原电池，镁为负极，铝为正极，电流表指针发生偏转；C项，可构成原电池，锌为负极，铜为正极，电流表指针发生偏转；D项，可构成原电池，锌为负极，铜为正极，电流表指针发生偏转。 【变式1-2】锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是(　　) A.Cu电极为该原电池的正极 B.Zn电极是还原剂，又是电子导体 C.氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面 【答案】C 【解析】铜电极为原电池的正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，故A、D正确；能导电的锌电极为铜锌原电池的负极，故B正确；氯化钾盐桥中氯离子将移向硫酸锌溶液，故C错误。 题型二 原电池电极反应式 【典例2】锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而被重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li+MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A.Li是正极，电极反应式为Li-e-===Li+ B.Li是负极，电极反应式为Li-e-===Li+ C.MnO2是负极，电极反应式为MnO2+e-===Mn D.Li是负极，电极反应式为Li-2e-===Li2+ 【答案】B 【解析】根据锂电池的总反应式Li+MnO2===LiMnO2，失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li-e-===Li+，A、D错误，B正确；MnO2是正极，电极反应式为MnO2+e-===Mn，C错误。 方｜法｜点｜拨 1.列物质，标得失
电极反应物——产物及得失电子数。
 2.看环境，配守恒 在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H、(HT、HO等是否参加反应，遵守电荷守恒、质量守恒、得失电子守恒。
 3.两式加，验总式 两电极反应式相加，与总反应式对照验证。 【变式2-1】硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图的实验装置，结果电流表指针发生了偏转，下列分析正确的是(　　) A.如图装置的电流方向是从C1到C2 B.C1是负极，发生的反应是2I--2e-===I2 C.盐桥中的K+向C1电极移动 D.装置发生的总反应是H+2I-===HgI2↓ 【答案】B 【解析】电流表指针发生偏转说明有电流形成，此装置为原电池，I-具有还原性，C1作负极，电极反应为2I--2e-===I2，B正确；C2作正极，溶液中H得电子，H+2e-===Hg，发生还原反应，电流方向是从正极(C2)流向负极(C1)，A错误；为保持硝酸汞溶液电荷守恒，盐桥中阳离子移向硝酸汞溶液(C2电极)，C错误；装置发生的总反应为H+2I-===Hg+I2，D错误。 题型三 原电池工作的应用 【典例3】下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　) A.加入少量ZnSO4固体 B.加入少量水 C.加入少量CuSO4固体 D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸 【答案】C 【解析】加入少量ZnSO4固体，不会改变反应物的浓度，不会改变反应速率，故A不选；加水，溶液的体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小，故B不选；加入少量CuSO4固体，会发生反应置换出铜，形成原电池，使反应速率加快，故C选；浓硫酸在常温下使铁钝化，D不选。 【变式3-1】用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 实验现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生 A.装置甲中的B金属是原电池的负极 B.装置乙中，外电路中电流的流向为B→C C.装置丙中溶液里的S移向A D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 【答案】D 【解析】装置甲中A不断溶解，则A为负极，B为正极，A错误；装置乙中C的表面有红色固体析出，则C为正极，B为负极，外电路中电流方向：C→B，B错误；装置丙中A上有气泡产生，则A为正极，D为负极，溶液中S向D移动，C错误。 题型四 一次电池 【典例4】锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　) A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应 C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2N+2e-===N2↑+4H2↑ D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH- 【答案】C 【解析】锌锰电池属于一次电池，含有重金属离子，用完不可随意丢弃，A正确；普通锌锰电池和碱性锌锰电池中锌均为负极，放电过程中锌均发生氧化反应，B正确；放电时，普通锌锰电池的石墨电极上MnO2得电子，被还原，C错误；放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-，D正确。 【变式4-1】微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　) A.电池工作过程中，负极发生还原反应 B.电池工作过程中，电解液中OH-向正极移动 C.负极电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 D.正极电极反应为Ag2O+2H++2e-===2Ag+H2O 【答案】C 【解析】电池工作过程中，Zn失电子作负极，发生氧化反应，电极反应为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2，A错误、C正确；电池工作过程中，电解液中的OH-向负极移动，B错误；正极Ag2O得电子，发生还原反应，电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-，D错误。 题型五 二次电池 【典例5】铅酸蓄电池是一种常见的电池，下列说法不正确的是(　　) A.铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B.放电时，外电路中电子由Pb流向PbO2 C.放电时，负极反应为Pb-2e-===Pb2+ D.放电时，H+移向PbO2 【答案】C 【解析】放电时，Pb作负极，PbO2作正极，外电路中电子由Pb流向PbO2，B正确；放电时，负极Pb发生氧化反应生成PbSO4，电极反应为Pb+S-2e-===PbSO4，C错误。 方｜法｜点｜拨 1.根据所给电池反应的方程式，分析化合价的变化，确定正、负极及其反应。化合价升高的物质作负极，发生氧化反应，化合价降低的物质作正极，发生还原反应。 2.结合电解质溶液的环境，先写出负极的电极反应式，再用总反应方程式减去负极反应式即得正极反应式。书写时要注意质量守恒、电荷守恒的灵活应用。 3.充电时，电池的负极要发生还原反应，负极反应逆向书写，即为阴极反应；电池的正极要发生氧化反应，正极反应逆向书写，即为阳极反应。 4.根据电极反应式，综合分析离子的移动方向以及电解质溶液的变化。 【变式5-1】镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.放电时，OH-向b极移动 B.放电时，a极发生还原反应 C.放电时电子的方向：a极经导线流向b极 D.充电时，a极的电极反应为Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2 【答案】C 【解析】由题图分析可知Cd为负极，NiO(OH)为正极。放电时，a极Cd失电子，发生氧化反应，OH-向a极移动，A、B错误；放电时a极为负极，b极为正极，充电时，a极的电极反应为Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-，D错误。 题型六 燃料电池 【典例6】欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.装置中的能量变化为电能转化为化学能 B.通入氢气的电极发生还原反应 C.通入空气的电极反应式：O2+4e-+ 4H+===2H2O D.装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极 【答案】C 【解析】燃料电池是将化学能转化为电能的装置，A错误； 通入H2的电极作负极，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-===2H+，B错误；负极氢气失电子生成的H+通过质子交换膜流向正极，正极的电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O，C正确；通入氢气的电极失去的电子经过导线流向通入空气的电极，D错误。 方｜法｜点｜拨 (1)(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。 (2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。 (3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋。 (4)酸溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。 (5)碱溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO。 【变式6-1】一种用于驱动潜艇的液氨⁃液氧燃料电池原理示意如图所示。下列有关该电池的说法错误的是(　　) A.电池工作时，电极A的电势高于电极B的电势 B.电子由电极A经外电路流向电极B C.标准状况下，每消耗22.4 L O2转移4 mol电子 D.电极A上发生的电极反应为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O 【答案】A 【解析】原电池中，正极电势高于负极电势，故电极B的电势高于电极A，故A错误；电子从负极流向正极，即从电极A流向电极B，故B正确；燃料电池的总反应为4NH3+3O2===2N2+6H2O，该电池工作时，每消耗标准状况下22.4 L即1 mol O2转移4 mol电子，故C正确；碱性条件下，氨气在负极失电子生成N2，其电极反应为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O，故D正确。 题型七 锂电池与锂离子电池 【典例7】利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出石墨烯电池，电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2，其工作原理如图。下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A.该电池若用隔膜，可选用阳离子交换膜 B.对废旧的该电池进行“放电处理”，让Li+从石墨烯中脱出有利于回收 C.放电时，正极的电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2 D.充电时，电路中每转移1 mol e-，石墨烯电极质量增加7x g 【答案】D 【解析】A.该电池通过锂离子定向移动导电，该电池若用隔膜，可选用阳离子交换膜，故A正确；B.石墨烯是负极，放电时，阳离子向正极移动，Li+从石墨烯中脱出有利于回收，故B正确；C.放电时，正极得电子发生还原反应，电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2，故C正确；D.充电时，电路中每转移1 mol e-，有1 mol Li+进入负极，石墨烯电极质量增加7 g，故D错误。 方｜法｜点｜拨 (1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。 (2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。 (3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断，分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。 ①首先应分清电池是放电还是充电。 ②再判断出正、负极或阴、阳极。，放电：阳离子→正极，阴离子→负极；，充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。 【变式7-1】新型锂-空气电池具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示，其中固体电解质只允许Li+通过。下列说法正确的是(　　) A.有机电解液可以用水性电解液代替 B.金属锂为负极，发生还原反应 C.当外电路转移1 mol电子，理论上石墨烯电极消耗标准状况下11.2 L的O2 D.放电时电池的总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH 【答案】D 【解析】A.锂可以与水反应，故有机电解液不可以用水性电解液代替，A项错误；B.金属锂为负极，发生失电子的氧化反应，B项错误；C.当外电路转移1 mol 电子时，消耗0.25 mol的氧气，即理论上石墨烯电极消耗标准状况下5.6 L的O2，C项错误；D.该电池的负极反应为4Li-4e-===4Li+，正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-，将电极反应相加可得总反应的化学方程式4Li+O2+2H2O===4LiOH，D项正确。 题型八 微生物电池 【典例8】我国科学家设计的“海泥电池”既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.A电极为正极 B.H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动 C.负极的电极反应式为CH2O-4e-+H2O===CO2+4H+ D.高温下微生物蛋白质变性失活，故升温不一定能提高电池的效率 【答案】C 【解析】由图可知，A极物质由氧气转化为水，化合价降低，所以A极是正极，B极是负极，据此解答。A.由分析可知，A极是正极，B极是负极，故A正确；B.质子带正电荷，放电时向正极移动，所以质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动，故B正确；C.CH2O在微生物作用下与硫酸根离子反应生成CO2和HS-，并不是在负极的电极反应，负极上HS-失去电子发生氧化反应生成硫单质，电极反应式为HS--2e-===S↓+H+，故C错误；D.微生物蛋白质高温条件下会失活，故升温不一定能提高电池的效率，故D正确。 方｜法｜点｜拨 (1)根据题意分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。 (2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。 (3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。 (4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。 【变式8-1】某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2催化还原，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.电池工作过程中电子由a极经外电路流向b极 B.b极反应式:Cr2+6e-+14H+===2Cr3++7H2O C.电池工作过程中a极区附近溶液的pH减小 D.每生成33.6 L CO2，则处理1 mol Cr2 【答案】D 【解析】由图可知，a极乙酸生成二氧化碳和氢离子，发生氧化反应为负极，反应为CH3COOH-8e-+2H2O===2CO2↑+8H+；b极Cr2转化为Cr3+，发生还原反应，为正极，反应为Cr2+6e-+14H+===2Cr3++7H2O；A.电池工作过程中，电子由负极流向正极，即由a极流向b极，故A正确；B.b极发生还原反应，电极反应式正确，故B正确；C.电池工作过程中a极区生成氢离子，电极附近溶液的pH减小，故C正确；D.每生成33.6 L(标况下)CO2，二氧化碳的物质的量为1.5 mol，转移电子6 mol，根据电子守恒可知可处理1 mol Cr2，但是选项中未标明温度、压强，气体的物质的量不确定为1.5 mol，故D错误。 题型九 浓差电池 【典例9】浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是(　　) A.电池工作时，Li+通过离子导体移向X极区 B.电流由Y极通过外电路流向X极 C.正极发生的反应为2H++2e-===H2↑ D.Y极每生成1 mol Cl2，X极区得到2 mol LiCl 【答案】B 【解析】加入稀盐酸，X极上生成氢气，H+发生还原反应:2H++2e-===H2↑，X极为正极，Y极上Cl-发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑，Y极是负极，电池工作时，Li+向X极区移动，A、C正确；外电路中电流由正极X流向负极Y，B错误；Y极每生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，有2 mol Li+向正极移动，则X极区得到2 mol LiCl，D正确。 【变式9-1】如图是常温钠离子全固态浓差电池工作示意图。正极材料为层状含钠过渡金属氧化物，负极为钠锡合金(Na15Sn4)。下列说法合理的是(　　) A.该电池工作时不发生氧化还原反应 B.放电时，负极的反应为Na15Sn4-15e-===15Na++4Sn C.充电时，Na+会被吸附进入过渡金属氧化层 D.充电时，b极接电源的正极，a极接电源的负极 【答案】B 【解析】该电池放电时，是原电池工作原理，充电时，是电解池工作原理，无论是放电还是充电均发生了氧化还原反应，A错误；放电时，负极上钠锡合金(Na15Sn4)失电子发生氧化反应生成钠离子和锡，B正确；充电时，是电解池工作原理，Na+会向阴极移动，会脱离过渡金属氧化层，C错误；充电时，b极接电源的负极，a极接电源的正极，D错误。 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·陕西汉中·期中）如图是通过人工光合作用，以和为原料制备和的原理示意图，下列说法正确的 A．该装置将太阳能直接转化为电能 B．外电路电流方向是b→a C．电极b上发生氧化反应 D．转移到右侧时有的参与反应 【答案】B 【分析】由图可知电极上水失电子生成氧气，电极反应为：，电极为负极，电极为正极，电极上二氧化碳得电子生成甲酸，电极反应为：，据此分析作答。 【解析】通过人工光合作用，以为原料制备，该装置不是将太阳能直接转化为化学能，A错误；a电极为负极，电极为正极，外电路电流方向是，B正确；电极是正极，得到电子，发生还原反应，C错误；未告诉是否处于标准状况，无法计算二氧化碳的物质的量，D错误；故选B。 2．（24-25高二上·福建漳州·期中）肼(N2H4)常用作火箭推进器和燃料电池的燃料。一种以KOH溶液作电解质溶液、液态肼为燃料的电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，b电极的电极电势比a电极高 B．放电时，电子从b电极经负载流向a电极 C．离子交换膜为阳离子交换膜 D．a电极反应式为N2H4 + 4OH-+ 4e- =N2↑ + 4H2O 【答案】A 【分析】放电时，a电极N2 H4转化为N2，N化合价升高，发生氧化反应。因此a为负极，电极反应式为N2H4 +4OH-- 4e- =N2↑ + 4H2O；b为正极，电极反应式为O2+ 4e- + 2H2O = 4OH-。据此解答： 【解析】正极电极电势大于负极，故A正确；a电极上N2H4失去电子，电子通过负载由a流向b，故B错误；电解质为碱性，a电极附近消耗OH-，而b电极附近生成OH-，因此离子交换膜为阴离子交换膜，故C错误；a电极反应式为N2H4 +4OH-- 4e- =N2↑ + 4H2O，故D错误；故选A。 3．（24-25高二下·江苏扬州·期中）铅蓄电池放电的反应为：，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．电池工作时，负极的电极反应方程式为 D．反应中每生成1mol，转移电子数为2mol 【答案】C 【解析】电池工作时，Pb是负极、PbO2是正极，PbO2发生还原反应，故A错误；电池工作时，通过隔膜向正极移动，故B错误；电池工作时，负极Pb失去电子生成硫酸铅，电极反应方程式是，故C正确；总反应为Pb+PbO2+4H++2SO=2PbSO4+2H2O，则生成2mol硫酸铅转移2mol电子，故每生成1mol，转移电子数为1mol，故D错误；故选C。 4．（24-25高二下·四川宜宾·期中）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO−的溶液为例)。 下列说法正确的是 A．b极为电池负极 B．隔膜1为阳离子交换膜 C．a极的电极反应为：CH3COO-＋2H2O-8e-=2CO2↑＋7H+ D．当外电路中转移2mol电子时，模拟海水中质量减少58.5g 【答案】C 【分析】据图可知极上转化为，C元素被氧化，所以极为该原电池的负极，则极为正极。 【解析】根据分析可知，极为正极，A错误；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即极，则隔膜为阴离子交换膜，B错误；据图可知极上转化为，其电极反应为：，C正确；当电路中转移电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有移向负极，同时有移向正极，即除去，质量为，D错误；故选C。 5．（24-25高二下·江苏无锡·期中）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 【答案】B 【分析】Al和海水构成的原电池中，铝为活泼金属，发生失电子的氧化反应生成Al3+，则a电极为负极，b电极为正极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】由分析可知，Al为负极，则b为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，即海水中的Na+向b电极移动，故B正确；原电池工作时，a电极为负极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，随后发生反应：，离子净消耗，a电极区域的海水不会呈强碱性，故C错误；没有说明标准状况，故不能计算氧气的体积，故D错误；答案选B。 重难突破练（测试时间：10分钟） 6．（24-25高二下·江苏淮安·期中）研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．加入的HNO3起催化作用 B．电池工作时正极区溶液的pH升高 C．4.6g CH3CH2OH被完全氧化时有0.6molO2被还原 D．负极反应：CH3CH2OH＋3H2O-12e-=2CO2↑＋12H＋ 【答案】C 【分析】该电池为乙醇的酸性燃料电池，通入乙醇的一极为负极，发生电极反应式为：CH3CH2OH+3H2O-12e－＝2CO2↑+12H+，通氧气的一极为正极，由工作原理图可知，正极发生反应HNO3+3e－+3H+＝NO↑+2H2O，后续反应4NO+3O2+2H2O＝4HNO3，可知HNO3在正极起催化作用，据此分析解答； 【解析】结合分析可知，硝酸为正极催化剂，A正确；正极发生反应HNO3+3e－+3H+＝NO↑+2H2O，工作时pH升高，B正确；由分析可知，通入乙醇的一极为负极，发生电极反应式为：CH3CH2OH+3H2O-12e－＝2CO2↑+12H+，1molCH3CH2OH被完全氧化时转移12mol电子，4.6gCH3CH2OH即0.1molCH3CH2OH转移1.2mol电子，1mol氧气得到4mol电子，则有0.3molO2被还原，C错误；由分析可知，负极反应：CH3CH2OH＋3H2O-12e-=2CO2↑＋12H＋，D正确；故选C。 7．（24-25高二下·广东惠州·期中）利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液浓缩再生，电池装置如下图所示，向a极室中加入足量氨水后电池开始工作，下列说法错误的是 A．b电极为电池正极 B．该装置中的离子交换膜为阴离子交换膜 C．热再生部分发生反应：，实现氨的循环利用 D．a电极的电极反应式为： 【答案】D 【分析】由图知，a 电极：，Cu元素 化合价升高（0→+2），失电子，作负极，电极反应式为，b 电极：，Cu元素化合价降低（+2→0），得电子，作正极，电极反应式为，据此回答。 【解析】b 电极：，Cu元素化合价降低（+2→0），得电子，作正极，A正确；负极区（a）生成（正电荷），正极区（b）消耗 （正电荷），阴离子 向负极（a）移动（阴离子移向负极），故交换膜为 阴离子交换膜，B正确；热再生反应 ，NH3可循环回a极，实现氨的循环利用，C正确；a为 负极，应失电子，正确反应式为：，D错误；故选D。 8．（24-25高二下·云南保山·期中）我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为和，相应的产物为和。下列说法错误的是 A．电极的电势低于电极 B．电池工作一段时间后，溶液、稀硫酸的均不变 C．双极膜中向极迁移 D．当消耗时，双极膜中解离水的物质的量为 【答案】B 【分析】电极材料分别为和，相应的产物为和。则M为Zn，作负极，电极反应为，N为MnO2，为正极，电极反应为，根据原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，膜a为阴离子交换膜，OH-通过a进入左侧，膜b为阳离子交换膜，H+通过b进入右侧，据此解答。 【解析】电极为负极，电势低于电极，A正确；结合中间层，M电极Zn失去电子转化为，电极反应为，转移2个电子消耗4个OH-，由中间层进入的OH-少于消耗的OH-，pH减小；N为MnO2，为正极，电极反应为，转移2个电子消耗四个氢离子，由中间层进入的H+少于消耗的H+，增大，B错误；结合分析，双极膜中向极迁移，C正确；M电极反应为，当消耗时，转移0.2mol电子，根据每分子水分解需要转移1个电子，解离为1个H+、1个OH-，双极膜中解离水的物质的量为，D正确；故选B。 9．（24-25高二下·安徽蚌埠·期中）厦门大学梁汉锋教授和吉林师范大学FenYao博士研发了双金属RuCo预催化剂用于硝酸脚流动电池，该电池可用于废水的自发净化，同时降低成本、产生燃料和电力。该电池电解质溶液是KOH溶液，其示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电流由N极经导线流向M极 B．M极附近溶液减小 C．N极电极反应式： D．每转移2mol电子时，产生氮气与消耗的物质的量之比为1：2 【答案】D 【分析】电极M处氮元素化合价升高，N2H4被氧化为N2，M为负极，根据氮元素化合价变化情况、结合电荷守恒、原子守恒可得到负极式为；电极N处氮元素化合价降低，被还原为，N为正极，根据氮元素化合价变化情况、结合电荷守恒、原子守恒可得到正极式为。由于负极消耗而正极生成，离子交换膜为阴离子交换膜，由N极室透过离子交换膜进入M极室。 【解析】结合分析知，M是负极、N是正极，则电池工作过程中，电子由M极经导线流入N极，电流由N极经导线流向M极，故A正确；结合分析知，M是负极，且负极式为，则M极附近溶液减小，故B正确；结合分析知，N是正极，且正极式为，故C正确；由负极式知，由正极式知，则每转移2mol电子时，产生氮气与消耗的物质的量之比为，故D错误；故选D。 10．（24-25高二下·湖南·期中）中国科学院施剑林报道了一种新型的自供能电化学共催化体系(self-co-electrolysis system，SCES)，该系统可以在无需外界供能的条件下在两极同时得到高附加值化学品，原理如图所示。下列有关该装置工作时的叙述正确的是 A．Zn极为正极，发生了还原反应 B．电解质溶液中向负极区迁移 C．正极产生，负极生成 D．电解质可能是 【答案】C 【分析】该原电池中，锌作负极，失去电子，则石墨极为正极，该极水得电子生成氢气，池的总反应式为，据此分析作答； 【解析】锌电极作电池负极，失去电子，发生了氧化反应，A错误；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，向正极区迁移，B错误；据分析可知，正极产生，负极生成，C正确；根据总反应，电解质可能是，D错误；故选C。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $