还剩16页未读，
继续阅读
所属成套资源：2022年高考化学一轮复习讲义 (含解析)
成套系列资料，整套一键下载
2022年高考化学一轮复习讲义第6章第30讲 原电池 化学电源 (含解析)
展开
这是一份2022年高考化学一轮复习讲义第6章第30讲 原电池 化学电源 (含解析)，共19页。试卷主要包含了电极的判断，04 ml电子时，有0等内容，欢迎下载使用。
第30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，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。体会研制新型电池的重要性。3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
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：把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。
②两个金属活动性不同的电极(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)
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
电极质量变化
减小
增大
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
盐桥作用
a.连接内电路形成闭合回路
b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流
3.电极的判断
4．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)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池(×)
错因：该反应不是氧化还原反应，没有电子转移。
(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)
错因：若是酸性介质Mg作负极，若是碱性介质Al作负极。
(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(√)
(4)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极(×)
错因：电子不进入溶液，溶液中阴阳离子定向移动形成电流。
(5)在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动
(×)
错因：在外电路中电流由正极流向负极，而在电解质溶液中，阳离子都由负极移向正极。
活泼性强的金属一定是原电池的负极吗？
答案 不一定。一般在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：
(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
(2)在大部分原电池反应中，金属活泼性较强的作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，如：
①冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生反应，作负极。
②NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。
题组一 原电池装置及电极的判断
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是_______________________________________。
答案 ②④⑥⑦⑧
2．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；两烧杯中溶液中的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。
题组二 原电池的工作原理
3．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；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋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。
4．(2019·北京朝阳区期末)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NO从左向右移动
答案 D
解析 该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A项正确；根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应式为Ag＋I－－e－===AgI，B项正确；该电极的总反应式是Ag＋＋I－===AgI，C项正确；左侧电极为负极，右侧电极为正极，NO带负电荷，向负极移动，所以NO应该从右向左移动，D项错误。
5．某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从________(填“a”或“b”，下同)到__________。
(3)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为__________________________。
答案 (1)乙 (2)a b (3)乙 (4)MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
解析 根据题给氧化还原反应可知，甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；外电路的电流方向从正极流向负极，即从a到b；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，即SO移向乙烧杯。
(1)判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
(2)双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
(3)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
题组三 金属活泼性比较
6．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。综合可知，A正确。
7．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：
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
由此可判断这四种金属的活动顺序是( )
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，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
题组四 原电池的设计
8．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)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥
②含盐桥
答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥
②含盐桥
9.可利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生。
其中甲溶液是____________，操作及现象是_____________________________________。
答案 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深
1．原电池电极反应式书写
(1)负失氧、正得还。
(2)注意溶液的酸碱性，适当在电极反应式两边添加H＋、OH－、H2O等，以遵循电荷守恒和质量守恒。
(3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
(4)活泼金属不一定为负极，如镁、铝、氢氧化钠电池中，不活泼的铝为负极。
2．原电池电解质的选择
电解质是使负极放电的物质，因此一般情况下电解质溶液[或者电解质溶液中溶解的其他物质(如溶液中溶解的氧气)]要能够与负极发生反应。
3．原电池电极材料的选择
原电池的电极必须能导电；负极一般情况下能够与电解质溶液反应，容易失电子，因此负极一般是活泼的金属材料；正极和负极之间只有产生电势差时，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料。
考点二 常见化学电源及工作原理
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2，电池总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中负极材料是Li，电极反应式为4Li－4e－===4Li＋，正极反应式为2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－。
2．二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
特别提醒 可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。
3．氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(×)
错因：MnO2是正极反应物，不是催化剂。
(2)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(×)
错因：可充电电池放电时是自发的原电池反应，充电时是非自发的电解池反应，条件不同。
(3)二次电池充电时，二次电池的阴极连接电源的负极，发生还原反应(√)
(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应式为2H2－4e－===4H＋(×)
错因：碱性环境下负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(5)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(√)
若燃料电池正极上发生反应的物质都是O2，当电解质不同，常见的正极反应有哪几种情况？
答案 (1)酸性电解质溶液环境下正极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
(2)碱性电解质溶液环境下正极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下正极反应式：
O2＋4e－===2O2－；
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下正极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO。
题组一 一次电池
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。其工作示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
答案 D
解析 反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。
2．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰－石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是( )
A．二氧化锰－石墨为电池正极
B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不断由负极向正极移动
D．每生成1 mol MnOOH转移1 mol电子
答案 C
解析 由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。
3．锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。
(2)电池的正极反应式为_____________________________________。
答案 (1)b a (2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
解析 (1)结合所给装置图以及原电池反应原理可知，Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是a→b，电流方向则是b→a。(2)根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
题组二 二次电池的充放电
4．如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是( )
A．铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4
D．电池工作时，H＋移向Pb板
答案 D
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＋2H2OCd(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：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，电极反应式为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；放电时负极电极反应式为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。
(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。
(3)书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
题组三 燃料电池
6.(2019·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
答案 C
解析 a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，A、B项正确；总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，则C项错误；根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知消耗等物质的量的H2和CH4，CH4消耗O2较多，则D项正确。
7．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，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
1．(2020·全国卷Ⅰ，12)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)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===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)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，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。
2．(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。如图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(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Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案 C
解析 A对，四硫化二钠属于离子化合物，其中硫达到8电子稳定结构，其电子式为；B对，根据总反应可知，放电时S在正极发生反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx；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Na-β-Al2O3是隔膜，防止熔融钠与熔融硫直接反应。
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：
VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案 B
解析 根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
4．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案 B
解析 由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
5．(2019·全国卷Ⅲ，13)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具有较高的表面积，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。
1．有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )
A．电子沿导线由Cu片流向Ag片
B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag
C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
D．反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
答案 D
2．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(SO)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，由锌的活泼性大于铜可知，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(SO)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；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过阳离子交换膜的，错误。
3．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
答案 B
解析 根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。
4．锂—液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li＋)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池比钠—液态多硫电池的比能量高
B．放电时，内电路中Li＋的移动方向为从a到b
C．Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物
D．充电时，外电路中通过0.2 mol电子，阳极区单质硫的质量增加3.2 g
答案 D
解析 电池提供2 mol e－时，该电池对应Li2Sx质量为(14＋32x)g，而钠—液态多硫电池对应质量为(46＋32x)g，故该电池比能量高，A正确；由图分析知a为负极，b为正极，Li＋从a移向b，B正确；Al2O3为固体电解质，能导电，同时将两极反应物隔开，C正确；当外电路中通过0.2 mol e－时，阳极区生成0.1x mol硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，D错误。
5．(2020·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学模拟)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是( )
A．放电时，Mg(液)层的质量减小
B．放电时正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg
C．该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应
D．该电池充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动
答案 C
解析 A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；B项，正极镁离子得电子生成Mg，则放电时正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg，正确；C项，该电池充电时，Mg－Sb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl－向中层和下层分界面处移动，正确。
6．(2020·合肥第一中学冲刺高考)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，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，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，Zn仍是负极，D错误。
7．(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下图所示：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO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)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为__________________________________。
③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________g Pb。
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
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是_________________。
答案 (1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①正极 ②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 ③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH
解析 (1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(2)③根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。
(3)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；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。
第30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，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。体会研制新型电池的重要性。3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
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：把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。
②两个金属活动性不同的电极(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)
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
电极质量变化
减小
增大
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
盐桥作用
a.连接内电路形成闭合回路
b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流
3.电极的判断
4．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)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池(×)
错因：该反应不是氧化还原反应，没有电子转移。
(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)
错因：若是酸性介质Mg作负极，若是碱性介质Al作负极。
(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(√)
(4)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极(×)
错因：电子不进入溶液，溶液中阴阳离子定向移动形成电流。
(5)在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动
(×)
错因：在外电路中电流由正极流向负极，而在电解质溶液中，阳离子都由负极移向正极。
活泼性强的金属一定是原电池的负极吗？
答案 不一定。一般在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：
(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
(2)在大部分原电池反应中，金属活泼性较强的作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，如：
①冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生反应，作负极。
②NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。
题组一 原电池装置及电极的判断
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是_______________________________________。
答案 ②④⑥⑦⑧
2．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；两烧杯中溶液中的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。
题组二 原电池的工作原理
3．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；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋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。
4．(2019·北京朝阳区期末)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NO从左向右移动
答案 D
解析 该装置是原电池装置，将化学能转化为电能，A项正确；根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应式为Ag＋I－－e－===AgI，B项正确；该电极的总反应式是Ag＋＋I－===AgI，C项正确；左侧电极为负极，右侧电极为正极，NO带负电荷，向负极移动，所以NO应该从右向左移动，D项错误。
5．某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从________(填“a”或“b”，下同)到__________。
(3)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为__________________________。
答案 (1)乙 (2)a b (3)乙 (4)MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
解析 根据题给氧化还原反应可知，甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；外电路的电流方向从正极流向负极，即从a到b；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，即SO移向乙烧杯。
(1)判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则为负极，反之为正极。
(2)双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
(3)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
题组三 金属活泼性比较
6．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。综合可知，A正确。
7．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：
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
由此可判断这四种金属的活动顺序是( )
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，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
题组四 原电池的设计
8．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)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥
②含盐桥
答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥
②含盐桥
9.可利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生。
其中甲溶液是____________，操作及现象是_____________________________________。
答案 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深
1．原电池电极反应式书写
(1)负失氧、正得还。
(2)注意溶液的酸碱性，适当在电极反应式两边添加H＋、OH－、H2O等，以遵循电荷守恒和质量守恒。
(3)注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
(4)活泼金属不一定为负极，如镁、铝、氢氧化钠电池中，不活泼的铝为负极。
2．原电池电解质的选择
电解质是使负极放电的物质，因此一般情况下电解质溶液[或者电解质溶液中溶解的其他物质(如溶液中溶解的氧气)]要能够与负极发生反应。
3．原电池电极材料的选择
原电池的电极必须能导电；负极一般情况下能够与电解质溶液反应，容易失电子，因此负极一般是活泼的金属材料；正极和负极之间只有产生电势差时，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料。
考点二 常见化学电源及工作原理
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)锂电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2，电池总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中负极材料是Li，电极反应式为4Li－4e－===4Li＋，正极反应式为2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－。
2．二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
特别提醒 可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。
3．氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(×)
错因：MnO2是正极反应物，不是催化剂。
(2)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(×)
错因：可充电电池放电时是自发的原电池反应，充电时是非自发的电解池反应，条件不同。
(3)二次电池充电时，二次电池的阴极连接电源的负极，发生还原反应(√)
(4)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应式为2H2－4e－===4H＋(×)
错因：碱性环境下负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(5)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(√)
若燃料电池正极上发生反应的物质都是O2，当电解质不同，常见的正极反应有哪几种情况？
答案 (1)酸性电解质溶液环境下正极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
(2)碱性电解质溶液环境下正极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下正极反应式：
O2＋4e－===2O2－；
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下正极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO。
题组一 一次电池
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。其工作示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
答案 D
解析 反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。
2．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰－石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是( )
A．二氧化锰－石墨为电池正极
B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不断由负极向正极移动
D．每生成1 mol MnOOH转移1 mol电子
答案 C
解析 由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。
3．锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。
(2)电池的正极反应式为_____________________________________。
答案 (1)b a (2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
解析 (1)结合所给装置图以及原电池反应原理可知，Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是a→b，电流方向则是b→a。(2)根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
题组二 二次电池的充放电
4．如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是( )
A．铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4
D．电池工作时，H＋移向Pb板
答案 D
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＋2H2OCd(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：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，电极反应式为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；放电时负极电极反应式为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。
(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。
(3)书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
题组三 燃料电池
6.(2019·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
答案 C
解析 a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，A、B项正确；总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，则C项错误；根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知消耗等物质的量的H2和CH4，CH4消耗O2较多，则D项正确。
7．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图所示，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
1．(2020·全国卷Ⅰ，12)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)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===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)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，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。
2．(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。如图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(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Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案 C
解析 A对，四硫化二钠属于离子化合物，其中硫达到8电子稳定结构，其电子式为；B对，根据总反应可知，放电时S在正极发生反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx；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Na-β-Al2O3是隔膜，防止熔融钠与熔融硫直接反应。
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：
VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案 B
解析 根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
4．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案 B
解析 由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
5．(2019·全国卷Ⅲ，13)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具有较高的表面积，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。
1．有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )
A．电子沿导线由Cu片流向Ag片
B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag
C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
D．反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
答案 D
2．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(SO)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，由锌的活泼性大于铜可知，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(SO)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；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过阳离子交换膜的，错误。
3．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
答案 B
解析 根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。
4．锂—液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li＋)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池比钠—液态多硫电池的比能量高
B．放电时，内电路中Li＋的移动方向为从a到b
C．Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物
D．充电时，外电路中通过0.2 mol电子，阳极区单质硫的质量增加3.2 g
答案 D
解析 电池提供2 mol e－时，该电池对应Li2Sx质量为(14＋32x)g，而钠—液态多硫电池对应质量为(46＋32x)g，故该电池比能量高，A正确；由图分析知a为负极，b为正极，Li＋从a移向b，B正确；Al2O3为固体电解质，能导电，同时将两极反应物隔开，C正确；当外电路中通过0.2 mol e－时，阳极区生成0.1x mol硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，D错误。
5．(2020·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学模拟)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是( )
A．放电时，Mg(液)层的质量减小
B．放电时正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg
C．该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应
D．该电池充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动
答案 C
解析 A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；B项，正极镁离子得电子生成Mg，则放电时正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg，正确；C项，该电池充电时，Mg－Sb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl－向中层和下层分界面处移动，正确。
6．(2020·合肥第一中学冲刺高考)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，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，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，Zn仍是负极，D错误。
7．(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下图所示：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO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)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为__________________________________。
③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________g Pb。
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
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是_________________。
答案 (1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①正极 ②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 ③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH
解析 (1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(2)③根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。
(3)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；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。
相关试卷
第25讲 原电池 化学电源-【高效备考】2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习： 这是一份第25讲 原电池 化学电源-【高效备考】2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习，文件包含第25讲原电池化学电源分层练习-高效备考2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习原卷版docx、第25讲原电池化学电源讲义-高效备考2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习原卷版docx、第25讲原电池化学电源分层练习-高效备考2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习解析版docx、第25讲原电池化学电源讲义-高效备考2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习解析版docx等4份试卷配套教学资源，其中试卷共36页， 欢迎下载使用。
高考化学一轮复习讲练 第6章 第20讲 原电池 化学电源 (含解析)： 这是一份高考化学一轮复习讲练 第6章 第20讲 原电池 化学电源 (含解析)，共24页。试卷主要包含了1 ml电子时，负极增重4，8 L H2S等内容，欢迎下载使用。
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： 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。
