专题02 化学电源装置分析（重难点讲义） 化学沪科版2020选择性必修1

本高中化学讲义聚焦化学电源装置分析核心知识点，从原电池电极判断切入，系统梳理锌锰干电池、铅蓄电池等一次及二次电池，延伸至燃料电池与新型电池工作原理，构建递进式学习支架。 资料通过表格对比不同电池构造与反应，结合电极反应式书写方法指导，辅以典例及变式训练，培养科学思维与科学探究能力。课中助力教师高效授课，课后便于学生回顾强化，弥补知识盲点。

专题02 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________，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___ 知识点二 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 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－。 知识点五 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。 知识点六 解答化学电源题目的方法 1.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。 2.解答可充电电池题目的思路 题型01 原电池 【典例】下列关于电化学的说法正确的是 A．交换膜为阴离子交换膜 B．铜片与直流电源负极相连 C．防腐原理：外加电流的阴极保护 D．电子流向：a→b→电解质→a A．A B．B C．C D．D 【变式】将镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中容易发生析氢腐蚀 B．镀层金属上的电极反应式： C．电镀时，镀层金属作为阴极 D．若有铁锈(以计)生成，理论上负极有电子转移 题型02 一次电池 【典例】碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为 【变式】普通锌锰干电池的简图如图，该电池工作时的总反应为。关于锌锰干电池的下列说法中正确的是 A．当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原 B．电池工作一段时间后，碳棒会逐渐变细 C．电池工作时，电流由负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g 题型03 二次电池 【典例】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】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04 燃料电池 【典例】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】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05 新型电池 【典例】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】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 【巩固训练】 1．关于如图所示原电池装置，下列说法正确的是 A．外电路中电子由铁片流向碳棒 B．该装置能将电能转化为化学能 C．碳棒是负极 D．该装置正极反应为： 2．锌铜原电池(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，电流从负极流向正极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 3．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 A．正极反应为 B．温度越高，微生物促进反应中电子的转移速率越快 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 4．近日，中国科学技术大学教授陈维课题组提出了电池化学新体系，如图所示(已知：离子选择传输仅允许某离子通过，不允许其他离子或分子通过)。 在如图所示的新型电池结构中，下列说法正确的是 A．极的电极反应式为 B．在、、、中，单位质量金属提供电子最多的是锂 C．有机电解质的作用是氢气生成反应的催化剂 D．每生成氢气(标准状况)，理论上转移电子 5．铁镍二次电池的反应是：，下列有关铁镍二次电池的说法正确的是 A．放电时，是负极，是正极 B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中 C．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 D．充电时，阴极的电极反应式为 6．装置甲是一种将废水中的氯乙烯()转换成对环境无害的微生物电池，连接甲、乙装置进行粗铜精炼，其原理如图所示。 下列说法不正确的是 A．电解精炼时，粗铜与Y电极相连 B．电解过程中N区溶液的pH增大 C．若N电极消耗16 g，粗铜电极质量减少64 g D．M电极的电极反应式为 7．巧设实验，方得真知。下列实验设计合理的是 观察电流表指针偏转方向 A．制作简易氢氧燃料电池 B．证明金属活动性顺序为 C．铁钉镀铜 D．模拟阴极电保护法 A．A B．B C．C D．D 8．我国科学家发明了一种可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时二氧化锰电极发生还原反应，二氧化锰被还原 B．放电时，若电路中转移0.2mol电子，则负极区溶液质量减少1.3g C．电池左侧为阴离子交换膜，右侧为阳离子交换膜 D．充电时，阳极附近溶液的pH增大 9．我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的Zn-NH3电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时，负极反应为 B．充电时，阴极室电解质溶液pH增大 C．复合石墨电极表面，充电时析出N2，放电时析出 D．充电时，导线中每转移6 mol电子，阳极室溶液质量减少28 g 10．“祝融号”火星探测车采用Li-CO2二次电池供电，电池的总反应式为，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．充电时，电极B发生还原反应 B．A极区的电解质溶液可用LiCl水溶液 C．放电时，电极A为正极 D．放电时，当外电路通过1 mol e-时，至少需要吸收16.8 L CO2气体(标况下) 【强化训练】 11．一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．金属Zn为负极 B．电子流动方向：Zn→KOH凝胶→石墨 C．石墨电极反应式： D．空气中的CO2等酸性气体会影响电池的性能 12．我国科学家研发了一种室温下可充电的电池，装置如图所示。放电时，与均沉积在碳纳米管中。下列说法不正确的是 A．充电时，碳纳米管电极发生的反应为： B．放电时，每转移电子，消耗(标准状况下) C．充电时，电源b极为正极，向钠箔电极移动 D．放电时，钠箔电极发生氧化反应 13．换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是 A．若用导线连接a、c，则a极附近pH增大 B．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3-xe-=WO3+xH+ C．若导线先连接a、c，一段时间后改接b、c，可实现太阳能向电能转化 D．若用导线连接b、c，当1 molO2参与b电极反应时，有2 molLi+进入A区 14．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，不正确的是 图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ所示电池的负极反应不相同 B．图Ⅱ所示电池相比图Ⅰ所示电池，有效期短且易漏液 C．图Ⅲ属于二次电池，可以根据电解质溶液的密度判断充放电程度 D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 15．下列有关图示原电池装置的叙述正确的是 A．图1盐桥中的阳离子移向溶液 B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应 C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加 D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为 16．石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1-xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是 A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中 B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2＋xLi＋ C．放电时负极反应可表示为：LixC6 -ye-=yLi＋ + Li(x-y)C6 D．充电时，若转移x mol e-，石墨烯电极增重7 g 17．一种高性能的碱性硼化钒()一空气电池如下图所示，其中在电极发生反应如下：。 (1)负载通过0.04 mol电子时，有 L(标准状况)参与反应。 (2)每消耗，则有 透过离子选择性膜。 (3)若用该燃料电池电解处理酸性氨氮废水，产生无污染气体，则在阳极上的电极反应式为 。 18．某甲醇燃料电池工作原理如图所示。 (1)电极I的名称是 ；写出电极Ⅱ发生的电极反应式： 。 (2)与直接燃烧甲醇相比，写出采用甲醇燃料电池方式供能的一项优势 。 19．某品牌石墨烯锂电池的主要制备工艺流程如图1所示。 查阅资料：锂的金属活动性比锌活泼。 (1)石墨烯的物理性质与石墨 (填“相似”或“不相似”)。 (2)在氩气保护下，氧化设备内的H2O2在酸性环境下能氧化石墨，该过程温度不宜超过50℃的原因是 ，制备过程产生的问题是 。 (3)组装过程不能选用酸性电解液的原因是 。可用纯碱处理废液中的LiPF6，反应的化学方程式为，则X的化学式为 。 (4)石墨烯锂电池工作时的能量转化为 。根据图2数据分析，救援行动所使用的无人机适合用石墨烯锂电池的原因是 。 20．按要求回答下列问题。 (1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图1所示： ①A为生物燃料电池的 (填“正”或“负”)极。 ②正极的电极反应式为 。 ③放电过程中，H＋由 (填“正”或“负”，下同)极区向 极区迁移。 ④在电池反应中，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是 。 (2)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图2所示，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，说明尾气中一氧化碳的含量越高。 请回答下列问题： ①a极的电极反应式为 。 ②这种一氧化碳分析仪工作时，O2-由电极 (填“a”或“b”，下同)向电极 移动；电子由电极 通过传感器流向电极 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 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 知识点二 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 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－。 知识点五 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。 知识点六 解答化学电源题目的方法 1.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。 2.解答可充电电池题目的思路 题型01 原电池 【典例】下列关于电化学的说法正确的是 A．交换膜为阴离子交换膜 B．铜片与直流电源负极相连 C．防腐原理：外加电流的阴极保护 D．电子流向：a→b→电解质→a A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．该装置为电解饱和食盐水，电解方程式为，左侧为阳极，电极反应为，右侧为阴极，电极反应为，向阴极移动，从左侧进入右侧，故离子交换膜为阳离子交换膜，A错误； B．电镀时，镀件放阴极与电源负极相连，镀层金属放阳极与电源正极相连，则铜片应与电源正极相连，B错误； C．为保护钢闸门，钢闸门应与电源负极相连，辅助电极作阳极，应使用石墨等惰性电极，其防腐原理为外加电流保护法，C正确； D．在原电池中，电子只能在导线中移动，不能进入电解质溶液，D错误； 故答案选C。 【变式】将镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中容易发生析氢腐蚀 B．镀层金属上的电极反应式： C．电镀时，镀层金属作为阴极 D．若有铁锈(以计)生成，理论上负极有电子转移 【答案】B 【详解】A．钢铁在海水中发生吸氧腐蚀，A错误； B．由于铁生锈，说明铁被腐蚀，铁为负极，镀层金属为正极，且发生的是吸氧腐蚀，B正确； C．镀层金属作阳极，C错误； D．负极的电极反应式为，由此可知，有0.1 mol 生成时理论上负极转移0.4 mol电子，D错误； 故答案选B。 题型02 一次电池 【典例】碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为 【答案】D 【分析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。 【详解】A．由以上分析可知负极的电极反应式：，故A正确； B．原电池中阴离子向负极移动，则通过隔膜向负极移动，故B正确； C．环境温度过低，反应速率减慢，不利于电池放电，故C正确； D．由上述电极反应可知每生成1molMnOOH，转移1mol电子，转移电子数目为，故D错误； 故选：D。 【变式】普通锌锰干电池的简图如图，该电池工作时的总反应为。关于锌锰干电池的下列说法中正确的是 A．当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原 B．电池工作一段时间后，碳棒会逐渐变细 C．电池工作时，电流由负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g 【答案】D 【详解】A. 干电池是一次电池，不能重复使用，因此不能重新充电复原，故A错误； B. 该原电池放电时，碳作正极，不被消耗，故B错误； C. 原电池工作时，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，故C错误； D. 由可知，外电路中每通过0.2mol电子时，消耗0.1mol锌，则锌的质量理论上减小6.5g，故D正确； 故选D。 题型03 二次电池 【典例】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】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04 燃料电池 【典例】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】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05 新型电池 【典例】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】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。 【巩固训练】 1．关于如图所示原电池装置，下列说法正确的是 A．外电路中电子由铁片流向碳棒 B．该装置能将电能转化为化学能 C．碳棒是负极 D．该装置正极反应为： 【答案】A 【分析】该装置为原电池，铁失电子沿外电路转移到碳棒，溶液中的H+在碳棒附近得电子生成氢气，实现化学能转化为电能，据此作答。 【详解】A．外电路中电子从铁电极经电流表到正极（碳棒），A正确； B．该装置为原电池，实现化学能转化为电能，B错误； C．碳棒是电子流入的一极，也是电流流出的一极，碳棒为正极，C错误； D．正极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，D错误； 故答案选A。 2．锌铜原电池(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，电流从负极流向正极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 【答案】B 【分析】根据装置图，Zn比Cu活泼，则Zn极为负极，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+；Cu极为正极，发生还原反应：Cu2++2e-=Cu；电池内电路中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 【详解】A．分析可知，Cu作正极，正极反应为Cu2++2e-=Cu，A错误； B．Zn极为负极，发生Zn-2e-=Zn2+，Cu作正极，正极反应为Cu2++2e-=Cu，电池反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu，B正确； C．在外电路中，电子从负极流向正极，电流从正极流向负极，C错误； D．电池内电路中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，盐桥中的K+移向正极区，即CuSO4溶液，D错误； 故选B。 3．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 A．正极反应为 B．温度越高，微生物促进反应中电子的转移速率越快 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 【答案】B 【分析】在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，根据图示可知，负极上失电子被氧化，其电极反应式为，正极上氧气得电子被还原，其电极反应式为。 【详解】A．正极上氧气得电子被还原，其电极反应式为，故A正确； B．高温会导致微生物失去生理活性，反而导致反应速率变慢，故B错误； C．原电池内电路中，阳离子向正极移动，所以质子通过交换膜从负极移向正极，故C正确； D．由分析，负极上失电子被氧化，其电极反应式为，正极上氧气得电子被还原，其电极反应式为，则总反应为，故D正确； 故选B。 4．近日，中国科学技术大学教授陈维课题组提出了电池化学新体系，如图所示(已知：离子选择传输仅允许某离子通过，不允许其他离子或分子通过)。 在如图所示的新型电池结构中，下列说法正确的是 A．极的电极反应式为 B．在、、、中，单位质量金属提供电子最多的是锂 C．有机电解质的作用是氢气生成反应的催化剂 D．每生成氢气(标准状况)，理论上转移电子 【答案】B 【分析】由图可知，负极上Li失电子得到Li+，则负极反应式：，在正极得到电子生成氢气，电极反应为，据此解答。 【详解】A．该电池体系中，没有氢氧根离子参与反应，锂为负极，电极反应式为，A项错误； B．设金属质量均为1 g，Zn提供电子：、Mg提供电子：、Al提供电子：、Li提供电子：，比较可知，单位质量金属失去电子最多的是锂，B项正确； C．有机电解质的作用是传导锂离子，为离子移动提供通道，而不是氢气生成反应的催化剂，催化该反应的是氧化/还原催化剂，C项错误； D．a极的电极反应式为，，理论上转移的电子为0.4 mol，D项错误； 故选B。 5．铁镍二次电池的反应是：，下列有关铁镍二次电池的说法正确的是 A．放电时，是负极，是正极 B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中 C．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 D．充电时，阴极的电极反应式为 【答案】D 【详解】A．放电时，Fe作为负极，被氧化，NiO2作为正极，被还原，因此NiO2是正极，A错误； B．反应生成Fe(OH)2和Ni(OH)2，需碱性环境，酸性溶液中OH-会与H+反应，破坏反应条件，B错误； C．放电时，原电池中的阴离子应向负极移动，C错误； D．充电时，阴极发生还原反应，Fe(OH)2得电子被还原为Fe，反应式正确，D正确； 故选D。 6．装置甲是一种将废水中的氯乙烯()转换成对环境无害的微生物电池，连接甲、乙装置进行粗铜精炼，其原理如图所示。 下列说法不正确的是 A．电解精炼时，粗铜与Y电极相连 B．电解过程中N区溶液的pH增大 C．若N电极消耗16 g，粗铜电极质量减少64 g D．M电极的电极反应式为 【答案】C 【分析】由图可知，甲装置是将化学能转化为电能的原电池，M电极为负极，水分子作用下氯乙烯在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氢离子和氯离子，电极反应式为：，N电极为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为：O2+4e- +4H+=+2H2O；乙装置为精炼池，与Y电极相连的粗铜做精炼池的阳极，锌、铁铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，精铜做阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜。 【详解】A．由分析可知，电解精炼时，与Y电极相连的粗铜做精炼池的阳极，A正确； B．由分析可知，N电极为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为：O2+4e- +4H+=+2H2O，所以电解过程中N电极消耗氢离子导致N区溶液的pH增大，B正确； C．由分析可知，与Y电极相连的粗铜做精炼池的阳极，锌、铁铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，则N电极消耗16 g氧气时，无法计算粗铜电极减少质量，C错误； D．由分析可知，M电极为负极，水分子作用下氯乙烯在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氢离子和氯离子，电极反应式为：，D正确； 故选C。 7．巧设实验，方得真知。下列实验设计合理的是 观察电流表指针偏转方向 A．制作简易氢氧燃料电池 B．证明金属活动性顺序为 C．铁钉镀铜 D．模拟阴极电保护法 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．当K1闭合、K2断开时，构成电解池，阴极产生氢气，阳极为Zn，属于活泼金属，所以阳极发生的反应为，并不能产生氧气，所以当K1断开、K2闭合时也无法构成氢氧燃料电池，A错误； B．Fe、Cu和稀硫酸组成的原电池中，由电流表指针偏转方向可知，Fe作负极、铜作正极，则金属活动性Fe>Cu；同理，由Fe、Zn和稀硫酸组成的原电池的电流表偏转方向可得金属活动性顺序Zn>Fe，则证明金属活动性顺序Zn>Fe>Cu，B正确； C．铁钉镀铜时，应以铁钉为阴极，铜片为阳极，硫酸铜溶液为电解质溶液进行电解，图示装置为原电池，不是电解池，无法实现铁钉镀铜，C错误； D．电解质溶液呈酸性，Zn的活泼性强于Fe，则Zn作负极，Fe作正极被保护，是牺牲阳极的阴极保护法，阴极电保护法是运用了电解池原理，D错误； 故答案选B。 8．我国科学家发明了一种可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时二氧化锰电极发生还原反应，二氧化锰被还原 B．放电时，若电路中转移0.2mol电子，则负极区溶液质量减少1.3g C．电池左侧为阴离子交换膜，右侧为阳离子交换膜 D．充电时，阳极附近溶液的pH增大 【答案】D 【分析】放电时，Zn为负极，强碱性溶液中Zn失去电子被氧化为Zn(OH)，电极反应式为：；MnO2为正极，酸性溶液中被还原为Mn2+，电极反应式为：；左侧膜为阴离子交换膜，右侧膜为阳离子交换膜，据此分析作答。 【详解】A．由分析可知，放电时MnO2为正极，酸性溶液中被还原为Mn2+，A正确； B．放电时负极反应：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，转移0.2mol电子时消耗0.1molZn（6.5g），同时0.2molK+（阳离子）向正极移动、移出负极区（质量7.8g），溶液质量变化为6.5g-7.8g=-1.3g，即减少1.3g，B正确； C．由分析可知，电池左侧为阴离子交换膜，右侧为阳离子交换膜，C正确； D．充电时，阳极（MnO2电极）发生反应：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，生成H+使阳极附近H+浓度增大，pH降低，D错误； 故选D。 9．我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的Zn-NH3电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时，负极反应为 B．充电时，阴极室电解质溶液pH增大 C．复合石墨电极表面，充电时析出N2，放电时析出 D．充电时，导线中每转移6 mol电子，阳极室溶液质量减少28 g 【答案】D 【分析】根据图示可知，放电时是原电池。放电时负极为锌，电解质为KOH，负极产物为，负极的电极反应式为；复合石墨是正极，其上发生还原反应，电解质溶液呈碱性，电极反应为。充电时，复合石墨是阳极，电极反应为；Zn是阴极，电极反应为：。 【详解】A．由分析可知，放电时，负极反应为：，A正确； B．充电时，阴极的反应为，当转移2 mol电子时，生成4 mol，有2 mol透过阴离子交换膜移向右侧，故阴极室电解质溶液pH增大，B正确； C．由分析的电极反应可知，复合石墨电极表面，放电时析出，充电时析出，C正确； D．充电时，导线中每转移6 mol电子，阳极生成1 mol氮气(质量减少28 g)，同时会有6mol透过阴离子交换膜移向阳极室(质量增加102 g)，故阳极室质量增加102 g-28g=74 g，D错误； 故选D。 10．“祝融号”火星探测车采用Li-CO2二次电池供电，电池的总反应式为，工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．充电时，电极B发生还原反应 B．A极区的电解质溶液可用LiCl水溶液 C．放电时，电极A为正极 D．放电时，当外电路通过1 mol e-时，至少需要吸收16.8 L CO2气体(标况下) 【答案】D 【分析】根据电池的总反应式可知：放电时该装置为原电池，A电极上Li发生失去电子的氧化反应，A电极为负极；CO2在B电极上得到电子发生还原反应，B电极为正极。充电时该装置为电解池。原电池的负极(Li极)作电解池阴极，发生得电子的还原反应；原电池的正极B电极作电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，据此分析解答。 【详解】A．充电时，装置为电解池，电极B为阳极，发生失去电子的氧化反应，A错误； B．Li是极活泼金属，能与水发生置换反应：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑。若用LiCl水溶液，Li会与水反应，无法稳定存在。因此，A极区电解质溶液不能用LiCl水溶液，B错误； C．放电时，该装置为原电池，电极A为负极，Li失去电子变为Li+，C错误； D．放电时，正极为电极B，根据总反应可知：4molLi失去4 mol e-，3 molCO2参与反应。4 mole-对应3 molCO2，当外电路通过1 mol e-时，消耗CO2的物质的量为n(CO2)=n(e-)=×1mol=0.75 mol，因此至少需要吸收标准状况下CO2的体积V(CO2)=0.75 mol×22.4 L/mol=16.8 L，D正确； 故合理选项是D。 【强化训练】 11．一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．金属Zn为负极 B．电子流动方向：Zn→KOH凝胶→石墨 C．石墨电极反应式： D．空气中的CO2等酸性气体会影响电池的性能 【答案】B 【详解】A．锌-空气电池工作时，Zn发生失电子的反应生成Zn(OH)2，锌作负极，石墨作正极，A正确； B．放电时电子由负极流出，经过导线流入正极，不能进入电解质溶液中，B错误； C．放电时锌作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子生成OH-，正极反应式为，C正确； D．空气中的CO2等酸性气体会与KOH凝胶反应，导致电解质的碱性减弱，会影响锌-空气电池的性能，D正确； 故答案选B。 12．我国科学家研发了一种室温下可充电的电池，装置如图所示。放电时，与均沉积在碳纳米管中。下列说法不正确的是 A．充电时，碳纳米管电极发生的反应为： B．放电时，每转移电子，消耗(标准状况下) C．充电时，电源b极为正极，向钠箔电极移动 D．放电时，钠箔电极发生氧化反应 【答案】A 【分析】可充电的电池放电时，与均沉积在碳纳米管中，说明碳纳米管作正极，电极反应式为，钠箔负极，电极反应式为，充电时，钠箔作阴极，碳纳米管作阳极，据此解答。 【详解】A．充电时，碳纳米管电极为阳极，发生氧化反应，发生的反应为：，A错误； B．由分析可知，放电时，正极发生的反应为：，故每转移电子，消耗CO2的物质的量为1.5 mol，即体积为标准状况下33.6 L，故B正确； C．由分析可知，充电时，碳纳米管发生氧化反应，作阳极，与电源的正极相连，说明电源b极为正极，在电解池中，阳离子移向阴极，所以Na+向阴极(即钠箔电极)移动，C正确； D．放电时，Na失去电子变成Na+，发生氧化反应，故D正确； 故选A。 13．换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是 A．若用导线连接a、c，则a极附近pH增大 B．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3-xe-=WO3+xH+ C．若导线先连接a、c，一段时间后改接b、c，可实现太阳能向电能转化 D．若用导线连接b、c，当1 molO2参与b电极反应时，有2 molLi+进入A区 【答案】C 【分析】由图可知，用导线连接a、c时，a电极为负极，光照条件下水分子失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为：，c电极为正极，酸性条件下三氧化钨在正极得到电子发生还原反应生成HxWO3，电极反应式为：；用导线连接b、c时，b电极为正极，酸性条件下空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为：，c电极为负极，失去电子发生氧化反应生成三氧化钨和氢离子，电极反应式为：HxWO3-xe-=WO3+xH+。 【详解】A．由分析可知，用导线连接a、c时，a电极为负极，光照条件下水分子失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为：，则溶液中的氢离子浓度增大，溶液pH减小，A错误； B．由分析可知，用导线连接a、c时，c电极为正极，酸性条件下三氧化钨在正极得到电子发生还原反应生成HxWO3，电极反应式为：，B错误； C．由分析可知，用导线连接a、c时，a电极为负极，c电极为正极；用导线连接b、c时，b电极为正极，c电极为负极，则导线先连接a、c，一段时间后改接b、c，可以实现由光电池转化为原电池，从而实现太阳能向电能转化，C正确； D．由分析可知，用导线连接b、c时，b电极为正极，酸性条件下空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为：，则1mol氧气参与反应时，反应会消耗4mol 氢离子，所以由电荷守恒可知，反应中会有4mol 锂离子通过离子交换膜进入A区，D错误； 故选C。 14．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，不正确的是 图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ所示电池的负极反应不相同 B．图Ⅱ所示电池相比图Ⅰ所示电池，有效期短且易漏液 C．图Ⅲ属于二次电池，可以根据电解质溶液的密度判断充放电程度 D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 【答案】B 【详解】A．由图可知，图Ⅰ为普通锌锰电池，锌为原电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn - 2e- = Zn²⁺；图Ⅱ为碱性锌锰电池，锌为原电池的负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，电极反应式为Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2，两者负极反应因电解质环境不同而不同，A正确； B．由图可知，图Ⅰ为普通锌锰电池，图Ⅱ为碱性锌锰电池，与图Ⅰ普通锌锰电池相比，图Ⅱ碱性锌锰电池的电解质为碱性，锌粉与电解质接触更充分，反应平稳，不易漏液且有效期更长，B错误； C．硫酸溶液的浓度越大，密度越大，由图可知，图Ⅲ为二次电池铅酸蓄电池，放电时硫酸溶液浓度降低、密度减小，充电时硫酸溶液浓度增大、密度增大，所以可通过电解质溶液密度判断充放电程度，C正确； D．由图可知，图Ⅳ为银锌纽扣电池， Ag2O为电池的正极，水分子作用下氧化银得到电子发生还原反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH-，D正确； 故选B。 15．下列有关图示原电池装置的叙述正确的是 A．图1盐桥中的阳离子移向溶液 B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应 C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加 D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为 【答案】D 【详解】A．图1为铜锌原电池，Zn为负极（锌失电子），Cu为正极（Cu2+得电子），盐桥中阳离子移向正极区溶液、阴离子移向负极区溶液，A错误； B．图2为锌锰干电池，Zn为负极，发生氧化反应，为正极，发生还原反应，B错误； C．图3为铅蓄电池，放电时负极反应为（质量增加），正极反应为（质量增加），正、负极质量均增大，C错误； D．图4为氢氧燃料电池，酸性电解质中，正极氧气得电子发生还原反应与氢离子结合生成水，正极反应为，D正确； 故选D。 16．石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1-xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是 A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中 B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2＋xLi＋ C．放电时负极反应可表示为：LixC6 -ye-=yLi＋ + Li(x-y)C6 D．充电时，若转移x mol e-，石墨烯电极增重7 g 【答案】C 【详解】A．充电时为电解池，阴极（石墨烯电极）反应为，Li+嵌入石墨烯中，A错误； B．放电时为原电池，LiCoO2是正极产物，正极反应为，B错误； C．放电时负极（LixC6）发生氧化反应，Li失去电子生成Li+，若失去y个电子，可表示为，C正确； D．充电时石墨烯电极为阴极，反应为，转移x mol e⁻时嵌入x mol Li，增重7x g，D错误； 故选C。 17．一种高性能的碱性硼化钒()一空气电池如下图所示，其中在电极发生反应如下：。 (1)负载通过0.04 mol电子时，有 L(标准状况)参与反应。 (2)每消耗，则有 透过离子选择性膜。 (3)若用该燃料电池电解处理酸性氨氮废水，产生无污染气体，则在阳极上的电极反应式为 。 【答案】(1)0.224 (2)11 (3)2NH-6 e-= N2↑+8H+ 【分析】由VB2电极反应式可知，VB2电极为燃料电池的负极，则通入空气的复合碳电极为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。 【详解】（1）由分析可知，通入空气的复合碳电极为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，则负载通过0.04 mol电子时，标准状况下正极参与反应的氧气的体积为0.04mol××22.4L/mol=0.224L； （2）由VB2电极反应式可知，消耗1mol VB2时，消耗氢氧根离子的物质的量为11mol，则有11mol氢氧根离子透过离子选择性膜由正极区移向负极区； （3）由题意可知，阳极发生的反应为铵根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氮气和氢离子，电极反应式为2NH-6 e-= N2↑+8H+。 18．某甲醇燃料电池工作原理如图所示。 (1)电极I的名称是 ；写出电极Ⅱ发生的电极反应式： 。 (2)与直接燃烧甲醇相比，写出采用甲醇燃料电池方式供能的一项优势 。 【答案】(1) 负极 (2)能量转化效率高、能量损失少、反应充分不产生积碳（任意一条即可） 【分析】甲醇燃料电池中，氢离子移向电极Ⅱ，阳离子向正极移动，则电极Ⅱ为正极，氧气得电子发生还原反应生成水，电极反应方程式为：；电极I为负极，甲醇失电子发生氧化反应生成CO2，电极反应式为：CH3OH＋H2O－6e-＝CO2↑＋6H+，据此分析回答。 【详解】（1）由分析可知，电极I为负极；电极Ⅱ发生的电极反应式为：； （2）与直接燃烧甲醇相比，采用甲醇燃料电池方式供能的优势为能量转化效率高、能量损失少、反应充分不产生积碳（任意一条即可）。 19．某品牌石墨烯锂电池的主要制备工艺流程如图1所示。 查阅资料：锂的金属活动性比锌活泼。 (1)石墨烯的物理性质与石墨 (填“相似”或“不相似”)。 (2)在氩气保护下，氧化设备内的H2O2在酸性环境下能氧化石墨，该过程温度不宜超过50℃的原因是 ，制备过程产生的问题是 。 (3)组装过程不能选用酸性电解液的原因是 。可用纯碱处理废液中的LiPF6，反应的化学方程式为，则X的化学式为 。 (4)石墨烯锂电池工作时的能量转化为 。根据图2数据分析，救援行动所使用的无人机适合用石墨烯锂电池的原因是 。 【答案】(1)不相似 (2) H2O2受热易分解 产生SO2，污染空气 (3) 锂的金属活动性较强，能与酸性电解液反应 NaF (4) 化学能转化为电能 石墨烯锂电池能量密度大、充电时间短 【详解】（1）石墨烯和石墨都是由碳元素组成的单质， 由于它们碳原子的排列方式不相似，所以石墨烯的物理性质与石墨不相似，如石墨烯硬，石墨软。 （2）受热易分解，所以在氧化设备内，在酸性环境下氧化石墨的过程中温度不宜超过50℃，防止温度过高使分解；由流程图可知，制备过程中有产生，会污染空气。 （3）已知锂的金属活动性比锌活泼，锂的金属活动性较强，能与酸性电解液发生反应，所以组装过程不能选用酸性电解液，故填写：锂的金属活动性较强，能与酸性电解液反应； 根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目均不变，反应前有2个Li原子、2个P原子、12个F原子、18个Na原子、9个C原子、27个O原子；反应后有2个Li原子、2个P原子、0个F原子、6个Na原子、9个C原子、27个O原子 。所以12X中含有12个Na原子、12个F原子， 则X的化学式为NaF。 （4）石墨烯锂电池工作时是化学能转化为电能，故填写：化学能转化为电能； 由图2可知，与传统锂电池相比，石墨烯锂电池能量密度大，充电时间短，能满足救援行动中无人机对电池的需求，所以救援行动所使用的无人机适合用石墨烯锂电池。 20．按要求回答下列问题。 (1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图1所示： ①A为生物燃料电池的 (填“正”或“负”)极。 ②正极的电极反应式为 。 ③放电过程中，H＋由 (填“正”或“负”，下同)极区向 极区迁移。 ④在电池反应中，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是 。 (2)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图2所示，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，说明尾气中一氧化碳的含量越高。 请回答下列问题： ①a极的电极反应式为 。 ②这种一氧化碳分析仪工作时，O2-由电极 (填“a”或“b”，下同)向电极 移动；电子由电极 通过传感器流向电极 。 【答案】(1) 正 负 正 22.4 L (2) b a a b 【详解】（1）该燃料电池中通入氧气的电极为正极，即A为正极，通入葡萄糖的电极为负极，即B为负极。 ①根据分析，A为生物燃料电池的正极； ②正极氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：； ③放电过程中，阳离子移向正极，故H＋由负极区向正极区迁移； ④在电池反应中，负极的电极反应为：，每消耗1 mol O2转移4 mol电子，理论上生成二氧化碳的物质的量为：1 mol，标准状况下的体积是：22.4 L； （2）该装置为原电池装置，通入空气的电极为正极，即多孔电极b为正极，通入CO的电极为负极，即多孔电极a为负极。 ①根据分析，a极为负极，CO转化为CO2，电极反应式为：； ②该一氧化碳分析仪工作时，阴离子由正极移向负极，故O2-由电极b向电极a移动；电子由负极沿导线流向正极，即由电极a通过传感器流向电极b。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $