鲁科版高考化学一轮复习第6章第32讲化学能转化为电能——电池教学课时学案

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原电池的工作原理及应用
1．原电池的构成
(1)概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
(2)一般构成条件
2.原电池的工作原理
如图是Cu-Zn原电池，请填空：
(1)两装置的反应原理
(2)原电池中的三个方向
①电子方向：从负极流出沿导线流入正极。
②电流方向：从正极沿导线流向负极。
③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。盐桥溶液中阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
(3)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。
3．原电池原理的应用
(1)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。
(2)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与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
(3)设计制作化学电源
两金属作电极时负极金属不一定比正极金属活泼，如Mg—NaOH(aq)—Al中Al为负极，电极反应为(－)2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－，(＋)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－；Fe(Al)—浓HNO3—Cu中，Cu为负极，电极反应：(－)Cu－2e－===Cu2＋，(＋)2NOeq \\al(－,3)＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)任何放热反应均可设计成原电池。( )
(2)原电池中电子移动方向：负极→导线→正极→电解质→负极。( )
(3)任何原电池的两极材料是不同的。( )
(4)原电池工作时电解质溶液中阳离子向正极迁移。( )
(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．对于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反应，设计为原电池，负极反应式为________________________，正极反应式为__________________________。
[答案] Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
原电池的工作原理及其电极判断
1．某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．锌片为负极，发生还原反应
B．电子流向：碳棒→→锌片
C．溶液中的SOeq \\al(2－,4)向锌片迁移
D．正极反应为2H＋－2e－===H2↑
[答案] C
2．(2022·广州模拟)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2Oeq \\al(2－,7)>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－===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋14H＋
C．电池反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
D．电池工作时，盐桥中的SOeq \\al(2－,4)移向乙烧杯
C [A项，甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋；B项，乙烧杯的溶液中发生还原反应，应为Cr2Oeq \\al(2－,7)得到电子生成Cr3＋；D项，SOeq \\al(2－,4)向负极移动，即移向甲烧杯。]
3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
D [依反应方程式知，甲池发生还原反应(Fe3＋→Fe2＋)，乙池则发生氧化反应，A项正确；甲中石墨电极上Fe3＋＋e－===Fe2＋，B项正确；电流表读数为零，则电路中无电流通过，可逆反应达到平衡状态，C项正确；电流表读数为零，反应达到平衡状态，加入FeCl2固体，平衡左移，乙中石墨电极为正极，D项错误。]
原电池的工作原理简图
注意：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，阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。
原电池原理的应用
4．M、N、P、E四种金属，已知：①M、N用导线连接插入稀H2SO4中，N为正极；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
A [由①可知还原性：M>N，由②可知还原性：P>M，由③可知还原性：N>E，故可推知还原性：P>M>N>E，A正确。]
5．向两份过量的锌粉a、b中分别加入一定量的稀硫酸，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)的关系正确的是( )
A B C D
B [加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于锌粉过量、H2SO4定量，则产生H2的体积一样多，故选B。]
6．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Ag＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极_____________________________，正极__________________________，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。
[答案] Cu－2e－===Cu2＋ 2Ag＋＋2e－===2Ag
常见化学电源
1．化学电源优劣判断标准
电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少(比能量)或者输出功率的大小(比功率)，以及电池可储存时间的长短。
2．一次电池
(1)碱性锌锰电池
碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锂电池
锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下：
负极：8Li－8e－===8Li＋；
正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SOeq \\al(2－,3)＋2S；
总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
3．二次电池
铅蓄电池：总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O。
二次电池充放电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
4．燃料电池
燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。
以氢氧燃料电池为例
①燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。
②书写电极反应式时，注意介质的参与。
常见化学电源中电极反应式的书写
化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物。
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。
(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在得失电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
1．已知银锌电池的总反应为(电解质为KOH)：
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，则负极反应式为______________________，正极反应式为_______________________。
[答案] Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
2．已知镍镉二次电池(电解质溶液为KOH溶液)的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up10(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。则放电时负极反应为______________________，正极反应为________________________；充电时阳极反应为________________________。
[答案] Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2 2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－ 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
3．以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式
[答案] (1)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋6H＋===3H2O
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
(2)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3H2O===6OH－
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(3)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－===3O2－
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O
(4)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\al(2－,3)
负极：CH3OH－6e－＋3COeq \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O
化学电源的工作原理
4．某二次锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．放电时电子由Li经导线、用电器、导线到正极
B．放电时正极反应可能为Li2S8＋14Li＋＋14e－===8Li2S
C．充电时，该电池的总反应为8Li2S===16Li＋S8
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗1.4 g锂时，铅酸蓄电池消耗1.8 g水
D [根据图中信息可知放电时负极锂失电子发生氧化反应，电极反应为Li－e－===Li＋，Li＋移向正极，正极发生还原反应：S8＋2e－===Seq \\al(2－,8)，Seq \\al(2－,8)＋2Li＋===Li2S8,3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6,2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，Li2S2＋2Li＋＋2e－===2Li2S，根据电极反应式结合电子转移进行计算。负极反应为Li－e－===Li＋，用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗1.4 g锂时，消耗的锂为0.2 ml，外电路流过0.2 ml电子时，铅酸蓄电池充电反应2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4，消耗水0.2 ml×18 g/ml＝3.6 g，D错误。]
5．(2022·济南模拟)NiOOH-Zn电池(KOH为电解液)的工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．工作时，OH－向负极移动
B．工作一段时间后，电解液pH减小
C．负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O
D．当电路中转移0.2 ml电子时，电解液质量增加6.4 g
D [由题干图示信息可知，Zn转化为ZnOeq \\al(2－,2)，失去电子，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O，则Zn作负极，NiOOH转化为Ni(OH)2得到电子，发生还原反应，电极反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH作正极。当电路中转移0.2 ml电子时，由负极反应可知，Zn溶解了0.1 ml，由正极反应可知，电解质溶液减少了0.2 g，电解液质量增加65 g/ml×0.1 ml－0.2 g＝6.3 g，D错误。]
6．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降低
C．1 ml CH3CH2OH被完全氧化时有3 ml O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
B [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。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A正确；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B错误；根据得失电子守恒可知，1 ml CH3CH2OH被完全氧化时，转移12 ml电子，则有3 ml O2被还原，故C正确；由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，故D正确。]
原电池原理在科研、生产中的应用
7.Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理如图所示。刻蚀液由一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2～16 min，由Ag薄膜覆盖的部分硅晶片被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法错误的是( )
A．该刻蚀过程利用了原电池原理，Si作负极
B．Ag极发生的反应为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O
C．Si极附近溶液pH增大
D．每刻蚀14 g Si，有2.0 ml电子迁移到Ag电极
C [Si晶片上Si转化为H2SiF6，Si元素化合价升高，Si作负极，Ag作正极，结合分析可知，A、B正确；在Si电极上发生反应Si＋6HF－4e－===SiFeq \\al(2－,6)＋6H＋，故Si极附近溶液pH减小，C错误；根据两电极反应式，每刻蚀14 g(即0.5 ml)Si，有2.0 ml电子迁移到Ag电极，D正确。]
8．(2022·菏泽模拟)某课题研究小组设计如图所示装置(电极材料均为铂)，该装置可将工业废水中的乙胺(CH3CH2NH2)转化成无毒无害物质。下列分析错误的是( )
A．电极M为电池的正极
B．电池工作时，左侧溶液pH保持不变
C．电极N的电极反应式为：2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋
D．为了保证电池效率，该电池工作时温度不易过高
B [由题图可知，电极M为原电池的正极，酸性条件下空气中的氧气在正极得到电子结合H＋生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，电极N为负极，在微生物的作用下，乙胺在水分子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氮气和氢离子，电极反应式为2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋。左侧溶液消耗H＋，pH变大，B错误。]
1．(2022·湖南选择性考试，T8)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－===2OH－＋H2↑
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
B [锂海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O2===4LiOH, 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O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]
2．(2022·全国乙卷，T12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
C [放电时，金属锂电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误。]
3．(2022·浙江1月选考，T21)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－(0.1 ml·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
C [A项，玻璃薄膜球内电极电势低，则该极为负极，发生失电子的氧化反应，错误；B项，pH计是测量溶液pH的仪器，玻璃膜内外氢离子浓度差异会引起电动势的变化，错误；D项，pH计采用原电池原理，工作时化学能转化为电能，错误。]
4．(2021·山东等级考，T10)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 ml 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
C [碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。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；根据分析可知，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，根据其他两种燃料电池总反应可知，反应中消耗KOH，KOH的物质的量减小，B错误；理论上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：eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论上放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。]
5．(2021·辽宁选择性考试，T10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A．放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2＋
B．放电时，Li＋由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
B [由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，据此分析解题。由分析可知，放电时，M电极反应为Li－e－===Li＋，A错误；放电时，M极为负极，N极为正极，故Li＋由M电极向N电极移动，B正确；由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为Li＋＋e－===Li，故电极质量增大，充电时，N电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D错误。]
课时分层作业(三十二) 化学能转化为电能——电池
一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求)
1．(2022·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
C [Fe比Cu活泼，Fe作负极，电子由铁片沿导线流向铜片，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作负极，发生氧化反应，故D错误。]
2．研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml 电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
B [A.根据总反应：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，可知，Ag的化合价升高，被氧化，为原电池的负极，错误；B.反应方程式中5MnO2得电子生成Na2Mn5O10，化合价共降低了2，所以每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子，正确；C.在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，错误；D.Ag的化合价升高，被氧化，AgCl是氧化产物，错误。]
3．(2022·朝阳区模拟)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===3MnO(OH)＋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＋3NHeq \\al(＋,4)
C．OH－不断由正极向负极移动
D．每生成1 ml MnO(OH)转移2 ml电子
D [每生成1 ml MnO(OH)转移1 ml e－，D项不正确。]
4．一种太阳能储能电池的工作原理如图所示，已知锂离子电池的总反应：Li1－xNiO2＋xLiC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiNiO2＋xC6，下列说法错误的是 ( )
A．该锂离子电池为二次电池
B．该锂离子电池充电时，n型半导体作电源正极
C．该锂离子电池放电时，Li＋从a极移向b极
D．该锂离子电池放电时，b极上发生还原反应，电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2
B [题图所示锂离子电池能实现充电和放电，为二次电池，A项正确；充电时a极为阴极，则n型半导体为电源负极，B项错误；电池放电时，Li＋从负极向正极移动，即Li＋从a极向b极移动，C项正确；电池放电时，b极为正极，发生还原反应，其电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2，D项正确。]
5．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2Oeq \(=====,\s\up10(催化剂),\s\d8(△))3H2＋CO，每消耗1 ml CH4转移4 ml电子
B．电极A上H2参与的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，COeq \\al(2－,3)向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
D [A选项，CH4中C元素的化合价为－4价，CO中C元素的化合价为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 ml CH4转移6 ml 电子，错误；B选项，熔融盐中没有OH－，因此OH－不能参与电极反应，错误；C选项，COeq \\al(2－,3)应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上O2得电子和CO2结合生成COeq \\al(2－,3)，正确。]
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
6．某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是( )
A．电池可用于乙醛的制备
B．b电极为正极
C．电池工作时，a电极附近pH降低
D．a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
AD [B项，b电极发生氧化反应，为负极，错误；C项，a电极反应消耗H＋且生成水，pH升高，错误。]
7．(2022·烟台模拟)一种全有机质子二次电池放电原理如图所示，电极材料中的P、PO、PR均为有机高分子化合物。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极M发生氧化反应
B．放电时，H＋移向电极N
C．充电一段时间后，电解液的pH未变
D．充电时，阳极反应为P－2e－===PO＋2H＋
C [放电时，电极M上PO发生得氢的还原反应：PO＋2ne－＋2nH＋===P，因此电极M为正极，A项错误；根据电极M的电极反应可知，放电时，H＋移向正极(电极M)，B项错误；放电时正极反应式为PO＋2ne－＋2nH＋===P，负极反应式为PR－2ne－===2nH＋＋P，则电池总反应为PO＋PReq \(,\s\up10(放电),\s\d8(充电))2P，则充电一段时间后，电解液的pH不变，C项正确；根据放电时正极反应式可知充电时阳极反应式为P－2ne－===PO＋2nH＋，D项错误。]
8．某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是( )
A．左侧电极是负极，发生氧化反应
B．右侧电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．当有0.1 ml电子通过导线时，左侧消耗标准状况下0.56 L气体
D．用该电池为铅酸蓄电池充电，消耗32 g氧气时，铅酸蓄电池生成H2SO4的物质的量为4 ml
AD [左侧电极是负极，发生氧化反应，A正确；右侧电极是正极，通入的是氧气，电解质溶液显酸性，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B错误；当有0.1 ml电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12 L氢气，C错误；铅酸蓄电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up10(放电),\s\d8(充电))2PbSO4＋2H2O，充电时，生成1 ml H2SO4时，转移1 ml电子，可得关系式O2～4e－～4H2SO4,32 g氧气的物质的量是1 ml，生成H2SO4的物质的量为4 ml，D正确。]
9．我国科研人员研究出一种锌碘单液流电池，该电池实现锌碘单液流中电解液的利用率接近100%，大幅度提高了电池的能量密度，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
B．放电时，电解质溶液存储罐中离子数目增多
C．充电时，电极B的电极反应式为I2＋2e－===2I－
D．充电时，当电极A增重65 g时，C区增加的离子总数为2NA
B [由题图中电池的工作原理可知，放电时，A电极为负极，其电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，B电极为正极，其电极反应式为I2＋2e－===2I－，C错误；负极区产生Zn2＋，C区的Cl－要通过M膜进入负极区，故M为阴离子交换膜，而正极区产生I－，C区的K＋要通过N膜进入正极区，故N为阳离子交换膜，A错误；充电时电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn,2I－－2e－===I2，C区增加Cl－ 2 ml，K＋ 2 ml，总数为4NA，D项错误。]
三、非选择题
10．(2022·福州模拟)CO与H2反应可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图所示：
电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为________________________________________________________________________。
若线路中转移2 ml电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。
[解析] 根据图中的电子流向知c是负极，甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，线路中转移2 ml电子时消耗氧气0.5 ml，标准状况下体积为11.2 L。
[答案] 负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 11.2
11．氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图所示。
(1)a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：_____________________________________________________________________________。
[答案] (1)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O (2)发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使溶液逐渐变稀，为了保持碱溶液的浓度不变，所以要补充KOH
12．(2022·淄博模拟)我国科学家利用CO2矿化反应释放能量设计出CO2矿化电池。不仅减碳发电，还能获得高附加值产品，其工作原理如图所示(Q是有机物；反应物和产物分别经过其他通道进入或排出电池容器)。
通过离子交换膜的离子是________，正极区的电极反应式为Q＋2CO2＋2H2O＋2Na＋＋2e－===2NaHCO3＋QH2，在电极区溶液中可循环利用的物质是________，则电池的总反应方程式为__________________________________。
[解析] 根据图示，左侧电极失去电子，为原电池的负极，QH2在负极失去电子发生氧化反应生成Q和H＋，负极区的电极反应式为QH2＋Ca2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2OH－－2e－===CaSO4↓＋Q＋2H2O，负极区的钠离子通过离子交换膜进入正极区；右侧电极得到电子，为原电池的正极，Q在正极得到电子发生还原反应生成QH2，正极区的电极反应式为Q＋2CO2＋2H2O＋2Na＋＋2e－===2NaHCO3＋QH2，电池的总反应方程式为Ca(OH)2＋Na2SO4＋2CO2===CaSO4↓＋2NaHCO3，则H2O在电极区溶液中可循环利用。
[答案] Na＋ H2O Ca(OH)2＋Na2SO4＋2CO2===CaSO4↓＋2NaHCO3
反应
能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
闭合回路
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
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
盐桥中离子移向
盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，工作时K＋移向正极，Cl－移向负极
介质
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O