01 考向1 原电池及新型化学电源（附答案解析）-备战2023年高考化学大二轮专题突破系列（全国通用）

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原电池及新型化学电源
【知识网络•悉考点】

【研析真题•明方向】
1．(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选泽双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　)

A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H+＝Mn2+＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H+===Zn(OH)＋Mn2+＋2H2O
2．(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　　)

A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂－海水电池属于一次电池
3．(2021·山东卷)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 mol 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
4．(2021·广东卷)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
5．(2021·河北卷)K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　)

A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
6．(2020·全国卷Ⅲ)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
7．(2020·山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)

A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
【重温知识•固基础】
1．构建原电池模型

总反应离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(1)电极
①负极：失去电子，发生氧化反应
②正极：得到电子，发生还原反应
(2)电子定向移动方向和电流方向
①电子从负极流出经外电路流入正极
②电流从正极流出经外电路流入负极
(3)离子移动方向
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动
2．三种核心方法判断原电池的正负极
(1)根据电极反应或总反应方程式来判断
作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极
作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极
(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断
电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极
(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动
3．原电池原理的应用
加快氧化还原反应的速率；比较金属活动性强弱；设计制作化学电源；用于金属的防护
4．分类突破电极反应式书写
(1)电极反应的书写方法——“三步法”
以“甲醇——氧气——KOH溶液”为例
第一步：得失电子守恒
，
负极的甲醇在碱性环境中变成CO失去6个电子，写成－6e－；正极的O2到底是变成了OH－还是H2O，一定是得到4个电子，写成＋4e－，此步称之为得、失电子守恒
负极反应：CH3OH—6e－— CO；
正极反应：O2＋4e－—
第二步：电荷守恒
此时负极反应左边的电荷数为＋6，右边的电荷数为－2，电荷显然不守恒，为了使左、右两边电荷守恒必需在左边配8个OH－；正极反应的左边电荷数为－4，右边的电荷数为0，为了使左、右两边电荷守恒必需在右边配4个OH－，此步称之为电荷守恒
负极反应：CH3OH—6e—＋8OH－—CO；
正极反应：O2＋4e－—4OH－
第三步：原子守恒
观察负极反应左、右两边的原子个数，C守恒，H、O不守恒，需在右边配6 个H2O；而正极反应H、O不守恒，需在左边配2个H2O，此步称之为原子守恒
负极反应：CH3OH—6e－＋8OH－＋6H2O===CO；
正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
【微点拨】
①该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程式
②碱性溶液反应物、生成物中无H+；酸性溶液反应物、生成物中无OH－；中性溶液反应物中无H+和OH－
③水溶液中不能出现O2－
④有机物中化合价处理方法：“氧－2，氢+1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，碱性环境下，C元素最终产物应为CO

(2)四类电池电极反应式的书写
①燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
电池类型
导电介质
反应式
酸性燃料电池
H＋
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反应
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
正极反应
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性燃料电池
OH－
总反应
CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
负极反应
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
正极反应
2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
熔融碳酸盐燃料电池

CO
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反应
CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
正极反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
固态氧化物燃料电池
O2－
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反应
CH3OH－6e－＋3O2－=== CO2↑＋2H2O
正极反应
O2＋4e－===2O2－
质子交换膜燃料电池
H＋
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反应
CH3OH－6e－＋H2O=== CO2↑＋6H＋
正极反应
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
②一次电池
电池类型
反应式
锌银电池
总反应
Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag
负极反应
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
正极反应
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
锌锰干电池
总反应
Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH
负极反应
MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
正极反应
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Mg－H2O2电池
总反应
H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
负极反应
H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
正极反应
Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl电池
总反应
Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
负极反应
2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
正极反应
Mg－2e－===Mg2＋
钠硫电池
总反应
2Na＋xS===Na2Sx
负极反应
2Na－2e－===2Na＋
正极反应
xS＋2e－===S
锂铜电池
总反应
2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－

③充电(可逆)电池
铅蓄电池
总反应：Pb (s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
负极
Pb (s)＋SO42－(aq)－2e－===PbSO4(s)
正极
PbO2(s)＋4H+＋SO42－(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
阴极
PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42－(aq)
阳极
PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H+＋SO42－(aq)
规律
放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式
镍电池
总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
负极
Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
正极
NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－
阴极
Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
阳极
Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O
④锂离子电池充放电分析
a．常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)、LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)、LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
总反应：Li1－xMO2＋LixCnnC＋LiMO2
b．常见锂离子电池类型及电极反应书写
书写技巧
锂离子电池通常都是锂做负极，平衡电荷的也是锂离子，因此可以先写出负极反应
(Li－e－===Li＋，至于带x或者C6可以稍加变形加进去即可：LixC6－xe－===xLi＋＋C6)，正极用总反应减去总反应即可
常见锂离子电池电极反应的书写
钴酸锂电池
总反应
Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x＜1)
负极反应
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极反应
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
磷酸铁锂电池
总反应
FePO4＋LiLiFePO4
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
锰酸锂电池
总反应
LixC6＋Li3-xNiCoMnO6 C6＋Li3NiCoMnO6
负极反应
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极反应
Li3-xNiCoMnO6 ＋xe－＋xLi＋===Li3NiCoMnO6
锂钒氧化物电池
总反应
xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
负极反应
xLi－xe－=== xLi＋
正极反应
xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
锂－铜
电池
总反应
2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－

【题型突破•查漏缺】
1．沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图。下列说法错误的是(　　)

A．炭棒b极电势比炭棒a极电势高
B．光照强度对电池的输出功率无影响
C．炭棒b的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．酸性增强不利于菌落存活，工作一段时间后，电池效率降低
2．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A．加入HNO3降低了正极反应的活化能
B．电池工作时正极区溶液的pH减小
C．1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有3 mol O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
3．最近，科学家研发出了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．右边吸附层中发生了氧化反应 B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．该电池总反应是H＋＋OH－===H2O D．电解质溶液中Na＋向右移动、ClO向左移动
4．国际氢能燃料电池汽车技术大会(FCVE)将于2021年7月14日至16日在中国上海隆重举行，燃料电池备受关注，中科院海西研究院开发出一种Zn­H2O燃料电池，容量大，寿命长，有望成为目前广泛使用的锂电池的理想替代品。其电池的工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．石墨1是电池的正极
B．电池工作时，电流方向为：电极石墨2→NaOH溶液→H2SO4溶液→电极石墨1
C．电极石墨2的电极反应为：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
D．电极石墨2增重3.2 g时，电极石墨1上生成2.24 L气体(标准状况)
5．一种由聚偏氟乙烯­六氟丙烯共聚物为主的准固态聚合物电解质(QPE)制备的 Na­O2 电池结构如图所示，QPE 中的F­C 链有利于 Na＋的转移。下列有关说法中正确的是(　　)

A．该电池放电时正极的电极反应式为：O2＋e－＋Na＋===NaO2
B．负极质量每减少 23 g，需要消耗 O2 的体积为 22.4 L
C．偏氟乙烯与六氟丙烯互为同系物
D．该电池充电时阳极反应物为 O2
6．如图利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法一定正确的是(　　)

A．M电极为正极
B．电子流动方向为N→Y→X→M
C．N电极反应式：2NO＋4e－＋4H＋===N2＋2H2O
D．质子透过阳离子交换膜由右向左移动
7．DBFC燃料电池的结构如图，该电池的总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列关于电池工作时的相关分析不正确的是(　　)

A．X极为正极，电流经X流向外电路
B．Y极发生的还原反应为H2O2＋2e－===2OH－
C．X极区溶液的pH逐渐减小
D．每消耗1.0 L 0.50 mol·L－1的H2O2，电路中转移1.0 mol e－
8．某种氨硼烷(NH3·BH3)电池装置如图所示(未加入氨硼烷之前，两极室内液体质量相等)，电池反应为
NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O(不考虑其他反应的影响)。下列说法错误的是(　　)

A．氨硼烷中N和B的杂化方式不同
B．电池正极的电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
C．其他条件不变，向H2O2溶液中加入适量硫酸能增大电流强度
D．若加入的氨硼烷全部放电后左右两极室内液体质量差为3.8 g，则电路中转移1.2 mol电子
9．一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示，电解质为AlxCly离子液体，CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法正确的是(　　)

A．若CuS从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量增加
B．该电池放电时，正极反应为6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl
C．为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量Al2S3水溶液
D．充电时电池阴极的反应为Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl
10．以石墨烯和金属锂为电极的锂空气电池原理如图所示。下面关于该电池的说法错误的是(　　)

A．锂电极的电极反应式：Li－e－===Li＋ B．空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应
C．电池工作时电流从锂电极沿导线流向石墨烯电极 D．电池工作时锂离子向石墨烯电极方向移动
11．LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图，图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是(　　)

A．电池应选用阳离子交换膜，Na＋向A极区移动
B．电池A极区的电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－
C．每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为4NA
D．要使LED发光二极管正常发光，图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
12．如图利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法一定正确的是(　　)

A．M电极为正极 B．电子流动方向为N→Y→X→M
C．N电极反应式：2NO＋4e－＋4H＋===N2＋2H2O D．质子透过阳离子交换膜由右向左移动
13．铝—空气燃料电池具有原料易得、能量密度高等优点，装置如图所示(电池的电解质溶液为KOH溶液)。下列有关电池工作时的说法错误的是(　　)

A．OH－从右往左通过阴离子交换膜 B．正极区的电解质溶液pH逐渐增大
C．负极的电极反应式：Al－3e－===Al3＋ D．采用多孔电极的目的是易于吸附气体
【题型特训•练高分】
1．微生物燃料电池(MFCs)是一种利用电活性微生物氧化污水中的有机质，并产生生物电能的技术，以细胞色素为媒介实现电极－微生物电子传递，机理如图所示。下列说法正确的是(　　)

注：胞外聚合物(EPS)、溶解性微生物产物(SMP)、化学需氧量(COD)
A．a极为电池的正极
B．该电池产生的气体对环境都没有影响
C．由转化图可知：4NH＋3O2===2N2＋6H2O＋4H＋
D．b极其中一个反应为2NO＋6e－＋8H＋===N2＋4H2O
2．最近科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．吸附层b为电池的正极 B．“全氢电池”的总反应为H＋＋OH－===H2O
C．NaClO4的作用是传导离子并参与电极反应 D．Na＋在装置中从左侧透过阳离子交换膜向右侧移动
3．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，如图中，左图为其工作原理，右图为废水中Cr2O的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
B．电池工作时，N极附近溶液pH增大
C．Cr2O的浓度较大时，可能会造成还原菌失去活性
D．处理0.1 mol Cr2O时有1.4 mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移
4．利用微生物处理有机废水并脱盐的装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．X、Y分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜 B．M极上发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．微生物电极为负极 D．处理后的废水的pH比有机废水的pH大
5．利用生物电化学系统处理废水的原理如图。下列对系统工作时的说法错误的是(　　)

A．b电极为负极，发生氧化反应
B．双极膜内的水解离成的H＋向b电极移动
C．有机废水发生的反应之一为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D．该系统可处理废水、回收铜等金属，还可提供电能
6．2021年2月首条氢氧燃料电池公交示范线即将在广州公交集团投入运营，这标志着广州公交迈入氢能产业新时代，参看某种氢燃料电池原理图，下列说法不正确的是(　　)

A．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
B．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
C．氢燃料电池能量转换率比氢气直接燃烧高
D．氢燃料电池工作时，发出淡蓝色火焰
7．微生物燃料电池中，FeS修饰的石墨毡电极，催化降解含Cr(Ⅵ)(主要以Cr2O和HCrO形式存在)废水的机理如图所示，Cr2O和O2在石墨毡表面分别转化为Cr(Ⅲ)和H2O2，生成的H2O2将HCrO降解为Cr2O3。研究表明，10.5 h后对15 mg·L－1 Cr(Ⅵ)的电催化降解率为100%。下列说法错误的是(　　)

A．负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
B．阴极废水中，Cr(Ⅵ)的还原速率约为1.43 mg·L－1·h－1
C．生成Cr2O3的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D．完全降解后，阴极室废水的pH不变(忽略溶液体积变化)
8．一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是(　　)

A．电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2 B．正极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率 D．电子的移动方向由b经外电路到a
9．中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．该电化学装置中，Pt电极作正极
B．Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势
C．电子流向：Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极
D．BiVO4电极上的反应式为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O
10．二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．负极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ B．反应总式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
C．质子的移动方向为从电极B到电极A D．SO2气流速度的大小可能影响电池的电动势
11．杂志Joule中题为“LiCO2 Electrochemistry: A New Strategy for CO2 Fixation and Energy Storage”的文章，阐述了关于电化学技术固定CO2的新的反应途径。如图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物，实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。储能器件使用的LiCO2电池组成为钌电极/CO2饱和LiClO4DMSO电解液/锂片。下列说法错误的是(　　)

A．钌电极为负极，其电极反应式为2Li2CO3＋C－4e－===3CO2＋4Li＋
B．LiCO2电池电解液由LiClO4DMSO溶于水得到
C．这种电化学转化方式不仅减少了CO2的排放，还可将CO2作为可再生能源载体
D．CO2的固定中，每生成1.5 mol气体，可转移2 mol e－
12．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，下列有关说法中错误的是(　　)

A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2CO2＋2H2O
13．pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag－AgCl电极)和另一Ag－AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059。下列说法正确的是(　　)

A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-(0.1mol·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
14．我国科学家利用光能处理含苯酚()废水，装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．a极电势高于b极电势

C．H＋由Ⅱ区移向Ⅰ区，Ⅱ区溶液的pH增大
D．若有2 mol电子通过导线，Ⅰ区混合液体质量增大2 g
15．金属(M)－空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。

已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(　　)
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn三种金属－空气电池，Al－空气电池的理论比能量最高
C．M－空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n
D．在Mg－空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜





【原电池及新型化学电源】答案
【研析真题•明方向】
1．A。解析：根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。【详解】A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；故答案选A。
2．B。解析：锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。【详解】A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；答案选B。
3．C。解析：A．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；B.根据题意分析可知，N2H4—O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗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的物质的量减小，B错误；C.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放电量(物质的量表达式)分别是：×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D.根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。
4．B。解析：金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。
5．D。解析：由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 mol e－，铅酸蓄电池消耗0.1 mol H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
6．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项正确；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项正确；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项错误；电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极，D项正确。
7．B。解析：由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜l为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
【题型突破•查漏缺】
1．B。解析：由工作原理图可知，炭棒b上氧气得电子生成水，则炭棒b为正极，炭棒a上硫元素化合价升高，失电子，炭棒a为负极，正极电势比负极电势高，A项正确；CO2在光照和光合菌的作用下生成氧气，因此光照强度对电池的输出功率有影响，B项错误；炭棒b上氧气得电子生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C项正确；由图示知，负极有H＋产生，酸性增强不利于菌落存活，负极发生的氧化反应会减慢，因此工作一段时间后，电池效率降低，D项正确。
2．B。解析：乙醇燃料电池中，通入乙醇的一极为负极，电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，通入氧气的一极为正极，由工作原理图可知，正极发生反应：HNO3＋3e－＋3H＋===NO↑＋2H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，二者加合可得O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则HNO3在正极起催化作用，据此分析解答。A项，由分析知，HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故正确；B项，电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故错误；C项，根据得失电子守恒可知，1 mol CH3CH2OH被完全氧化时，转移12 mol电子，则有3 mol O2被还原，故正确；D项，由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，故正确。
3．A。解析：选A　由电子的流动方向可以得知左边吸附层为负极，发生氧化反应；右边吸附层为正极，发生还原反应，A错误；负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，B正确；正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，根据正、负极的反应可知总反应为OH－＋H＋===H2O，C正确；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D正确。
4．D。解析：A.石墨1的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，发生了还原反应，钠离子移向石墨1，则石墨1是电池的正极，A正确；B.电池工作时，电流由正极经过外电路、石墨2电极、电解质溶液、回到正极形成闭合回路，故电流方向为：电极石墨2→NaOH溶液→H2SO4溶液→电极石墨1，B正确；C.电极石墨2为负极，锌失去电子发生氧化反应，电极反应为：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，C正确；D.电极石墨2增重为氧元素质量，3.2 g氧元素物质的量为0.2 mol，电子转移0.4 mol，石墨1为原电池的正极，2H＋＋2e－===H2↑，电极石墨1上生成氢气0.2 mol，标准状况下体积＝0.2 mol×22.4 L/mol＝4.48 L，D不正确；答案选D。
5．A。解析：A.该原电池中的电解质是由聚偏氟乙烯–六氟丙烯共聚物为主的准固态聚合物电解质，由总反应式可知，该电池放电时正极的电极反应式为：O2＋e－＋Na＋===NaO2，故A正确；B.未说明氧气所处的状态，无法计算消耗 O2 的体积，故B错误；C.偏氟乙烯与六氟丙烯的结构简式分别为CH2===CF2、CF3—CF===CF2，二者的分子组成上不是相差“CH2”原子团，二者不互为同系物，故C错误；D.该电池放电时正极的电极反应式为：O2＋e－＋Na＋===NaO2，则该电池充电时的阳极反应式为：NaO2－e－===O2↑＋Na＋，阳极反应物为NaO2，故D错误；答案选A。
6．C。解析：结合上述分析可知M电极为负极，A项错误；原电池中电子从负极流出经导线流回正极，即电子流动方向为M→X→Y→N，B项错误；N电极上NO得电子被还原，其电极反应式为2NO＋4e－＋4H＋===N2＋2H2O，C项正确；质子(即H＋)向正极移动，即透过阳离子交换膜由左向右移动，D项错误。
7．A。解析：由工作原理装置图可知，负极发生氧化反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，正极H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－。A项，由图知X极为负极，电子经X流向外电路流入Y，错误；B项，Y极为正极，H2O2发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－，正确；C项，X极发生氧化反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故X极区溶液的pH逐渐减小，正确；D项，由电极反应式H2O2＋2e－=== 2OH－知，每消耗1.0 L 0.50 mol·L－1的H2O2，电路中转移1.0 mol e－，正确。
8．A。解析：氨硼烷中，N和B的杂化方式均为sp3杂化，A错误；根据电池反应，负极反应为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH4BO2＋6H＋，正极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，B正确；加入适量硫酸，正极区域反应速率加快，电流强度增大，C正确；根据负极反应：
NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH4BO2＋6H＋， Δm＝31 g－12 g＝19 g
　31 g　　　　　6 mol　　　 　　6 g
　　　　　　 1.2 mol　　　　　　　　　　　　　　　 3.8 g
所以D正确。
9．B。解析：放电时硫化铜在正极发生的反应为6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，反应后转化为Cu2S、Al2S3和AlCl，化合价改变的只有Cu，故硫化铜从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少，A项错误、B项正确；根据题目分析可知应加入Al2Cl提高电池效率，C项错误；充电时，阴极电极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl，D项错误。
10．C。解析：在锂-空气电池中，锂失电子作负极，负极是有机电解液，锂不与该电解液直接反应，负极反应式为Li－e－===Li＋，故A正确；以空气中的氧气作为正极反应物，则空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应，故B正确；电池工作时电流从正极石墨烯电极沿导线流向负极锂电极，故C错误；电池工作时锂离子向正极石墨烯电极方向移动，故D正确。
11．C。解析：A极上H2O2转化为OH－，发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－，则A极为正极，根据图示，Na＋能透过离子交换膜进入A极区生成NaOH，则离子交换膜为阳离子交换膜，A、B项正确；B极为负极，发生氧化反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为8NA，C项错误；根据LED发光二极管中电荷移动情况知，导线a应与负极相连，导线b应与正极相连，故图乙中的导线a应与图甲中的B极相连，D项正确。
12．C。解析：根据题中信息“化学能直接转化为电能”，可知该装置为原电池装置，结合N极NO―→N2＋H2O氮元素化合价变化可知，N极为正极，则M极为负极，A项错误；原电池中电子从负极流出经导线流回正极，即电子流动方向为M→X→Y→N，B项错误；N电极上NO得电子被还原，其电极反应式为2NO＋4e－＋4H＋===N2＋2H2O，C项正确；质子(即H＋)向正极移动，即透过阳离子交换膜由左向右移动，D项错误。
13．C。解析：放电时Al电极为负极，OH－从右向左移动，A项正确；正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正极区电解质溶液pH增大，B项正确；负极铝失电子发生氧化反应生成Al3＋，Al3＋结合电解质溶液中的OH－生成AlO，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，C项错误；采用多孔电极易于吸收空气中的氧气，D项正确。
【题型特训•练高分】
1．D。解析：根据反应机理图中NO转化为N2，此变化为得电子，可知b极为正极，a极为负极，故A错误；该电池产生的气体中含CO2可产生温室效应，对环境有影响，故B错误；由转化图可知，NH与氧气转化为NO，NO在b极得电子继而转化为N2，故C错误；从图中可看出在b极上NO在酸性条件下得电子转化为N2，反应为2NO＋6e－＋8H＋===N2＋4H2O，D正确。
2．C。解析：由装置图中电子流向可知，电子由吸附层a流出，经导线到吸附层b，吸附层a做负极，吸附层b做正极，故A正确；由图可知负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总反应为H＋＋OH－===H2O，故B正确；NaClO4的作用是传导离子，并未参加电极反应，故C错误；原电池中阳离子向正极移动，该电池左侧为负极，右侧为正极，故钠离子从左侧向右侧移动，故D正确。
3．D。解析：电子由M流向N，则M为电源的负极，N为正极；正极反应为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，消耗氢离子，从左侧迁移到右侧的氢离子比消耗的氢离子少，溶液pH增大；根据图像当Cr2O离子浓度过大的时候，去除率基本为0，可能是因为还原菌失去活性；处理0.1 mol Cr2O时转移0.6 mol电子，则溶液中有0.6 mol氢离子从左侧迁移到右侧。
4．D。解析：HCOO－在微生物电极上发生氧化反应生成CO2，微生物电极为原电池的负极，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，要达到脱盐的目的，Cl－向负极(微生物电极)移动，Na＋向正极(M极)移动，所以X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜，A、C正确；M极上发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；负极区反应后氢离子浓度增大，pH变小，D不正确。
5．A。解析：A　a电极上废水中的有机物发生氧化反应，b电极上Cu2＋发生还原反应生成Cu，则a电极为原电池的负极，b为原电池的正极；原电池工作时，阳离子移向正极、阴离子移向负极，则双极膜内的水解离成的H＋向b电极移动，故A错误，B正确；负极b上废水中的有机物发生失电子的氧化反应生成CO2气体逸出，反应之一为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，故C正确；该装置是原电池，可对外提供电能，并且还可处理废水中的有机物和重金属离子，Cu2＋发生还原反应生成Cu，故D正确。
6．D。解析：氢氧燃料电池的生成物是水，能量利用率高，而且不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，所以选项A、B、C都是正确的；在燃料电池中氢气失去电子，并不和氧化剂直接接触，因此不会产生淡蓝色火焰，D不正确，答案选D。
7．D。解析：由题图知，CH3COO－在左侧(负极)失电子被氧化成CO2和H＋，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，A正确。Cr(Ⅵ)得到电子被还原为Cr(Ⅲ)，右侧为阴极室(或正极室)，根据“10.5 h后对15 mg·L－1 Cr(Ⅵ)的电催化降解率为100%”知，Cr(Ⅵ)的还原速率为15 mg·L－1÷10.5 h≈1.43 mg·L－1·h－1，B正确。生成Cr2O3的反应中，HCrO是氧化剂、H2O2是还原剂，HCrO→Cr2O3(Cr得到3e－)、H2O2→O2(O失去2e－)，根据得失电子守恒知，n(HCrO)∶n(H2O2)＝2∶3，C正确，阴极室的主要反应有Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O、O2＋2e－＋2H＋===H2O2、2HCrO＋3H2O2＋2H＋===Cr2O3＋3O2↑＋5H2O，完全降解后，阴极室消耗的氢离子的量大于阳极室穿过质子交换膜进入阴极室的氢离子的量，故阴极室废水的pH增大，D错误。
8．A。解析：负极电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应式相加得电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，故A正确，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，故C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b，故D错误。
9．C。解析：分析电化学装置，该装置为原电池，BiVO4电极上的反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，所以BiVO4电极为负极，Pt电极为正极，正极的电势高于负极电势，A、B、D选项正确；电子流向为：BiVO4电极→导线→Pt电极，电子不流入电解质溶液，C错误。
10．C。解析：A极通入SO2，SO2在负极失电子生成SO，则电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正确；该电池的反应原理为二氧化硫与氧气的反应，反应总方程式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，故B正确；A为负极，B为正极，质子的移动方向为从电极A到电极B，故C错误；反应物的浓度越大，反应速率越快，SO2气流速度的大小可能影响电池的电动势，故D正确。
11．B。解析：选B　由电子的移动方向，可知钌电极为负极，钌电极的电极反应式为2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2↑，故A说法正确；LiCO2电池有活泼金属Li，电解液中不能有水，电解液为饱和LiClO4DMSO有机溶剂，故B说法错误；CO2通过储能系统和CO2固定策略转化为固体产物C，这种电化学转化方式不仅减少了CO2的排放，还可将CO2作为可再生能源载体，故C说法正确；由题图可知，CO2固定中的电极反应式为2Li2CO3===4Li＋＋2CO2↑＋O2↑＋4e－，每生成1.5 mol气体，可转移2 mol e－，故D说法正确。
12．B。解析：温度高，反应速率快，则该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；该燃料电池中，通入燃料的电极是负极，则负极H2可以用CO、CH4等燃料替代，故B错误；氢气和氧气能反应，所以该电池工作时，要避免H2、O2的接触，故C正确；该电池放电时，燃料氢气的电极是负极，则负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2CO2＋2H2O，故D正确。
13．C。解析：A． 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C．pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；D． pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；答案选C。
14．C。解析：从图中可以看出，该装置为原电池装置，苯酚在a极得电子，被还原，所以a极为正极，b极为负极。负极反应为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋，氢离子向正极移动，a极消耗的氢离子和b极产生的氢离子相等，pH不变，故C错误。
15．C。解析　A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B项，单位质量的Mg、Al、Zn释放的电子分别为 mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比Mg、Zn高，正确；C项，电池放电过程正极O2得电子生成OH－，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成M(OH)n，反应式应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，为避免OH－移至负极而生成Mg(OH)2，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止OH－，正确。