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2021版高考化学（人教版）一轮复习学案：第20讲 原电池 化学电源
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第20讲 原电池 化学电源
考点一 原电池的工作原理及其应用
[知识梳理]
一、原电池的概念和构成条件
1．概念：原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
电极
两电极为导体，且存在活动性差异，一般活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属或非金属导体做正极
溶液
有电解质溶液
回路
形成闭合回路，即满足：(1)两电极直接接触(靠在一起)或间接接触(用导线相连)；(2)两电极插入电解质溶液中
本质
自发的氧化还原反应
构成条件可概括为“两极一液一线一反应”。
二、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向(外电路)
由负极沿导线流向正极
离子流向(内电路)
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K＋移向正极，Cl－移向负极
电池反应(离子方程式)
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置
的不同点
装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗
装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，化学能仅转化为电能，避免能量损耗，故电流稳定，持续时间长
（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
（2）盐桥的作用,①连接内电路，形成闭合回路；,②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
三、原电池工作原理的四个应用
应用
化学原理
比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性较强的金属做负极，而活动性较弱的金属(或能导电的非金属)做正极，如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气泡逸出，则说明A做负极，B做正极，则一般情况下金属活动性：A＞B
续表
应用
化学原理
加快化学反应速率
由于形成了原电池，导致化学反应速率加快，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn稀硫酸原电池，加快反应速率
用于金属的防护
使需要保护的金属制品做原电池的正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，形成原电池，使锌做原电池的负极被损耗，铁做正极而受到保护
设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应
②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( )
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )
(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。( )
(4)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。( )
(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )
(6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。( )
(7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。( )
(8)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)√ (7)× (8)√
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
解析：①中缺1个电极，且没有形成闭合回路；③没有形成闭合回路；⑤酒精为非电解质；⑧电极相同，且没有形成闭合回路。
答案：②④⑥⑦
演练一 原电池的工作原理
1．(经典题)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中电极a为铝条、电极b为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中电极a为锌片、电极b为铜片时，锌片做负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
2．下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是( )
A．①中锌电极发生氧化反应
B．②中电子由a电极经导线流向b电极
C．③中外电路中电流由A电极流向B电极
D．④中LixC6做负极
解析：选C。在原电池中阴离子移向负极，所以③中A电极为负极，则外电路中电流应由B电极流向A电极。
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做负极，③④中Fe做负极
B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选B。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做负极；③中Fe在冷的浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu做负极，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做正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
判断原电池正、负极的五种方法
[提示] 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼金属一定做负极。
演练二 原电池工作原理的应用
4．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有( )
A．与石墨棒相连
B．与铜板相连
C．埋在潮湿、疏松的土壤中
D．与锌板相连
解析：选D。A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子做负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，铁失电子做负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子做负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子做负极，锌被腐蚀，铁被保护。
5．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
解析：选D。a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快了反应速率，D项图示符合要求。
6．(比较金属活动性)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
外电路中电流从a极流向d极
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
解析：选C。把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a极质量减少，b极质量增加，则a做原电池负极，b做原电池正极，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，金属的活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，则d做原电池负极，c做原电池正极，金属的活动性：d>c；由实验④可知，外电路中电流从a极流向d极，则d做原电池负极，a做原电池正极，金属的活动性：d>a。综上所述，四种金属的活动性：d>a>b>c。
7．(设计原电池)某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。回答下列问题：
(1)画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为____________________________________________。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中的电极变为________(填“正”或“负”)极。
解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时，无电子移动，故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，该溶液中的电极变成负极。
答案：(1)如下图(答案合理即可)
(2)2I－－2e－===I2 (3)无 (4)负
考点二 化学电源及其工作原理
[知识梳理]
一、一次电池
1．碱性锌锰电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：MnO2；
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
2．纽扣式锌银电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O；
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．锂电池
LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。
(2)正极材料为碳，电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。
二、二次电池(又叫充电电池或蓄电池)
1．铅蓄电池
(1)构造
(2)工作原理
①总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
②放电时——原电池
负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。
③充电时——电解池
阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。
2．二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为“负接负后做阴极，正接正后做阳极”。
(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可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
备注
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
2.解答燃料电池题目的思维模型
3．解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
[自主检测]
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能。( )
(2)太阳能电池不属于原电池。( )
(3)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )
(4)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )
(5)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长。( )
(6)燃料电池工作时，燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。( )
(7)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移。( )
(8)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g。( )
(9)在碱性电解质溶液中，氢氧燃料电池的负极反应式为2H2－4e－===4H＋。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)×
演练一 根据图示理解化学电源
1．普通锌锰电池的简图如图所示，它用锌皮制成的锌筒做电极，中间插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹做隔膜，隔膜外用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状做电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于普通锌锰电池的说法中正确的是( )
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
解析：选C。普通锌锰电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池的工作原理，负极失电子，电极反应式为Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2＋，B项错误；由负极的电极反应式可知，外电路中每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。
2．LiFeS2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。已知电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是( )
A．Li为电池的正极
B．电池工作时，Li＋向负极移动
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
解析：选C。A项，由→LiS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。
演练二 二次电池
3．(2020·安徽A10联盟联考)用氟硼酸(HBF4，属于强酸)溶液代替硫酸溶液做铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为Pb＋PbO2＋4HBF42Pb(BF4)2＋2H2O，Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法中正确的是( )
A．放电时，负极反应为PbO2＋4HBF4－2e－===Pb(BF4)2＋2BF＋2H2O
B．充电时，当阳极质量减少23.9 g时转移0.2 mol电子
C．放电时，PbO2电极附近溶液的pH增大
D．充电时，Pb电极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
解析：选C。放电时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋，A项错误；充电时，阳极反应为Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋，当阳极质量增加23.9 g时转移0.2 mol电子，B项错误；放电时，正极反应为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，C项正确；充电时，Pb电极的电极反应式为Pb2＋＋2e－===Pb，D项错误。
4．镍镉(NiCd)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，其充放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列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－===H2O＋NiO(OH)
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中的OH－浓度不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：选A。放电时Cd的化合价升高，Cd做负极，Ni的化合价降低，NiO(OH)做正极，则充电时Cd(OH)2做阴极，Ni(OH)2做阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋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OH－向负极移动，D项错误。
5．(2020·最新预测)“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。电池总反应为2Ni(OH)22NiO(OH)＋H2。下列说法正确的是( )
A．放电时，NiO(OH)发生氧化反应
B．充电时，a电极附近的pH增大，K＋移向b电极
C．充电时，a电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．放电时，负极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
解析：选C。放电时，NiO(OH)在正极上得电子变成Ni(OH)2，发生还原反应，A错误；充电时，a电极做阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，pH增大，K＋移向a电极，B错误，C正确；放电时，负极上H2放电，D错误。
演练三 燃料电池
6．(2020·惠州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．放电时，通入空气的一极为负极
B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O
C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液
解析：选D。A.放电时，Li电极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中不断消耗水并有LiOH生成，随着反应的进行，形成LiOH的饱和溶液，不利于Li＋的流动，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确。
7．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电路中每通过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
解析：选C。该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通入氧气的一极为正极，故电极b为电池的正极，电极a为电池的负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该消耗2 mol H2S，但是题目中没有给定气体所处的状况，所以其体积不一定是44.8 L，C项错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 mol H＋经质子膜进入正极区，D项正确。
8．(2020·试题调研)Mg次氯酸盐燃料电池的工作原理为 Mg＋ClO－＋H2O === Mg(OH)2＋Cl－。下列有关说法错误的是( )
A．镁做负极材料，发生氧化反应
B．放电时，所有阴离子都向负极迁移
C．负极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2
D．消耗12 g镁时转移1 mol电子
解析：选B。A项，从已知燃料电池的工作原理知，镁发生氧化反应，做负极材料，正确；B项，正极反应式为ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，次氯酸根离子在正极参加反应，所以ClO－不会向负极迁移，错误；C项，由总反应式知，负极上镁被氧化生成氢氧化镁，正确；D项，12 g Mg完全反应时转移1 mol电子，正确。
1．(2019·高考全国卷Ⅰ，12，6分)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
解析：选B。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。
2．(2019·高考全国卷Ⅲ，13，6分)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(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH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
解析：选D。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。
3．(2019·高考天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )
A. 放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
解析：选D。根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。
4．(2018·高考全国卷Ⅱ，12，6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。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＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClO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－=== 2CO＋C
D．充电时，正极反应为Na＋＋e－=== Na
解析：选D。电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。
一、选择题
1．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是( )
A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极
B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片
C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出
D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应
解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。
2．(新题预测)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A．该电池是一次电池
B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极
C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D．该电池工作时，外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少3.25 g
解析：选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应减少6.5 g，所以D项错误。
3．根据下图判断，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析：选D。装置Ⅰ中的负极为Zn，A项错误；装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；阳离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C项错误。
4．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是( )
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为从b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
5．(2020·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
解析：选C。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＋；电池总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小；根据电池总反应2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，等物质的量的CH4比H2消耗O2多。
6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是( )
A．镁为负极材料
B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－
C．电子从镁极流出，经电解质流向正极
D．每生成1 mol MnF2时转移1 mol电子
解析：选C。由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，为正极，B项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项不正确；锰元素由＋3价降至＋2价，每生成1 mol MnF2转移1 mol电子，D项正确。
7．(新题预测)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是( )
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，发生氧化反应
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
解析：选D。根据充电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，将放电时负极、正极反应式左右颠倒，即分别得到充电时阴极、阳极反应式。放电时，A是负极、B是正极，Li＋向正极移动，则X是Li＋，允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜，A项错误；充电时，A是阴极，发生还原反应，B项错误；充电时，石墨电极发生C→LiaC6的反应，充电后才能从中回收锂，C项错误。
8．(2020·雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．a为空气，b为CH4
B．CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO
解析：选D。燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a为CH4，b为空气，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；正极上O2得到电子和CO2反应生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。
9．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是( )
A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4
B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移
C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg
D．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4
解析：选A。电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，C项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D项错误。
10．(新题预测)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，这意味着对大气污染防治的要求比过去更高。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
解析：选D。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电极经过内电路移向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，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；Pt2电极为正极，在酸性条件下，氧气在正极上得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中负极发生氧化反应2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
11．(2020·湖南H11教育联盟联考)我国最近在太阳能光电催化化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区移向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
解析：选A。该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区移向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由题图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
二、非选择题
12．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为_____________。反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，则导线中通过________mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为________________________________________________________________________，
这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为400 mL CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28 g，则此时溶液的pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12 g时电路中转移电子为x mol，则有x mol××56 g·mol－1＋x mol××64 g·mol－1＝12 g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即正极)上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则甲装置为原电池，Fe做负极，Cu做正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(4)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400 mL CuSO4溶液，电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重1.28 g(即析出0.02 mol Cu)时，生成0.02 mol H2SO4，则c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝1，故此时溶液的pH为1。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 NH＋H2ONH3·H2O＋H＋
(3)阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)1
13．(新题预测)(1)微生物燃料电池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SO的反应式是____________________________
________________________________________________________________________。
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LiClKCl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：___________________
________________________________________________________________________。
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，电极反应式为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根据电池总反应可知，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，所以该电极做负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②该燃料电池的总反应为4NH3＋3O2===N2＋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。
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－2e－===Ca2+ ③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②电池反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH
考点一 原电池的工作原理及其应用
[知识梳理]
一、原电池的概念和构成条件
1．概念：原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
电极
两电极为导体，且存在活动性差异，一般活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属或非金属导体做正极
溶液
有电解质溶液
回路
形成闭合回路，即满足：(1)两电极直接接触(靠在一起)或间接接触(用导线相连)；(2)两电极插入电解质溶液中
本质
自发的氧化还原反应
构成条件可概括为“两极一液一线一反应”。
二、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向(外电路)
由负极沿导线流向正极
离子流向(内电路)
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K＋移向正极，Cl－移向负极
电池反应(离子方程式)
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置
的不同点
装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗
装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，化学能仅转化为电能，避免能量损耗，故电流稳定，持续时间长
（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
（2）盐桥的作用,①连接内电路，形成闭合回路；,②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
三、原电池工作原理的四个应用
应用
化学原理
比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性较强的金属做负极，而活动性较弱的金属(或能导电的非金属)做正极，如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气泡逸出，则说明A做负极，B做正极，则一般情况下金属活动性：A＞B
续表
应用
化学原理
加快化学反应速率
由于形成了原电池，导致化学反应速率加快，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn稀硫酸原电池，加快反应速率
用于金属的防护
使需要保护的金属制品做原电池的正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，形成原电池，使锌做原电池的负极被损耗，铁做正极而受到保护
设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应
②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( )
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。( )
(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。( )
(4)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。( )
(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )
(6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。( )
(7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。( )
(8)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)√ (7)× (8)√
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
解析：①中缺1个电极，且没有形成闭合回路；③没有形成闭合回路；⑤酒精为非电解质；⑧电极相同，且没有形成闭合回路。
答案：②④⑥⑦
演练一 原电池的工作原理
1．(经典题)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中电极a为铝条、电极b为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中电极a为锌片、电极b为铜片时，锌片做负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
2．下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是( )
A．①中锌电极发生氧化反应
B．②中电子由a电极经导线流向b电极
C．③中外电路中电流由A电极流向B电极
D．④中LixC6做负极
解析：选C。在原电池中阴离子移向负极，所以③中A电极为负极，则外电路中电流应由B电极流向A电极。
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做负极，③④中Fe做负极
B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选B。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做负极；③中Fe在冷的浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu做负极，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做正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
判断原电池正、负极的五种方法
[提示] 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼金属一定做负极。
演练二 原电池工作原理的应用
4．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有( )
A．与石墨棒相连
B．与铜板相连
C．埋在潮湿、疏松的土壤中
D．与锌板相连
解析：选D。A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子做负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，铁失电子做负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子做负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子做负极，锌被腐蚀，铁被保护。
5．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
解析：选D。a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快了反应速率，D项图示符合要求。
6．(比较金属活动性)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
外电路中电流从a极流向d极
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
解析：选C。把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a极质量减少，b极质量增加，则a做原电池负极，b做原电池正极，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，金属的活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，则d做原电池负极，c做原电池正极，金属的活动性：d>c；由实验④可知，外电路中电流从a极流向d极，则d做原电池负极，a做原电池正极，金属的活动性：d>a。综上所述，四种金属的活动性：d>a>b>c。
7．(设计原电池)某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。回答下列问题：
(1)画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为____________________________________________。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中的电极变为________(填“正”或“负”)极。
解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时，无电子移动，故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，该溶液中的电极变成负极。
答案：(1)如下图(答案合理即可)
(2)2I－－2e－===I2 (3)无 (4)负
考点二 化学电源及其工作原理
[知识梳理]
一、一次电池
1．碱性锌锰电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：MnO2；
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
2．纽扣式锌银电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O；
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．锂电池
LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。
(2)正极材料为碳，电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。
二、二次电池(又叫充电电池或蓄电池)
1．铅蓄电池
(1)构造
(2)工作原理
①总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
②放电时——原电池
负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。
③充电时——电解池
阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。
2．二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为“负接负后做阴极，正接正后做阳极”。
(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可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
备注
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
2.解答燃料电池题目的思维模型
3．解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
[自主检测]
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能。( )
(2)太阳能电池不属于原电池。( )
(3)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )
(4)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )
(5)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长。( )
(6)燃料电池工作时，燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。( )
(7)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移。( )
(8)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g。( )
(9)在碱性电解质溶液中，氢氧燃料电池的负极反应式为2H2－4e－===4H＋。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)×
演练一 根据图示理解化学电源
1．普通锌锰电池的简图如图所示，它用锌皮制成的锌筒做电极，中间插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹做隔膜，隔膜外用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状做电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于普通锌锰电池的说法中正确的是( )
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
解析：选C。普通锌锰电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池的工作原理，负极失电子，电极反应式为Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2＋，B项错误；由负极的电极反应式可知，外电路中每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。
2．LiFeS2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。已知电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是( )
A．Li为电池的正极
B．电池工作时，Li＋向负极移动
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
解析：选C。A项，由→LiS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。
演练二 二次电池
3．(2020·安徽A10联盟联考)用氟硼酸(HBF4，属于强酸)溶液代替硫酸溶液做铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为Pb＋PbO2＋4HBF42Pb(BF4)2＋2H2O，Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法中正确的是( )
A．放电时，负极反应为PbO2＋4HBF4－2e－===Pb(BF4)2＋2BF＋2H2O
B．充电时，当阳极质量减少23.9 g时转移0.2 mol电子
C．放电时，PbO2电极附近溶液的pH增大
D．充电时，Pb电极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
解析：选C。放电时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋，A项错误；充电时，阳极反应为Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋，当阳极质量增加23.9 g时转移0.2 mol电子，B项错误；放电时，正极反应为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，C项正确；充电时，Pb电极的电极反应式为Pb2＋＋2e－===Pb，D项错误。
4．镍镉(NiCd)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，其充放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列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－===H2O＋NiO(OH)
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中的OH－浓度不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：选A。放电时Cd的化合价升高，Cd做负极，Ni的化合价降低，NiO(OH)做正极，则充电时Cd(OH)2做阴极，Ni(OH)2做阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋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OH－向负极移动，D项错误。
5．(2020·最新预测)“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。电池总反应为2Ni(OH)22NiO(OH)＋H2。下列说法正确的是( )
A．放电时，NiO(OH)发生氧化反应
B．充电时，a电极附近的pH增大，K＋移向b电极
C．充电时，a电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．放电时，负极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
解析：选C。放电时，NiO(OH)在正极上得电子变成Ni(OH)2，发生还原反应，A错误；充电时，a电极做阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，pH增大，K＋移向a电极，B错误，C正确；放电时，负极上H2放电，D错误。
演练三 燃料电池
6．(2020·惠州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．放电时，通入空气的一极为负极
B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O
C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液
解析：选D。A.放电时，Li电极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中不断消耗水并有LiOH生成，随着反应的进行，形成LiOH的饱和溶液，不利于Li＋的流动，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确。
7．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电路中每通过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
解析：选C。该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通入氧气的一极为正极，故电极b为电池的正极，电极a为电池的负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该消耗2 mol H2S，但是题目中没有给定气体所处的状况，所以其体积不一定是44.8 L，C项错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 mol H＋经质子膜进入正极区，D项正确。
8．(2020·试题调研)Mg次氯酸盐燃料电池的工作原理为 Mg＋ClO－＋H2O === Mg(OH)2＋Cl－。下列有关说法错误的是( )
A．镁做负极材料，发生氧化反应
B．放电时，所有阴离子都向负极迁移
C．负极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2
D．消耗12 g镁时转移1 mol电子
解析：选B。A项，从已知燃料电池的工作原理知，镁发生氧化反应，做负极材料，正确；B项，正极反应式为ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，次氯酸根离子在正极参加反应，所以ClO－不会向负极迁移，错误；C项，由总反应式知，负极上镁被氧化生成氢氧化镁，正确；D项，12 g Mg完全反应时转移1 mol电子，正确。
1．(2019·高考全国卷Ⅰ，12，6分)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
解析：选B。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。
2．(2019·高考全国卷Ⅲ，13，6分)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(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH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
解析：选D。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。
3．(2019·高考天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )
A. 放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
解析：选D。根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。
4．(2018·高考全国卷Ⅱ，12，6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。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＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClO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－=== 2CO＋C
D．充电时，正极反应为Na＋＋e－=== Na
解析：选D。电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。
一、选择题
1．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是( )
A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极
B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片
C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出
D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应
解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。
2．(新题预测)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A．该电池是一次电池
B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极
C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D．该电池工作时，外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少3.25 g
解析：选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应减少6.5 g，所以D项错误。
3．根据下图判断，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析：选D。装置Ⅰ中的负极为Zn，A项错误；装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；阳离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C项错误。
4．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是( )
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为从b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
5．(2020·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
解析：选C。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＋；电池总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小；根据电池总反应2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，等物质的量的CH4比H2消耗O2多。
6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是( )
A．镁为负极材料
B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－
C．电子从镁极流出，经电解质流向正极
D．每生成1 mol MnF2时转移1 mol电子
解析：选C。由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，为正极，B项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项不正确；锰元素由＋3价降至＋2价，每生成1 mol MnF2转移1 mol电子，D项正确。
7．(新题预测)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是( )
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，发生氧化反应
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
解析：选D。根据充电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，将放电时负极、正极反应式左右颠倒，即分别得到充电时阴极、阳极反应式。放电时，A是负极、B是正极，Li＋向正极移动，则X是Li＋，允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜，A项错误；充电时，A是阴极，发生还原反应，B项错误；充电时，石墨电极发生C→LiaC6的反应，充电后才能从中回收锂，C项错误。
8．(2020·雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．a为空气，b为CH4
B．CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO
解析：选D。燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a为CH4，b为空气，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；正极上O2得到电子和CO2反应生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。
9．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是( )
A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4
B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移
C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg
D．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4
解析：选A。电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，C项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D项错误。
10．(新题预测)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，这意味着对大气污染防治的要求比过去更高。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
解析：选D。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电极经过内电路移向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，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；Pt2电极为正极，在酸性条件下，氧气在正极上得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中负极发生氧化反应2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
11．(2020·湖南H11教育联盟联考)我国最近在太阳能光电催化化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区移向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
解析：选A。该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区移向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由题图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
二、非选择题
12．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为_____________。反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，则导线中通过________mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为________________________________________________________________________，
这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为400 mL CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28 g，则此时溶液的pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12 g时电路中转移电子为x mol，则有x mol××56 g·mol－1＋x mol××64 g·mol－1＝12 g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即正极)上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则甲装置为原电池，Fe做负极，Cu做正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(4)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400 mL CuSO4溶液，电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重1.28 g(即析出0.02 mol Cu)时，生成0.02 mol H2SO4，则c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝1，故此时溶液的pH为1。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 NH＋H2ONH3·H2O＋H＋
(3)阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)1
13．(新题预测)(1)微生物燃料电池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SO的反应式是____________________________
________________________________________________________________________。
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LiClKCl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：___________________
________________________________________________________________________。
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，电极反应式为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根据电池总反应可知，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，所以该电极做负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②该燃料电池的总反应为4NH3＋3O2===N2＋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。
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－2e－===Ca2+ ③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②电池反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH
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