高考化学专题四第2讲原电池化学电源学案

第2讲原电池化学电源【2020·备考】最新考纲：1.理解原电池和电解池的工作原理，能写出简单电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。新课标要求：分析化学能与电能相互转化的原理及其在生产和生活中的应用。能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。最新考情：原电池、化学电源的考查，一是在选择题中单独设题，考查新型电池的分析，涉及正负极判断、离子或电子流向、两极反应，如2015年碳酸盐燃料电池，2013年Mg­H2O2电池等；二是在填空题中考查，主要涉及电极反应式的书写，如2016年T20(1)、2012年T20(3)Al­Ag2O电池总反应等。预测2020年高考延续这一命题特点，一是在选择题考查新型电池的分析，二是在填空题中考查电极反应式的书写，特别关注新型电池的分析。考点一原电池的工作原理[知识梳理]1.原电池的概念：将化学能转化为电能的装置。(1)能自发地发生氧化还原反应。(2)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。①负极：活泼性较强的金属。②正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属。(3)电极均插入电解质溶液中。(4)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。示例：铜锌原电池电极反应负极(锌)：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反应)正极(铜)：Cu2＋＋2e－=Cu(还原反应)总反应式：Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋名师助学：①辨明三个移动方向：电子从负极流出沿导线流入正极；电流从正极沿导线流向负极；电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。②在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。如Mg­Al­NaOH溶液组成的原电池，Al作负极。③盐桥的组成和作用：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。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。(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，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)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。如：根据反应2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为：[题组诊断]原电池的工作原理1.如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A.电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B.电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子解析该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，电极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是连接内电路，平衡电荷。答案C2.如图所示，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为：X→外电路→YB.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y解析外电路的电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，A项错误；若两电极分别为Fe和碳棒，则Y为碳棒，X为Fe，B项错误；X极失电子，作负极，Y极上发生的是还原反应，X极上发生的是氧化反应，C项错误；电解质溶液为稀硫酸，两金属作电极，谁活泼谁作负极，D项正确。答案D3.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↑解析②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，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\o\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作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D错误。答案B【归纳总结】1.原电池正、负极判断方法2.原电池正、负极判断的注意点(1)原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。(2)判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如题3图②③。原电池工作原理的应用4.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极质量减小；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性顺序是()A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c解析把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，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。综合所述可知活动性：d>a>b>c。答案C5.把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)。(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入等量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。解析加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率。(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4等量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。答案(1)A(2)B(3)C6.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________；(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为___________________________________________________；X电极上发生的电极反应为__________________________________________；(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。解析原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，盐桥起到平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐，常用硝酸银。电极反应式表示为，负极：Cu－2e－=Cu2＋，正极：Ag＋＋e－=Ag，电子由负极流出，经外电路流向正极。答案(1)铜(或Cu)AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－=2AgCu－2e－=Cu2＋(3)负(Cu)正(Ag)考点二化学电源[知识梳理]碱性锌锰干电池负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2锌银电池负极材料：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铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池：总反应式：2H2＋O2=2H2O(1)酸性介质负极：2H2－4e－=4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－=2H2O(2)碱性介质负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－(3)熔融的金属氧化物作介质负极：2H2－4e－＋2O2－=2H2O正极：O2＋4e－=2O2－(4)碳酸盐作介质负极：2H2－4e－＋2COeq\o\al(2－,3)=2H2O＋2CO2正极：O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)提醒：①原电池反应中，两极材料本身不一定发生反应。②燃料电池燃料一般在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应。③书写燃料电池的电极反应式时，一定要注意介质的影响(溶液的酸碱性、传导离子)。传导离子一般在一极生成，另一极消耗。[题组诊断]“常考不衰”的燃料电池1.如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是()2所在的铂电极流出2所在的铂电极处发生还原反应C.该电池的负极反应式为：CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋解析燃料电池，燃料在负极反应，氧气在正极反应。氧气在正极发生还原反应，电流由正极流向负极，A错误、B正确；由图可知负极反应物为CH3CH2OH(碳元素的化合价平均显－2价)，生成物为CH3COOH(碳元素的化合价平均显0价)，由质子交换膜可知溶液呈酸性，负极的电极反应式为：CH3CH2OH－4e－＋H2O=CH3COOH＋4H＋，C项错误。答案AC2.(2019·南京盐城二模)铝­空气燃料电池是一种机械式可“充电”电池(结构简图见图)。铝阳极是在高纯铝中添加合金元素制成，合金元素的加入可降低阳极自溶腐蚀速度；空气阴极主要由催化剂和透气膜组成，催化剂可将电极反应生成的HOeq\o\al(－,2)催化分解为O2和OH－。下列关于该电池的说法错误的是()A.铝阳极的电极反应式是：Al－3e－=Al3＋B.空气电极的电极反应式是：O2＋H2O＋2e－=OH－＋HOeq\o\al(－,2)C.阳极自溶腐蚀反应为：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑D.该电池再“充电”可直接更换铝阳极并补充适量碱液解析A项，阳极铝失电子，由于碱性溶液，发生反应：Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，错误；B项，由题给信息，阳极生成HOeq\o\al(－,2)，所以O2＋2e－→HOeq\o\al(－,2)，溶液显碱性，用OH－平衡电荷，正确；C项，阳极自溶腐蚀指铝溶液于碱性中，正确。答案A3.微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，图2为其工作原理，图1为废水中Cr2Oeq\o\al(2－,7)离子浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是()A.M为电源负极，有机物被氧化B.电池工作时，N极附近溶液pH增大C.处理1molCr2Oeq\o\al(2－,7)时有6molH＋从交换膜左侧向右侧迁移D.Cr2Oeq\o\al(2－,7)离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活解析由图可知，该电池中有机物在微生物作用下发生氧化反应生成二氧化碳，M电极为负极；氧气和Cr2Oeq\o\al(2－,7)被还原，N电极为正极。M为电源负极，有机物被氧化，A项正确；由图中信息可知，电池工作时，N极上氧气得到电子转化为水，氢离子浓度减小，故N附近溶液pH增大，B项正确；处理1molCr2Oeq\o\al(2－,7)需要6mol电子，但是同时也会有一定量的氧气得到电子，故从交换膜左侧向右侧迁移的H＋的物质的量大于6mol，C项错误；由图1可知，Cr2Oeq\o\al(2－,7)离子浓度较大时，其去除率几乎为0，因为其有强氧化性和毒性，可能会造成还原菌的蛋白质变性而失活，D项正确。答案C【方法技巧】新型充电电池4.(2019·盐城三调)一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如图所示的转化。下列说法正确的是()A.贮能时，电能转变为化学能和光能B.贮能和放电时，电子在导线中流向相同C.贮能时，氢离子由a极区迁移至b极区D.放电时，b极发生：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O解析A项，贮能时，太阳能转化为化学能，错误；B项，贮能相当于电解，放电时是原电池原理，电子流向相反，错误；C项，贮能时，a极发生反应V3＋＋e－=V2＋，b极发生反应VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，H＋由b极迁移到a极区，错误。答案D5.(2017·南京盐城一模)最近我国科学家发明“可充电钠－二氧化碳电池”(如下图)，放电时电池总反应为：4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C。下列说法错误的是()A.充电时，钠箔与外接电源的负极相连B.电池工作温度可能在200℃以上C.放电时，Na＋向正极移动D.放电时，正极的电极反应为：4Na＋＋3CO2＋4e－=2Na2CO3＋C解析从电池的总反应可知，钠单质为电源的负极，充电时接电源的负极，A项正确；钠的熔点低，高温下会熔化，B项错误；放电时，发生原电池反应，负极：4Na－4e－=4Na＋，正极：3CO2＋4e－＋4Na＋=2Na2CO3＋C，Na＋在负极生成，正极消耗，移向正极，C、D正确。答案B6.(2017·通扬泰淮三调)一种钒­多卤化物电池结构示意图如图所示，电池和储液罐均存储有反应物和酸性电解质溶液。电池中发生的反应为2VCl2＋BrCleq\o\al(－,2)2VCl3＋Br－。下列说法正确的是()2存储在正极储液罐内＋从负极区移至正极区－＋2Cl－－2e－=BrCleq\o\al(－,2)解析放电时原电池反应，V由＋2价升高到＋3价，发生氧化反应：V2＋－e－=V3＋，作负极；正极发生还原反应：BrCleq\o\al(－,2)＋2e－=Br－＋2Cl－。VCl2存储在负极储液罐内，A错误；正极区，阴离子数增多，H＋移向正极平衡电荷，B项正确；充电时负极接电源的负极，C错误；充电时阳极反应为放电时正极的逆反应，正确。答案BD【归纳总结】可充电电池原理示意图10电极反应式的书写与判断1.判断正、负极反应物，正确推断生成物(1)金属单质参加反应一般作负极。(2)还可以从电子流向、反应类型(负氧正还)等判断。(3)燃料电池燃料在负极反应，O2在正极反应。推断生成物一是要注意溶液的性质，如碱性条件下，不能生成CO2，应生成COeq\o\al(2－,3)；二是注意题给图示或信息，如Zn作负极反应，在不同的条件下产物可能是Zn2＋、ZnO、Zn(OH)2等。2.根据化合价升降配平得失电子数目。3.根据溶液的性质及电荷守恒补项平衡电荷。注意利用传导离子(碱性溶液中的OH－、酸性溶液中的H＋、熔融金属氧化物中的O2－、熔融碳酸盐中的COeq\o\al(2－,3))平衡电荷，传导离子往往在一极生成，另一极消耗。选择题中经常考查离子的移动方向，判断的前提依然是正、负两极电极反应式的书写。例如乙醇—氧气燃料电池在酸性、熔融金属氧化物、熔融碳酸盐作介质下负极反应式，C2H6O－12e－→2CO2，反应物总带12个正电荷，生成物无负电荷，利用传导离子平衡电荷分别有：C2H6O－12e－→2CO2＋12H＋、C2H6O－12e－＋6O2－→2CO2、C2H6O－12e－＋6COeq\o\al(2－,3)→8CO2，再根据原子守恒配平。2O等配平，检查三大守恒。例题(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()4＋H2Oeq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－=2H2OC.电池工作时，COeq\o\al(2－,3)向电极B移动2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)【学审题析题】第一步：审题获取解题信息由题干信息可知此装置为燃料电池第二步：逐项分析定答案在审题环节中可得出D项正确；甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1mol甲烷失去6mol电子，故A项错误；由于熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，再由审题中可知电极反应式为CO＋H2＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=3CO2＋H2O，故B项错误；COeq\o\al(2－,3)为阴离子，电池反应时应向负极(电极A)移动，故C项错误。答案D电极方程式的书写(1)(2019·苏锡常镇二调)氨硼烷(NH3BH3)可作燃料电池，其工作原理如图所示。氨硼烷电池工作时负极的电极反应式为_____________________________________________________________________。(2)(2019·通扬泰徐淮宿二调)CO2在新型钴基电催化剂作用下，转化为清洁燃料—甲酸。其工作原理如图所示，写出生成甲酸的电极反应式：____________________________________________________________________。(3)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1所示，写出该电池的负极反应式：______________________________________________________________________________________________________________________。图1(4)甲醇燃料电池的工作原理如图2所示，则该电池负极的电极反应式为____________________________________________________________________。图2(5)“镁­次氯酸盐”燃料电池的装置如图3所示，该电池的正极反应式为____________________________________________________________________。(6)图4是直接硼氢化钠－过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)，负极的电极反应式为____________________________________________________________________。(7)(2017·无锡一模)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为____________________________________________________________________。(8)(2016·江苏化学)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2Oeq\o\al(2－,7)转化为Cr3＋，其电极反应式为______________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(3)由图1可知O2在正极反应，则H2NCONH2在负极和H2O反应生成CO2和N2：H2NCONH2＋H2O→N2＋CO2，N的化合价从－3升高到0价，由电子守恒有：H2NCONH2＋H2O－6e－→N2＋CO2，利用H＋平衡电荷：H2NCONH2＋H2O－6e－=N2↑＋CO2↑＋6H＋。(4)同理CH3OH在负极反应生成CO2。(5)ClO－在正极发生还原反应生成Cl－。(6)正极：H2O2＋2e－=2OH－，pH增大。负极BHeq\o\al(－,4)(H显－1价)→BOeq\o\al(－,2)。(7)NO2和O2生成一种氧化物(N2O5)。电极Ⅱ上O2发生还原反应，电极Ⅰ上NO2发生氧化反应生成N2O5：NO2－e－→N2O5，利用传导离子NOeq\o\al(－,3)平衡电荷：NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5。(8)Cr2Oeq\o\al(2－,7)得6e－生成Cr3＋，溶液呈酸性，有：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O。答案(1)NH3BH3－6e－＋2H2O=NHeq\o\al(＋,4)＋BOeq\o\al(－,2)＋6H＋(2)CO2＋2e－＋H2O=HCOOH＋O2－(3)CO(NH2)2＋H2O－6e－=CO2↑＋N2↑＋6H＋(4)CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋(5)ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－(6)增大BHeq\o\al(－,4)－8e－＋8OH－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2O(7)NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5(8)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O新型电池分析2.(2019·扬州期中)H2S废气资源化的原理为：2H2S(g)＋O2(g)=S2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－632kJ·moL－1。下图为H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是()B.电极a上发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C.电路中每流过4mol电子，电池会产生632kJ电能D.每34gH2S反应，有2molH＋经质子交换膜进入正极区解析A项，H2S发生氧化反应，O2发生还原反应，“负氧正还”，电极b为负极，电极a为正极，错误；B项，图中交换膜为质子交换膜，因此正极发生反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2O，错误；C项，每流过4mol电子，产生632kJ能量，但能量不全部转化为电能，错误。答案D3.(2019·南通一模)某新型光充电电池结构如图。在太阳光照射下，TiO2光电极激发产生电子，对电池充电，Na＋在两极间移动。下列说法正确的是()A.光充电时，化学能转变成光能B.光充电时，电极B为阴极C.放电时，Na＋向电极A移动D.放电时，电极B发生反应：Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－解析A项，光充电时，太阳能转化为化学能，错误；B项，充电时“TiO2光电极激发产生电子”，电子从电极B流出，电极B为阳极，电极A为阴极，错误；C项，放电时，电极A为负极，发生反应：2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)，电极B为正极，发生反应：Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，Na＋从电极A移向电极B，C错误、D正确。答案D4.(2018·苏锡常镇一调)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如下图。下列说法正确的是()B.正极的电极反应为：C2Oeq\o\al(2－,4)－2e－=2CO2C.每得到1mol草酸铝，电路中转移3mol电子2解析原电池将化学能转化为电能，A项错误；正极发生得电子的还原反应：2CO2＋4e－=C2Oeq\o\al(2－,4)，B项错误；得到1molAl2(C2O4)3转移6mol电子，C项错误。答案D【知识网络回顾】1.(2015·天津理综，4)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()B.电池工作一段时间后，甲池的c(SOeq\o\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，故甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－=Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，则有Cu2＋→Zn2＋，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，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＋通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。答案C2.(2018·苏州期中)NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图所示的装置对NO2进行回收利用，装置中a、b均为多孔石墨电极。下列说法正确的是()A.a为电池的负极，发生还原反应B.电子流向a电极→用电器→b电极→溶液→a电极C.一段时间后，b极附近HNO3浓度增大2＋O2＋2H2O=4HNO3解析A项，燃料电池，O2在正极发生还原反应，NO2在负极发生氧化反应，错误；B项，“电子不入水”，溶液中是离子的定向移动，错误；C项，b极区发生反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2O，负极区发生反应：4NO2－4e－＋4H2O=8H＋＋4NOeq\o\al(－,3)，错误。答案D3.(2019·苏锡常镇二调)高温时通过以下反应制备金属铝。用铝制作的“快速放电铝离子二次电池”的原理如图所示(EMI＋为有机阳离子)。①Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g)ΔH1＝akJ·mol－1②3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)ΔH2＝bkJ·mol－1③Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)ΔH3下列说法正确的是()A.ΔH3<02O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)ΔH3＝(a—b)kJ·mol－1D.该电池放电时的负极反应方程式为Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)解析A项，该反应是熵增反应，常温下不能进行，说明该反应吸热，错误；B项，ΔH3＝(a＋b)kJ·mol－1，错误；C项，放电时，石墨为正极，充电时与电源正极相连，错误。答案D4.(1)H2S是一种无色、有毒且有恶臭味的气体。煤的低温焦化，含硫石油开采、提炼，橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生。有人研究设计了一种硫化氢－空气燃料电池，总反应式为2H2S＋O2=2S↓＋2H2O，简易结构如图1所示。①硫化氢应通入到电极________(填“a”或“b”)。②b极发生的电极反应为_________________________________________。(2)(2018·苏北四市一模)天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。科学家用氮化镓材料与铜组装如图2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。①写出铜电极表面的电极反应式：_____________________________________________________________________。②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量________(填“盐酸”或“硫酸”)。(3)GET公司开发的Li­SO2Cl2军用电池，其示意图如图3所示，已知电池总反应为2Li＋SO2Cl2=2LiCl＋SO2↑，则电池工作时，正极的电极反应式为____________________________________________________________________。(4)(2017·泰州一模)利用固体氧化物电解池(SOEC)通过电解方式分解氮氧化物如图4，该电源的b端是________极，写出电解池中通入NO的电极反应式：________________________。答案(1)①b②H2S＋O2－－2e－=S↓＋H2O(2)①CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O②硫酸(3)SO2Cl2＋2e－=2Cl－＋SO2↑(4)负2NO＋4e－=N2＋2O2－一、选择题1.下列电池工作时，O2在正极放电的是()解析A项，锌锰干电池的正极为二氧化锰得电子，A错误；B项，燃料电池正极为氧气得电子，B正确；铅蓄电池正极为二氧化铅得电子，C错误；镍镉电池的正极为氢氧化镍得电子，D错误。答案B2.Mg­AgCl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＋＋＋e－=Ag－由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑解析Mg­AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－=Mg2＋，正极2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。答案B3.(2013·江苏化学)Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是()2O2在石墨电极上发生氧化反应－向正极移动解析Mg­H2O2海水电池，活泼金属作负极，发生氧化反应：Mg－2e－=Mg2＋，H2O2在正极发生还原反应：H2O2＋2e－=2OH－(由于中性溶液生成OH－)，A项、B项错误，C项正确。由于负极阳离子(Mg2＋)增多，Cl－向负极移动平衡电荷，D错误。答案C4.某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性，设计如图所示装置，下列推断合理的是()A.若铬比铁活泼，则电子经外电路由铁电极流向铬电极B.若铬比铁活泼，则铁电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑C.若铁比铬活泼，则溶液中H＋向铁电极迁移D.若铁电极附近溶液pH增大，则铁比铬活泼解析若铬比铁活泼，则铬为负极，铁为正极，电子由负极(铬)流向正极(铁)，正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，A项错误，B项正确；C项，若铁比铬活泼，则铁为负极，铬为正极，溶液中的H＋在正极(铬)得电子，H＋向铬电极迁移，错误；D项，铁电极附近pH增大，说明H＋得电子生成H2，铁电极为正极，铬为负极，错误。答案B5.直接煤－空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是()A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B.负极的电极反应式为C＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=3CO2↑C.电极X为负极，O2－向X极迁移D.直接煤－空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高解析氧化物电解质的量不会减少，在电极Y上O2得到电子生成O2－不断在补充，A项错误；由原理图分析可知，其负极反应式为C＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=3CO2↑，B项正确；原电池内部的阴离子向负极移动，C项正确；直接煤－空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，其中能量损耗较大，D项正确。答案A6.(2017·南通、泰州一模)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Zn转化为ZnO。该电池工作时下列说法正确的是()B.该电池的负极反应为Zn＋H2O－2e－=ZnO＋2H＋－向石墨电极移动解析氧气在石墨电极上发生还原反应，A错；电解质溶液呈碱性，不可能有H＋生成，B错；放电时OH－向负极(Zn极)移动，C错；Zn为原电池的负极，充电时为电解池的阴极，与电源负极相连，D正确。答案D7.(2018·无锡期末)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置(总反应方程式为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O)，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()D.负极电极反应方程式为：6H2O＋C6H12O6－24e－=6CO2＋24H＋解析燃料电池，O2在正极反应：4H＋＋O2＋4e－=2H2O，负极反应为：C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2＋24H＋，H＋从负极区移向正极区，负极区pH减小，A错误，B、C、D正确。答案A8.(2017·南通一调)某浓差电池的原理示意如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法正确的是()B.电池工作时，Li＋通过离子导体移向b区：2H＋＋2e－=H2↑D.Y极每生成1molCl2，a区得到2molLiCl解析由图可知X极有H2生成，说明发生反应2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)，X为正极，C项错误；Y极有Cl2生成，说明海水中的Cl－反应：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)，Y为负极，电子由Y极经外电路移向X极，A项错误；a区H＋反应，正电荷减少，Li＋通过离子导体移向a区，与Cl－结合生成LiCl溶液，B项错误；D项，Y极生成1molCl2，则a区2molH＋反应生成1molH2，2molLi＋移到a区，得2molLiCl，正确。答案D9.(2017·通扬泰淮宿徐二调)某柔性燃料电池(以甲醇为燃料，酸性介质)结构示意如图。下列有关说法正确的是()A.电池工作时，电子由A电极经外电路流向B电极B.电池工作时，减少的化学能完全转化为电能C.A电极发生的电极反应为：CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋D.B电极每消耗1molO2，电池中减少4molH＋解析A电极为负极，电极反应为2CH3OH－12e－＋2H2O=2CO2↑＋12H＋，B电极为正极，电极反应为：3O2＋12e－＋12H＋=6H2O，电子从负极流出，经外电路流向正极，A、C正确；电池工作时，H＋没有变化，D项错误；电池工作时，总有部分化学能转化为热能，B项错误。答案AC10.锂空气电池充放电基本原理如图所示，下列说法不正确的是()A.充电时，锂离子向阴极移动＋＋e－=Li2＋4e－＋2H2O=4OH－解析A项，放电时，负极：Li－e－=Li＋，正极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。因此充电时，阴极：Li＋＋e－=Li，阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，充电时，锂离子向阴极移动，A、B、C正确。D项，若换成水性电解质，锂能与水反应生成LiOH和H2，错误。答案D11.(2017·常州一模)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中有机废水中的有机物可用C6H10O5表示。有关说法正确的是()B.b电极附近溶液的pH减小C.a电极反应式：C6H10O5－24e－＋7H2O=6CO2↑＋24H＋D.中间室：Na＋移向左室，Cl－移向右室解析在b电极上NOeq\o\al(－,3)转变为N2，发生还原反应，故b电极为正极，电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2O，电极附近pH增大，A、B错误；在a电极上C6H10O5失电子生成CO2和H＋，C正确；电池工作时，电解质溶液中的Na＋向正极(b极)移动，Cl－向负极(a极)移动，D错误。答案C12.(2018·南京、盐城一模)最近中美研究人员发明了一种可快速充放电的铝离子电池，该电池电解质为离子液体{AlCl3/[EMIM]Cl}，放电时有关离子转化如图所示。下列说法正确的是()A.放电时，负极发生：2AlCleq\o\al(－,4)－e－=Al2Cleq\o\al(－,7)＋Cl－B.放电时，电路中每流过3mol电子，正极减少27gC.充电时，泡沫石墨极与外电源的负极相连D.充电时，阴极发生：4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)解析A项，负极为Al，电极反应式为Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)，错误；B项，负极的Al失去3mole－时，质量减少27g，错误；C项，充电时，原电池的正极材料接电源的正极，错误；D项，将原电池的负极颠倒即为电解池的阴极，正确。答案D二、填空题13.氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：(1)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。已知：①N2(g)＋2O2(g)=N2O4(l)ΔH1＝－19.5kJ·mol－1②N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－534.2kJ·mol－1写出肼和N2O4反应的热化学方程式：_____________________________________________________________________。(2)肼－空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为_____________________________________________________________________。(3)科研人员开发出一种由甲醇和氧气构成，以强碱作电解质溶液的新型手机电池，充一次电可供手机连续使用一个月，则通入甲醇的是________(填“正”或“负”)极，写出该电池的负极反应式：_____________________________________________________________________。(4)Zn－MnO2干电池应用广泛，电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。①该电池的负极材料是________(填名称)。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。②若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，则会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_____________________________________________________。③MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阳极的电极反应式