原电池化学电源（热点讲义）教师讲解版

文档来源网络整理侵权必删2022届高考化学一轮复习热点题型归纳与变式训练专题19原电池化学电源【考向预测】1.原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等,主要以选择题、填空题形式出现。2.考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体,考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。【专题导航】热点题型一：原电池的工作原理热点题型二：原电池的工作原理的应用热点题型三：常见化学电源热点题型四：电极反应式的书写【题型归纳】热点题型一：原电池的工作原理【知识清单】1．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置。其本质是能自发进行的氧化还原反应。2.原电池的构成条件一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。二看两电极：一般是活动性不同的两电极。三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。3.工作原理(以铜锌原电池为例)（1）反应原理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（2）盐桥的组成：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。（3）盐桥的作用：a．连接内电路，形成闭合回路；b．维持两电极电势差(平衡电荷)，使电池能持续提供电流。4.原电池装置中的3个移动方向（1）电子移向：电子从负极流出经外电路流入正极。（2）电流方向：电流从正极流向负极。（3）离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（正向正，负向负）。注意：(1)自发发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可以是电极与溶解的O2等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。(2)无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液。（电子不下水）(3)双液铜锌原电池(带盐桥)比单液原电池的最大优点是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。【例1】LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换B．铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【详解】A．原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，故A正确；B．锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极放电，即铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑，故B正确；C．如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，因此导线中会有电子流动，故C错误；D．铁的活泼性大于铜，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，所以电路中的电流方向不变，故D正确；选C。【例2】如图为铜锌原电池示意图。下列说法正确的是A．铜片释放的电子经导线流向锌片B．若盐桥中含KCl饱和溶液的琼脂，电池工作时，K+移向ZnSO4溶液C．若将盐桥用铜丝替换，电流表的指针不会偏转D．电池工作时，该装置中Zn为负极，发生氧化反应【答案】D【分析】因为Zn的金属活动性大于Cu，所以Zn电极为负极，Cu电极为正极。【详解】A．铜片为正极，在此装置中不能释放电子，A不正确；B．电池工作时，Zn电极失电子生成Zn2+进入ZnSO4溶液中，盐桥中的Cl-应移向此电极，B不正确；C．若将盐桥用铜丝替换，则左侧烧杯内构成原电池，右侧烧杯内构成电解池，电流表的指针仍会发生偏转，C不正确；D．由分析可知，电池工作时，该装置中Zn为负极，失电子生成Zn2+，发生氧化反应，D正确；故选D。【变式1】提出：“绿水青山就是金山银山”。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法正确的是A．M为正极 B．高温下有利于原电池工作C．NO在N极上失去电子 D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动【答案】D【详解】NH3在M极上失电子生成N2，故M极为负极，硝酸根在N极上的电子生成N2，故N极为原电池的正极，原电池中阳离子向正极移动，故H＋由M极区向N极区移动。A．根据分析两电极的物质转化，可判断电极M为负极，电极N为正极，故A错误；B．该治理过程有硝化细菌的参与，不能在高温下进行，故B错误；C．NO在N极上得电子，故C错误；D．放电过程中，H＋由M极区向N极区移动，故D正确；故答案为D。【变式2】如图为原电池的装置示意图。(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成原电池，这两个原电池中，作负极的分别是_______(填字母)。A.铝片、铜片B.铜片、铝片C.铝片、铝片D.铜片、铜片写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：____。(2)若A、B均为铂片，电解质溶液为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：____。该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将____(填“增强”、“减弱”或“不变”)(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，写出A电极反应式：___。若该电池反应消耗了6.4gCH4，则转移电子的数目为____。【答案】BAl-3e-+4OH-＝AlO+2H2OH2+2OH--2e-＝2H2O减弱CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+3.2NA【详解】(1)铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，金属铝钝化，Cu作负极、Al作正极；铝片和铜片用导线相连，插入烧碱溶液中，铝和氢氧化钠溶液反应，Al作负极、Cu为正极，Al元素失去电子在碱性溶液中以AlO存在，故电极反应为Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O，故答案为：B；Al-3e-+4OH-＝AlO+2H2O；(2)若A、B均为铂片，电解质为NaOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，A为负极，负极电极反应式为H2+2OH--2e-＝2H2O；该电池在工作一段时间后，NaOH溶液的浓度减小，溶液的碱性将减弱，故答案为：H2+2OH--2e-＝2H2O；减弱；(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为H2SO4溶液，分别从A、B两极通入CH4和O2，该电池即为甲烷燃料电池，A电极为负极，负极反应式为CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；若该电池反应消耗了6.4gCH，甲烷的物质的量是6.4g÷16g/mol＝0.4mol，则转移电子的数目为0.4×8×NA=3.2NA，故答案为：CH4-8e-+2H2O＝CO2+8H+；3.2NA。【方法提炼】“异常”原电池原理的深度分析(1)铝铜浓硝酸电池初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极。电极反应：铜（-）：Cu－2e－=Cu2＋；钝化铝（+）：2NOeq\o\al(－,3)＋2e－＋4H＋=2NO2↑＋2H2O。(2)镁铝烧碱溶液电池=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O；镁（+）：6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－。热点题型二：原电池的工作原理的应用【知识清单】1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。2.比较金属活动性强弱如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：Aeq\a\vs4\al(＞)B。3.设计制作化学电源实例：根据Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag设计电池：4.用于金属的防护(牺牲阳极的阴极保护法)使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。【例1】现有A、B、C、D四种金属片：①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面逐渐溶解；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C根据上述情况，下列说法中正确的是A．在①中，金属片B发生还原反应B．在②中，金属片C作正极C．上述四种金属的活动性由强到弱的顺序是：A>B>C>DD．如果把B、D用导线连接后同时漫入稀硫酸中，则金属片D上有气泡产生【答案】D【分析】在①中，B表面逐渐溶解，则B作负极，A作正极；在②中，C发生氧化反应，则C作负极，D作正极；在③中，电子流动方向为A→导线→C，则A作负极，C作正极。【详解】A．①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面变黑并逐渐溶解；则活动性B>A，B发生氧化反应，A错误；B．在②中，由于金属片C发生氧化反应，所以C作负极，B错误；C．②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；则活动性C>D；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子流动方向为A→导线→C，则活动性A>C，所以四种金属活动性由强到弱的顺序是：B>A>C>D，C错误；D．如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，由于活动性B>D，则金属片D作正极，在D上氢离子得到电子产生氢气，所以有气泡产生，D正确；答案选D。【例2】钢铁的牺牲阳极的阴极保护法如图所示。将金属M与钢铁设施连接，可减缓钢铁设施的腐蚀。下列说法错误的是A．该保护法是利用了原电池原理 B．电子从钢铁设施沿导线流到金属MC．金属M发生的反应：M-ne-→Mn+ D．钢铁设施因电子流入而被保护【答案】B【详解】A．牺牲阳极的阴极保护法实际利用的是原电池原理，即连接一个更活泼的金属M从而保护钢铁，形成原电池，更活泼的金属作负极失电子被腐蚀，A正确；B．根据保护原理，金属M的活泼性比钢铁强，作负极被腐蚀，故电子从金属M经导线流向钢铁设施，B错误；C．金属M作负极失电子：M-ne-→Mn+，C正确；D．钢铁设施因电子流入，作正极，其表面会积累大量电子，故其自身不容易失电子，所以被保护，D正确；故答案选B。【变式1】在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管B．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑C．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁D．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl-由活性炭区向铝箔表面区迁移，并在铝箔上发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑【答案】B【详解】A．具支试管内气体受热压强增大，部分气体溢出，冷却后，气体压强减小，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A错误；B．正极与负极反应式相加得到图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，B正确；C．负极材料为铁，正极为碳棒，C错误；D．铝箔为负极，反应式为：4Al-12e-=4Al3+，碳棒为正极，反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，D错误；答案选B。【变式2】为验证反应Fe3＋＋Ag⇌Fe2＋＋Ag＋，利用如图电池装置进行实验。(1)由Fe2(SO4)3固体配制500mL0.1mol·L－1Fe2(SO4)3溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、____(填写名称)；在烧杯中溶解固体时，先加入一定体积的____稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入____电极溶液中。(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，银电极的电极反应式为_______。因此，Fe3＋氧化性小于____。(4)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为KNO3，反应一段时间后，可以观察到电流表指针反转，原因是_______。【答案】（1）药匙、托盘天平硫酸银Fe2＋－e－=Fe3＋Ag＋＋e－=AgAg＋原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动【详解】(1)由固体配制500mL一定物质的量浓度的溶液，整个过程需要的仪器有托盘天平、药匙、胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶。Fe2(SO4)3为强酸弱碱盐，在溶解固体时，应在烧杯中先加入一定体积的稀硫酸，以防止Fe3＋水解。故答案为：药匙、托盘天平；硫酸；(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极，则银电极为正极。由原电池的工作原理可知，阳离子向正极移动，即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。故答案为：银；(3)石墨电极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋。银电极为正极，电极反应式为Ag＋＋e－=Ag。电池的总反应为Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag，由此可知Ag＋的氧化性大于Fe3＋。故答案为：Fe2＋－e－=Fe3＋；Ag＋＋e－=Ag；Ag＋；(4)随着原电池反应Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag的进行，溶液中c(Fe3＋)增大，当盐桥中电解质为KNO3时，NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使Fe3＋＋Ag⇌Ag＋＋Fe2＋平衡正向移动，故一段时间后，可观察到电流表指针反转。故答案为：原电池反应使c(Fe3＋)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3＋)又增大，致使平衡正向移动。【方法提炼】原电池的工作原理简图(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。热点题型三：常见化学电源1．一次电池——不能充电复原继续使用(1)碱性锌锰干电池正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnO(OH)＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋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Li­SOCl2电池可用于心脏起博器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2，负极反应：4Li－4e－=4Li＋正极反应：2SOCl2＋4e－=SO2↑＋S↓＋4Cl－总反应：4Li＋2SOCl2=4LiCl＋SO2↑＋S。2．二次电池——放电后能充电复原继续使用铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq\a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l)。注意：可充电电池充电时原来的负极发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接电源的负极；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．“高效、环境友好”的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＋4H＋＋4e－=2H2O2H2O＋O2＋4e－=4OH－电池总反应2H2＋O2=2H2O注意：(1)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)书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸、碱性，介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。【例1】锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时转化为。该电池工作时下列说法不正确的是

A．多孔板的目的是增大与空气的接触面积B．该电池的负极反应为C．该电池放电时向石墨电极移动D．外电路电子由电极流向石墨电极【答案】B【详解】A．石墨电极作为正极，多孔板可以增大与空气的接触面积，故A正确；B．Zn电极为负极，该电池的负极反应为，故B错误；C．原电池阳离子移向正极，该电池放电时向石墨电极移动，故C正确；D．外电路电子由负极流向正极，所以电子由电极流向石墨电极，故D正确；故答案为B。【例2】下图为氢氧原料电池工作原理装置示意图，有关说法错误的是

A．该装置能把化学能转化为电能B．a、b电极材料不参与电极反应C．a电极为正极，电极反应式为H2－2e－＝2H＋D．电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O【答案】C【详解】A．氢氧原料电池，是把化学能转化为电能，故A正确；B．氢氧原料电池是氢气和氧气在原电池中参与反应，因此a、b电极材料不参与电极反应，故B正确；C．电极反应式为H2－2e－＝2H＋，因此a电极为负极，故C错误；D．根据氢氧原料电池得到电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O，故D正确。综上所述，答案为C。【例3】利用原电池原理，各种化学电池应运而生。某单液二次电池(如图所示)，其反应原理为H2+2AgCl2Ag+2HCl。下列说法正确的是A．放电时，正极的电极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−B．放电时，电子从左边电极经溶液移向右边电极C．充电时，右边电极与电源的负极相连D．充电时，每生成1molH2，溶液质量增加216g【答案】A【分析】由H2+2AgCl2Ag+2HCl可知，放电过程中H2发生氧化反应，AgCl发生还原反应，因此左侧Pt电极为负极，右侧Pt电极为正极，充电时负极与电源负极相连，正极与电源正极相连。【详解】A．AgCl难溶于水，由上述分析可知，放电时正极反应为AgCl+e−=Ag+Cl−，故A正确；B．电子不能进入溶液中，溶液中离子做定向移动，故B错误；C．由上述分析可知，充电时，右边电极与电源的正极相连，故C错误；D．充电时阳极(右侧Pt电极)反应为Ag+Cl−-e−=AgCl，阴极(左侧Pt电极)反应为2H++2e−=H2↑，每生成1molH2，溶液中有2molCl−转化为AgCl沉淀，即电解质溶液中会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误；答案选A。【变式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，下列说法正确的是

A．电子从b流出，经外电路流向aB．HS—在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是：HS—+4H2O—8e—=SO+9H+C．该电池在高温下进行效率更高D．若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45molH+通过质子交换膜【答案】B【分析】由氢离子的移动方向可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS—+4H2O—8e—=SO+9H+，b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。【详解】A．由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；B．由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS—+4H2O—8e—=SO+9H+，故B正确；C．微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故C错误；D．由分析可知，正极的电极反应式为O2+4e—+4H+=2H2O，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误；故选B。【变式2】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是A．O2在电极b上发生还原反应B．溶液中OH-向电极a移动C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5D．负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O【答案】C【详解】A．b电极为正极，氧气在电极b上得电子，发生还原反应，A正确；

B．原电池中阴离子在电解质溶液中向负极移动，则溶液中OH-向电极a移动，B正确；

C．NH3在负极失电子得N2，O2在正极得电子氧元素变为-2价，根据得失电子守恒有4NH3~12e-~3O2，则消耗NH3与O2的物质的量之比=4：3，C错误；

D．氨气在负极失电子得氮气，结合电解质溶液为KOH溶液写出负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，D正确；

故选C。【变式3】如图所示是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是（）A．氢氧燃料电池的正极反应式为B．干电池工作时，向石墨电极移动C．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207gD．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池【答案】C【详解】A．氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应，电极反应式为反应式为，故A正确；B．干电池的石墨是正极，则电池工作时H+向正极移动，即向石墨电极移动，故B正确；C．铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，且硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减小，故C错误；D．干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故D正确；故答案为C。热点题型四：电极反应式的书写【知识清单】1．原电池电极反应式的书写书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出电极反应式。(1)书写步骤(2)书写方法①拆分法a．写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。b．把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：正极：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋负极：Cu－2e－=Cu2＋②加减法a．写出总反应，如Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4。b．写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－=Li＋(负极)。c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－=Li2Mn2O4(正极)。2．燃料电池电极反应式的书写第一步：写出燃料电池反应的总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：①酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－=2H2O；②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－=2O2－；④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式，电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。【例1】如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是A．电极B为正极B．在电极A上发生氧化反应C．电极A区发生反应：D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜【答案】D【分析】电极A是负极，甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，所以总反应为，负极反应为；电极B是正极，发生还原反应，当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜。【详解】A．电极B发生还原反应为正极，故A正确；B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；C．甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；故选D。【例2】回答下列问题（1）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的___________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为___________。（2）化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：回答下列问题：电池中的负极为___________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为___________，电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为___________L。【答案】（1）负NO2＋NO-e-=N2O5（2）甲CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋33.6【分析】（1）该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e-=4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO-e-=N2O5。（2）根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2=2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O2的体积为1.5mol×22.4L·mol-1=33.6L。【变式1】微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低B．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e-=2Ag＋H2OC．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移D．负极发生反应Zn＋2OH－－2e-=Zn(OH)2【答案】D【分析】根据电池总反应可知，Zn失电子、发生氧化反应而作负极，氧化银得到电子、发生还原反应作正极，负极电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，正极电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，放电时，电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，据此分析解答。【详解】A．由电池总反应为Ag2O+Zn+H2O═2Ag+Zn(OH)2可知，反应中n(KOH)不变，但电池反应消耗了H2O，所以电池工作过程中，KOH溶液浓度升高，故A错误；B．氧化银得到电子、发生还原反应作正极，电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，故B错误；C．电池工作过程中，电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以电解液中OH-向负极迁移，故C错误；D．由电池总反应可知，Zn失电子、发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故D正确；故选：D。【变式2】人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造