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高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第34讲原电池化学电源学案
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这是一份高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第34讲原电池化学电源学案，共21页。
1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一 原电池的工作原理及其应用
1.原电池的概念：把 eq \(□,\s\up1(1)) ______能转化为 eq \(□,\s\up1(2)) ______能的装置。其本质是发生 eq \(□,\s\up1(3)) ____________反应。
2.原电池的构成条件
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[说明] 盐桥的组成和作用
4.原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源。
(2)比较金属的活动性强弱：在原电池中，负极一般是活动性 eq \(□,\s\up1(12)) ________的金属，正极一般是活动性 eq \(□,\s\up1(13)) ________的金属(或能导电的非金属)，即活动性：负极>正极。
(3)增大化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作为原电池的 eq \(□,\s\up1(14)) ________将受到保护。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 化学 eq \(□,\s\up1(2)) 电 eq \(□,\s\up1(3)) 氧化还原 eq \(□,\s\up1(4)) 自发进行 eq \(□,\s\up1(5)) 形成闭合回路 eq \(□,\s\up1(6)) 平衡电荷 eq \(□,\s\up1(7)) 负极 eq \(□,\s\up1(8)) 正极 eq \(□,\s\up1(9)) 负极 eq \(□,\s\up1(10)) 正极 eq \(□,\s\up1(11)) 电极材料 eq \(□,\s\up1(12)) 较强 eq \(□,\s\up1(13)) 较弱 eq \(□,\s\up1(14)) 正极
[易错秒判]
(1)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线( )
(2)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( )
(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( )
(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极( )
(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数( )
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( )
(7)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)√
一、原电池的工作原理
1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是( )
A．甲、乙装置中，锌棒均为负极，发生氧化反应
B．甲装置中锌棒直接与稀硫酸接触，故其生成气泡的速率更大
C．甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移
D．乙装置中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率
答案：D
2.某同学利用如下电池装置探究Fe2＋的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是( )
A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B．一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．当两烧杯溶液中c(Fe2＋)相等时，说明反应已停止
D．由该装置可知，Fe2＋还原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：选C。该原电池总反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为铁单质失电子生成亚铁离子，正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A．铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中，A正确；B．铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，两侧均生成亚铁离子，故一段时间后两烧杯溶液中 c(Fe2＋)均增大，B正确；C．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，设两边均为1 L溶液，一段时间后转移电子的物质的量为2x ml 时，两极溶液中亚铁离子浓度相等，则0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右边消耗铁离子0.05 ml×2＝0.1 ml＜0.10 ml·L－1×1 L×2＝0.2 ml，则反应仍能继续进行，C错误；D．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反应中氧化剂为Fe3＋，还原剂为Fe，Fe2＋既是氧化产物也是还原产物，故Fe2＋还原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正确。
二、电极的判断与电极反应式的书写
3.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg为__________极。
(2)图②中，Mg为__________极，写出负极反应式：_______________，正极反应式：___________________，总反应的离子方程式：______________________。
(3)图③中，Fe为__________极，写出负极反应式：______________________，正极反应式：______________________________，总反应的化学方程式：_______________________________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池，正极为__________，电极反应式为_________________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
答案：(1)负 (2)正 2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－ 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (3)正 Cu－2e－===Cu2＋ 2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)能 Cu O2＋2H2O＋4e－===4OH－
三、原电池原理的应用
4.有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；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＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是_________________________________。
解析：①M置换出N，故M的还原性比N的强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，故M是正极，P的还原性比M的强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，故N的还原性比E的强。综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。
答案：P>M>N>E
5.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋比Cu2＋强的离子方程式：_____________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是
①负极：________________________________________。
②正极：___________________________________________。
(3)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。
答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
(答案合理即可)
考点二 化学电源
1.一次电池
一次电池即放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰电池。
负极： eq \(□,\s\up1(1)) ______________________________；
正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
(2)纽扣式锌银电池。
负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
2.二次电池
二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下：
3.燃料电池
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(1)常见燃料。
除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)电解质类型。
酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。
(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
eq \(□,\s\up1(2)) Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) －2e－===PbSO4 eq \(□,\s\up1(3)) PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O eq \(□,\s\up1(4)) PbSO4＋2e－===Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) eq \(□,\s\up1(5)) PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) eq \(□,\s\up1(6)) 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O eq \(□,\s\up1(7)) CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ eq \(□,\s\up1(8)) 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ eq \(□,\s\up1(9)) CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O eq \(□,\s\up1(10)) 2O2＋8e－===4O2－ eq \(□,\s\up1(11)) CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O eq \(□,\s\up1(12)) 2O2＋4CO2＋8e－===(4CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ) eq \(□,\s\up1(13)) CH4＋4CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －8e－===5CO2＋2H2O
[易错秒判]
(1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高( )
(2)碱性锌锰电池中，1 ml Zn和1 ml MnO2放电转移电子数相等( )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大( )
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( )
(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
一、化学电源的原理分析
1.(2024·广东高三调研)一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．锌棒为该装置的正极
B．电子从锌棒经水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去
D．标准状况下，每消耗22.4 L O2，理论上最多能除去2 ml Cd2＋
解析：选D。由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4 L(1 ml) O2，理论上可产生4 ml OH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 ml Cd2＋，D正确。
2.(2024·广州大学附中检测)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a
B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．当固体电解质中有1 ml O2－通过时，转移4 ml电子
解析：选C。电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正确；1 ml O2得到4 ml电子生成2 ml O2－，故当固体电解质中有1 ml O2－通过时，转移2 ml 电子，故D错误。
3.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
解析：选C。碱性环境下，CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2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，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以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，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) ×6、 eq \f(m g,32 g/ml) ×4、 eq \f(m g,60 g/ml) ×16，通过比较可知，(CH3)2NNH2的理论放电量最大，C正确；D．根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2，理论上N2H4-O2燃料电池生成1 ml氮气，在标准状况下的体积为22.4 L，D错误。
二、二次电池的充、放电分析
4.某液态金属储能电池的示意图如下，放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A．放电时，M极反应为Ni－2e－===Ni2＋
B．放电时，Li＋由M极向N极移动
C．充电时，M极的质量减小
D．充电时，N极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
解析：选B。放电时，M极上的Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，Li＋由M极向N极移动，A错误、B正确；由可充电电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，故充电时，M极的电极反应为Li＋＋e－===Li，M极的质量增大，N极的电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D错误。
5.(2024·广东六校联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是( )
A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极
B．正极的电极反应式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液
D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引
解析：选A。A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和石墨的复合材料为负极，纳米Fe2O3为正极，故充电时纳米Fe2O3为阳极，与电源正极相连，A错误；B．放电时，Fe2O3对应电极为正极，Fe2O3被还原为Fe，O元素转化为Li2O，根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正确；C．Li为活泼金属，会与氢氧化钠溶液中的水反应，故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液，C正确；D．放电时，Fe2O3为正极，被还原为Fe，电池被磁铁吸引，D正确。
[思维建模]
二次电池原理分析的思维模型
1.(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A．Ag为原电池正极
B．电子由Ag经活性炭流向Pt
C．Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 ml Cl－
解析：选B。O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；负极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 ml电子，最多去除2 ml Cl－，D错误。
2.(2023·新高考辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
解析：选B。放电时，左侧电极为负极，电极反应为Pb－2e－＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===PbSO4，Pb转化为PbSO4，负极质量增大，A项错误；储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确；放电时阳离子向正极移动，左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误；放电总反应为Pb＋2Fe3＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===PbSO4＋2Fe2＋，故充电总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋2Fe3＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，D项错误。
3.(2023·新高考福建卷)一种可在较高温度下安全快充的铝-硫电池的工作原理如下图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根离子[AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) (n≥1)]起到结合或释放Al3＋的作用。电池总反应：2Al＋3xS eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) Al2(Sx)3。下列说法错误的是( )
A．AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 含4n个Al—Cl
B．AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C．充电时，再生1 ml Al单质至少转移3 ml电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 浓度越高
解析：选D。AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 的结构为，所以含4n个Al—Cl，A正确；由AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 的结构可知，同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个，B正确；由总反应可知，充电时的总反应为Al2(Sx)3===2Al＋3xS，再生1 ml Al单质至少转移3 ml电子，C正确；由总反应可知，放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多，所以n值大的AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 浓度越高，D错误。
4.(2023·高考新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2 水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A．放电时V2O5电极为正极
B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
解析：选C。放电时Zn失去电子生成Zn2＋，Zn电极为负极，V2O5电极为正极，A正确；放电时，阳离子(Zn2＋)移向正极，B正确；放电时Zn2＋插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，放电总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，故充电总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C错误；充电时，V2O5电极为阳极，电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。
课时跟踪练
[基础巩固]
1.(2024·广州大学附中高三检测)下列说法不正确的是 ( )
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池中通入氧气的一极为正极
解析：选A。原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，故A错误。
2.(2024·佛山顺德区高三质检)我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是( )
A．碳纳米管参与电极反应
B．负极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极
D．正极产物为CH4
解析：选D。由题给信息可知，放电时消耗二氧化碳，生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由＋4价降低为－4价，发生还原反应，故二氧化碳在正极得电子生成甲烷，碳纳米管不参与电极反应，正极产物为CH4，A项错误，D项正确；负极发生氧化反应，B项错误；原电池中，阳离子向正极移动，C项错误。
3.下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是( )
解析：选B。锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，且该原电池含盐桥，选用铁和锌作为电极时，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作为电解质溶液，A、C错误；对于含盐桥的原电池，用锌作为电极时，不能选用能与锌反应的氯化亚铁作为电解质溶液，D错误。
4.(2024·梅州高三模拟)将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中(如图)，一段时间后黑色褪去。下列有关说法正确的是( )
A．该处理过程中电能转化为化学能
B．铝制容器为阳极，其质量变轻
C．Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl
D．银器为正极，Ag2S被还原为单质银
解析：选D。将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中，形成原电池装置，铝为负极失电子转化为Al3＋，Ag2S为正极得电子转化为Ag。A．该处理过程利用了原电池原理，化学能转化为电能，A错误；B．铝制容器为负极，铝失电子转化为铝离子，质量变轻，B错误；C．Ag2S为正极，得电子转化为Ag，从而使银器表面黑色褪去，而不是因为其溶解于食盐水中生成了AgCl，C错误；D．银器为正极，Ag2S得电子被还原为Ag单质，D正确。
5.肼可以用作燃料电池的燃料，一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列关于N2H4-O2燃料电池的说法正确的是( )
A．电池工作时化学能完全转化为电能
B．放电过程中，负极区溶液pH增大
C．负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
D．电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等
解析：选D。燃料电池中，通入氧气的电极为正极，在碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；通入燃料肼的电极为负极，电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，该反应的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。A．任何电池都不可能将化学能完全转化为电能，A错误；B．放电时负极反应消耗OH－且生成H2O，负极区溶液pH减小，B错误；C．由分析可知，负极的电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，C错误；D．由正、负极电极反应式可知，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等，D正确。
6.(2024·惠州高三调研)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是( )
A．该装置实现了太阳能转化为化学能
B．Pt电极为正极，发生还原反应
C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极
D．BiVO4电极上的反应为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O
解析：选C。根据题图可知，BiVO4电极上SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 失电子生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，为负极，Pt电极上H2O得电子生成H2，为正极。A．该装置是原电池装置，将太阳能转化为化学能，化学能再转化为电能，A正确；B．由分析可知，Pt电极为正极，发生还原反应，B正确；C．由分析可知，电子从负极经外电路流向正极，故电子流向：BiVO4电极→外电路→Pt电极，C错误；D．BiVO4 电极上SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 失电子生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，电极反应为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O，D正确。
7.(2024·肇庆高三月考)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al-N2电池，电池以AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) -Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 离子液体作为电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如右。下列说法不正确的是( )
A．充电时，Al电极是阴极
B．放电时，AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 浓度增大，Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 浓度减小
C．放电时，正极反应为N2＋8Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ＋6e－===2AlN＋14AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4))
D．放电时，电路中每通过6 ml e－，电池总质量理论上增加28 g
解析：选B。放电时，N2转化为AlN，N元素化合价降低，故Pd@石墨烯为正极，Al电极为负极，充电时，Al电极为阴极，A正确；放电时，Al电极为负极，发生氧化反应，电极反应为Al＋7AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) －3e－===4Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ，正极反应为N2＋8Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ＋6e－===2AlN＋14AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，总反应为2Al＋N2===2AlN，AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 、Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 浓度均不变，B错误，C正确；由总反应可知，放电时电池总质量增加的量相当于增加的N2的量，电路中每通过6 ml电子，有1 ml N2参加反应，电池总质量理论上增加28 g/ml×1 ml＝28 g，D正确。
8.(2024·广东联考)硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是( )
A．b电极发生氧化反应
B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液
C．H＋的迁移方向为b电极→a电极
D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S
解析：选B。根据工作原理图可知，b电极上H＋得电子生成H2，b电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，因此a电极为负极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b电极为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，a电极的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作为电解质溶液，则生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆盖在a电极上，阻止反应继续进行，B正确；C．由分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故H＋的迁移方向为负极(a电极)→正极(b电极)，C错误；D．H2S所处的状况未知，故无法计算每生成2 g H2，负极区需消耗H2S的体积，D错误。
9.应用电化学原理，回答下列问题。
(1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是____________。
(2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是__________________________________________________________。
(3)乙中正极反应为________________________________________________；若将H2换成CH4，则负极反应为_____________________________________。
(4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。
答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性
(2)钾离子移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4－8e－＋10OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O
(4)Pb
[素养提升]
10.(2024·广州第65中学开学考试)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，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 ml SO2
D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小
解析：选C。由题图可知，氧气在Pt2电极上得到电子发生还原反应，故Pt2电极为正极，Pt1电极为负极，二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子。A．电子不能进入内电路，A错误；B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋，B错误；C．根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下的物质的量为1 ml)，理论上可以消除2 ml SO2，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，故H＋移向Pt2电极，D错误。
11.(2024·深圳福田区统考)某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 ml·L－1，阴离子为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) 显黄色)。下列叙述不正确的是( )
A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极
B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能
C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋
D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽
解析：选A。充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色，即VO2＋转化为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ，V元素化合价由＋4价升高到＋5价，电极a为阳极，电极b为阴极，则放电时，电极a为正极，电极b为负极。A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色，即由V3＋转化为V2＋时，V3＋得电子，则电极b为阴极，该装置为电解池，A不正确；B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色，即由V2＋转化为V3＋时，V2＋失电子，则电极b为负极，电池能量转化形式为化学能→电能，B正确；C．充电过程中，电极a为阳极，VO2＋失电子生成VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋，C正确；D．放电过程中，阳离子向正极移动，即H＋从右槽迁移进入左槽，D正确。
12.(2024·广东高三调研)如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－
B．放电时，每转移1 ml e－，a电极理论上减少43.5 g
C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大
D．充电时，a电极附近溶液的pH减小
解析：选C。由题图可知，放电时，b电极为负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的钾离子通过阳离子交换膜进入中间区域，a电极为正极，酸性条件下二氧化锰得到电子发生还原反应生成锰离子和水，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间区域；充电时，与直流电源负极相连的b电极为电解池的阴极，a电极为阳极，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。A．由分析可知，放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正确；B．由分析可知，放电时，a电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外电路转移1 ml e－时，a电极理论上减少1 ml× eq \f(1,2) ×87 g/ml＝43.5 g，故B正确；C．由分析可知，充电时，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，硫酸钾溶液的浓度减小，故C错误；D．由分析可知，充电时，a电极为阳极，在水分子作用下锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氢离子，使a电极附近溶液的pH减小，故D正确。
13.双阴极微生物燃料电池处理含NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。
(1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有_____________________(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。
解析：(1)由题图a可知，Ⅲ室中O2得电子生成H2O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－转化为CO2生成的H＋需要进入Ⅲ室，说明Y是阳离子交换膜。(2)题图b可知，Ⅲ室中反应后的溶液进入Ⅰ室中反应，而Ⅰ室中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) →N2，说明Ⅲ室中NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 转化为了NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，该过程的离子方程式为NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) →N2，电极反应式为12H＋＋2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中发生反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物质的量为 eq \f(3.5 g,28 g/ml) ＝0.125 ml，消耗0.25 ml NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，转移1.25 ml电子，故理论上需要消耗O2的物质的量为0.25 ml×2＋ eq \f(1.25 ml,4) ＝0.812 5 ml，质量为0.812 5 ml×32 g/ml＝26 g。
答案：(1)阳 (2)NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋ (3)26一看反应
能发生 eq \(□,\s\up1(4)) ______________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)
二看电极
一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)
三看
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
组成
装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动
作用
a.连接内电路， eq \(□,\s\up1(5)) ____________________；b. eq \(□,\s\up1(6)) __________________，使原电池不断产生电流
离子移向
阴离子移向 eq \(□,\s\up1(7)) ________，阳离子移向 eq \(□,\s\up1(8)) ______________
①不含盐桥
②含盐桥
①不含盐桥
②含盐桥
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) 2PbSO4＋2H2O
放电时的
电极反应
负极： eq \(□,\s\up1(2)) ____________________________________；
正极： eq \(□,\s\up1(3)) ______________________________________
充电时的
电极反应
阴极： eq \(□,\s\up1(4)) _____________________________________；
阳极： eq \(□,\s\up1(5)) _____________________________________
酸性溶液
正极反应式： eq \(□,\s\up1(6)) _________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(7)) ___________________________________
碱性溶液
正极反应式： eq \(□,\s\up1(8)) ________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(9)) __________________________________
固体氧化物(高温下能传导O2－)
正极反应式： eq \(□,\s\up1(10)) _________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(11)) __________________________________
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2)
正极反应式： eq \(□,\s\up1(12)) ________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(13)) _________________________________
选项
正极(金属/电解质溶液)
负极(金属/电解质溶液)
A
Zn/ZnSO4溶液
Fe/H2SO4溶液
B
Fe/FeCl2溶液
Zn/ZnSO4溶液
C
Zn/H2SO4溶液
Fe/FeCl2溶液
D
Fe/ZnSO4溶液
Zn/FeCl2溶液
1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一 原电池的工作原理及其应用
1.原电池的概念：把 eq \(□,\s\up1(1)) ______能转化为 eq \(□,\s\up1(2)) ______能的装置。其本质是发生 eq \(□,\s\up1(3)) ____________反应。
2.原电池的构成条件
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[说明] 盐桥的组成和作用
4.原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源。
(2)比较金属的活动性强弱：在原电池中，负极一般是活动性 eq \(□,\s\up1(12)) ________的金属，正极一般是活动性 eq \(□,\s\up1(13)) ________的金属(或能导电的非金属)，即活动性：负极>正极。
(3)增大化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率增大。
(4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作为原电池的 eq \(□,\s\up1(14)) ________将受到保护。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 化学 eq \(□,\s\up1(2)) 电 eq \(□,\s\up1(3)) 氧化还原 eq \(□,\s\up1(4)) 自发进行 eq \(□,\s\up1(5)) 形成闭合回路 eq \(□,\s\up1(6)) 平衡电荷 eq \(□,\s\up1(7)) 负极 eq \(□,\s\up1(8)) 正极 eq \(□,\s\up1(9)) 负极 eq \(□,\s\up1(10)) 正极 eq \(□,\s\up1(11)) 电极材料 eq \(□,\s\up1(12)) 较强 eq \(□,\s\up1(13)) 较弱 eq \(□,\s\up1(14)) 正极
[易错秒判]
(1)锌铜原电池中，盐桥可以换成导线( )
(2)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( )
(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( )
(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定是负极( )
(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数( )
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( )
(7)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)√
一、原电池的工作原理
1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是( )
A．甲、乙装置中，锌棒均为负极，发生氧化反应
B．甲装置中锌棒直接与稀硫酸接触，故其生成气泡的速率更大
C．甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移
D．乙装置中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率
答案：D
2.某同学利用如下电池装置探究Fe2＋的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是( )
A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B．一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．当两烧杯溶液中c(Fe2＋)相等时，说明反应已停止
D．由该装置可知，Fe2＋还原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：选C。该原电池总反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为铁单质失电子生成亚铁离子，正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A．铁电极失电子为负极，石墨电极为正极，阳离子从负极向正极移动，故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中，A正确；B．铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，两侧均生成亚铁离子，故一段时间后两烧杯溶液中 c(Fe2＋)均增大，B正确；C．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，设两边均为1 L溶液，一段时间后转移电子的物质的量为2x ml 时，两极溶液中亚铁离子浓度相等，则0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右边消耗铁离子0.05 ml×2＝0.1 ml＜0.10 ml·L－1×1 L×2＝0.2 ml，则反应仍能继续进行，C错误；D．负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反应中氧化剂为Fe3＋，还原剂为Fe，Fe2＋既是氧化产物也是还原产物，故Fe2＋还原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正确。
二、电极的判断与电极反应式的书写
3.有下图所示的四个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg为__________极。
(2)图②中，Mg为__________极，写出负极反应式：_______________，正极反应式：___________________，总反应的离子方程式：______________________。
(3)图③中，Fe为__________极，写出负极反应式：______________________，正极反应式：______________________________，总反应的化学方程式：_______________________________________________________________。
(4)图④装置能否构成原电池？__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池，正极为__________，电极反应式为_________________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答)。
答案：(1)负 (2)正 2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－ 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (3)正 Cu－2e－===Cu2＋ 2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)能 Cu O2＋2H2O＋4e－===4OH－
三、原电池原理的应用
4.有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡；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＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是_________________________________。
解析：①M置换出N，故M的还原性比N的强；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡，故M是正极，P的还原性比M的强；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，N发生氧化反应生成N2＋，故N的还原性比E的强。综上所述，还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。
答案：P>M>N>E
5.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋比Cu2＋强的离子方程式：_____________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是
①负极：________________________________________。
②正极：___________________________________________。
(3)在下表中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液。
答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
(答案合理即可)
考点二 化学电源
1.一次电池
一次电池即放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰电池。
负极： eq \(□,\s\up1(1)) ______________________________；
正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
(2)纽扣式锌银电池。
负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
2.二次电池
二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下：
3.燃料电池
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(1)常见燃料。
除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)电解质类型。
酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。
(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
eq \(□,\s\up1(2)) Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) －2e－===PbSO4 eq \(□,\s\up1(3)) PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O eq \(□,\s\up1(4)) PbSO4＋2e－===Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) eq \(□,\s\up1(5)) PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) eq \(□,\s\up1(6)) 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O eq \(□,\s\up1(7)) CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ eq \(□,\s\up1(8)) 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ eq \(□,\s\up1(9)) CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O eq \(□,\s\up1(10)) 2O2＋8e－===4O2－ eq \(□,\s\up1(11)) CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O eq \(□,\s\up1(12)) 2O2＋4CO2＋8e－===(4CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ) eq \(□,\s\up1(13)) CH4＋4CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －8e－===5CO2＋2H2O
[易错秒判]
(1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高( )
(2)碱性锌锰电池中，1 ml Zn和1 ml MnO2放电转移电子数相等( )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大( )
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( )
(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
一、化学电源的原理分析
1.(2024·广东高三调研)一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．锌棒为该装置的正极
B．电子从锌棒经水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去
D．标准状况下，每消耗22.4 L O2，理论上最多能除去2 ml Cd2＋
解析：选D。由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4 L(1 ml) O2，理论上可产生4 ml OH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 ml Cd2＋，D正确。
2.(2024·广州大学附中检测)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是( )
A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a
B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．当固体电解质中有1 ml O2－通过时，转移4 ml电子
解析：选C。电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正确；1 ml O2得到4 ml电子生成2 ml O2－，故当固体电解质中有1 ml O2－通过时，转移2 ml 电子，故D错误。
3.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
解析：选C。碱性环境下，CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2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，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以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，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) ×6、 eq \f(m g,32 g/ml) ×4、 eq \f(m g,60 g/ml) ×16，通过比较可知，(CH3)2NNH2的理论放电量最大，C正确；D．根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2，理论上N2H4-O2燃料电池生成1 ml氮气，在标准状况下的体积为22.4 L，D错误。
二、二次电池的充、放电分析
4.某液态金属储能电池的示意图如下，放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A．放电时，M极反应为Ni－2e－===Ni2＋
B．放电时，Li＋由M极向N极移动
C．充电时，M极的质量减小
D．充电时，N极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
解析：选B。放电时，M极上的Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，Li＋由M极向N极移动，A错误、B正确；由可充电电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，故充电时，M极的电极反应为Li＋＋e－===Li，M极的质量增大，N极的电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D错误。
5.(2024·广东六校联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是( )
A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极
B．正极的电极反应式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液
D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引
解析：选A。A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和石墨的复合材料为负极，纳米Fe2O3为正极，故充电时纳米Fe2O3为阳极，与电源正极相连，A错误；B．放电时，Fe2O3对应电极为正极，Fe2O3被还原为Fe，O元素转化为Li2O，根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正确；C．Li为活泼金属，会与氢氧化钠溶液中的水反应，故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液，C正确；D．放电时，Fe2O3为正极，被还原为Fe，电池被磁铁吸引，D正确。
[思维建模]
二次电池原理分析的思维模型
1.(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A．Ag为原电池正极
B．电子由Ag经活性炭流向Pt
C．Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 ml Cl－
解析：选B。O2在Pt极得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；负极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 ml电子，最多去除2 ml Cl－，D错误。
2.(2023·新高考辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
解析：选B。放电时，左侧电极为负极，电极反应为Pb－2e－＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===PbSO4，Pb转化为PbSO4，负极质量增大，A项错误；储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确；放电时阳离子向正极移动，左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误；放电总反应为Pb＋2Fe3＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===PbSO4＋2Fe2＋，故充电总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋2Fe3＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，D项错误。
3.(2023·新高考福建卷)一种可在较高温度下安全快充的铝-硫电池的工作原理如下图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根离子[AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) (n≥1)]起到结合或释放Al3＋的作用。电池总反应：2Al＋3xS eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) Al2(Sx)3。下列说法错误的是( )
A．AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 含4n个Al—Cl
B．AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C．充电时，再生1 ml Al单质至少转移3 ml电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 浓度越高
解析：选D。AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 的结构为，所以含4n个Al—Cl，A正确；由AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 的结构可知，同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个，B正确；由总反应可知，充电时的总反应为Al2(Sx)3===2Al＋3xS，再生1 ml Al单质至少转移3 ml电子，C正确；由总反应可知，放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多，所以n值大的AlnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3n＋1)) 浓度越高，D错误。
4.(2023·高考新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2 水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A．放电时V2O5电极为正极
B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
解析：选C。放电时Zn失去电子生成Zn2＋，Zn电极为负极，V2O5电极为正极，A正确；放电时，阳离子(Zn2＋)移向正极，B正确；放电时Zn2＋插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，放电总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，故充电总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C错误；充电时，V2O5电极为阳极，电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。
课时跟踪练
[基础巩固]
1.(2024·广州大学附中高三检测)下列说法不正确的是 ( )
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池中通入氧气的一极为正极
解析：选A。原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，故A错误。
2.(2024·佛山顺德区高三质检)我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是( )
A．碳纳米管参与电极反应
B．负极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极
D．正极产物为CH4
解析：选D。由题给信息可知，放电时消耗二氧化碳，生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由＋4价降低为－4价，发生还原反应，故二氧化碳在正极得电子生成甲烷，碳纳米管不参与电极反应，正极产物为CH4，A项错误，D项正确；负极发生氧化反应，B项错误；原电池中，阳离子向正极移动，C项错误。
3.下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是( )
解析：选B。锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，且该原电池含盐桥，选用铁和锌作为电极时，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作为电解质溶液，A、C错误；对于含盐桥的原电池，用锌作为电极时，不能选用能与锌反应的氯化亚铁作为电解质溶液，D错误。
4.(2024·梅州高三模拟)将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中(如图)，一段时间后黑色褪去。下列有关说法正确的是( )
A．该处理过程中电能转化为化学能
B．铝制容器为阳极，其质量变轻
C．Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl
D．银器为正极，Ag2S被还原为单质银
解析：选D。将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中，形成原电池装置，铝为负极失电子转化为Al3＋，Ag2S为正极得电子转化为Ag。A．该处理过程利用了原电池原理，化学能转化为电能，A错误；B．铝制容器为负极，铝失电子转化为铝离子，质量变轻，B错误；C．Ag2S为正极，得电子转化为Ag，从而使银器表面黑色褪去，而不是因为其溶解于食盐水中生成了AgCl，C错误；D．银器为正极，Ag2S得电子被还原为Ag单质，D正确。
5.肼可以用作燃料电池的燃料，一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列关于N2H4-O2燃料电池的说法正确的是( )
A．电池工作时化学能完全转化为电能
B．放电过程中，负极区溶液pH增大
C．负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
D．电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等
解析：选D。燃料电池中，通入氧气的电极为正极，在碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；通入燃料肼的电极为负极，电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，该反应的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。A．任何电池都不可能将化学能完全转化为电能，A错误；B．放电时负极反应消耗OH－且生成H2O，负极区溶液pH减小，B错误；C．由分析可知，负极的电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，C错误；D．由正、负极电极反应式可知，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等，D正确。
6.(2024·惠州高三调研)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是( )
A．该装置实现了太阳能转化为化学能
B．Pt电极为正极，发生还原反应
C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极
D．BiVO4电极上的反应为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O
解析：选C。根据题图可知，BiVO4电极上SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 失电子生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，为负极，Pt电极上H2O得电子生成H2，为正极。A．该装置是原电池装置，将太阳能转化为化学能，化学能再转化为电能，A正确；B．由分析可知，Pt电极为正极，发生还原反应，B正确；C．由分析可知，电子从负极经外电路流向正极，故电子流向：BiVO4电极→外电路→Pt电极，C错误；D．BiVO4 电极上SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 失电子生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，电极反应为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O，D正确。
7.(2024·肇庆高三月考)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al-N2电池，电池以AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) -Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 离子液体作为电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如右。下列说法不正确的是( )
A．充电时，Al电极是阴极
B．放电时，AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 浓度增大，Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 浓度减小
C．放电时，正极反应为N2＋8Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ＋6e－===2AlN＋14AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4))
D．放电时，电路中每通过6 ml e－，电池总质量理论上增加28 g
解析：选B。放电时，N2转化为AlN，N元素化合价降低，故Pd@石墨烯为正极，Al电极为负极，充电时，Al电极为阴极，A正确；放电时，Al电极为负极，发生氧化反应，电极反应为Al＋7AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) －3e－===4Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ，正极反应为N2＋8Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) ＋6e－===2AlN＋14AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，总反应为2Al＋N2===2AlN，AlCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 、Al2Cl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(7)) 浓度均不变，B错误，C正确；由总反应可知，放电时电池总质量增加的量相当于增加的N2的量，电路中每通过6 ml电子，有1 ml N2参加反应，电池总质量理论上增加28 g/ml×1 ml＝28 g，D正确。
8.(2024·广东联考)硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是( )
A．b电极发生氧化反应
B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液
C．H＋的迁移方向为b电极→a电极
D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S
解析：选B。根据工作原理图可知，b电极上H＋得电子生成H2，b电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，因此a电极为负极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b电极为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，a电极的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作为电解质溶液，则生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆盖在a电极上，阻止反应继续进行，B正确；C．由分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故H＋的迁移方向为负极(a电极)→正极(b电极)，C错误；D．H2S所处的状况未知，故无法计算每生成2 g H2，负极区需消耗H2S的体积，D错误。
9.应用电化学原理，回答下列问题。
(1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是____________。
(2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是__________________________________________________________。
(3)乙中正极反应为________________________________________________；若将H2换成CH4，则负极反应为_____________________________________。
(4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。
答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性
(2)钾离子移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4－8e－＋10OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O
(4)Pb
[素养提升]
10.(2024·广州第65中学开学考试)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，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 ml SO2
D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小
解析：选C。由题图可知，氧气在Pt2电极上得到电子发生还原反应，故Pt2电极为正极，Pt1电极为负极，二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子。A．电子不能进入内电路，A错误；B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋，B错误；C．根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下的物质的量为1 ml)，理论上可以消除2 ml SO2，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，故H＋移向Pt2电极，D错误。
11.(2024·深圳福田区统考)某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 ml·L－1，阴离子为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) 显黄色)。下列叙述不正确的是( )
A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极
B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能
C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋
D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽
解析：选A。充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色，即VO2＋转化为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ，V元素化合价由＋4价升高到＋5价，电极a为阳极，电极b为阴极，则放电时，电极a为正极，电极b为负极。A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色，即由V3＋转化为V2＋时，V3＋得电子，则电极b为阴极，该装置为电解池，A不正确；B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色，即由V2＋转化为V3＋时，V2＋失电子，则电极b为负极，电池能量转化形式为化学能→电能，B正确；C．充电过程中，电极a为阳极，VO2＋失电子生成VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋，C正确；D．放电过程中，阳离子向正极移动，即H＋从右槽迁移进入左槽，D正确。
12.(2024·广东高三调研)如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－
B．放电时，每转移1 ml e－，a电极理论上减少43.5 g
C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大
D．充电时，a电极附近溶液的pH减小
解析：选C。由题图可知，放电时，b电极为负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的钾离子通过阳离子交换膜进入中间区域，a电极为正极，酸性条件下二氧化锰得到电子发生还原反应生成锰离子和水，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间区域；充电时，与直流电源负极相连的b电极为电解池的阴极，a电极为阳极，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。A．由分析可知，放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正确；B．由分析可知，放电时，a电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外电路转移1 ml e－时，a电极理论上减少1 ml× eq \f(1,2) ×87 g/ml＝43.5 g，故B正确；C．由分析可知，充电时，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，硫酸钾溶液的浓度减小，故C错误；D．由分析可知，充电时，a电极为阳极，在水分子作用下锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氢离子，使a电极附近溶液的pH减小，故D正确。
13.双阴极微生物燃料电池处理含NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。
(1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有_____________________(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。
解析：(1)由题图a可知，Ⅲ室中O2得电子生成H2O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－转化为CO2生成的H＋需要进入Ⅲ室，说明Y是阳离子交换膜。(2)题图b可知，Ⅲ室中反应后的溶液进入Ⅰ室中反应，而Ⅰ室中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) →N2，说明Ⅲ室中NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 转化为了NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，该过程的离子方程式为NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) →N2，电极反应式为12H＋＋2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中发生反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物质的量为 eq \f(3.5 g,28 g/ml) ＝0.125 ml，消耗0.25 ml NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，转移1.25 ml电子，故理论上需要消耗O2的物质的量为0.25 ml×2＋ eq \f(1.25 ml,4) ＝0.812 5 ml，质量为0.812 5 ml×32 g/ml＝26 g。
答案：(1)阳 (2)NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋2O2===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H2O＋2H＋ (3)26一看反应
能发生 eq \(□,\s\up1(4)) ______________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)
二看电极
一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)
三看
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
组成
装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动
作用
a.连接内电路， eq \(□,\s\up1(5)) ____________________；b. eq \(□,\s\up1(6)) __________________，使原电池不断产生电流
离子移向
阴离子移向 eq \(□,\s\up1(7)) ________，阳离子移向 eq \(□,\s\up1(8)) ______________
①不含盐桥
②含盐桥
①不含盐桥
②含盐桥
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) 2PbSO4＋2H2O
放电时的
电极反应
负极： eq \(□,\s\up1(2)) ____________________________________；
正极： eq \(□,\s\up1(3)) ______________________________________
充电时的
电极反应
阴极： eq \(□,\s\up1(4)) _____________________________________；
阳极： eq \(□,\s\up1(5)) _____________________________________
酸性溶液
正极反应式： eq \(□,\s\up1(6)) _________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(7)) ___________________________________
碱性溶液
正极反应式： eq \(□,\s\up1(8)) ________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(9)) __________________________________
固体氧化物(高温下能传导O2－)
正极反应式： eq \(□,\s\up1(10)) _________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(11)) __________________________________
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2)
正极反应式： eq \(□,\s\up1(12)) ________________________________；
负极反应式： eq \(□,\s\up1(13)) _________________________________
选项
正极(金属/电解质溶液)
负极(金属/电解质溶液)
A
Zn/ZnSO4溶液
Fe/H2SO4溶液
B
Fe/FeCl2溶液
Zn/ZnSO4溶液
C
Zn/H2SO4溶液
Fe/FeCl2溶液
D
Fe/ZnSO4溶液
Zn/FeCl2溶液
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