4.2 原电池和化学电源 第2课时（同步讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第四章 氧化还原反应和电化学 第二节 原电池和化学电源 第2课时 化学电源 教学目标 1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 2.充分利用铅蓄电池、氢氧燃料电池等案例素材，提高对原电池工作原理的认识。 3.学会制作简单的燃料电池。 重点和难点 二次充电电池电极方程式书写，燃料电池处理、相关原电池的计算 ◆知识点一 化学电源概述 化学电源按其反应原理分类： 1．结构简单一次电池——普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池 2. 反复使用二次电池——又称为充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。 3. 连续工作燃料电池 4. 新型电池 即学即练 1．下列有关化学电源的描述正确的是 ①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生　②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生　③任何电池都是依据原电池的原理制造的 　④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 A．①②③④ B．①②④ C．③④ D．①②③ 【答案】B 【解析】①一次电池是活性物质消耗后不能再生的电池，常见的干电池属于一次电池，故正确； ②二次电池放电后可以再充电，使活性物质获得再生，故正确； ③有些电池不是依据原电池的原理制造的，如太阳能电池，故错误； ④化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池，与其他能源相比，具有携带方便，故正确； ①②④正确，故选B。 2．下列劳动项目与所述的化学知识有关联的是 选项 劳动项目 化学知识 A 工业上利用合成氨实现人工固氮 具有还原性 B 制作化学电源 将电能转化为化学能 C 玻璃厂工人用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 氢氟酸具有弱酸性 D 葡萄酒中加入适量 可防止氧化，起到保质作用 【答案】D 【解析】A．氮气和氢气合成氨气过程中，氮气中的氮元素化合价降低，表现氧化性，劳动项目和化学知识不相关，A错误； B．制作化学电源，是将化学能转化为电能，B错误； C．氢氟酸能与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，反应中氢氟酸未表现酸性，则用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃与氢氟酸的酸性无关，C错误； D．葡萄酒中加入适量，起到杀菌作用，同时具有还原性，是一种抗氧化剂，防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保质作用，D正确； 故答案选D。 3．某化学兴趣小组设计了用化学电源使LED灯发光的装置(如图所示)。下列关于该装置的说法错误的是 A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 B．氢离子在石墨表面被还原，产生气泡 C．负极的电极反应式为： D．外电路中电子由铁经导线流向石墨 【答案】C 【分析】铁比石墨活泼，形成原电池反应时，铁为负极，石墨为正极，正极发生还原反应生成氢气，以此解答该题。 【解析】A．原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，故A正确； B．石墨为正极，氢离子在石墨表面被还原，产生氢气，故B正确； C．极的电极反应式为：，故C错误； D．外电路中电子由负极流向正极，即由铁经导线流向石墨，故D正确； 答案选C。 ◆知识点二 干电池 碱性干电池比普通干电池性能好，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，是普通干电池的升级换代产品。 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－ 碱性锌锰干电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 碱性锌锰干电池的电压为 1.5 V，在生产、生活中应用非常广泛，如作为手电筒、遥控器、玩具汽车、电动剃须刀、钟表等的工作电源。 但废弃电池中的化学品会污染环境，在垃圾分类中应作为“有害垃圾”处置。 教材延伸 随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 即学即练 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．甲：向Zn电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为 C．丙；锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，正极区溶液的pH变小 【答案】D 【解析】A．甲构成原电池，Zn作负极，向Zn电极方向移动，A正确； B．乙中Ag2O作正极，Ag2O被还原生成Ag，则正极的电极反应式为：，B正确； C．丙中锌筒作负极，Zn被氧化生成Zn2+，锌筒会变薄，C正确； D．铅蓄电池放电过程中，正极反应式为：，即H+被消耗，正极区溶液的pH变大，D错误； 故选D。 2. 化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲所示装置属于二次电池，锌作负极 B．图乙所示装置工作时，盐桥中的Cl-会向右池移动 C．图丙所示装置工作时，正极的电极反应式为 D．图丁所示装置工作时，正极的电极反应式为 【答案】D 【解析】A．图甲所示电池为锌锰干电池，属于一次电池，A错误； B．图乙所示装置工作时，盐桥中的会向负极移动，即向左池移动，B错误； C．图丙装置工作时，镁电极是正极，得电子，反应式为，C错误； D．图丁装置工作时锌电极是负极，氧化银电极是正极，D正确； 故选D。 3. 下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是 A．上述电源分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池中每通过，负极减轻 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【答案】C 【解析】A．由装置可知三种电源分别为一次电池、二次电池和燃料电池，故A正确； B．干电池中Zn作负极，Zn作负极，失电子，逐渐溶解，因此长时间使用后，锌筒被破坏，故B正确； C．铅蓄电池负极反应为：，每通过，负极增重，故C错误； D．氢氧燃料电池总反应为2H2+O2=2H2O，产物无污染，且能量转化率高，是一种具有应用前景的绿色电源，故D正确； 故选：C。 ◆知识点三 铅酸蓄电池 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。 铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面。 目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 放电过程中 负极：Pb+SO42--2e-=PbSO4 正极：PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O 电解质：硫酸溶液 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O 充电过程中 阴极(发生还原反应)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO42- 阳极(发生氧化反应)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42- 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O 特别提醒 放电过程中， 负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。 充电时， 铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。 铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重、保养要求严格，废弃后易污染环境。 即学即练 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．酸性锌锰干电池的负极为石墨棒 B．铅蓄电池属于二次电池 C．铅蓄电池的正极为Pb D．铅蓄电池放电时，负极质量逐渐减小 【答案】B 【解析】A．酸性锌锰干电池的负极为锌筒，正极为石墨棒，故A错误； B．铅蓄电池可充放电，属于二次电池，故B正确； C．铅蓄电池的负极为Pb，故C错误； D．铅蓄电池放电时，负极发生反应：，电极质量增大，故D错误； 故选：B。 2．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理为，下列说法正确的是 A．发生氧化反应 B．电子从电极经外电路流向电极 C．溶液中向负极移动 D．发生的电极反应式为 【答案】C 【分析】据反应原理可知，锌元素化合价升高发生氧化反应，锌为负极，则Ag2O为正极反应物.。 【解析】A．中银元素化合价降低，发生还原反应，故A错误； B．原电池中电子从负极流出经外电路流入正极，即电子从电极经外电路流向电极，故B错误； C．原电池内电路，溶液中阴离子向负极移动，故C正确； D．发生的电极反应式为，故D错误； 故答案为：C。 3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电子由锌经电流表流向铜，再由铜经电解质溶液流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 【答案】B 【解析】A．铜锌原电池中，锌是负极，铜是正极，电子是从负极经导线流经正极，但是电子不会经过电解质溶液，故A错误； B．正极为氧化银得电子发生还原反应，电解质溶液为氢氧化钾，所以正极的极反应为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，故B正确； C．锌锰干电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，故C错误； D．铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为，故D错误； 答案选B。 ◆知识点四 锂离子电池 负极：层状石墨材料 正极：含锂的化合物 充电时，正极材料发生氧化反应，Li+ 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极发生还原反应，插入层状石墨中，负极由贫锂状态到富锂状态。 以钴酸锂-石墨锂电池为例 负极：LixC6－xe－=6C＋xLi＋ 正极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2 电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CoO2=LiCoO2＋6C 以石墨烯材料替代层状石墨材料的石墨烯锂离子电池，具有导电性能高、充电快速、耐高温和低温性能好的特点。 石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。 教材延伸 锂离子电池具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等优点；但成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。 即学即练 1．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。 【解析】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。 2．下列科技成果中所蕴含的化学知识叙述不正确的是 A．新能源汽车所使用的三元锂电池和磷酸铁锂电池都属于二次电池 B．光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅 C．在“人造太阳”中发生核聚变的是的同位素 D．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体 【答案】B 【解析】A．三元锂电池和磷酸铁锂电池可反复充放电，属于二次电池，A正确； B．光导纤维的主要材料是二氧化硅（SiO2），而非单质硅，B错误； C．3H（氚）、2H（氘）与1H（氕）质子数相同，中子数不同，互为同位素，C正确； D．螺旋碳纳米管和石墨烯均为碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，D正确； 故选B。 3．硫锂电池具有高能量密度且价格低廉。一种添加有机电解质的新型硫锂电池，添加剂4-巯基吡啶(4MPy)可先在体系中转化为吡啶硫醇锂(Li-PyS)，其后放电过程的工作原理如图所示。设为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．放电过程中的催化剂为4MPy B．若Li-PyS与反应的物质的量之比为1∶1，则中的m为5 C．1mol 完全转化为，理论上得到电子数目为 D．正极总的电极反应式可表示为 【答案】C 【分析】放电过程中，右侧Li-PyS先消耗再生成，为催化剂，正极上S8最终还原为Li2S，负极上Li氧化为Li+。 【解析】A．放电过程中，右侧Li-PyS先消耗再生成，为催化剂，A错误； B．若Li-PyS与反应的物质的量之比为1∶1，即，m为4，B错误； C． 转化为：，则1mol 完全转化为，理论上得到电子数目为，C正确； D．正极发生得电子的还原反应，正极总的电极反应式可表示为，D错误； 故选C。 ◆知识点五 燃料电池 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。 氢氧燃料电池（碱性介质） 负极：氢气 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极： 氧气 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电解质溶液：氢氧化钾溶液 电池总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 氢氧燃料电池（酸性介质） 负极：氢气 2H2 - 4e- === 4H+ 正极： 氧气 O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O 电解质溶液：硫酸 电池总反应： 2H2 + O2 =2 H2O 易错提醒 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－ 即学即练 1．燃料电池具有能量转换效率高、废弃物排放少、运行噪音小等优点。下列说法正确的是 A．电路中每转移4 mole-，标准状况下，两极共消耗33.6 L气体 B．a电极上发生的反应为： C．该电池工作过程中只存在2种形式的能量转化 D．溶液中的向b电极移动 【答案】A 【分析】根据图中装置可知，通入氧气的一极为正极，通入甲烷的一极为负极，电解质环境为碱性，电池总反应为，负极反应为，正极反应O2+4e-+2H2O=4OH-，由此解答。 【解析】A．电路中每转移4 mol e-，负极消耗0.5 mol甲烷，正极消耗1 mol氧气，共消耗1.5 mol气体，标准状况下消耗气体的体积为33.6 L，A正确； B．由图可知，CH4在负极失去电子生成碳酸根离子，a电极为负极，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：，B错误； C．电池工作过程中存在化学能、电能和热能的能量转化，C错误； D．O2在正极得到电子生成OH-，b电极为正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，OH-移向负极a，D错误； 故答案为A。 2．已知：  。某研究小组自制的熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图。下列说法错误的是 A．电池工作时，向电极移动 B．当该装置消耗时，实际产生的电能小于 C．负极上氢元素与碳元素均发生氧化反应 D．正极反应式为 【答案】C 【分析】氢气在电极X失电子，X电极反应式为 ，X是负极；氧气在Y电极得电子生成碳酸根离子，Y是正极。 【解析】A．电池工作时，阴离子向负极移动。电极X为负极，向负极X移动，故A正确； B．根据  ，消耗时放出241.9 kJ的能量，电池能量转化存在损耗，实际电能小于241.9 kJ，故B正确； C．负极通入H2，电极反应式为，氢元素从0价升至+1价，碳元素化合价不变，氢元素发生氧化反应，碳元素未发生氧化反应，故C错误； D．氧气在正极得电子生成碳酸根离子，正极反应式为，故D正确； 选C。 3．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，一种氢氧燃料电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极1为正极，发生还原反应 B．电子由电极2经导线流向电极1 C．外电路中每转移，理论上消耗的体积为11.2L(标准状况) D．氢氧化钾溶液中的向电极1移动 【答案】C 【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。 【解析】A．由分析可知，电极1为正极，O2在正极得到电子发生还原反应，A正确； B．由分析可知，电极1为正极，电极2是负极，电子由电极2经导线流向电极1，B正确； C．由分析可知，O2在正极得到电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e－=4OH－，外电路中每转移，理论上消耗0.25mol，体积为5.6L(标准状况)，C错误； D．由分析可知，电极1为正极，电极2是负极，氢氧化钾溶液中的向电极1移动，D正确； 故选C。 1、 电极反应方程式书写 一个电极为单质一个电极为化合物，单质失电子作负极，化合物得电子作正极。当产生新的离子时需要进入环境考虑与电解质溶液环境是否共存。最终确定电解方程式和总反应方程式。 实践应用 1．常见的锌锰干电池的构造如图所示，放电时的电池反应为。 已知：在水溶液中可电离出和。 请回答下列问题： （1）该电池放电时能量的主要转化形式为 ，放电之后内部的化学反应 （填“能”或“不能”）逆向进行。 （2）糊的作用是 ；该干电池在使用的过程中，电子由 （填“锌筒”或“石墨棒”，下同）经导线流向 。 （3）锌筒发生的反应为 （填“氧化反应”或“还原反应”）；电路中每转移个电子，生成的质量为 g。 【答案】（1）化学能转化为电能 不能 （2）作电解质溶液 锌筒 石墨棒 （3）氧化反应 8.8 【解析】（1）原电池是将化学能转化为电能的装置，该锌锰干电池放电时是原电池工作原理，所以能量的主要转化形式为化学能转化为电能，干电池属于一次电池，放电之后内部的化学反应不能逆向进行。 （2）糊作为电解质溶液，在电池内部起到传导离子，形成闭合回路的作用，锌锰干电池中，锌筒为负极，石墨棒为正极，放电时电子由负极经导线流向正极。 （3）锌筒作负极，在负极上锌失去电子发生氧化反应，根据锌锰干电池放电时的电池反应可知，每生成，电路中转移个电子，所以电路中每转移个电子，可生成，换算成质量为8.8g。 2．科学家研制了一种电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量，下列叙述正确的是 A．放电时，阳离子向电极移动 B．放电时，电极电势较低 C．放电时，正极反应有 D．放电时，电极质量减少，则电极生成了 【答案】C 【分析】电池工作一段时间后，电极上检测到和少量，该过程中Mn元素被还原，为正极，因此Zn电极为负极。 【解析】A．放电时，阳离子向正极移动，Zn电极为负极，阳离子应向MnO2电极（正极）移动，A错误； B．放电时，正极电势高于负极，MnO2为正极，电势较高，B错误； C．放电时，MnO2电极（正极）发生还原反应，Mn元素从+4价降低为+3价（MnOOH中Mn为+3价），结合水和电子生成MnOOH和OH-，反应式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确； D．Zn电极质量减少1.30g（物质的量为=0.02mol），转移0.04mol电子，正极Mn元素均从+4价降为+3价（MnOOH和ZnMn2O4中Mn均为+3价），转移电子总数等于生成Mn(Ⅲ)总物质的量，但因有少量ZnMn2O4生成，MnOOH物质的量小于0.04mol，D错误； 综上所述，答案为C。 3．二氧化铅—铜电池是一种电解质可循环流动的新型电池(如图所示)。下列有关该电池的说法不正确的是 A．电池工作时，电子由 Cu电极经负载流向 PbO₂电极 B．电池工作过程中，电解质溶液的质量逐渐变小 C．电池总反应式为： D．为了维持该电池长时间稳定工作，需定期及时向循环液中补充H2SO4 【答案】B 【分析】电池工作时，Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+，Cu是负极；PbO2得电子生成硫酸铅，PbO2电极是正极。 【解析】A．电子从负极流向正极，Cu为负极，PbO2为正极，电子经负载由Cu流向PbO2，故A正确； B．总反应为PbO2+Cu+2H2SO4=PbSO4+CuSO4+2H2O，若反应消耗2mol H2SO4，进入溶液中1 molCu和1 mol PbO2，从溶液中沉淀出1 mol PbSO4，1 molCu和1 mol PbO2的总质量为303 g，1 mol PbSO4的质量为303 g，所以溶液质量不变，故B错误； C．负极反应：Cu-2e⁻=Cu²⁺，正极反应：PbO2+4H++ +2e⁻=PbSO4+2H2O，总反应为二者相加，即，故C正确； D．总反应消耗H2SO4，所以需定期补充硫酸，故D正确； 选B。 2、 判断不同环境中的燃料电池 注意关注 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－ 总反应方程式也要与所处的环境相统一。 实践应用 1．燃料电池是一种高效无污染的电池，其结构如图所示(两电极均为惰性电极)。下列说法错误的是 A．a电极为正极 B．b电极上发生还原反应 C．电池工作时，移向a电极 D．a电极上的电极反应式为 【答案】A 【分析】燃料电池中，燃料通入负极（a为负极），氧气通入正极（b为正极）。 【解析】A．由上述分析可知，通入燃料甲醇的电极为负极，A错误； B．b电极为正极，正极上氧气得电子发生还原反应，B正确； C．电池工作时，阴离子（OH⁻）移向负极，C正确； D．a电极为负极，甲醇在碱性条件下氧化为，C元素从-2价升至+4价，失去6个电子，电极反应式为CH3OH + 8OH⁻ - 6e⁻ =+ 6H2O，D正确； 故答案选A。 2．英国科学家发明的尿素微生物电池的反应为：，电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．该装置能够在高温下工作 B．装置工作时，电流由电极b沿导线流向电极a C．b极发生的反应为： D．装置工作时，每消耗22.4 L ，电路中转移4 mol 【答案】C 【分析】原电池工作时，b电极上发生失电子的氧化反应生成，a电极上发生得电子的还原反应生成，则b是负极，a是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上，正极反应为，据此解答该题。 【解析】A．该装置为微生物电池，微生物在高温下会失活，无法工作，故A错误； B．在a极氧气得电子转化为水，发生还原反应，应该为正极，故电流由电极a沿导线流向电极b，故B错误； C．b极为负极，尿素发生氧化反应，N元素从-3价升至0价，每个尿素分子失去6e⁻，电极反应式为，故C正确； D．未指明为标况，无法计算氧气的物质的量及转移电子数，故D错误； 故答案选C。 3．一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示（电极A、B均为惰性电极），该装置工作时，下列说法正确的是 A．、均往负极迁移 B．存在极性键和非极性键的断裂 C．能量转化形式主要是电能转化为化学能 D．正极上的电极反应式为 【答案】B 【分析】根据一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理可知正极反应表示为：，负极发生的反应有两个：、。 【解析】A．原电池工作时，阳离子向正极移动，A错误； B．根据分析可知、中的极性键断裂，中的非极性键断裂，B正确； C．原电池中能量转化形式主要是化学能转化为电能，C错误； D．正极上的电极反应式为，D错误； 故选B。 3、 新型电池 新型电池，需要关注主干题目和电极处的箭头，确定反应物和生成物。在根据电极书写原理书写电极反应方程式。 实践应用 1．在新型能源技术里，直接过氧化氢燃料电池备受关注。它的独特之处在于同时作燃料和氧化剂，能高效转换能量。某研究小组利用该电池和离子交换膜进行电解质溶液处理，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．该电池表明在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．离子交换膜1是阳离子交换膜，离子交换膜2是阴离子交换膜 C．理论上，当外电路通过时，中间室的质量增加34.8g D．电池的总反应为 【答案】C 【分析】由图中电子移动方向可知，左侧石墨为负极， 在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水，电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，负极室溶液中钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室；右侧石墨为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O，正极室溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜2进入中间室，则电池总反应为，据此解答。 【解析】A．由分析可知，左侧石墨为负极，在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水；右侧石墨为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应说明过氧化氢在酸性环境中的氧化性强于碱性环境，A正确； B．由分析可知，离子交换膜1是阳离子交换膜，离子交换膜2是阴离子交换膜，B正确； C．由分析可知，负极电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，则外电路通过0.2mol电子时，有0.2mol钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室，有0.1mol硫酸根离子通过阴离子交换膜2进入中间室，则中间室生成硫酸钾的质量为0.2mol××174g/mol=17.4g，C错误； D．由分析可知，电池总反应为：，D正确； 故选C。 2．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】A．电极为负极，电势低于电极，A正确； B．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； C．结合分析，双极膜中向极迁移，C正确； D．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。 3．热电化学电池是一种新型的低成本低品位热富集体系，其工作原理如图所示，含羧酸的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收驱动电极反应的发生。下列说法正确的是 A．该电池工作时电流由热端经外电路流向冷端 B．冷端的电极反应为 C．含羧酸的纳米颗粒在热端溶胀释放 D．该电池两极无温差时仍可持续放电 【答案】B 【解析】 由图可知，原电池工作时冷端，发生加氢反应(还原反应)，冷端为正极；热端，发生去氢反应(氧化反应)，热端为负极；正极反应为，负极反应为。 A．原电池中电子从负极经导线流向正极，故该电池工作时电子由热端经外电路流向冷端，电流流向与电子流向相反，A错误； B．冷端为正极，正极的电极反应式为，B项正确； C．热端为负极，负极的电极反应式为，则含羧酸的纳米颗粒在热端溶胀吸收驱动电极反应的发生，C错误； D．含羧酸的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收驱动电极反应的发生，则两极温差恒定时该电池不能再持续工作，D错误； 故选B。 考点一 浓差电池 【例1】浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置，当两极室离子浓度相等时放电完成。某浓差电池的工作原理如图所示(两室溶液的体积一直均为)。下列说法正确的是 A．电极Ⅱ的电势高于电极I B．电子从电极I流出经用电器流入电极Ⅱ C．电极I的电极反应式为： D．放电结束后，左右两室溶液质量变化量相等 【答案】D 【分析】该装置中电极Ⅰ为正极，电极反应式为：，电极Ⅱ为负极，电极反应式为：，通过阴离子交换膜，从左往右移动，据此解答。 【解析】A．电极Ⅱ的电势低于电极Ⅰ，故A错误； B．电子应从电极Ⅱ流出经用电器流入电极Ⅰ，故B错误； C．电极I的电极反应式为，故C错误； D．放电结束后，左右两室溶液浓度为，左侧减少的质量与右侧增加的质量相等，故D正确； 答案选D。 解题要点 浓差电池的核心是因为有浓度差，就存在电势差。有电势差就会形成电子的移动，从而产生电流。最终的结果是在反应过程中两电极所处环境中的浓度差越来越小，电势越来越小，最终停止反应。 【变式1-1】聚吡咯(PPy)是一种光敏型半导体，在紫外光照射时能快速产生，其制成的纳米管反应如下：。通过PPy纳米管道一端正电荷分布密度的变化，在电解质溶液中产生离子电流。使用PPy构建一种浓差电池，用来提取天然水中的氢能，其构造如图。下列叙述错误的是 A．a极的电势高于b极 B．a极电极反应式： C．PPy纳米管道左端的正电荷分布密度大 D．照射一段时间后关闭光源，纳米管道中仍会存在微弱电流 【答案】C 【分析】PPy在紫外光照射时能快速失电子产生，则b电极有电子流出，b是负极；a是正极，氢离子得电子生成氢气。 【解析】A．b是负极、a是正极，正极电势高于负极，故A正确； B．a极为正极，H+在正极得电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故B正确； C．紫外光照射右侧PPy管道，促进失电子产生，所以右端正电荷分布密度大，故C错误； D．关闭光源后，暗态下逆向反应进行，PPyn+与H2反应，电荷重新分布，离子继续移动产生微弱电流，故D正确； 选C。 【变式1-2】在碳中和愿景下，全球范围内可再生能源不断开发。一种新研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许通过）。下列说法错误的是 A．通过钠超离子导体由极区移动到极区 B．电极上的电极反应为 C．工作一段时间极附近可能有白色固体析出 D．该电池中的有机电解液可选用乙醇 【答案】D 【分析】由电池工作原理示意图可知反应中Na被氧化为钠离子，为原电池的负极，则a电极反应式为Na-e-=Na+，b为正极，b电极反应式为，原电池工作时，阳离子向正极移动，电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，以NaHCO3晶体析出，据此分析解题。 【解析】A．原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，a电极是负极，则从a极移动到b极，故A正确； B．b为正极，发生还原反应，电极b上的电极反应为，故B正确； C．a电极生成的Na+经钠超离子导体移动到b电极，当电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，b极区可能发生反应，即工作一段时间b极附近可能有白色固体析出，故C正确； D．钠和乙醇能发生置换反应，该电池中的有机电解液不可选用乙醇，故D错误； 故选D。 考点二 钠电池 【例2】我国科学家研发的全固态钠硫二次电池已从实验室走向产业化，新型陶瓷电解质在该电池上的应用，解决了传统液态电解液易燃易爆的问题。下列说法不正确的是 A．钠硫电池能实现化学能到电能的转化 B．钠硫电池放电时硫元素发生还原反应 C．遥控器常用的锌锰干电池属于一次电池 D．钠硫电池放电时，内部有阴离子向正极迁移 【答案】D 【解析】A．钠硫电池作为二次电池，放电时能实现化学能到电能的转化，A正确； B．钠硫电池放电时，钠失去电子作负极，硫元素得到电子，发生还原反应，B正确； C．遥控器常用的锌锰干电池不能充电，属于一次电池，C正确； D．钠硫电池放电时，作为电解质，内部是阳离子（）向正极迁移，阴离子向负极迁移，D错误； 综上，答案是D。 解题要点  钠电池和锂电池相似，都是金属嵌入非金属环境中。并且Na单质与Li单质都不能直接与水溶液环境接触，Na单质与Li单质都会与水反应，使化学能转化为电能。 【变式2-1】我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”“”电池。以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电时该电池“吸入”，充电时“呼出”。该电池“吸入”时的总化学方程式为：。其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．“吸入”时，电子流向为MWCNT→导线→钠箔 B．该电池可用NaCl溶液做电解质 C．放电时，MWCNT处的电极反应式为 D．每吸收6.72L(标准状况下)，转移的电子数目为1.2mol 【答案】C 【分析】由题意可知该电池中钠箔做电源负极，而MWCNT电极做正极，由此解答。 【解析】A．“吸入”时，由分析可知钠箔为负极，电子流向为钠箔→导线→MWCNT，故电流流向为MWCNT→导线→钠箔，故A项错误； B．溶液中的水会与金属钠反应，不能用来做电解质溶液，故B项错误； C．放电时，正极上得电子和反应生成和C，由分析知正极电极方程式为，故C项正确； D．标准状况下，为，由总化学方程式可知每吸收，消耗，转移的电子为，故D项错误； 故答案选C。 【变式2-2】难溶电解质的溶度积难以被直接测量，根据溶液中相关离子浓度会对电池的电动势产生影响，可通过设计原电池将测出。某研究小组设计了如图所示的电池装置，已知：电池工作时浓度保持不变，该电池的电动势，。下列说法正确的是 A．A极电势高于B极电势 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C． D．电路中转移1 mol电子，装置左端溶液质量增加62g 【答案】C 【分析】溶度积常数相关计算、新型电池、原电池有关计算由图可知，A电极为原电池的负极，氯离子作用下银在负极失去电子发生氧化反应生成氯化银，B电极为正极，银离子在正极得到电子发生还原反应生成银，右池中硝酸根离子通过阴离子交换膜进入左池。 【解析】A．A电极为原电池的负极，A极电势低于B极电势，A错误； B．由分析可知，放电过程中，右池中硝酸根离子通过阴离子交换膜进入左池，B错误； C．由公式可知，，由图可知，正极区溶液中银离子浓度为，则负极区溶液中银离子浓度为，由左池中氯离子浓度为可知，氯化银的溶度积，C正确； D．电路中转移1 mol电子，装置左端生成1 mol AgCl，左侧溶液中减少1 mol，根据电荷守恒，右池溶液中1 mol通过阴离子交换膜进入左池，左池溶液质量增加，D错误； 故答案选C。 考点三 原电池的计算 【例3】Sn/SnO2@NC电极使CO2还原催化性能得到了很大的提高，为高性能CO2还原催化剂的设计提供了新的思路，同时可充放电Zn-CO2电池的构建为绿色能源转换和存储系统提供了新的方案，如图所示。 下列说法正确的是 A．该原电池中，CO2在负极发生还原反应 B．电子由a极流出经过膜M向b极迁移 C．每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.4mol电子 D．a极反应式为 【答案】D 【分析】在可充放电Zn-CO2电池中，CO2→HCOOH，C元素由+4价降低为+2价，则b电极为正极，得电子发生还原反应；a电极为负极，Zn失电子发生氧化反应。 【解析】A．由分析可知，该原电池中，b电极为正极，CO2得电子发生还原反应，A不正确； B．原电池工作时，a极为负极，b极为正极，电子由a极流出，沿导线向b极迁移，电子不能通过电解质溶液，则不能经过膜M，B不正确； C．4.6gHCOOH的物质的量为=0.1mol，CO2+2e-+2H+=HCOOH，则每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.2mol电子，C不正确； D．a极为负极，Zn失电子产物与电解质反应生成[Zn(OH)4]2-，则电极反应式为，D正确； 故选D。 解题要点 原电池的计算题一般步骤 1. 正确书写电极反应方程式和总反应方程式。 2. 根据电子转移数目，得失电子守恒。 【变式3-1】海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极电势低于极 B．b极发生还原反应 C．海底沉积层产生的通过海水向极移动 D．理论上海底沉积层中消耗，电路中转移电子 【答案】C 【解析】A．a极反应生成了，发生了还原反应，极为正极，正极电势比负极高，A错误； B．在微生物作用下生成在极生成了单质，极发生了氧化反应，B错误； C．a是正极、b是负极，阳离子移向正极，海底沉积层产生的通过海水向正极a极移动，C正确； D．理论上海底沉积层中消耗，则有在极反应，转移电子，D错误。 故选C。 【变式3-2】下图是“海水-河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响)，其中a、b均为复合电极，的电极反应式为。下列说法正确的是 A．的电极反应式为 B．内电路中，由极区向极区迁移 C．工作一段时间后，两极溶液的浓度差减小 D．电路中转移时，理论上a极区模拟海水的质量减少23g 【答案】BC 【分析】该装置为原电池装置，由图中电子的移动方向可知，a极为负极，电极反应式为，b极为正极，电极反应式为，钠离子透过阳离子交换膜由模拟海水进入模拟河水中，据此分析解题。 【解析】A． 由分析可知，a极为负极，电极反应式为，故A错误； B． 原电池内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则内电路中，由极区向极区迁移，故B正确； C．a极区氯离子不断与银离子结合转变为氯化银，钠离子透过离子交换膜向b极区迁移，b极区氯化银不断生成氯离子，则工作一段时间后，两极溶液的浓度差减小，故C正确； D．电路中转移时，a极区有转化为氯化银，由极区向极区迁移，则理论上a极区模拟海水的质量减少58.5g，故D错误； 故答案选BC。 基础达标 1．下列过程对应的化学或离子反应方程式正确的是 A．硫酸铅蓄电池的负极反应： B．用稀盐酸洗涤盛石灰水的试剂瓶口的附着物： C．用检验输送液氯的管道是否泄漏： D．用饱和溶液除去中的杂质： 【答案】C 【解析】A．硫酸铅蓄电池的负极反应中，Pb应生成PbSO4而非Pb2+，正确反应为，A错误； B．稀盐酸与碳酸钙反应时，CaCO3为固体，不能拆写，正确离子方程式为，B错误； C．NH3与Cl2反应生成NH4Cl和N2，方程式符合氧化还原反应规律（Cl2为氧化剂，NH3为还原剂），C正确； D．HCl与HSO3-反应的离子方程式应为H+ + = SO2↑ + H2O，D错误； 答案选C。 2．科学家设计出一款新的微型锌-空气电池，可为体内胶体机器人、传感器等微米级设备供电。电池工作示意图如图所示，下列有关说法正确的是 A．电子从Pt电极流出 B．在Pt电极上发生氧化反应 C．Pt电极附近溶液的pH升高 D．Zn电极的电极反应式为 【答案】C 【解析】A．由示意图可知，Pt电极上O2得到电子、发生还原反应，Pt电极为正极，Zn电极上Zn发生失去电子的氧化反应，Zn电极为负极，电子从负极流出，电子应从Zn电极流出，Pt为正极，电子流入Pt电极，A错误； B．在Pt电极上得到电子，发生还原反应，而非氧化反应，B错误； C．Pt电极（正极）上发生还原反应：，导致Pt电极附近溶液浓度增大，pH升高，C正确； D．Zn电极上发生氧化反应，电极反应式为，D错误； 故答案选：C。 3．实验是检验真理的唯一标准，下列装置能形成原电池，但相关说法错误的是 A．Cu作负极，C作正极，FeCl3为电解质溶液 B．Al作负极，Mg作正极，NaOH为电解质溶液 C．Fe作负极，铜作正极，硝酸为电解质溶液 D．Fe作负极，铜作正极，NaCl为电解质溶液 【答案】C 【解析】A．Cu与FeCl3溶液能发生自发氧化还原反应：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，Cu失电子作负极，C为正极，FeCl3为电解质溶液，A正确； B．Al能与NaOH溶液反应：2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑，而Mg不反应，Al失电子作负极，Mg作正极，NaOH为电解质溶液，B正确； C．Fe遇浓HNO3会钝化，表面形成致密氧化膜，Cu能与浓HNO3反应：Cu+4H++=Cu2++2NO2↑+2H2O，此时Cu失电子作负极，Fe作正极，C错误； D．NaCl溶液为中性，Fe发生吸氧腐蚀，Fe失电子作负极，Cu作正极，氧气在正极得电子，D正确； 故答案为C。 4．酸度计的工作原理如图所示。参比电极能维持一个稳定的电势，玻璃电极的电势随待测溶液pH的不同而发生变化，两个电极的电势差可由电流表测定，待测溶液的 (E为电势差，K为常数)。下列说法错误的是 A．电流表的示数随待测溶液中H⁺浓度不同而发生变化 B．若玻璃电极为低电势，则该电极反应式为 C．常温下，当K=0.2、E=0.377 V，则待测溶液的pH=0.3 D．使用酸度计测量不同温度下NaOH溶液的pH，其值相同 【答案】D 【分析】pH计的工作原理是通过测定电池电动势E(即玻璃电极和参比电极的电势差)来确定待测溶液的pH，则pH计工作时，化学能转化为电能，以此解答。 【解析】A．由题意可知，玻璃电极的电势随待测溶液pH的不同而发生变化，两个电极的电势差可由电流表测定，则电流表的示数随待测溶液中H⁺浓度不同而发生变化，A正确； B．在原电池中，正极的电极电势比负极的电极电势高，若玻璃电极为低电势，则参比电极为正极，玻璃电极为负极，Ag失电子产物与电解质反应生成AgCl，电极反应式：，B正确； C．pH与电池的电动势E存在关系：，室温下，当K=0.2、E=0.377 V，则pH==0.3，C正确； D．不同温度下，水的离子积常数不同，不同温度下NaOH溶液中氢离子浓度不同，结合选项A可知，使用酸度计测量不同温度下NaOH溶液的pH，其值不相同，D错误； 故选D。 5．十九世纪，铅蓄电池工作原理初步形成并延续至今。关于铅蓄电池，下列说法错误的是 A．铅蓄电池属于二次电池 B．放电时，该电池的正极材料是 C．放电一段时间后，负极质量减小 D．该电池的主要缺点是单位质量电池释放电能少 【答案】C 【解析】A．铅蓄电池可以充电重复使用，属于二次电池，A正确； B．铅蓄电池放电时，正极发生还原反应，PbO2得到电子，所以正极材料是PbO2，B正确； C．放电时，负极Pb转化为PbSO4，由于PbSO4的摩尔质量大于Pb，负极质量应增加而非减小，C错误； D．铅蓄电池能量密度低，单位质量释放电能少是其主要缺点，D正确； 故选C。 6．海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极的电极反应式为 B．有机物在微生物作用下发生了还原反应 C．海底沉积层产生的通过海水向a极移动 D．理论上海底沉积层中消耗1mol ，则a极消耗1.5mol 【答案】C 【分析】a极氧气得电子生成水，a是正极；b极HS-失电子生成S单质和氢离子，b是负极。 【解析】A．a极为正极，氧气在正极得电子发生还原反应，正极反应式为，故A错误； B．有机物在微生物作用下作为燃料，C元素化合价升高，发生氧化反应生成，故B错误； C．a是正极、b是负极，阳离子移向正极，通过海水向a极移动，故C正确； D．在海底沉积层中被还原为，HS-在负极失电子生成S单质，1mol生成1mol HS-，负极消耗1mol HS-转移2mol电子，根据得失电子守恒，正极消=0.5mol氧气，故D错误； 选C。 7．某科研团队利用原电池原理探究沉淀转化过程的装置如图 1 所示，连接好装置后先下压内筒使内、外筒两溶液接触，后向外筒内加入 NaCl 固体，测得电压变化如图 2 所示。 已知：c(I⁻)越大，还原性越强，电压示数越大。下列说法错误的是 A．下压内筒后，形成原电池，且右侧石墨电极电势更高 B．下压内筒后，原电池中的总反应式为 2Ag+ + 2I-= 2Ag + I2 C．下压内筒后，Ag+ 通过阳离子交换膜进入内筒中 D．加入 NaCl 一段时间后，电压增大，证明发生反应 AgI(s) + Cl⁻(aq)AgCl(s) + I⁻(aq) 【答案】A 【分析】左边石墨电极为正极，Ag+被还原生成Ag，右边石墨电极为负极，I-被氧化生成I2，据此解答。 【解析】A．右侧石墨为负极，电势更低，A错误； B．由分析知，总反应为 2Ag+ + 2I-= 2Ag + I2，B正确； C．下压内筒后，左侧为正极，带负电，吸引Ag+向正极移动，通过阳离子交换膜进入内筒，C正确； D．由图得，加入NaCl，电压增大，说明c(I-)增大，发生了AgI沉淀向AgCl沉淀转化的反应，D正确； 故选A。 8．我国科学家研发了采用超疏氧电极的甲酸燃料电池(总反应为2HCOOH+O2=2CO2+H2O)，其结构如下图所示。 （1）该电池中，硫酸根离子的迁移方向为 。 A．从电极a到电极b　　　B．从电极b到电极a （2）写出电极b的电极反应式 。 【答案】（1）B （2） 【分析】在此甲酸燃料电池中，甲酸在电极a处失去电子被氧化生成CO2，电极反应为：，则电极a为负极；O2在电极b处得到电子生成H2O，电极反应为：，则电极b为正极。 【解析】（1）由分析可知，电极a为负极，电极b为正极，原电池中阴离子向负极移动，则硫酸根离子的迁移方向为从电极b到电极a，故选B。 （2）由分析可知，在电极b处得到电子生成H2O，电极反应为：。 9．已知：按如图装置进行实验时，电流计发生明显的偏转，且乙中石墨电极表面有气泡产生。 （1）乙池中的半反应方程式为 。 （2）关于该电化学装置的说法中，正确的是___________(不定项)。 A．酸性增强提高了的氧化性 B．反应过程中盐桥中的正离子向乙中移动 C．此装置是电能转化为化学能 D．每消耗转移2mol电子 【答案】（1）H2​O2​+2OH−−2e−=O2​↑+2H2​O （2）A 【分析】乙中石墨电极表面有气泡产生，该气体是氧气，说明过氧化氢中-1价氧失去电子被氧化，右侧石墨电极为负极，左侧石墨电极为正极，以此解题。 【解析】（1）结合分析可知，乙池中的半反应方程式为：H2​O2​+2OH−−2e−=O2​↑+2H2​O； （2）A．左侧为酸性环境，右侧为碱性环境，结合分析可知，右侧为负极，右侧过氧化氢体现还原性，则左侧过氧化氢体现氧化性，所以酸性增强提高了的氧化性，A正确； B．原电池中，阳离子向​​正极​​移动，甲池为正极区，因此盐桥中阳离子应向甲池移动，B错误； C．此装置是原电池，原电池是一种将​​化学能转化为电能的装置​​，C​​错误； D．总反应为2H2O2=2H2O+O2↑，2molH2O2​反应时，2molO原子从−1价升至0价（失去2mol电子），另2molO原子从−1价降至−2价（得到2mol电子），共转移2mol电子，因此，​​每消耗1molH2​O2​转移1mol电子​​，D​​错误​​； 故选A。 10．分析下列化学电源的工作原理。 （1）培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜氢氧燃料电池的结构示意图如下所示： ①装置a存在电解质溶液稀释问题，需加装水蒸气冷凝装置，应加装在 极（填“正”或“负”）。 ②装置a中负极的电极反应式为 。 ③装置b工作过程中，质子从 极透过质子交换膜移动到 极（填“X”或“Y”）。 （2）肼（）-双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，工作原理如图所示： ①电极电势较高的惰性电极是 （填“A”或“B”）。 ②正极电极反应式： 。 ③电池隔膜为阳离子交换膜，工作过程中，电解质溶液中的向 极区迁移（填“正”或“负”）。 【答案】（1）负 Y X （2）B H2O2+2e-=2OH- 正 【解析】（1）①装置a存在电解质溶液稀释问题，需加装水蒸气冷凝装置，因负极生成水，故应加装在负极； ②由图可知，右侧电极通入氧气，氧气得到电子，发生还原反应，则右侧电极为正极；电极反应为：；在左侧电极处通入氢气，左侧为负极，电极反应为：； ③装置b工作过程中，阳离子向正极移动，故质子从Y极透过质子交换膜移动到X极； （2）由图可知，B极氧元素价态降低得电子，故B极为正极，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-，A极为负极，电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O； ①电极电势较高的惰性电极是B（正极）； ②原电池工作时，B极为负极，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-； ③原电池工作时，阳离子向正极移动，故钠离子向正极区迁移。 综合应用 11．酸性锌锰电池放电时发生的主要反应为，回收利用废旧电池有利于保护环境、节约资源。一种废旧酸性锌锰电池回收利用的流程如图所示。 已知：锰酸钾在浓强碱溶液中可稳定存在，在酸性、弱碱性或中性环境下容易发生歧化反应。 下列说法错误的是 A．“水浸”可实现、与MnOOH、分离 B．“固体”与氯酸钾、氢氧化钾发生反应为 C．“熔块”溶解后，通后发生的离子方程式为 D．采用惰性电极电解溶液也能得到化合物a，该电解法与流程中方法的理论产率比为2:3 【答案】D 【分析】黑色固体混合物中含有、、MnOOH、，其中MnOOH、难溶于水，“水浸”的目的是使易溶的、与难溶的MnOOH、分离；“固体”为MnOOH、，与、KOH在熔融状态下发生反应；“熔块”的主要成分为，溶解后通，发生歧化反应，化合物b为，化合物a为。 【解析】A．黑色固体混合物中含有、、MnOOH、，其中MnOOH、难溶于水，“水浸”的目的是使易溶的、与难溶的MnOOH、分离，A正确； B．根据题干放电反应方程式知，放电产物中含有MnOOH，且可能有未反应的，二者均难溶于水，因此“水浸”后得到的“固体”应为MnOOH和的混合物，其中与、KOH在熔融状态下能发生反应：，B正确； C．“熔块”的主要成分为，根据已知信息，溶解后通，将发生歧化反应，反应的离子方程式为，C正确； D．化合物a为，该流程中的理论产率为，采用惰性电极电解溶液得到的理论产率为100%，电解法与该流程中方法的理论产率比为3:2，D错误； 故答案选D。 12．我国科研工作者设计了一种微生物-光电化学复合人工光合作用系统（如图所示），可以采用“一步法”高效还原生成。下列说法正确的是 A．该系统工作时涉及的能量转化形式只有光能→电能 B．乙室电极反应： C．常温常压下，每消耗22.4L ，甲室可得到4mol D．电子的流动方向：由甲室电极经双极膜向乙室微生物电极迁移 【答案】B 【分析】由图可知，该系统涉及光能、化学能、电能的转化；从物质转化箭头可知甲室中失电子生成，甲室失电子发生氧化反应，甲室电极为负极；乙室得电子发生还原反应得到，乙室电极为正极。 【解析】A．该系统工作时涉及的能量转化形式有光能→电能、化学能→电能，故A错误； B．由图可知，乙室为酸性环境，乙室电极为正极，二氧化碳得电子发生还原反应得到甲烷，电极反应式为，故B正确； C．常温常压下，气体摩尔体积大于22.4L/mol， 根据可知22.4L 小于1mol，甲室可得到小于2mol，故C错误； D．电子只走外电路，由甲室电极经导线向乙室微生物电极迁移，故D错误； 故选B。 13．实验是学习化学的基础。下列实验操作能达到相应实验目的的是 选项 实验操作 实验目的 A 向沸水中逐滴加入5~6滴饱和溶液，继续煮沸至液体呈红褐色 制备胶体 B 将Mg片和Al片浸入NaOH溶液中，用导线连接组成原电池 验证金属性： C 向两支均盛有溶液的试管中，分别加入溶液和溶液 探究对反应速率的影响 D 用洁净的铁丝蘸取待测液，在酒精灯外焰上灼烧，直接观察火焰的颜色 检验NaCl溶液中是否含有 【答案】A 【解析】A．向沸水中滴加FeCl3饱和溶液并煮沸至红褐色，是制备Fe(OH)3胶体的正确方法，A正确； B．Mg和Al在NaOH溶液中组成原电池时，Al因与NaOH反应更剧烈成为负极，说明在 NaOH溶液中Al的金属活动性更强，无法验证Mg＞Al，B错误； C．实验中H2SO4浓度不同导致H⁺浓度差异，但未控制单一变量（H2SO4体积未知），无法准确探究c(H2SO4)对速率的影响，C错误； D．直接观察火焰无法排除Na⁺黄色光的干扰，检验K⁺需透过钴玻璃，D错误； 故选A。 14．甲醇可作为燃料使用，也可用和组合形成质子交换膜燃料电池，其结构示意图如图所示： 电池总反应为，则电极的反应方程式 。 【答案】 【分析】根据电子流向可知，电极c为负极，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极d为正极，正极上氧气得电子结合氢离子生成水。 【解析】根据总反应方程式可知，电解质溶液为酸性，电极c为负极，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应为。 15．请回答下列问题： （1）有机物经过太阳光光照可转化成，转化过程为  。此反应逆反应活化能，则正反应活化能为 (填含的代数式)；加入催化剂 (填“增大”“减小”或“不变”)。 （2）肼是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。已知气态肼在氧气中完全燃烧生成液态水时放出热量，该热化学方程式可表示为 ，反应可在 条件下自发。 （3）是一种高能燃料，可用于燃料电池，原理如图，电池的负极反应式为 。 【答案】（1）88.6+a 不变 （2）   低温 （3） 【解析】（1）有机物经过太阳光光照可转化成，，根据反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，即，此反应逆反应活化能，则正反应活化能为，加入催化剂可以改变活化能的大小，但不能改变，不变； （2）肼的物质的量为，则气态肼在氧气中完全燃烧放出2×238kJ=热量，热化学方程式可表示为  ；该反应为熵减的放热反应，即、，由可知低温下自发； （3）由图可知，负极上被氧化为，可传导离子为，则电池负极反应式为。 拓展培优 16．以稀为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成 B．通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，溶液的不变 D．外电路每通过电子，电极b上产生 【答案】A 【分析】光解过程中，电极a上电子流出，发生氧化反应，a为阳极，电极反应式为：；电极b上电子流入，发生还原反应，b为阴极，电极反应式为：。 【解析】A．根据分析，电极a为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：，生成物有O2，A正确； B．电解池中阳离子向阴极移动，电极a上生成，电极b上消耗，通过质子交换膜从左室移向右室，B错误； C．在探究溶液浓度变化时，不仅要关注溶质的变化，也要关注溶剂的变化，在光解总反应是电解水，溶液中减少，溶液浓度增大，pH减小，C错误； D．生成，转移2mol电子，外电路通过0.01mol电子时，电极b上生成，D错误； 答案选A。 17. 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：。 【解析】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。 18. 一种全锰电池结构如图所示。该电池工作时，下列说法错误的是 A．正极反应为 B．理论上，每转移，两个电极质量改变相差 C．溶液的浓度始终保持不变 D．若更换为阳离子交换膜，会造成Mn电极的腐蚀 【答案】C 【分析】该装置为原电池装置，Mn为负极，失电子生成锰离子，MnO2为正极，得电子结合氢离子生成锰离子和水。 【解析】A．锰电极为负极，二氧化锰石墨电极为正极，电极反应分别为，，A正确； B．电池工作时，每转移消耗，质量改变为，同时，消耗，质量改变为，两电极质量改变相差，B正确； C．隔膜为阴离子隔膜，电池工作时，向左室迁移，左室的浓度增大，C错误； D．若隔膜换成阳离子交换膜，即允许、在两室迁移，因右室浓度高于左室，无法避免其从右向左室迁移，锰电极发生腐蚀，D正确； 答案选C。 19. 一种从废旧LFP正极材料(含、铝箔等)中回收金属和电池再生技术工艺流程如下。 （1）在“碱浸”时，为加快浸出速率，可进行的措施为 (任写-条即可)；滤液a中主要存在的阴离子为OH-、 (填离子符号)。 （2）“氧化浸出”时生成了难溶的，该反应的离子方程式为 ，“氧化浸出”时H2O2的实际用量远大于理论用量(所用H2O2浓度精确配制)，可能的原因是H2O2受热分解、 。 （3）已知不同浓度的硫酸对Li、Fe元素的“氧化浸出”效率如下图所示。的范围应控制在 。 a．0.1~0.2    b．0.3~0.4    c．0.6~0.7    d．0.9~1.0 （4）比亚迪“汉”汽车搭载了全新的磷酸铁锂“刀片电池”。其放电时的总反应为，则充电时的阳极反应式为： 。 若放电时电路中转移1mol电子，则电池负极质量减少 g。 废旧锂离子电池经深度“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。 【答案】（1）适当提高浸出温度；搅拌；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎等 [Al(OH)4]- （2） 生成的催化的分解 （3）b （4） 7 Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 【分析】由流程可知，废旧LFP正极材料碱浸时发生，过滤分离出含的溶液a，滤渣a为。加硫酸、过氧化氢发生，过滤分离出滤渣b为，加草酸还原，在共同作用下产生再生材料；滤液b含，加入碳酸钠发生复分解反应经一系列操作得到；据此回答下列问题。 【解析】（1）①加快浸出速率的措施有：适当提高浸出温度；搅拌；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎等。 ②依据分析，滤液a中主要存在的阴离子还有； （2）①氧化浸出时将氧化为，发生的反应为：， 离子方程式为：； ②过氧化氢不稳定易分解，需要在一定温度下进行，防止其分解。除此之外，还可能的原因是反应过程中生成的催化过氧化氢的分解； （3）氧化浸出时加入硫酸目的是分离Fe、Li元素，使铁元素成为滤渣，得到含锂元素的滤液，则Li的浸出率要较高，Fe的较低，由图中信息知硫酸浓度范围应控制在0.3~0.4 ，故选b； （4）①根据放电时总反应可知充电时阳极反应为失电子，释放出锂离子，生成，则反应式为：； ②由关系式1 mol~1 molLi+知若放电时电路中转移1 mol电子，电池负极释放1 mol Li+，则电池负极质量减少7g； ③废旧锂离子电池经深度“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是放电时Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中。 20. 和水溶液中含M的各种微粒的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图所示。 （1）若，第二步水解平衡常数为，则 ，向10mL 0.1的溶液中逐滴滴加20mL 0.1的NaOH溶液，此时溶液中阴离子浓度由大到小为 ；若滴入NaOH溶液至，滴入酚酞指示剂(变色范围pH：8.0~10.0)，溶液呈 色。 （2）pH在10~13之间，随pH增大水解程度 (填“减小”“增大”或“不变”)；向溶液中逐滴滴加NaOH溶液至点b，溶液中 (填“>”“<”或“=”)。 （3）已知某盐可发生如下反应：。某化学小组利用该原理设计原电池装置(图1)：石墨为电极，当连接开关K后，向A中滴加浓盐酸，灵敏电流计G的指针向右偏转；一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向A中滴加过量浓NaOH，发现又产生电流。实验中电流与时间的关系(图2)。比较a、b点的正反应速率， ；b点， (填“>”“<”或“=”)。 【答案】（1）7.0 c(HMO)>c(OH-)>c(H2MO)>c(MO) 红色 （2）减小 < （3）> = 【解析】（1）第二步水解平衡常数为，，由右图可知，pH=7.0时，，则=c(OH-)=10-7，7.0，向10mL 0.1的溶液中逐滴滴加20mL 0.1的NaOH溶液，溶质为，的电离常数为，根据右图，pH=11.5时，，=10-11.5，的水解常数=10-7，即以水解为主，故溶液中阴离子的浓度由大到小的顺序为c(HMO)>c(OH-)>c(H2MO)>c(MO)；若滴入NaOH溶液至，结合由图，此时pH=11.5，滴入酚酞指示剂(变色范围pH：8.0~10.0)，溶液呈红色； （2）水解显碱性，随pH增大水解程度减小；由左图可知，点b时，，溶液中电荷守恒的等式为，点b时溶液显碱性，故，又，故有<； （3）a点反应没有平衡，正反应速率在减小的过程中，b点电流为0，说明达到平衡状态，正逆反应速率相等，故>，b点，=。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 氧化还原反应和电化学 第二节 原电池和化学电源 第2课时 化学电源 教学目标 1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 2.充分利用铅蓄电池、氢氧燃料电池等案例素材，提高对原电池工作原理的认识。 3.学会制作简单的燃料电池。 重点和难点 二次充电电池电极方程式书写，燃料电池处理、相关原电池的计算 ◆知识点一 化学电源概述 化学电源按其反应原理分类： 1．结构简单一次电池——普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池 2. 反复使用二次电池——又称为充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。 3. 连续工作燃料电池 4. 新型电池 即学即练 1．下列有关化学电源的描述正确的是 ①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生　②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生　③任何电池都是依据原电池的原理制造的 　④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 A．①②③④ B．①②④ C．③④ D．①②③ 2．下列劳动项目与所述的化学知识有关联的是 选项 劳动项目 化学知识 A 工业上利用合成氨实现人工固氮 具有还原性 B 制作化学电源 将电能转化为化学能 C 玻璃厂工人用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 氢氟酸具有弱酸性 D 葡萄酒中加入适量 可防止氧化，起到保质作用 3．某化学兴趣小组设计了用化学电源使LED灯发光的装置(如图所示)。下列关于该装置的说法错误的是 A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 B．氢离子在石墨表面被还原，产生气泡 C．负极的电极反应式为： D．外电路中电子由铁经导线流向石墨 ◆知识点二 干电池 碱性干电池比普通干电池性能好，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，是普通干电池的升级换代产品。 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－ 碱性锌锰干电池总反应式：______________________________________________________ 碱性锌锰干电池的电压为 1.5 V，在生产、生活中应用非常广泛，如作为手电筒、遥控器、玩具汽车、电动剃须刀、钟表等的工作电源。 但废弃电池中的化学品会污染环境，在垃圾分类中应作为“有害垃圾”处置。 教材延伸 随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 即学即练 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A．甲：向Zn电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为 C．丙；锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，正极区溶液的pH变小 2. 化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲所示装置属于二次电池，锌作负极 B．图乙所示装置工作时，盐桥中的Cl-会向右池移动 C．图丙所示装置工作时，正极的电极反应式为 D．图丁所示装置工作时，正极的电极反应式为 3. 下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是 A．上述电源分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池中每通过，负极减轻 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 ◆知识点三 铅酸蓄电池 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。 铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面。 目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 放电过程中 负极：__________________________________ 正极：__________________________________ 电解质：_________________ 总反应：__________________________________ 充电过程中 阴极(发生还原反应)：__________________________________ 阳极(发生氧化反应)：__________________________________ 总反应：__________________________________ 特别提醒 放电过程中， 负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。 充电时， 铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。 铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重、保养要求严格，废弃后易污染环境。 即学即练 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．酸性锌锰干电池的负极为石墨棒 B．铅蓄电池属于二次电池 C．铅蓄电池的正极为Pb D．铅蓄电池放电时，负极质量逐渐减小 2．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理为，下列说法正确的是 A．发生氧化反应 B．电子从电极经外电路流向电极 C．溶液中向负极移动 D．发生的电极反应式为 3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电子由锌经电流表流向铜，再由铜经电解质溶液流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 ◆知识点四 锂离子电池 负极：层状石墨材料 正极：含锂的化合物 充电时，正极材料发生氧化反应，Li+ 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极发生还原反应，插入层状石墨中，负极由贫锂状态到富锂状态。 以钴酸锂-石墨锂电池为例 负极：LixC6－xe－=6C＋xLi＋ 正极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2 电池总反应：__________________________________ 以石墨烯材料替代层状石墨材料的石墨烯锂离子电池，具有导电性能高、充电快速、耐高温和低温性能好的特点。 石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。 教材延伸 锂离子电池具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等优点；但成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。 即学即练 1．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 2．下列科技成果中所蕴含的化学知识叙述不正确的是 A．新能源汽车所使用的三元锂电池和磷酸铁锂电池都属于二次电池 B．光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅 C．在“人造太阳”中发生核聚变的是的同位素 D．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体 3．硫锂电池具有高能量密度且价格低廉。一种添加有机电解质的新型硫锂电池，添加剂4-巯基吡啶(4MPy)可先在体系中转化为吡啶硫醇锂(Li-PyS)，其后放电过程的工作原理如图所示。设为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．放电过程中的催化剂为4MPy B．若Li-PyS与反应的物质的量之比为1∶1，则中的m为5 C．1mol 完全转化为，理论上得到电子数目为 D．正极总的电极反应式可表示为 ◆知识点五 燃料电池 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。 氢氧燃料电池（碱性介质） 负极：氢气 __________________________________ 正极： 氧气 __________________________________ 电解质溶液：氢氧化钾溶液 电池总反应： __________________________________ 氢氧燃料电池（酸性介质） 负极：氢气 __________________________________ 正极： 氧气 __________________________________ 电解质溶液：硫酸 电池总反应：__________________________________ 易错提醒 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－ 即学即练 1．燃料电池具有能量转换效率高、废弃物排放少、运行噪音小等优点。下列说法正确的是 A．电路中每转移4 mole-，标准状况下，两极共消耗33.6 L气体 B．a电极上发生的反应为： C．该电池工作过程中只存在2种形式的能量转化 D．溶液中的向b电极移动 2．已知：  。某研究小组自制的熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图。下列说法错误的是 A．电池工作时，向电极移动 B．当该装置消耗时，实际产生的电能小于 C．负极上氢元素与碳元素均发生氧化反应 D．正极反应式为 3．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，一种氢氧燃料电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极1为正极，发生还原反应 B．电子由电极2经导线流向电极1 C．外电路中每转移，理论上消耗的体积为11.2L(标准状况) D．氢氧化钾溶液中的向电极1移动 1、 电极反应方程式书写 一个电极为单质一个电极为化合物，单质失电子作负极，化合物得电子作正极。当产生新的离子时需要进入环境考虑与电解质溶液环境是否共存。最终确定电解方程式和总反应方程式。 实践应用 1．常见的锌锰干电池的构造如图所示，放电时的电池反应为。 已知：在水溶液中可电离出和。 请回答下列问题： （1）该电池放电时能量的主要转化形式为 ，放电之后内部的化学反应 （填“能”或“不能”）逆向进行。 （2）糊的作用是 ；该干电池在使用的过程中，电子由 （填“锌筒”或“石墨棒”，下同）经导线流向 。 （3）锌筒发生的反应为 （填“氧化反应”或“还原反应”）；电路中每转移个电子，生成的质量为 g。 2．科学家研制了一种电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量，下列叙述正确的是 A．放电时，阳离子向电极移动 B．放电时，电极电势较低 C．放电时，正极反应有 D．放电时，电极质量减少，则电极生成了 3．二氧化铅—铜电池是一种电解质可循环流动的新型电池(如图所示)。下列有关该电池的说法不正确的是 A．电池工作时，电子由 Cu电极经负载流向 PbO₂电极 B．电池工作过程中，电解质溶液的质量逐渐变小 C．电池总反应式为： D．为了维持该电池长时间稳定工作，需定期及时向循环液中补充H2SO4 2、 判断不同环境中的燃料电池 注意关注 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－ 总反应方程式也要与所处的环境相统一。 实践应用 1．燃料电池是一种高效无污染的电池，其结构如图所示(两电极均为惰性电极)。下列说法错误的是 A．a电极为正极 B．b电极上发生还原反应 C．电池工作时，移向a电极 D．a电极上的电极反应式为 2．英国科学家发明的尿素微生物电池的反应为：，电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．该装置能够在高温下工作 B．装置工作时，电流由电极b沿导线流向电极a C．b极发生的反应为： D．装置工作时，每消耗22.4 L ，电路中转移4 mol 3．一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示（电极A、B均为惰性电极），该装置工作时，下列说法正确的是 A．、均往负极迁移 B．存在极性键和非极性键的断裂 C．能量转化形式主要是电能转化为化学能 D．正极上的电极反应式为 3、 新型电池 新型电池，需要关注主干题目和电极处的箭头，确定反应物和生成物。在根据电极书写原理书写电极反应方程式。 实践应用 1．在新型能源技术里，直接过氧化氢燃料电池备受关注。它的独特之处在于同时作燃料和氧化剂，能高效转换能量。某研究小组利用该电池和离子交换膜进行电解质溶液处理，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．该电池表明在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．离子交换膜1是阳离子交换膜，离子交换膜2是阴离子交换膜 C．理论上，当外电路通过时，中间室的质量增加34.8g D．电池的总反应为 2．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 3．热电化学电池是一种新型的低成本低品位热富集体系，其工作原理如图所示，含羧酸的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收驱动电极反应的发生。下列说法正确的是 A．该电池工作时电流由热端经外电路流向冷端 B．冷端的电极反应为 C．含羧酸的纳米颗粒在热端溶胀释放 D．该电池两极无温差时仍可持续放电 考点一 浓差电池 【例1】浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置，当两极室离子浓度相等时放电完成。某浓差电池的工作原理如图所示(两室溶液的体积一直均为)。下列说法正确的是 A．电极Ⅱ的电势高于电极I B．电子从电极I流出经用电器流入电极Ⅱ C．电极I的电极反应式为： D．放电结束后，左右两室溶液质量变化量相等 解题要点 浓差电池的核心是因为有浓度差，就存在电势差。有电势差就会形成电子的移动，从而产生电流。最终的结果是在反应过程中两电极所处环境中的浓度差越来越小，电势越来越小，最终停止反应。 【变式1-1】聚吡咯(PPy)是一种光敏型半导体，在紫外光照射时能快速产生，其制成的纳米管反应如下：。通过PPy纳米管道一端正电荷分布密度的变化，在电解质溶液中产生离子电流。使用PPy构建一种浓差电池，用来提取天然水中的氢能，其构造如图。下列叙述错误的是 A．a极的电势高于b极 B．a极电极反应式： C．PPy纳米管道左端的正电荷分布密度大 D．照射一段时间后关闭光源，纳米管道中仍会存在微弱电流 【变式1-2】在碳中和愿景下，全球范围内可再生能源不断开发。一种新研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许通过）。下列说法错误的是 A．通过钠超离子导体由极区移动到极区 B．电极上的电极反应为 C．工作一段时间极附近可能有白色固体析出 D．该电池中的有机电解液可选用乙醇 考点二 钠电池 【例2】我国科学家研发的全固态钠硫二次电池已从实验室走向产业化，新型陶瓷电解质在该电池上的应用，解决了传统液态电解液易燃易爆的问题。下列说法不正确的是 A．钠硫电池能实现化学能到电能的转化 B．钠硫电池放电时硫元素发生还原反应 C．遥控器常用的锌锰干电池属于一次电池 D．钠硫电池放电时，内部有阴离子向正极迁移 解题要点  钠电池和锂电池相似，都是金属嵌入非金属环境中。并且Na单质与Li单质都不能直接与水溶液环境接触，Na单质与Li单质都会与水反应，使化学能转化为电能。 【变式2-1】我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”“”电池。以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电时该电池“吸入”，充电时“呼出”。该电池“吸入”时的总化学方程式为：。其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．“吸入”时，电子流向为MWCNT→导线→钠箔 B．该电池可用NaCl溶液做电解质 C．放电时，MWCNT处的电极反应式为 D．每吸收6.72L(标准状况下)，转移的电子数目为1.2mol 【变式2-2】难溶电解质的溶度积难以被直接测量，根据溶液中相关离子浓度会对电池的电动势产生影响，可通过设计原电池将测出。某研究小组设计了如图所示的电池装置，已知：电池工作时浓度保持不变，该电池的电动势，。下列说法正确的是 A．A极电势高于B极电势 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C． D．电路中转移1 mol电子，装置左端溶液质量增加62g 考点三 原电池的计算 【例3】Sn/SnO2@NC电极使CO2还原催化性能得到了很大的提高，为高性能CO2还原催化剂的设计提供了新的思路，同时可充放电Zn-CO2电池的构建为绿色能源转换和存储系统提供了新的方案，如图所示。 下列说法正确的是 A．该原电池中，CO2在负极发生还原反应 B．电子由a极流出经过膜M向b极迁移 C．每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.4mol电子 D．a极反应式为 解题要点 原电池的计算题一般步骤 1. 正确书写电极反应方程式和总反应方程式。 2. 根据电子转移数目，得失电子守恒。 【变式3-1】海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极电势低于极 B．b极发生还原反应 C．海底沉积层产生的通过海水向极移动 D．理论上海底沉积层中消耗，电路中转移电子 【变式3-2】下图是“海水-河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响)，其中a、b均为复合电极，的电极反应式为。下列说法正确的是 A．的电极反应式为 B．内电路中，由极区向极区迁移 C．工作一段时间后，两极溶液的浓度差减小 D．电路中转移时，理论上a极区模拟海水的质量减少23g 基础达标 1．下列过程对应的化学或离子反应方程式正确的是 A．硫酸铅蓄电池的负极反应： B．用稀盐酸洗涤盛石灰水的试剂瓶口的附着物： C．用检验输送液氯的管道是否泄漏： D．用饱和溶液除去中的杂质： 2．科学家设计出一款新的微型锌-空气电池，可为体内胶体机器人、传感器等微米级设备供电。电池工作示意图如图所示，下列有关说法正确的是 A．电子从Pt电极流出 B．在Pt电极上发生氧化反应 C．Pt电极附近溶液的pH升高 D．Zn电极的电极反应式为 3．实验是检验真理的唯一标准，下列装置能形成原电池，但相关说法错误的是 A．Cu作负极，C作正极，FeCl3为电解质溶液 B．Al作负极，Mg作正极，NaOH为电解质溶液 C．Fe作负极，铜作正极，硝酸为电解质溶液 D．Fe作负极，铜作正极，NaCl为电解质溶液 4．酸度计的工作原理如图所示。参比电极能维持一个稳定的电势，玻璃电极的电势随待测溶液pH的不同而发生变化，两个电极的电势差可由电流表测定，待测溶液的 (E为电势差，K为常数)。下列说法错误的是 A．电流表的示数随待测溶液中H⁺浓度不同而发生变化 B．若玻璃电极为低电势，则该电极反应式为 C．常温下，当K=0.2、E=0.377 V，则待测溶液的pH=0.3 D．使用酸度计测量不同温度下NaOH溶液的pH，其值相同 5．十九世纪，铅蓄电池工作原理初步形成并延续至今。关于铅蓄电池，下列说法错误的是 A．铅蓄电池属于二次电池 B．放电时，该电池的正极材料是 C．放电一段时间后，负极质量减小 D．该电池的主要缺点是单位质量电池释放电能少 6．海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极的电极反应式为 B．有机物在微生物作用下发生了还原反应 C．海底沉积层产生的通过海水向a极移动 D．理论上海底沉积层中消耗1mol ，则a极消耗1.5mol 7．某科研团队利用原电池原理探究沉淀转化过程的装置如图 1 所示，连接好装置后先下压内筒使内、外筒两溶液接触，后向外筒内加入 NaCl 固体，测得电压变化如图 2 所示。 已知：c(I⁻)越大，还原性越强，电压示数越大。下列说法错误的是 A．下压内筒后，形成原电池，且右侧石墨电极电势更高 B．下压内筒后，原电池中的总反应式为 2Ag+ + 2I-= 2Ag + I2 C．下压内筒后，Ag+ 通过阳离子交换膜进入内筒中 D．加入 NaCl 一段时间后，电压增大，证明发生反应 AgI(s) + Cl⁻(aq)AgCl(s) + I⁻(aq) 8．我国科学家研发了采用超疏氧电极的甲酸燃料电池(总反应为2HCOOH+O2=2CO2+H2O)，其结构如下图所示。 （1）该电池中，硫酸根离子的迁移方向为 。 A．从电极a到电极b　　　B．从电极b到电极a （2）写出电极b的电极反应式 。 9．已知：按如图装置进行实验时，电流计发生明显的偏转，且乙中石墨电极表面有气泡产生。 （1）乙池中的半反应方程式为 。 （2）关于该电化学装置的说法中，正确的是___________(不定项)。 A．酸性增强提高了的氧化性 B．反应过程中盐桥中的正离子向乙中移动 C．此装置是电能转化为化学能 D．每消耗转移2mol电子 10．分析下列化学电源的工作原理。 （1）培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜氢氧燃料电池的结构示意图如下所示： ①装置a存在电解质溶液稀释问题，需加装水蒸气冷凝装置，应加装在 极（填“正”或“负”）。 ②装置a中负极的电极反应式为 。 ③装置b工作过程中，质子从 极透过质子交换膜移动到 极（填“X”或“Y”）。 （2）肼（）-双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，工作原理如图所示： ①电极电势较高的惰性电极是 （填“A”或“B”）。 ②正极电极反应式： 。 ③电池隔膜为阳离子交换膜，工作过程中，电解质溶液中的向 极区迁移（填“正”或“负”）。 综合应用 11．酸性锌锰电池放电时发生的主要反应为，回收利用废旧电池有利于保护环境、节约资源。一种废旧酸性锌锰电池回收利用的流程如图所示。 已知：锰酸钾在浓强碱溶液中可稳定存在，在酸性、弱碱性或中性环境下容易发生歧化反应。 下列说法错误的是 A．“水浸”可实现、与MnOOH、分离 B．“固体”与氯酸钾、氢氧化钾发生反应为 C．“熔块”溶解后，通后发生的离子方程式为 D．采用惰性电极电解溶液也能得到化合物a，该电解法与流程中方法的理论产率比为2:3 12．我国科研工作者设计了一种微生物-光电化学复合人工光合作用系统（如图所示），可以采用“一步法”高效还原生成。下列说法正确的是 A．该系统工作时涉及的能量转化形式只有光能→电能 B．乙室电极反应： C．常温常压下，每消耗22.4L ，甲室可得到4mol D．电子的流动方向：由甲室电极经双极膜向乙室微生物电极迁移 13．实验是学习化学的基础。下列实验操作能达到相应实验目的的是 选项 实验操作 实验目的 A 向沸水中逐滴加入5~6滴饱和溶液，继续煮沸至液体呈红褐色 制备胶体 B 将Mg片和Al片浸入NaOH溶液中，用导线连接组成原电池 验证金属性： C 向两支均盛有溶液的试管中，分别加入溶液和溶液 探究对反应速率的影响 D 用洁净的铁丝蘸取待测液，在酒精灯外焰上灼烧，直接观察火焰的颜色 检验NaCl溶液中是否含有 14．甲醇可作为燃料使用，也可用和组合形成质子交换膜燃料电池，其结构示意图如图所示： 电池总反应为，则电极的反应方程式 。 15．请回答下列问题： （1）有机物经过太阳光光照可转化成，转化过程为  。此反应逆反应活化能，则正反应活化能为 (填含的代数式)；加入催化剂 (填“增大”“减小”或“不变”)。 （2）肼是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。已知气态肼在氧气中完全燃烧生成液态水时放出热量，该热化学方程式可表示为 ，反应可在 条件下自发。 （3）是一种高能燃料，可用于燃料电池，原理如图，电池的负极反应式为 。 拓展培优 16．以稀为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成 B．通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，溶液的不变 D．外电路每通过电子，电极b上产生 17. 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： 18. 一种全锰电池结构如图所示。该电池工作时，下列说法错误的是 A．正极反应为 B．理论上，每转移，两个电极质量改变相差 C．溶液的浓度始终保持不变 D．若更换为阳离子交换膜，会造成Mn电极的腐蚀 19. 一种从废旧LFP正极材料(含、铝箔等)中回收金属和电池再生技术工艺流程如下。 （1）在“碱浸”时，为加快浸出速率，可进行的措施为 (任写-条即可)；滤液a中主要存在的阴离子为OH-、 (填离子符号)。 （2）“氧化浸出”时生成了难溶的，该反应的离子方程式为 ，“氧化浸出”时H2O2的实际用量远大于理论用量(所用H2O2浓度精确配制)，可能的原因是H2O2受热分解、 。 （3）已知不同浓度的硫酸对Li、Fe元素的“氧化浸出”效率如下图所示。的范围应控制在 。 a．0.1~0.2    b．0.3~0.4    c．0.6~0.7    d．0.9~1.0 （4）比亚迪“汉”汽车搭载了全新的磷酸铁锂“刀片电池”。其放电时的总反应为，则充电时的阳极反应式为： 。 若放电时电路中转移1mol电子，则电池负极质量减少 g。 废旧锂离子电池经深度“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。 20. 和水溶液中含M的各种微粒的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图所示。 （1）若，第二步水解平衡常数为，则 ，向10mL 0.1的溶液中逐滴滴加20mL 0.1的NaOH溶液，此时溶液中阴离子浓度由大到小为 ；若滴入NaOH溶液至，滴入酚酞指示剂(变色范围pH：8.0~10.0)，溶液呈 色。 （2）pH在10~13之间，随pH增大水解程度 (填“减小”“增大”或“不变”)；向溶液中逐滴滴加NaOH溶液至点b，溶液中 (填“>”“<”或“=”)。 （3）已知某盐可发生如下反应：。某化学小组利用该原理设计原电池装置(图1)：石墨为电极，当连接开关K后，向A中滴加浓盐酸，灵敏电流计G的指针向右偏转；一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向A中滴加过量浓NaOH，发现又产生电流。实验中电流与时间的关系(图2)。比较a、b点的正反应速率， ；b点， (填“>”“<”或“=”)。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $