专题01 化学电源装置分析（重难点讲义）化学人教版2019选择性必修1

专题01 化学电源装置分析 1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度认识其工作原理，能设计化学电源。 2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高纯清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。 3.了解原电池及其常见化学电源的工作原理；能利用相关信息分析化学电源的工作原理，开发新型化学电源。 4.会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式及电池反应方程式。 1．一次电池 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O； 正极反应式：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag 2.二次电池 铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (1)放电时： 负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗H2SO4 2 mol。 (2)充电时： 阴极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； 阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。 充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 【特别提醒】充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。 3．燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。 (2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。 (3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。 ①酸性溶液(或含质子交换膜) 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O， 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。 ②碱性溶液 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－， 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 ③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动) 正极：O2＋4e－===2O2－， 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。 ④熔融碳酸盐(CO) 正极(通入CO2)：O2＋4e－＋2CO2===2CO， 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O。 4.浓差电池 (1)浓差电池是仅由一种物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池。电池内部，当某种电解质离子或分子浓度越大时，其氧化性或还原性越强。 (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，这是解题的关键。 5.微生物燃料电池 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质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。 6.浓差电池 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，这是解题的关键。 7.解答新型化学电源题目的方法 (1)根据总反应方程式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。 8.解答可充电电池题目的思路 题型01 锂电池和锂离子电池 【典例01】锂电池在航空航天领域应用广泛，Li-CO2电池供电的反应机理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.X方向为电流方向 B.交换膜M为阴离子交换膜 C.正极的电极反应式：4Li＋＋4e－＋3CO22Li2CO3＋C D.可采用LiNO3水溶液作为电解质溶液 【变式探究】某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　) A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B.放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋ C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2 D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2 题型02 二次电池 【典例02】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是(　　) A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l) D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 【变式探究】一种钾离子电池的电池反应为K0.5MnO2＋8xCK0.5－xMnO2＋xKC8，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．充电时，化学能转变为电能 B．放电时，K＋向负极区迁移 C．放电时，负极的电极反应为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阳极的电极反应为K0.5MnO2－xe－===K0.5－xMnO2＋xK＋ 题型03 燃料电池 【典例03】燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　) A．通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移 B．负极反应式：C2H6＋18OH－＋14e－===2CO＋12H2O C．该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强 D．燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能 【变式探究】如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 题型04 固体电解质电池 【典例04】以硝酸盐为离子导体的Na-O2电池装置与其某一电极M附近的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．镍电极上发生还原反应 B．M的电极反应为4Na＋＋O2＋2NO＋2e－===4NaNO2 C．Na2O是该过程中的中间产物 D．固体电解质能起到隔绝空气的作用 【变式探究】固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物，一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示，固体电解质内迁移的离子为Ag＋，氧气流通过该传感器时，O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系，通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是(　　) A．银电极为正极，多孔石墨电极为负极 B．O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2 C．银电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag D．当传感器内迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下22.4 L O2参与反应 题型05 浓差电池 【典例05】利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响 【变式探究】pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝。下列说法正确的是(　　) A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D．pH计工作时，电能转化为化学能 题型06 太阳能转化电池 【典例06】我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 【变式探究】一种光照充电电池结构如图所示，充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，光能最终转化为电能 B．充电效率只与光照产生的电子量有关 C．放电时，电极M为正极，电极反应为S＋6e－===4S2－ D．放电时N电极室增加2 mol离子，理论上外电路转移1 mol电子 题型07 液流储能电池 【典例07】某储能电池原理如图。下列说法正确的是(　　) A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋ B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移 C．放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2 D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大 【变式探究】锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是(　　) A．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧 B．放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量减少65 g C．充电时阴极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－ D．若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变 题型08 微生物燃料电池 【典例08】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.该电池在高温条件下效率更高 B.电子从b流出，经外电路流向a C.HS－在硫氧化菌作用下转化为S的反应是HS－＋4H2O－8e－S＋9H＋ D.该电池正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－ 【变式探究】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，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋ B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C.当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 【巩固练】 1.（25-26高二上·内蒙古·期中）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是 A．二者均属于一次电池 B．二者的正极反应式均为： C．二者分别消耗锌，都将转移电子 D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池工作寿命长 2.（25-26高二上·江苏·期中）以N2与H2为反应物、溶有A的盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，其原理如下图所示。下列叙述正确的是 A．电流从通H2的电极流向通入N2的电极 B．A为NH4Cl C．反应过程中右边区域溶液pH逐渐增大 D．通N2一极的电极反应为N2+8H+-6e-=2NH 3.（25-26高二上·江苏·期中）天宫一号目标飞行器与神舟九号载人飞船的交会对接，标志着我国具备了建设空间站的基本能力。下列有关说法正确的是 A．飞船的太阳能帆板将太阳能直接转换为动能 B．天宫一号中的氢氧燃料电池将电能转换为化学能 C．“朱雀二号”遥二火箭成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷运载火箭，甲烷作助燃剂 D．火箭升空的动力主要来源于化学能 4.（25-26高二上·辽宁沈阳·期中）铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 5.（25-26高二上·江苏苏州·期中）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A．催化重整制和时，使用催化剂可以提高反应的焓变 B．电极A上参与的电极反应为： C．电池工作时，向电极A移动 D．电极B上发生的电极反应为： 6.（25-26高二上·广东惠州·期中）直接 燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。电池放电时，下列说法正确的是 A．电极Ⅰ的反应式为： B．电极Ⅱ的反应式为： C．电池总反应为： D．当电路中转移0.1mol电子时， 理论上共消耗H2O2 6.8g 7.（25-26高三上·福建厦门·期中）过氧化氢燃料电池的独特之处在于用H2O2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。下列有关说法错误的是 A．该电池表明H2O2在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．电池的总反应为 C．当外电路通过0.4 mol e-时，中间室生成K2SO4的质量为34.8g D．H2O2分解产生的O2可在石墨2电极放电，因此H2O2的分解对电池效率的影响很小 8.（2025·广东·一模）钠离子电池在大规模储能领域的应用得到广泛关注，钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，遵循脱嵌式的工作模式，主要依靠钠离子在正极和负极之间脱嵌来工作。一种钠离子电池的工作原理为，装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．放电时，电极a为正极 B．充电时，钴元素的化合价升高，钠离子在阳极上嵌入 C．放电时，负极反应式为 D．充电时，外电路中转移，理论上阴极质量增加92 g 9.（25-26高二上·北京·期中）我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 10.（25-26高二上·北京·期中）一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是 A．H+通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动 B．负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+ C．若产生1molHNO3，则通入O2的体积应等于16.8L D．左侧石墨电极电势高于右侧石墨电极 【强化练】 11.（25-26高二上·北京·期中）镁海水燃料电池(如图)具有高能量密度、低成本等优势，在多个领域具有重要应用。若空气中氧气的体积分数为20%，下列说法正确的是 A．该电池在碱性较强的电解质溶液中仍能持续放电 B．电流方向：镁电极→用电器→多孔石墨电极 C．多孔石墨电极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O D．标准状况下每消耗22.4L空气，理论上消耗9.6gMg 12.（25-26高二上·山西·期中）一种高容量水系电池示意图如图所示。电池工作时，下列说法正确的是 已知：放电时，电极Ⅱ上减少。 A．溶液属于电解质 B．电极Ⅰ上发生还原反应，失去电子 C．电极Ⅱ上的电极反应式为 D．外电路中，电子的流动方向为电极Ⅰ→导线→电极Ⅱ 13.（25-26高二上·湖北·期中）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 14.（2025·浙江·一模）中国科大研究团队开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法不正确的是 A．放电时，电解质溶液质量减少 B．充电时，Li+移向惰性电极 C．充电时，阳极电极反应为 D．该锂-氢可充电电池对比传统锂离子电池的优势在于降低成本和提高安全性 15.（25-26高二上·河南南阳·期中）1T-MoS₂/石墨烯电极材料可在光照条件下产生电子(e⁻)和空穴(h⁺)，其制氧效果优越，原理如图所示。其中双极膜直流电场下，中间层水分子解离为H⁺和OH⁻，分别通过阴阳膜向两极迁移。下列叙述不正确的是 A．放电时，电子流向：b→导线→a B．放电时，每消耗0.1 mol O2，负极区电解质溶液的质量增加13 g C．充电时，b应连接直流电源负极 D．充电时，电池总反应： 16.（25-26高二上·河南南阳·期中）研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时，铝为负极，石墨为正极 B．放电时，有机阳离子向石墨电极方向移动 C．放电时，电流方向为：石墨电极→用电器→铝电极→石墨电极 D．充电时，阴极反应为：Al3++3e-=Al 17.（2025·浙江·一模）研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，用和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时负极电极反应式： B．充电时石墨电极与电源正极相连 C．放电时有机阳离子向铝电极方向移动 D．离子液体有良好的导电性和难挥发的优点，可用作电化学研究的电解质 18.（25-26高二上·河南南阳·期中）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 19.（25-26高二上·安徽蚌埠·期中）某化学实验小组利用下图所示微生物电池将污水中苯酚（）转化为和，并产生电能（M、N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．电池工作过程中，正极区的pH降低 C．每消耗标准状况下22.4L时，理论上能处理约13.4g苯酚的废水 D．M极的电极反应式为： 20.（2025·山东潍坊·一模）低品位热（温度低于150 ℃）是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的37 ℃热富集铂电极电池如图所示。利用从热区至冷区的pH梯度驱动对苯醌和对苯二酚的转换：。下列说法错误的是 A．左侧电极为冷端电极 B．工作中热端电极的电极反应式为-2e-=+2H+ C．工作中无需补充对苯醌或对苯二酚 D．该电池可反复充放电使用 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题01 化学电源装置分析 1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度认识其工作原理，能设计化学电源。 2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高纯清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。 3.了解原电池及其常见化学电源的工作原理；能利用相关信息分析化学电源的工作原理，开发新型化学电源。 4.会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式及电池反应方程式。 1．一次电池 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O； 正极反应式：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag 2.二次电池 铅酸蓄电池是最常见的二次电池，总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (1)放电时： 负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗H2SO4 2 mol。 (2)充电时： 阴极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； 阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。 充电一段时间电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 【特别提醒】充电时电极的连接，负接负作阴极，正接正作阳极。 3．燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。 (2)燃料电池的电解质常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响。 (3)以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。 ①酸性溶液(或含质子交换膜) 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O， 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。 ②碱性溶液 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－， 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 ③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动) 正极：O2＋4e－===2O2－， 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。 ④熔融碳酸盐(CO) 正极(通入CO2)：O2＋4e－＋2CO2===2CO， 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O。 4.浓差电池 (1)浓差电池是仅由一种物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池。电池内部，当某种电解质离子或分子浓度越大时，其氧化性或还原性越强。 (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，这是解题的关键。 5.微生物燃料电池 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质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。 6.浓差电池 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，这是解题的关键。 7.解答新型化学电源题目的方法 (1)根据总反应方程式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。 8.解答可充电电池题目的思路 题型01 锂电池和锂离子电池 【典例01】锂电池在航空航天领域应用广泛，Li-CO2电池供电的反应机理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.X方向为电流方向 B.交换膜M为阴离子交换膜 C.正极的电极反应式：4Li＋＋4e－＋3CO22Li2CO3＋C D.可采用LiNO3水溶液作为电解质溶液 【答案】C 【解析】Li为原电池的负极，电子从Li电极经导线流向CO2电极，所以X方向为电子方向，A错误；离子交换膜需要Li＋通过，所以M为阳离子交换膜，B错误；正极为CO2得电子生成碳单质，电极反应式：4Li＋＋4e－＋3CO22Li2CO3＋C，C正确；Li为活泼金属，能与水反应，所以该电池不能用水性电解质，D错误。 【变式探究】某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　) A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B.放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋ C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2 D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2 【答案】B 【解析】由题图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，C说法正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋结合变为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D说法正确。 题型02 二次电池 【典例02】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是(　　) A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l) D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D 【解析】该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。 【变式探究】一种钾离子电池的电池反应为K0.5MnO2＋8xCK0.5－xMnO2＋xKC8，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．充电时，化学能转变为电能 B．放电时，K＋向负极区迁移 C．放电时，负极的电极反应为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阳极的电极反应为K0.5MnO2－xe－===K0.5－xMnO2＋xK＋ 【答案】D 【解析】充电时，应是电能转化为化学能，A项错误；放电时，K＋应向正极区迁移，B项错误；由已知得，放电时，负极失去电子，故负极的电极反应为xKC8－xe－===8xC＋xK＋，C项错误。 题型03 燃料电池 【典例03】燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　) A．通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移 B．负极反应式：C2H6＋18OH－＋14e－===2CO＋12H2O C．该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强 D．燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能 【答案】C 【解析】气体所处的状态未知，不能计算5.6 L O2的物质的量，故A错误；乙烷燃料电池中，负极上乙烷失去电子发生氧化反应，电解质溶液呈碱性，则其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，故B错误；该电池工作时，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成OH－，正极附近溶液的碱性增强，故C正确；燃料的化学能不能全部转化为电能，还转化为热能等其他形式的能量，故D错误。 【变式探究】如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 【答案】A 【解析】该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。 题型04 固体电解质电池 【典例04】以硝酸盐为离子导体的Na-O2电池装置与其某一电极M附近的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．镍电极上发生还原反应 B．M的电极反应为4Na＋＋O2＋2NO＋2e－===4NaNO2 C．Na2O是该过程中的中间产物 D．固体电解质能起到隔绝空气的作用 【答案】B 【解析】金属钠为活泼金属，作负极，镍电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，故A正确；根据原理图可知，M电极的电极反应为2Na＋＋NO＋2e－===Na2O＋NO，然后又发生2Na2O＋O2===2Na2O2和2NO＋O2===2NO，故B错误；由原理图可知，Na2O属于该过程中的中间产物，故C正确；固体电解质能够防止钠直接与氧气反应，能起到隔绝空气的作用，故D正确。 【变式探究】固体电解质是具有与强电解质水溶液相当的导电性的一类无机物，一种以RbAg4I5晶体为固体电解质的气体含量测定传感器如图所示，固体电解质内迁移的离子为Ag＋，氧气流通过该传感器时，O2可以透过聚四氟乙烯膜进入体系，通过电位计的变化可知O2的含量。下列说法正确的是(　　) A．银电极为正极，多孔石墨电极为负极 B．O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2 C．银电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag D．当传感器内迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下22.4 L O2参与反应 【答案】B 【解析】传感器中发生反应4AlI3＋3O2===2Al2O3＋6I2，所以O2透过聚四氟乙烯膜后与AlI3反应生成I2，故B正确；银电极的电极反应为Ag－e－===Ag＋，故C错误；由关系式4Ag～O2，可知迁移2 mol Ag＋时，有标准状况下11.2 L O2参与反应，故D错误。 题型05 浓差电池 【典例05】利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响 【答案】C 【解析】向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向进行，故B错误；负极反应是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。 【变式探究】pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝。下列说法正确的是(　　) A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D．pH计工作时，电能转化为化学能 【答案】C 【解析】如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。 题型06 太阳能转化电池 【典例06】我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 【答案】D 【解析】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)，结合反应条件得到总反应：H2SH2＋S，A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强的Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2＋，第二步是还原性的Fe2＋在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3＋，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D错误。 【变式探究】一种光照充电电池结构如图所示，充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，光能最终转化为电能 B．充电效率只与光照产生的电子量有关 C．放电时，电极M为正极，电极反应为S＋6e－===4S2－ D．放电时N电极室增加2 mol离子，理论上外电路转移1 mol电子 【答案】D 【解析】充电时TiO2光辅助电极受光激发产生电子和空穴，在空穴作用下NaI转化为NaI3，发生氧化反应，则电极M充电时作阴极，放电时则作负极，电极N放电时作正极。充电过程中，光能最终转化为化学能，故A错误；据分析可知放电时，电极M为负极，电极反应为4S2－ －6e－===S，故C错误；放电时电极N作正极，电极反应是I＋2e－===3I－，理论上当外电路转移1 mol电子，有1 mol Na＋从M电极室移向N电极室，所以N电极室共增加2 mol离子，故D正确。 题型07 液流储能电池 【典例07】某储能电池原理如图。下列说法正确的是(　　) A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋ B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移 C．放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2 D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大 【答案】A 【解析】放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；放电时，阴离子移向负极，则放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；正极电极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；充电过程中，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2 ↑，消耗氯离子，阴极消耗Na＋，NaCl溶液浓度减小，故D错误。 【变式探究】锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是(　　) A．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧 B．放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量减少65 g C．充电时阴极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－ D．若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变 【答案】A 【解析】充电时n接电源的负极，作电解池的阴极，Zn2＋通过阳离子交换膜向阴极定向迁移，故由左侧流向右侧，A正确；放电时，负极Zn溶解生成Zn2＋，Zn2＋通过阳离子交换膜向正极定向迁移，故负极区溶液质量不变，B错误；充电时阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C错误；若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极不会改变，D错误。 题型08 微生物燃料电池 【典例08】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.该电池在高温条件下效率更高 B.电子从b流出，经外电路流向a C.HS－在硫氧化菌作用下转化为S的反应是HS－＋4H2O－8e－S＋9H＋ D.该电池正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－ 【答案】C 【解析】由题图可知，硫酸盐还原菌可将S还原为HS－，而硫氧化菌可将HS－氧化为S，a为负极，电极反应式是HS－＋4H2O－8e－S＋9H＋，正极b上O2得电子发生还原反应：4H＋＋O2＋4e－2H2O。高温条件下微生物会死亡，该电池不能正常工作，故A错误；在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，因此电子从a极流出，经外电路流向b极，故B错误；负极a上HS－在硫氧化菌作用下转化为S，失电子发生氧化反应，负极反应式是HS－＋4H2O－8e－S＋9H＋，故C正确；正极b上O2得电子发生还原反应，正极反应式为4H＋＋O2＋4e－2H2O，故D错误。 【变式探究】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，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋ B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C.当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 【答案】B 【解析】由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过时，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋，正极反应：2H＋＋2e－H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。 【巩固练】 1.（25-26高二上·内蒙古·期中）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是 A．二者均属于一次电池 B．二者的正极反应式均为： C．二者分别消耗锌，都将转移电子 D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池工作寿命长 【答案】B 【解析】一次电池是放电后不能充电重复使用的电池，酸性和碱性锌锰电池均为一次性电池，A正确；酸性锌锰电池电解液为（酸性），正极MnO2在酸性条件下的反应式为：，B错误；锌的物质的量为，锌作为负极失电子，无论酸性还是碱性条件，Zn均失去2个电子生成，所以0.1 mol Zn转移0.2mol电子，C正确；碱性锌锰电池中锌粉与电解液接触均匀，反应平稳，且避免酸性电解液对锌筒的腐蚀，工作寿命更长，D正确；故选B。 2.（25-26高二上·江苏·期中）以N2与H2为反应物、溶有A的盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，其原理如下图所示。下列叙述正确的是 A．电流从通H2的电极流向通入N2的电极 B．A为NH4Cl C．反应过程中右边区域溶液pH逐渐增大 D．通N2一极的电极反应为N2+8H+-6e-=2NH 【答案】B 【分析】由图可知，氮气、氢气和盐酸反应生成氯化铵，此新型燃料电池的总反应为，A为；H元素的化合价升高，氢气发生失电子的氧化反应，通入氢气的一极为电池的负极，方程式为：N元素的化合价降低，氮气发生得电子的还原反应，通入氮气的一极为电池的正极，电极方程式为：；电解质为盐酸溶液，故A为，据此作答。 【解析】电流方向为正极流向负极，通入氢气的电极为负极，通入氮气的电极为正极，电流应从通入氮气的电极流向通入氢气的电极，A错误；氮气在正极得电子生成，电解质为盐酸，与Cl-结合生成，故A为，B正确；右边区域为负极区，电极反应，生成H+使溶液pH减小，C错误；通入氮气电极为正极，发生还原反应，得电子，正确电极反应为，选项中电子符号错误，D错误；故选B。 3.（25-26高二上·江苏·期中）天宫一号目标飞行器与神舟九号载人飞船的交会对接，标志着我国具备了建设空间站的基本能力。下列有关说法正确的是 A．飞船的太阳能帆板将太阳能直接转换为动能 B．天宫一号中的氢氧燃料电池将电能转换为化学能 C．“朱雀二号”遥二火箭成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷运载火箭，甲烷作助燃剂 D．火箭升空的动力主要来源于化学能 【答案】D 【解析】飞船的太阳能帆板是将太阳能直接转换为电能，而非动能，A错误；氢氧燃料电池的工作原理是将化学能转换为电能，而非电能转换为化学能，B错误；液氧甲烷火箭中，液氧为助燃剂（氧化剂），甲烷为燃料（还原剂），甲烷不作助燃剂，C错误；火箭升空依靠燃料燃烧释放能量，燃料燃烧是化学反应，将化学能转化为热能和动能，故动力主要来源于化学能，D正确；故选D。 4.（25-26高二上·辽宁沈阳·期中）铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 【答案】C 【解析】石墨、多孔碳等碳材料本身具有良好的导电性，添加到负极后可直接提高电极的整体导电性，缓解PbSO4导致的导电性下降问题，A正确；碳材料化学性质稳定，不易参与化学反应，且其多孔结构或高比表面积可提供更多反应位点，增强电极的电化学活性，B正确；铅酸电池中，PbO2是正极材料，其还原反应(PbO2→PbSO4)由负极的Pb(还原剂)通过电子转移实现，碳材料在此过程中不参与氧化还原反应，仅起物理作用(如导电、增大表面积)，C错误；多孔碳等材料具有较大的比表面积，可分散PbSO4的生成位点，避免大颗粒PbSO4聚集，从而生成小颗粒PbSO4，减少电极失活，D正确；故选C。 5.（25-26高二上·江苏苏州·期中）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A．催化重整制和时，使用催化剂可以提高反应的焓变 B．电极A上参与的电极反应为： C．电池工作时，向电极A移动 D．电极B上发生的电极反应为： 【答案】C 【分析】燃料电池中，通入燃料的一极为负极，还原剂失去电子发生氧化反应，电子沿着导线流向正极，通入氧化剂的一极为正极，正极上发生还原反应，则A为负极、B为正极，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极； 【解析】焓变(ΔH)由反应物和生成物的总能量决定，催化剂只能降低反应活化能、加快反应速率，不能改变焓变，A错误；该电池为熔融碳酸盐燃料电池，电解质中无OH⁻，电极A（负极）上CO失去电子被氧化生成二氧化碳，，B错误；电池工作时，阴离子向负极移动，电极A为负极，故向电极A移动，C正确；电极B为正极，氧气发生还原反应，得到电子生成碳酸根离子，，D错误；故选C。 6.（25-26高二上·广东惠州·期中）直接 燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。电池放电时，下列说法正确的是 A．电极Ⅰ的反应式为： B．电极Ⅱ的反应式为： C．电池总反应为： D．当电路中转移0.1mol电子时， 理论上共消耗H2O2 6.8g 【答案】C 【分析】原电池中，外电路中电子由负极流向正极，所以电极Ⅰ为负极，失去电子，混合液中含有KOH，电极反应式为H2O2-2e- +2OH-=2H2O+O2↑；电极Ⅱ为正极，得电子，混合液中含有H2SO4，电极反应式为H2O2+2e- +2H+=2H2O；据此分析解题。 【解析】由分析知，电极Ⅰ为负极，发生氧化反应，反应式应为H2O2-2e- +2OH-=2H2O+O2↑，A错误；由分析知，电极Ⅱ为正极，发生还原反应，，反应式应为H2O2+2e- +2H+=2H2O，B错误；该电池放电过程中，负极区的OH-来自KOH，正极区的 来自H2SO4，K+通过阳离子交换膜进入正极区与硫酸根结合生成K2SO4，因此电池总反应为：，C正确；总反应中2 mol H2O2反应转移2 mol电子，即转移1mol电子共消耗1 mol H₂O₂，则转移0.1 mol电子时，消耗0.1 mol H₂O₂，质量为0.1 mol×34 g/mol=3.4 g，D错误；故选C。 7.（25-26高三上·福建厦门·期中）过氧化氢燃料电池的独特之处在于用H2O2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。下列有关说法错误的是 A．该电池表明H2O2在酸性环境中的氧化性强于碱性环境 B．电池的总反应为 C．当外电路通过0.4 mol e-时，中间室生成K2SO4的质量为34.8g D．H2O2分解产生的O2可在石墨2电极放电，因此H2O2的分解对电池效率的影响很小 【答案】D 【分析】由图中电子移动方向可知，石墨1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：，负极室溶液中钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室；石墨2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】由分析可知，石墨1为负极，在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水；石墨2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；由分析可知，电池总反应为：，B正确；由分析可知，石墨1为负极，电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，则外电路通过0.4mol电子时，有0.4mol钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室，则中间室生成硫酸钾的质量为0.4mol××174g/mol=34.8g，C正确；由分析可知，电池总反应为：，该反应中H2O2既是氧化剂又是还原剂，O2是氧化产物，则氧化性：H2O2>O2，即O2的氧化性弱于H2O2，且过氧化氢分解会使反应物过氧化氢的物质的量减小，所以分解产生的在石墨2电极也可以放电，的分解会影响电池效率，D错误；故选D。 8.（2025·广东·一模）钠离子电池在大规模储能领域的应用得到广泛关注，钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，遵循脱嵌式的工作模式，主要依靠钠离子在正极和负极之间脱嵌来工作。一种钠离子电池的工作原理为，装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．放电时，电极a为正极 B．充电时，钴元素的化合价升高，钠离子在阳极上嵌入 C．放电时，负极反应式为 D．充电时，外电路中转移，理论上阴极质量增加92 g 【答案】D 【分析】由图，放电时为原电池，阳离子（Na+）向正极移动，根据装置图中“放电”时Na+箭头指向右边（电极b），可知电极b为正极，电极a为负极；负极发生氧化反应，放电过程中发生的电极反应为：NaxCn-xe-=Cn+xNa+，充电时，a与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+xNa++xe-=NaxCn；正极发生还原反应，电极反应为：Na1-xCoO2+xe-+xNa+=NaCoO2，充电时，b与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaCoO2-xe-=Na1-xCoO2+xNa+； 【解析】通过分析可知，放电时，电极a为负极，A错误；充电时为电解池，总反应逆向进行，NaCoO2转化为Na1−xCoO2，Co元素化合价从+3升高到3+x（氧化反应），故含Co的电极b为阳极，阳极反应为NaCoO2-xe−=Na1−xCoO2+xNa+，Na+从阳极脱嵌而非嵌入，B错误；放电时负极发生氧化反应，电极a为负极，反应式应为NaxCn-xe−=Cn+xNa+，C错误；充电时阴极反应为Cn+xNa++xe−=NaxCn，转移xmole−时阴极结合xmolNa+，质量增加23x g，转移4mol e−时，增加4mol Na+，质量为4mol×23g/mol=92 g，D正确；故选D。 9.（25-26高二上·北京·期中）我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 【答案】C 【分析】由题干反应方程式4Na+3CO22Na2CO3+C可知，放电时，Na发生氧化反应，钠箔是负极，电极反应为：Na-e-=Na+，MWCNT电极是正极，电极反应为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，据此分析解题。 【解析】由分析可知，放电时钠箔是负极，充电时钠箔为阴极，与外电源的负极相连，A错误；钠为活泼金属，乙醇会与钠反应生成氢气，不能用乙醇代替四甘醇二甲醚作电解质，B错误；由分析可知，放电时正极发生还原反应，总反应中CO2得电子生成Na2CO3和C，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒，正极反应式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，C正确；由题干方程式可知，放电时转移4mol电子，正极生成2mol Na2CO3和1mol C，质量增加2×106g+12g=224g，D错误；故选C。 10.（25-26高二上·北京·期中）一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是 A．H+通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动 B．负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+ C．若产生1molHNO3，则通入O2的体积应等于16.8L D．左侧石墨电极电势高于右侧石墨电极 【答案】B 【分析】由图可知，NO失去电子转化为HNO3，则左侧多孔石墨电极为负极，NO在负极放电，负极的电极反应式为NO-3e-+2H2O=+4H+，右侧多孔石墨电极为正极。 【解析】在原电池中，阳离子向正极移动，所以H+ 通过质子交换膜从左侧向右侧多孔石墨棒移动，故A错误；根据题目信息，NO在负极放电，电极反应式为：NO-3e-+2H2O=+4H++，故B正确；未说明标准状况，无法确定体积为，C错误；左侧为负极，右侧为正极，正极电势高于负极，故右侧电势更高，D错误；故选B。 【强化练】 11.（25-26高二上·北京·期中）镁海水燃料电池(如图)具有高能量密度、低成本等优势，在多个领域具有重要应用。若空气中氧气的体积分数为20%，下列说法正确的是 A．该电池在碱性较强的电解质溶液中仍能持续放电 B．电流方向：镁电极→用电器→多孔石墨电极 C．多孔石墨电极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O D．标准状况下每消耗22.4L空气，理论上消耗9.6gMg 【答案】D 【分析】由题干图示装置可知，镁电极发生氧化反应，电极反应为：Mg-2e-=Mg2+，作负极，多孔石墨电极为正极，发生还原反应，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，据此分析解题。 【解析】在碱性较强的溶液中负极会生成Mg(OH)2沉淀，覆盖在Mg电极表面阻碍反应持续进行，A错误；电流方向与电子流向相反，镁电极为负极(电子流出)，多孔石墨为正极(电子流入)，故电流方向应为多孔石墨电极→用电器→镁电极，B错误；电解质为pH=8的海水(弱碱性)，正极O2得电子被还原成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，C错误；标准状况下22.4L空气中O2体积为22.4L×20%=4.48L，则O2的物质的量为=0.2mol，转移电子为0.2mol×4=0.8mol；1mol Mg失去2mol电子，理论上消耗Mg物质的量为 0.4mol，质量为0.4mol×24g/mol=9.6g，D正确；故选D。 12.（25-26高二上·山西·期中）一种高容量水系电池示意图如图所示。电池工作时，下列说法正确的是 已知：放电时，电极Ⅱ上减少。 A．溶液属于电解质 B．电极Ⅰ上发生还原反应，失去电子 C．电极Ⅱ上的电极反应式为 D．外电路中，电子的流动方向为电极Ⅰ→导线→电极Ⅱ 【答案】D 【解析】电解质是指在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，而MnSO4溶液是混合物，不属于电解质，A错误；放电时，电极Ⅰ为负极，发生氧化反应，失去电子，电极反应式为MnS-2e-=Mn2++S，B错误；放电时电极Ⅱ上MnO2减少，Mn元素化合价由+4价降低到+2价，发生还原反应，应得到电子，正确电极反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，C错误；放电时电极Ⅰ为负极（失电子），电极Ⅱ为正极（得电子），外电路中电子从负极（电极Ⅰ）经导线流向正极（电极Ⅱ），D正确；故选D。 13.（25-26高二上·湖北·期中）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】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；放电时，正极电势高于负极，MnO2为正极，电势较高，B错误；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；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；故选C。 14.（2025·浙江·一模）中国科大研究团队开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法不正确的是 A．放电时，电解质溶液质量减少 B．充电时，Li+移向惰性电极 C．充电时，阳极电极反应为 D．该锂-氢可充电电池对比传统锂离子电池的优势在于降低成本和提高安全性 【答案】A 【分析】金属锂易失去电子，则放电时惰性电极为负极、气体扩散电极为正极，电池在使用前需先充电，目的是将解离为锂离子和，则充电时，惰性电极为阴极，电极的反应为：，阳极为气体扩散电极，电极反应：，放电时，惰性电极为负极，电极反应为：，气体扩散电极为正极，电极反应为； 【解析】放电时，会通过固体电解质进入电解质溶液，同时正极会生成进入储氢容器，当转移2mol电子时，电解质溶液质量增加7g/mol×2mol-2g/mol×1mol=12g，即电解质溶液质量会增大，A错误；充电时，阳离子向阴极移动，则Li+移向惰性电极，B正确；由分析，充电时，阳极电极反应为，C正确；传统锂离子电池依赖贵金属材料，成本高且安全性差，该电池用氢气作活性物质，可降低成本并提高安全性，D正确；故选A。 15.（25-26高二上·河南南阳·期中）1T-MoS₂/石墨烯电极材料可在光照条件下产生电子(e⁻)和空穴(h⁺)，其制氧效果优越，原理如图所示。其中双极膜直流电场下，中间层水分子解离为H⁺和OH⁻，分别通过阴阳膜向两极迁移。下列叙述不正确的是 A．放电时，电子流向：b→导线→a B．放电时，每消耗0.1 mol O2，负极区电解质溶液的质量增加13 g C．充电时，b应连接直流电源负极 D．充电时，电池总反应： 【答案】B 【分析】放电时，该装置为原电池，Zn是活泼金属为负极，发生氧化反应；1T-MoS₂/石墨烯电极为正极，发生还原反应；充电时，该装置为电解池，在阴极(b极)得电子生成Zn，在阳极(a极)失电子生成，以此解答。 【解析】由分析可知，放电时，a为正极，b为负极，电子流向为b→导线→a，A正确；放电时，负极区电解质溶液增加的质量为失电子的锌和离子交换膜电离出来的OH-的质量和，根据电极反应式可知每消耗0.1 mol O2，转移0.4 mol电子，有0.2 mol Zn失电子进入溶液，0.4 mol OH-由双极膜进入负极区，则质量增加(0.2×65+0.4×17)g=19.8 g，B错误；由分析可知，放电时b为负极，充电时b极为阴极，应连接直流电源负极，C正确；由图可知，充电时总反应为[Zn(OH)4]2-在通电条件下反应生成Zn和O2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平方程式为：，D正确；故选B。 16.（25-26高二上·河南南阳·期中）研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时，铝为负极，石墨为正极 B．放电时，有机阳离子向石墨电极方向移动 C．放电时，电流方向为：石墨电极→用电器→铝电极→石墨电极 D．充电时，阴极反应为：Al3++3e-=Al 【答案】D 【分析】由图可知，该电池放电时，Al作负极失去电子，石墨电极为正极，脱附，再与负极生成的Al3+相结合生成。 【解析】放电时，铝作为活泼金属易失去电子，为负极；石墨得到电子，为正极，A正确；放电时，电解质中阳离子向正极移动，石墨为正极，故有机阳离子向石墨电极方向移动，B正确；放电时电流方向为：正极（石墨）→用电器→负极（铝），内电路中电流从负极→正极，形成闭合回路，C正确；放电时负极反应为Al失去电子生成（结合图示Al→），充电时阴极反应为放电负极反应的逆过程，应为得电子生成Al和，而非Al3+得电子，D错误；故选D。 17.（2025·浙江·一模）研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池。该电池分别以铝和石墨为电极，用和有机阳离子构成的电解质溶液作为离子导体，其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时负极电极反应式： B．充电时石墨电极与电源正极相连 C．放电时有机阳离子向铝电极方向移动 D．离子液体有良好的导电性和难挥发的优点，可用作电化学研究的电解质 【答案】C 【分析】放电时为原电池，铝是活泼的金属，铝作负极，被氧化生成，电极反应式为，石墨为正极，电极反应式为；充电时为电解池，石墨为阳极，Al为阴极，阴、阳极反应与原电池负、正极反应相反，据此解答。 【解析】由分析可知，放电时负极电极反应式：，A正确；放电时石墨为正极，充电时正极变为阳极，阳极需与电源正极相连，B正确；放电时为原电池，阳离子应向正极（石墨电极）移动，有机阳离子带正电，应移向石墨电极，而非铝电极（负极），C错误；离子液体含自由移动离子，导电性良好，且难挥发，适合作为电化学研究的电解质，D正确；故选C。 18.（25-26高二上·河南南阳·期中）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】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；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；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；总反应消耗H2SO4，所以需定期补充硫酸，故D正确；故选B。 19.（25-26高二上·安徽蚌埠·期中）某化学实验小组利用下图所示微生物电池将污水中苯酚（）转化为和，并产生电能（M、N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．电池工作过程中，正极区的pH降低 C．每消耗标准状况下22.4L时，理论上能处理约13.4g苯酚的废水 D．M极的电极反应式为： 【答案】B 【分析】左侧将污水中的苯酚（）转化为和，化合价升高，失电子，所以M作负极，右侧氧气转化为水，化合价降低，得电子，所以N作正极，据此解答。 【解析】微生物在高温环境下会失活，该电池依赖微生物催化，故不适宜高温工作，A正确；正极区O2得电子发生还原反应：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O，反应消耗H+生成H2O，H+浓度降低，pH升高，B错误；1 mol O2得4 mol电子，1 mol苯酚（C6H6O，94g/mol）失28mol电子，电子守恒：n(O2)×4 = n(苯酚)×28，1mol O2对应n(苯酚)==mol，质量=×94≈13.4 g，C正确；M极为负极，苯酚氧化为CO2，C元素从价升至+4价，6个C共失28e-，结合守恒配平得电极反应式：，D正确；故选B。 20.（2025·山东潍坊·一模）低品位热（温度低于150 ℃）是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的37 ℃热富集铂电极电池如图所示。利用从热区至冷区的pH梯度驱动对苯醌和对苯二酚的转换：。下列说法错误的是 A．左侧电极为冷端电极 B．工作中热端电极的电极反应式为-2e-=+2H+ C．工作中无需补充对苯醌或对苯二酚 D．该电池可反复充放电使用 【答案】D 【分析】读图，聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，对苯醌在左侧电极得到电子，并结合H+，转化为对苯二酚；聚合物（含多个羧酸根）向右侧电极移动时，遇热收缩，重新结合H+，对苯二酚在右侧电极失去电子，并释放H+，转化为对苯醌。 【解析】聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，可见左侧电极为冷端电极，A正确；右侧电极为热端电极，对苯二酚在右侧电极失去电子，并释放H+，转化为对苯醌，电极反应式是-2e-=+2H+，B正确；左侧电极的电极反应式是+2H++2e-=，右侧电极的电极反应式是-2e-=+2H+，两者相加完全抵消，可见电池整体上并不消耗对苯醌或对苯二酚，无需补充，C正确；该电池实质是将热能（低品位热）转化为电能，随着热区和冷区的温差消失（热传递），电池将无法工作，是一次电池，无法充电，D错误；故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 $