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新高考化学一轮复习讲义 第6章 第35讲 原电池和化学电源
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这是一份新高考化学一轮复习讲义 第6章 第35讲 原电池和化学电源，共19页。试卷主要包含了全面，扎实训练学科基本技能，培养学生积极的学习态度，有计划，eq \f×4等内容，欢迎下载使用。
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高三复习要突出重点，切忌主次不分，无的放矢。要在“精讲”上下足功夫。抓住学情，讲难点、重点、易混点、薄弱点；讲思路、技巧、规范；讲到关键处，讲到点子上，讲到学生心里去。
第35讲 原电池 化学电源
复习目标 1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.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。3.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。
考点一 原电池的工作原理及应用
1．原电池的概念及构成条件
(1)定义：将化学能转化为电能的装置。
(2)原电池的形成条件
①能自发进行的氧化还原反应。
②两个活泼性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
③形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
2．工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)装置变迁
(2)电极反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋，氧化反应。
正极：Cu2＋＋2e－===Cu，还原反应。
总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。
(3)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
③盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
3．原电池的应用
(1)设计制作化学电源
(2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。
(3)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池( )
2．放热反应都可设计成原电池( )
3．在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
4．两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
5．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
6．实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√
一、原电池原理及电极的判断
1．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极发生氧化反应
B．Ag2O电极是电源的正极
C．电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，再由Ag2O电极经电解质溶液流向Zn电极
D．Zn电极上发生的反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
答案 C
解析 电池工作时，负极Zn失去电子，电子经导线流向正极，Ag2O得到电子转化为Ag，电子不会进入电解质溶液，C项错误。
2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 B
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
判断电极的方法
(1)通过反应类型判断
①失去电子的电极为负极，发生氧化反应；
②得到电子的电极为正极，发生还原反应。
(2)通过电子定向移动方向和电流方向判断
①电子流出的电极为负极，电子经外电路流入正极；
②电流流出的电极为正极，电流经外电路流入负极。
(3)根据离子移动方向判断
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
(4)根据电极现象判断
一般不断溶解、质量减轻的电极为负极；有固体析出、质量增加或不变或有气体产生的电极为正极。
二、原电池原理的应用
3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
答案 C
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。
4．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：________________________________________________________________________。
②正极：________________________________________________________________________。
(3)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
考点二 常见化学电源及工作原理
1．分类
2．工作原理
3.二次电池的充放电
(1)可充电电池原理示意图
充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。
(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。
(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
1．太阳能电池不属于原电池( )
2．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
3．铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增重4.8 g( )
4．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.√
一、化学电源中电极及电极产物的判断
1．科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是______，正极是________，正极产物是________。
答案 GaN O2 Cu CH4
2．钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋Ieq \\al(－,3)===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为________________，负极对应的产物为________；正极材料为__________，正极对应的产物为__________，正极反应式：__________________。
答案 透明导电玻璃 RuⅢ 镀Pt导电玻璃 I－
Ieq \\al(－,3)＋2e－===3I－
3．“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是________，负极产物是__________，正极产物是________。
答案 铝 Al2(C2O4)3 C2Oeq \\al(2－,4)
二、不同介质燃料电池电极反应式的书写
4．写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质(如H2SO4)
总反应式：____________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
总反应式：___________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：___________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
总反应式：____________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
答案 (1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
(2)CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O
CH4－8e－＋10OH－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4COeq \\al(2－,3)===5CO2＋2H2O
2O2＋8e－＋4CO2===4COeq \\al(2－,3)
5．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
答案 D
解析 放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；根据转移电子数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
电极反应式的书写方法
方法一 直接书写
方法二 间接书写
第一步，写出电池总反应式。
第二步，写出电极的正极反应式。
第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。
三、二次电池的放电与充电
6．科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素由＋4价降为＋2价，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移的电子为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时阳极产生O2，阴极产生Zn，C项正确；充电时阳极上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
7．我国化学工作者提出一种利用有机电极(PTO/HQ)和无机电极(MnO2/石墨毡)在酸性环境中可充电的电池，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，MnO2/石墨毡为负极，发生还原反应
B．充电时，有机电极和外接电源的正极相连
C．放电时，MnO2/石墨毡电极的电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
D．充电时，每消耗1 ml PTO，理论上外电路中转移电子为4 ml
答案 D
解析 根据放电时的工作原理图可知，MnO2/石墨毡电极上MnO2→Mn2＋，MnO2发生得电子的还原反应，则MnO2/石墨毡电极为正极，正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，有机电极为负极，负极反应式为HQ－4e－===PTO＋4H＋，放电时，溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极。
1．(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( )
A．负极上发生还原反应
B．CO2在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极
D．将电能转化为化学能
答案 B
解析 根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。
2．(2019·浙江4月选考，12)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：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
答案 A
解析 Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变Zn2＋，Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋得电子变为H2，因而c(H＋)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH溶液作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B项正确；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l)，放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。
3．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4—O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2的放电量分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
4．(2020·天津，11)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以NaβAl2O3为隔膜的二次电池
答案 C
解析 C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中NaβAl2O3是隔膜，防止熔融钠与熔融硫直接反应。
课时精练
1．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．两烧杯中溶液的H＋浓度都减小
C．产生气泡的速率甲比乙慢
D．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
答案 B
解析 甲装置形成原电池，铜是正极，氢离子放电产生氢气，铜片表面有气泡产生；乙装置不能构成原电池，锌与稀硫酸反应产生氢气，铜不反应，A错误；两烧杯中溶液的H＋均得到电子被还原为氢气，因此氢离子浓度都减小，B正确；形成原电池时反应速率加快，则产生气泡的速率甲比乙快，C错误；金属性锌强于铜，则甲中铜片是正极，锌片是负极，乙中没有形成闭合回路，不能形成原电池，D错误。
2．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N
答案 A
解析 由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。
3．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池中c(SOeq \\al(2－,4))减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 A项，由锌的金属活动性大于铜可知，铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池中c(SOeq \\al(2－,4))不变，错误；C项，在乙池中发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确。
4．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClOeq \\al(－,4)向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)＋C
D．充电时，阳极反应为Na＋＋e－===Na
答案 D
解析 根据电池的总反应知，放电时，负极反应：4Na－4e－===4Na＋，正极反应：3CO2＋4e－
===2COeq \\al(2－,3)＋C。充电时，阴极反应：4Na＋＋4e－===4Na，阳极反应：2COeq \\al(2－,3)＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClOeq \\al(－,4)向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。
5．镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
答案 A
解析 放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，阳极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时电解质溶液中的OH－向负极移动，D项错误。
6．Li—FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法错误的是( )
A．Li为电池的负极
B．电池工作时，Li＋向正极移动
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
答案 D
解析 A项，由eq \(Li,\s\up6(0))→eq \(Li2S,\s\up6(＋1 ))发生氧化反应，可知Li为电池的负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。
7．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，下列有关说法正确的是( )
A．电极2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极1经外电路流向电极2
D．电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
答案 D
8．王浩天教授团队发明的制取H2O2 的绿色方法原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法不正确的是( )
A．b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HOeq \\al(－,2)＋OH－
B．X 膜为选择性阳离子交换膜
C．催化剂可促进反应中电子的转移，加快反应速率
D．每生成1 ml H2O2，电路中转移4 ml e－
答案 D
解析 b极为正极，氧气得电子，b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HOeq \\al(－,2)＋OH－，A正确；a极发生反应：H2－2e－===2H＋，X膜为选择性阳离子交换膜，允许H＋通过，B正确；氧元素由0价变成－1价，每生成1 ml H2O2，电路中转移2 ml e－，D错误。
9．(2022·天津模拟)某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该装置将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式是Ag＋I－－e－===AgI
C．电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI
D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NOeq \\al(－,3)从左向右移动
答案 D
解析 左侧电极为负极，右侧电极为正极，NOeq \\al(－,3)带负电荷，向负极移动，所以NOeq \\al(－,3)应该从右向左移动，D项错误。
10．(2021·辽宁1月适应性测试，13)Hg—Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg—Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A．K2SO4溶液可用CCl4代替
B．Hg－Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SOeq \\al(2－,4)
C．若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数变大
D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
答案 C
解析 CCl4为非电解质，不能导电，因此不能用CCl4代替K2SO4溶液，A错误；由题意可知，Hg－Hg2SO4电极为正极，其电极反应式：Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SOeq \\al(2－,4)，B错误；由于Cu－CuSO4体系是电池的负极，失去电子发生氧化反应，若换成更加活泼的Zn－ZnSO4体系，更容易失去电子，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片起到便于离子通过，而阻隔溶液通过的作用，D错误。
11．(2022·辽宁营口模拟)依据原电池原理，回答下列问题：
如图是使用固体电解质的燃料电池，装置中以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－(O2＋4e－===2O2－)。
(1)c电极为________(填“正”或“负”)极。
(2)d电极上的电极反应为______________________________________________________。
(3)如果消耗160 g甲烷，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为________(用NA表示)，需要消耗标准状况下氧气的体积为________ L。
答案 (1)正 (2)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (3)80NA 448
解析 (1)根据图中电流方向可知，c电极是正极。(3)160 g CH4的物质的量为10 ml，根据电极反应式可知，反应中转移80 ml电子，则正极消耗O2应为20 ml，在标准状况下的体积为20 ml×22.4 L·ml－1＝448 L。
12．(1)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：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)的电极反应式是_______________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______________
_______________________________________________________________________________。
(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。
①a电极的电极反应式是_____________________________________________________；
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋
②HS－、SOeq \\al(2－,4)的浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使溶液逐渐变稀，为了保持碱溶液的浓度不变，所以要补充KOH
解析 (1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SOeq \\al(2－,4)，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋。
(2)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。实验装置
部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
①不含盐桥
②含盐桥
①不含盐桥
②含盐桥
电池
电极反应
碱性锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2；
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
铅酸蓄电池
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O；
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O
氢氧燃料电池
酸性
总反应：2H2＋O2===2H2O
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性
总反应：2H2＋O2===2H2O
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
要正确理解基础，不是会做几个简单题就叫基础扎实。对于一轮复习，基础就是像盖房子一样，需要着力做好两件大事：一是夯实地基，二是打好框架。
2、扎实训练学科基本技能、理解感悟学科基本方法。
一轮复习，要以教材为本，全面细致的回顾课本知识，让学生树立“教材是最好的复习资料”的观点，先引导学生对教材中所涉及的每个知识点进行重新梳理，对教材中的概念、定理、定律进一步强化理解。
3、培养学生积极的学习态度、良好的复习习惯和运用科学思维方法、分析解决问题的能力。
落实学生解题的三重境界：一是“解”，解决当前问题。二是“思”，总结解题经验和方法。三是“归”，回归到高考能力要求上去。解题上强化学生落实三个字：慢（审题），快（书写），全（要点全面，答题步骤规范）。
4、有计划、有步骤、有措施地指导学生补齐短板。
高三复习要突出重点，切忌主次不分，无的放矢。要在“精讲”上下足功夫。抓住学情，讲难点、重点、易混点、薄弱点；讲思路、技巧、规范；讲到关键处，讲到点子上，讲到学生心里去。
第35讲 原电池 化学电源
复习目标 1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.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。3.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。
考点一 原电池的工作原理及应用
1．原电池的概念及构成条件
(1)定义：将化学能转化为电能的装置。
(2)原电池的形成条件
①能自发进行的氧化还原反应。
②两个活泼性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
③形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
2．工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)装置变迁
(2)电极反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋，氧化反应。
正极：Cu2＋＋2e－===Cu，还原反应。
总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。
(3)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
③盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
3．原电池的应用
(1)设计制作化学电源
(2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。
(3)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池( )
2．放热反应都可设计成原电池( )
3．在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
4．两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
5．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
6．实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√
一、原电池原理及电极的判断
1．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极发生氧化反应
B．Ag2O电极是电源的正极
C．电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，再由Ag2O电极经电解质溶液流向Zn电极
D．Zn电极上发生的反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
答案 C
解析 电池工作时，负极Zn失去电子，电子经导线流向正极，Ag2O得到电子转化为Ag，电子不会进入电解质溶液，C项错误。
2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 B
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
判断电极的方法
(1)通过反应类型判断
①失去电子的电极为负极，发生氧化反应；
②得到电子的电极为正极，发生还原反应。
(2)通过电子定向移动方向和电流方向判断
①电子流出的电极为负极，电子经外电路流入正极；
②电流流出的电极为正极，电流经外电路流入负极。
(3)根据离子移动方向判断
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
(4)根据电极现象判断
一般不断溶解、质量减轻的电极为负极；有固体析出、质量增加或不变或有气体产生的电极为正极。
二、原电池原理的应用
3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
答案 C
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。
4．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：________________________________________________________________________。
②正极：________________________________________________________________________。
(3)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
考点二 常见化学电源及工作原理
1．分类
2．工作原理
3.二次电池的充放电
(1)可充电电池原理示意图
充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。
(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。
(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
1．太阳能电池不属于原电池( )
2．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
3．铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增重4.8 g( )
4．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.√
一、化学电源中电极及电极产物的判断
1．科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是______，负极产物是______，正极是________，正极产物是________。
答案 GaN O2 Cu CH4
2．钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋Ieq \\al(－,3)===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为________________，负极对应的产物为________；正极材料为__________，正极对应的产物为__________，正极反应式：__________________。
答案 透明导电玻璃 RuⅢ 镀Pt导电玻璃 I－
Ieq \\al(－,3)＋2e－===3I－
3．“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是________，负极产物是__________，正极产物是________。
答案 铝 Al2(C2O4)3 C2Oeq \\al(2－,4)
二、不同介质燃料电池电极反应式的书写
4．写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质(如H2SO4)
总反应式：____________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
总反应式：___________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：___________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
总反应式：____________________________________________________________________。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
答案 (1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
(2)CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O
CH4－8e－＋10OH－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4COeq \\al(2－,3)===5CO2＋2H2O
2O2＋8e－＋4CO2===4COeq \\al(2－,3)
5．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
答案 D
解析 放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；根据转移电子数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
电极反应式的书写方法
方法一 直接书写
方法二 间接书写
第一步，写出电池总反应式。
第二步，写出电极的正极反应式。
第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。
三、二次电池的放电与充电
6．科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素由＋4价降为＋2价，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移的电子为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时阳极产生O2，阴极产生Zn，C项正确；充电时阳极上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
7．我国化学工作者提出一种利用有机电极(PTO/HQ)和无机电极(MnO2/石墨毡)在酸性环境中可充电的电池，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，MnO2/石墨毡为负极，发生还原反应
B．充电时，有机电极和外接电源的正极相连
C．放电时，MnO2/石墨毡电极的电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
D．充电时，每消耗1 ml PTO，理论上外电路中转移电子为4 ml
答案 D
解析 根据放电时的工作原理图可知，MnO2/石墨毡电极上MnO2→Mn2＋，MnO2发生得电子的还原反应，则MnO2/石墨毡电极为正极，正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，有机电极为负极，负极反应式为HQ－4e－===PTO＋4H＋，放电时，溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极。
1．(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( )
A．负极上发生还原反应
B．CO2在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极
D．将电能转化为化学能
答案 B
解析 根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。
2．(2019·浙江4月选考，12)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：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
答案 A
解析 Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变Zn2＋，Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋得电子变为H2，因而c(H＋)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH溶液作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B项正确；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l)，放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。
3．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4—O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2的放电量分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
4．(2020·天津，11)熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以NaβAl2O3为隔膜的二次电池
答案 C
解析 C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中NaβAl2O3是隔膜，防止熔融钠与熔融硫直接反应。
课时精练
1．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．两烧杯中溶液的H＋浓度都减小
C．产生气泡的速率甲比乙慢
D．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
答案 B
解析 甲装置形成原电池，铜是正极，氢离子放电产生氢气，铜片表面有气泡产生；乙装置不能构成原电池，锌与稀硫酸反应产生氢气，铜不反应，A错误；两烧杯中溶液的H＋均得到电子被还原为氢气，因此氢离子浓度都减小，B正确；形成原电池时反应速率加快，则产生气泡的速率甲比乙快，C错误；金属性锌强于铜，则甲中铜片是正极，锌片是负极，乙中没有形成闭合回路，不能形成原电池，D错误。
2．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N
答案 A
解析 由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。
3．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池中c(SOeq \\al(2－,4))减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 A项，由锌的金属活动性大于铜可知，铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池中c(SOeq \\al(2－,4))不变，错误；C项，在乙池中发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确。
4．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClOeq \\al(－,4)向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)＋C
D．充电时，阳极反应为Na＋＋e－===Na
答案 D
解析 根据电池的总反应知，放电时，负极反应：4Na－4e－===4Na＋，正极反应：3CO2＋4e－
===2COeq \\al(2－,3)＋C。充电时，阴极反应：4Na＋＋4e－===4Na，阳极反应：2COeq \\al(2－,3)＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClOeq \\al(－,4)向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。
5．镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
答案 A
解析 放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，阳极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时电解质溶液中的OH－向负极移动，D项错误。
6．Li—FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法错误的是( )
A．Li为电池的负极
B．电池工作时，Li＋向正极移动
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
答案 D
解析 A项，由eq \(Li,\s\up6(0))→eq \(Li2S,\s\up6(＋1 ))发生氧化反应，可知Li为电池的负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。
7．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，下列有关说法正确的是( )
A．电极2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极1经外电路流向电极2
D．电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
答案 D
8．王浩天教授团队发明的制取H2O2 的绿色方法原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法不正确的是( )
A．b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HOeq \\al(－,2)＋OH－
B．X 膜为选择性阳离子交换膜
C．催化剂可促进反应中电子的转移，加快反应速率
D．每生成1 ml H2O2，电路中转移4 ml e－
答案 D
解析 b极为正极，氧气得电子，b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HOeq \\al(－,2)＋OH－，A正确；a极发生反应：H2－2e－===2H＋，X膜为选择性阳离子交换膜，允许H＋通过，B正确；氧元素由0价变成－1价，每生成1 ml H2O2，电路中转移2 ml e－，D错误。
9．(2022·天津模拟)某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该装置将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式是Ag＋I－－e－===AgI
C．电池的总反应式是Ag＋＋I－===AgI
D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NOeq \\al(－,3)从左向右移动
答案 D
解析 左侧电极为负极，右侧电极为正极，NOeq \\al(－,3)带负电荷，向负极移动，所以NOeq \\al(－,3)应该从右向左移动，D项错误。
10．(2021·辽宁1月适应性测试，13)Hg—Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg—Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A．K2SO4溶液可用CCl4代替
B．Hg－Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SOeq \\al(2－,4)
C．若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数变大
D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
答案 C
解析 CCl4为非电解质，不能导电，因此不能用CCl4代替K2SO4溶液，A错误；由题意可知，Hg－Hg2SO4电极为正极，其电极反应式：Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SOeq \\al(2－,4)，B错误；由于Cu－CuSO4体系是电池的负极，失去电子发生氧化反应，若换成更加活泼的Zn－ZnSO4体系，更容易失去电子，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片起到便于离子通过，而阻隔溶液通过的作用，D错误。
11．(2022·辽宁营口模拟)依据原电池原理，回答下列问题：
如图是使用固体电解质的燃料电池，装置中以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－(O2＋4e－===2O2－)。
(1)c电极为________(填“正”或“负”)极。
(2)d电极上的电极反应为______________________________________________________。
(3)如果消耗160 g甲烷，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为________(用NA表示)，需要消耗标准状况下氧气的体积为________ L。
答案 (1)正 (2)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (3)80NA 448
解析 (1)根据图中电流方向可知，c电极是正极。(3)160 g CH4的物质的量为10 ml，根据电极反应式可知，反应中转移80 ml电子，则正极消耗O2应为20 ml，在标准状况下的体积为20 ml×22.4 L·ml－1＝448 L。
12．(1)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：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)的电极反应式是_______________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______________
_______________________________________________________________________________。
(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。
①a电极的电极反应式是_____________________________________________________；
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋
②HS－、SOeq \\al(2－,4)的浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使溶液逐渐变稀，为了保持碱溶液的浓度不变，所以要补充KOH
解析 (1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SOeq \\al(2－,4)，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋。
(2)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。实验装置
部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
①不含盐桥
②含盐桥
①不含盐桥
②含盐桥
电池
电极反应
碱性锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2；
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
铅酸蓄电池
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O；
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O
氢氧燃料电池
酸性
总反应：2H2＋O2===2H2O
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性
总反应：2H2＋O2===2H2O
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
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