2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第9章第1节原电池　化学电源


第九章 电化学基础
第1节　原电池　化学电源
[考试说明]　1.了解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和电池总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
[命题规律]　本节内容是高考的常考点，其考查形式一般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、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；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。
考点1　原电池及其工作原理
知识梳理
1.概念
原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
(1)有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)活泼性不同的两个电极。
(3)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(以铜一锌原电池为例)
装置图

电极材料
负极：锌片
正极：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
由锌片沿导线流向铜片
电解质溶液中离子流向
电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移
电流方向
由铜片沿导线流向锌片
盐桥中离子流向
盐桥中含有饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
电池总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置
的不同点
还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗
Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，减少了能量损耗，故电流稳定，持续时间长

(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。
(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线(即电子不下水，离子不上岸)。
(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。
(5)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。
②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；c.可以提高能量转化效率。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)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，把其中的化学能转化为电能。(×)
错因：此反应不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。
(2)在原电池中，发生氧化反应的电极是正极。(×)
错因：在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池没有不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(×)
错因：其他条件相同时，带有“盐桥”的原电池能量损耗更少，电流持续时间更长。
(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。(×)
错因：琼脂中少量的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。
(5)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。(×)
错因：铁遇浓硝酸钝化，故铁不能作负极。
(6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。(×)
错因：活泼金属不一定作负极，如：Mg­NaOH­Al形成的原电池，铝作负极。
2. 如图是用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是(　　)

A．铜片表面有气泡生成
B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C．如果将稀硫酸换成柠檬汁，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
解析　柠檬汁显酸性也能做电解质溶液，所以将稀硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误。
题组训练
题组一 原电池的工作原理
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)


A．①④ B．③④⑤
C．④⑧ D．②④⑥⑦
答案　D
解析　根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。
2．如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，作了如下记录，其中合理的是(　　)

A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑤ D．②③⑥
答案　D
解析　由图可知，该电池反应为：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，活泼金属Zn作负极，Cu作正极；外电路中电流由正极流向负极，①、④、⑤错误；Zn失去电子被氧化成Zn2＋，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的H＋在正极上得到电子，析出H2，②、③、⑥正确。
题组二 原电池正负极的判断
3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是 (　　)

A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)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↑
答案　B
解析　(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
4．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)构成一个原电池(如图)。下列有关该原电池的叙述中正确的是(　　)

①在外电路中，电子由铜电极流向银电极
②正极反应：Ag＋＋e－===Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①② B．①②④
C．②③ D．①③④
答案　B
解析　该原电池中铜作负极，银作正极，电子由铜电极流向银电极，①正确；该原电池中Ag＋在正极上得到电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②正确；实验过程中取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确。

原电池正负极的判断方法

考点2　原电池原理的应用
知识梳理
1.比较金属活泼性强弱
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H2SO4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
(1)必须是能自发进行的氧化还原反应。
(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。
(3)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液含有与电极材料相同的阳离子，如在Cu­Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。
实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：

4．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。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。

对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。因此，原电池中负极的金属性不一定比正极活泼。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼电极一定作负极。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者。(×)
错因：锌比铁活泼，破损后，仍然可以保护铁不被腐蚀。锡没有铁活泼，破损后，会加速铁的腐蚀。
(2)生铁比纯铁更耐腐蚀。(×)
错因：生铁中含有杂质，可以形成原电池，加快生铁腐蚀。
(3)铁与盐酸反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率不变。(×)
错因：加入少量CuSO4后，Fe与Cu2＋反应生成Cu，可以形成原电池，反应速率加快。
(4)C＋H2O(g)CO＋H2可设计成原电池。(×)
错因：自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(5)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。(×)
错因：将氧化还原反应设计成原电池，物质的化学能部分转化为电能，还有一部分在生成物中以及转化为其他形式的能量，如热能等。
2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　)

A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3
答案　D
解析　由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。
题组训练
题组一 判断金属的活动性强弱
1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
答案　B
解析　①A、B相连时，A为负极，金属活动性：A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明金属活动性B>E。由此可知，金属活动性：A>C>D>B>E，B项正确。
2．根据下图可判断下列离子方程式中错误的是(　　)

A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案　A
解析　题图所示装置是原电池的构成装置，左图中Cd为负极，发生的是Cd置换出Co的反应，即Cd的金属活动性强于Co，B正确；右图中Co为负极，Co置换出Ag，说明Co的金属活动性强于Ag，D正确；综上可知，Cd的金属活动性强于Ag，所以Cd可以置换出Ag，C正确，A错误。
题组二 改变化学反应速率
3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是 (　　)
A．加入少量稀NaOH溶液
B．加入少量CH3COONa固体
C．加入少量NH4HSO4固体
D．加入少量CuSO4溶液
答案　D
解析　由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。加入NaOH溶液，消耗HCl，使c(H＋)减小，n(H＋)减小，速率减慢且H2量减少，故A错误；加入CH3COONa，c(H＋)减小，速率减慢，故B错误；加入NH4HSO4，c(H＋)增大，n(H＋)增大，速率加快，但H2量增多，故C错误；加入CuSO4，Zn可置换出Cu，形成原电池加快速率，n(H＋)不变，生成H2量不变，故D正确。
4．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)

答案　D
解析　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn­Cu­稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。
题组三 设计原电池
5．能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极　　　　　。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　，其原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案　(1)

(2)电极逐渐溶解　
(3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小
解析　(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能更有效的转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。

设计制造原电池的过程

考点3　化学电源
知识梳理
1.一次电池
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
2．二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，其正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质溶液为30%的稀H2SO4。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

注：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据电极反应式，可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。
3．燃料电池——氢氧燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。
电池
酸性
碱性或中性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应式
2H2＋O2===2H2O
(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。

(1)化学电源电极反应式的书写
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反应式。电极反应式书写的一般方法有：
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、电荷守恒及得失电子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：写出电池总反应式。
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(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O，其离子方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋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都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
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－===2CO。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(×)
错因：MnO2不是催化剂。
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(×)
错因：手机、电脑中使用的锂电池可以充、放电，属于二次电池。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。(×)
错因：碱性介质中，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下，甲烷燃料电池
正极电极反应式：O2－4e－＋2CO===2CO2。(×)
错因：正极O2得电子，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO。
(5)二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生氧化反应。(×)
错因：充电时负极连接电源的负极，即作电解池的阴极，得电子，发生还原反应。
2．如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(　　)

A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．干电池工作时，H＋向锌筒移动
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g
D．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案　A
解析　铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误；若电解质溶液为酸性溶液，则氢氧燃料电池的正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D错误。
题组训练
题组一 一次电池
1．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是(　　)

A．Zn为负极，发生氧化反应
B．电池工作时，电子由MnO2流向Zn
C．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
答案　B
解析　类似于锌锰干电池，MnO2在正极上得电子被还原生成MnOOH，则正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，D正确。
2．锌锰(Zn­MnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2­NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案　(1)Zn'正极'(2)Zn与Cu2＋反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率
解析　(2)电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。
题组二 二次电池——可充电电池
3．我国研究锂硫电池获得突破，电池的总反应是16Li＋S88Li2S，充、放电曲线如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．充电时，电能转化为化学能
B．放电时，锂离子向正极移动
C．放电时，1 mol Li2S6转化为Li2S4得到2 mol e－
D．充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－===S8
答案　C
解析　根据图示，放电时，1 mol Li2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6＋2Li===3Li2S4，反应中2 mol Li2S6得到2 mol e－，即1 mol Li2S6得到1 mol e－，C错误。
题组三 燃料电池
4．直接供氨式固态氧化物燃料电池的结构如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．通入氧气的电极是正极，氧气发生氧化反应
B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．该燃料电池可直接将化学能全部转化为电能
D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O
答案　D
解析　通入O2的电极是正极，O2发生还原反应，A错误；该电池的电解质是固态氧化物，其中自由移动的阴离子是O2－，正极的电极反应式应为O2＋4e－===2O2－，B错误；该燃料电池的能量转化效率较高，但不能将化学能全部转化为电能，C错误；在负极NH3发生氧化反应生成N2和水，D正确。
5．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)

A．a电极发生还原反应
B．放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗28 g乙烯
C．b极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
答案　B
解析　由题图可以看出a极通入乙烯，作负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B正确；电解质溶液显酸性，b极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，D错误。

原电池中电极反应式的书写
(1)书写一般步骤

(2)复杂电极反应式的书写
＝－
高考真题实战
1.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案　B
解析　该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，A正确；该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B错误；右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应，C正确；原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动，D正确。
2．(2019·全国卷Ⅲ) 为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
答案　D
解析　二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，D错误。
3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na
答案　D
解析　放电时是原电池，ClO向负极移动，A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO＋C－4e－===3CO2，D错误。
4．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)

A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
答案　D
解析　原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，A正确；电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，Li被氧化的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－=== Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D错误。
5．(2016·全国卷Ⅱ)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＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
答案　B
解析　Mg­AgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误。
6．(高考题组)(1)(2018·天津高考节选)O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的负极反应式：________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O
6CO2＋6O===3C2O＋6O2
反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式：_____________________________。
(2)(2016·北京高考)Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。

①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是__________________________。
(3)(2016·天津高考)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：______________________________________________。
答案　(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
(2)①Fe　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O
解析　(1)电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为含氯化铝的离子液体，所以Al失电子应转化为Al3＋，电极反应式为：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将正、负极反应式加和得到总反应为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
(2)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO得电子变成NH。
(3)碱性氢氧燃料电池的负极发生氧化反应，在碱性条件下氢气放电生成H2O。