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2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第六章化学反应与能量第2节 原电池 化学电源
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第2节 原电池 化学电源
【考纲要求】
理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。 了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一 原电池原理
1．概念
把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。
2．构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．工作原理
如图是CuZn原电池装置：
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
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Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
[特别提醒] (1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)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。
1．构成原电池正极和负极的材料必须是金属( )
2．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原( )
3．原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动( )
4．原电池工作中，电子从正极通过电解质溶液流向负极( )
5．两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( )
6．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.× 6.×
题组一 原电池的形成条件及正、负极的判断
1．有关电化学知识的描述正确的是( )
A．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
B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
答案：C
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
答案：②④⑥⑦
3．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：选B。②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
1．原电池工作原理的3个易错点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。
(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
2．判断原电池正、负极的5种方法
注意：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，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
题组二 考查盐桥原电池的工作原理
4．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－===Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋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：选C。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为原电池的负极，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，其作用是传递离子。
5．将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程式为Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)，如将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是( )
A．Cd作负极，Co作正极
B．原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极
C．根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动
D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液
解析：选C。将该反应设计为原电池时，Cd作负极，电极反应为Cd－2e－===Cd2＋；Co作正极，电极反应为Co2＋＋2e－===Co，盐桥中的阳离子向正极(乙池)移动。
6．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
解析：选D。由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失电子变成I2被氧化，A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
考点二 原电池原理的应用
1．设计制作化学电源
2．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4 溶液构成原电池，反应速率增大。
3．比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属导体)作正极。
4．用于金属的防护
使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
1．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4反应( )
2．锌与稀硫酸反应时，要增大反应速率可滴加少量硫酸铜( )
3．用导线将金属A和B插入到稀硫酸中，B上有气体放出，则说明B作负极，活动性B＞A( )
4．能自发进行且放热的氧化还原反应才能设计成原电池( )
5．设计原电池时，负极材料是失电子的物质，正极材料是比负极活泼性差的金属，也可以是石墨( )
6．被保护的金属制品应与较不活泼的金属相连接( )
答案：1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.√ 6.×
1．将两份过量的锌粉a、b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( )
解析：选B。加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。
2．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
解析：选A。由①知，金属活动性：M＞N；M、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，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，金属活动性：P>M>N>E，A正确。
3．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( )
选项
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
解析：选D。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，电解液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两个条件的只有D项。
考点三 化学电源
1．日常生活中的三种电池
(1)碱性锌锰干电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
①放电时的反应
负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO__；
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO__；
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
2．高效、环境友好的燃料电池
种类
酸性燃料电池
碱性燃料电池
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
1．Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料( )
2．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加( )
3．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
4．锂碘电池的电极反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI (s)，则碘电极作该电池的负极( )
5．可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( )
答案：1.√ 2.× 3.× 4.× 5.×
题组一 考查可充电电池
1．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：选A。放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。
2．铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，N为负极，其电极反应式为PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加
C．充电时，阳极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO
D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2
解析：选D。放电时，是原电池，N作正极，A不正确；放电时，正、负极均消耗硫酸，c(H2SO4)减小，B不正确；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋，C不正确；充电时，若N连电源正极，则该极为阳极，电极反应产物为PbO2，D正确。
题组二 考查燃料电池
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2↑＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
解析：选B。通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。
4．有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应为H2＋CO－2e－===H2O＋CO2。下列说法正确的是( )
A．电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路
B．电池放电时，电池中CO的物质的量将逐渐减少
C．正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．放电时CO向负极移动
解析：选D。电子不能通过熔融的K2CO3，故A项错误；该电池的正极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，根据电子守恒，放电时负极的消耗CO与正极生成的CO的物质的量相等，电池中CO的物质的量不变，故B、C错误；放电时阴离子向负极移动，故D项正确。
1．(2014·高考北京卷)下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
A．锌锰电池
B．氢燃料电池
C．铅蓄电池
D．镍镉电池
解析：选B。锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
2．(2016·高考上海卷)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
解析：选C。该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A．在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中 c(Zn2＋)逐渐增大，错误；C．由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H)＋逐渐降低，正确；D．SO不参加反应，其浓度不变，错误。
3．(2015·高考天津卷)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( )
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)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：选C。A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B．电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C．电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D．由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
4．(2016·高考全国卷Ⅱ，11，6分)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↑
解析：选B。根据题意，电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。
5．(2015·高考全国卷Ⅰ，11，6分)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，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( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
解析：选A。图示所给出的是原电池装置。A．有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在负极，C6H12O6 在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，则负极上有CO2产生，故A不正确。B．微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C．质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D．正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
6．(2016·高考全国卷Ⅲ，11，6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，0.5 mol O2在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
7．(2014·高考全国卷Ⅱ，12，6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
解析：选C。图示所给出的是原电池装置。A．由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B．电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C．放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D．放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
8．(2014·高考浙江卷)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是
Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH
已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO
下列说法正确的是( )
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
解析：选A。A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确。B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误。C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误。D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。
一、选择题
1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中a极为铝条、b极为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中a极为锌片、b极为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
2.如图，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→Y
B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁
C．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，则它们的活动性强弱为X＞Y
解析：选D。外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，发生氧化反应，Y极得电子，作正极，发生还原反应。若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。
3．锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子，电解液内部OH－向负极移动
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
解析：选C。 A．锌的化合价升高，失去电子，电解液内部OH－向负极移动，A正确；B．负极失去电子，正极得到电子，则根据总反应式可判断正极是二氧化锰得到电子，电极反应式为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)，B正确；C．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，C错误；D．由总的反应式可知消耗0.2 mol电子时负极消耗0.1 mol锌，则消耗锌的质量0.1 mol×65 g/mol＝6.5 g，D正确。
4．根据下图，判断下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析：选D。装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大，据此可知A、B均错误，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
5．如图为某原电池的结构示意图，下列说法中不正确的是( )
A．原电池工作时的总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应一定为放热反应
B．原电池工作时，Zn电极流出电子，发生氧化反应
C．原电池工作时，Cu电极上发生氧化反应，CuSO4溶液蓝色变深
D．如果将Cu电极改为Fe电极，Zn电极依然作负极
解析：选C。由图可知：原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，自发进行且放热的反应才能设计成原电池，A正确；Zn比Cu活泼，故作负极，失电子，发生氧化反应，B正确；Cu作正极，Cu2＋得电子，发生还原反应，CuSO4溶液颜色变浅，C不正确；Fe也不如Zn活泼，故Zn电极依然作负极，D正确。
6．锂电池的构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，下列说法错误的是( )
A．该电池的负极为LiCoO2
B．电池中的固体电解质可以是熔融的氯化钠、干冰等
C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向
解析：选B。根据锂离子的移动方向，确定LiCoO2是负极，碳电极是正极，电子从负极经外电路移向正极，充电时为电解池，阴极发生得电子的还原反应，故A、C、D正确。干冰是固体二氧化碳，属于非电解质，故B错误。
7．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电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
解析：选B。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项错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价发生变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B项正确；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项错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，电解质溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，D项错误。
8.一种用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是( )
A．该电池工作时，每消耗22.4 L NH3转移3 mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH－向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋ 4H＋＋ 4e－===2H2O
解析：选B。A项，温度、压强未知，不能计算22.4 L NH3的物质的量，错误；B项，该电池中通入氧气的电极B为正极，电极A为负极，电子由电极A经外电路流向电极B，正确；C项，电池工作时，OH－向负极移动，错误；D项，该电池电解质溶液为NaOH溶液，电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
9．目前科学家已开发出一种新型燃料电池——固体氧化物电池，该电池用辛烷(C8H18)作燃料，电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子，下列说法正确的是( )
A．电池工作时，氧气发生氧化反应
B．电池负极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电池负极的电极反应：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O
D．若消耗的O2为11.2 L(标准状况)，则电池中有1 mol电子发生转移
解析：选C。该电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，A项错误；负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B项错误，C项正确；标准状况下11.2 L氧气的物质的量为0.5 mol，根据O2＋4e－===2O2－，当消耗0.5 mol氧气转移电子的物质的量为氧气的4倍，所以转移电子的物质的量为2 mol，D项错误。
10．下图是一种燃料型电池检测仪的工作原理示意图。下列说法不正确的是( )
A．该仪器工作时酒精浓度越大，则电流强度越大
B．工作时外电路电子流向为X→Y
C．检测结束后，X极区的pH增大
D．电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O
解析：选C。A．该图为酒精燃料电池，该仪器工作时酒精浓度越大，则单位时间内转移电子数越多，电流强度越大，正确；B．燃料电池中通入燃料的一极发生氧化反应作原电池的负极，所以X是负极，Y是正极，电子从外电路的负极流向正极，正确；C．酒精发生氧化反应生成乙醛和氢离子，所以X极区的氢离子浓度增大，pH减小，错误；D．燃料电池的反应实质就是乙醇与氧气反应生成乙醛和水，所以电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O，正确。
二、非选择题
11．根据下列原电池的装置图，回答问题：
(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为__________________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则负极A极材料为____________，正极B极材料为____________，溶液C为____________。
(3)用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：
①则电极d是____(填“正极”或“负极”)，电极c的反应方程式为_______________。
②若线路中转移2 mol电子，则上述燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为____L。
解析：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A电极为正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，溶液pH升高。(2)将反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，Cu元素的化合价由0价升高到＋2价，失电子作原电池的负极，则负极A极材料为Cu，正极B极材料为石墨或比铜活泼性弱的金属，Fe3＋在正极得电子发生还原反应，溶液C用可溶性铁盐，即含Fe3＋的溶液。(3)①根据甲烷燃料电池的结构示意图可知，电子流出的电极为负极，c为负极，d为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子发生还原反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应，所以电极c的反应方程式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。②根据正极电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，可知线路中转移2 mol电子时，消耗的O2为0.5 mol，在标准状况下的体积为0.5 mol×22.4 L/mol＝11.2 L。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ 升高 (2)Cu 石墨(或比铜活泼性弱的金属) 含Fe3＋的溶液
(3)①正极 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
②11.2
12．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。
Ⅰ.氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：
(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。
A．a电极是负极，OH－移向负极
B．b电极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电池总反应式为2H2＋O22H2O
D．电解质溶液的pH保持不变
E．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
(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3 溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH＝______(溶液体积变化忽略不计)。
Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料的电池中，理想状态下，消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
解析：Ⅰ.(1)C项电池反应不需要反应条件，故C错；随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，故D错。
(2)右池为电解池，其电极反应为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。
Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝×100%≈96.6%。
答案：Ⅰ.(1)CD (2)1 Ⅱ.96.6%
13．Ⅰ.Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。
(1)电池正极发生的电极反应为_______________________________。
(2)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________________________________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________。
Ⅱ.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
(3)该燃料电池负极电极反应式为____________________________________________。
(4)该燃料电池正极电极反应式为____________________________________________。
解析：(1)原电池的负极发生氧化反应，电极反应式为4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，则正极的电极反应式用总反应方程式减去负极反应得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，说明反应过程中S元素的化合价仍是＋4价，未发生氧化还原反应，所以SOCl2与水反应的产物是二氧化硫与氯化氢，氯化氢与水结合形成白雾，则实验现象是出现白雾，有刺激性气味气体生成；化学方程式为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(3)燃料电池的负极发生氧化反应，所以丁烷在负极发生氧化反应，失去电子，因为熔融的K2CO3为电解质，所以生成二氧化碳和水，电极反应式为C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O。(4)正极是氧气发生还原反应，并与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2
(2)出现白雾，有刺激性气体生成 SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(3)C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O
(4)O2＋2CO2＋4e－===2CO
14．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置：
①该电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向______(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有
________________________________________________________________________。
(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是_______________，A是________。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为__________________________。
解析：(1)①放电时石墨为正极，高铁酸钾在正极上发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 2(mol)。理论消耗Zn的质量为0.006 2 mol÷2×65 g·mol－1≈0.2 g。
②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。
③由题图中高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失电子在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。
(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。
答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－ 0.2 ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH 氯化铵
(3)从b到a CO＋O2－－2e－===CO2
【考纲要求】
理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。 了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一 原电池原理
1．概念
把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。
2．构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。
(2)将电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．工作原理
如图是CuZn原电池装置：
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
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Zn片沿导线流向Cu片
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
[特别提醒] (1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)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。
1．构成原电池正极和负极的材料必须是金属( )
2．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原( )
3．原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动( )
4．原电池工作中，电子从正极通过电解质溶液流向负极( )
5．两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( )
6．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.× 6.×
题组一 原电池的形成条件及正、负极的判断
1．有关电化学知识的描述正确的是( )
A．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
B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
答案：C
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
答案：②④⑥⑦
3．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：选B。②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
1．原电池工作原理的3个易错点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。
(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
2．判断原电池正、负极的5种方法
注意：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，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
题组二 考查盐桥原电池的工作原理
4．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－===Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋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：选C。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为原电池的负极，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，其作用是传递离子。
5．将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程式为Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)，如将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是( )
A．Cd作负极，Co作正极
B．原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极
C．根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动
D．甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液
解析：选C。将该反应设计为原电池时，Cd作负极，电极反应为Cd－2e－===Cd2＋；Co作正极，电极反应为Co2＋＋2e－===Co，盐桥中的阳离子向正极(乙池)移动。
6．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
解析：选D。由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失电子变成I2被氧化，A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
考点二 原电池原理的应用
1．设计制作化学电源
2．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4 溶液构成原电池，反应速率增大。
3．比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属导体)作正极。
4．用于金属的防护
使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
1．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4反应( )
2．锌与稀硫酸反应时，要增大反应速率可滴加少量硫酸铜( )
3．用导线将金属A和B插入到稀硫酸中，B上有气体放出，则说明B作负极，活动性B＞A( )
4．能自发进行且放热的氧化还原反应才能设计成原电池( )
5．设计原电池时，负极材料是失电子的物质，正极材料是比负极活泼性差的金属，也可以是石墨( )
6．被保护的金属制品应与较不活泼的金属相连接( )
答案：1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.√ 6.×
1．将两份过量的锌粉a、b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( )
解析：选B。加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。
2．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
解析：选A。由①知，金属活动性：M＞N；M、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，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，金属活动性：P>M>N>E，A正确。
3．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( )
选项
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
解析：选D。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，电解液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两个条件的只有D项。
考点三 化学电源
1．日常生活中的三种电池
(1)碱性锌锰干电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
①放电时的反应
负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO__；
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO__；
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
2．高效、环境友好的燃料电池
种类
酸性燃料电池
碱性燃料电池
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
1．Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料( )
2．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加( )
3．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
4．锂碘电池的电极反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI (s)，则碘电极作该电池的负极( )
5．可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极( )
答案：1.√ 2.× 3.× 4.× 5.×
题组一 考查可充电电池
1．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：选A。放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。
2．铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，N为负极，其电极反应式为PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加
C．充电时，阳极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO
D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2
解析：选D。放电时，是原电池，N作正极，A不正确；放电时，正、负极均消耗硫酸，c(H2SO4)减小，B不正确；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋，C不正确；充电时，若N连电源正极，则该极为阳极，电极反应产物为PbO2，D正确。
题组二 考查燃料电池
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2↑＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
解析：选B。通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。
4．有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应为H2＋CO－2e－===H2O＋CO2。下列说法正确的是( )
A．电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路
B．电池放电时，电池中CO的物质的量将逐渐减少
C．正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．放电时CO向负极移动
解析：选D。电子不能通过熔融的K2CO3，故A项错误；该电池的正极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，根据电子守恒，放电时负极的消耗CO与正极生成的CO的物质的量相等，电池中CO的物质的量不变，故B、C错误；放电时阴离子向负极移动，故D项正确。
1．(2014·高考北京卷)下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
A．锌锰电池
B．氢燃料电池
C．铅蓄电池
D．镍镉电池
解析：选B。锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
2．(2016·高考上海卷)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
解析：选C。该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A．在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中 c(Zn2＋)逐渐增大，错误；C．由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H)＋逐渐降低，正确；D．SO不参加反应，其浓度不变，错误。
3．(2015·高考天津卷)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( )
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)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：选C。A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B．电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C．电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D．由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
4．(2016·高考全国卷Ⅱ，11，6分)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↑
解析：选B。根据题意，电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。
5．(2015·高考全国卷Ⅰ，11，6分)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，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( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
解析：选A。图示所给出的是原电池装置。A．有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在负极，C6H12O6 在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，则负极上有CO2产生，故A不正确。B．微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C．质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D．正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
6．(2016·高考全国卷Ⅲ，11，6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，0.5 mol O2在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
7．(2014·高考全国卷Ⅱ，12，6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
解析：选C。图示所给出的是原电池装置。A．由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B．电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C．放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D．放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
8．(2014·高考浙江卷)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是
Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH
已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO
下列说法正确的是( )
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
解析：选A。A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确。B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误。C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误。D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。
一、选择题
1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中a极为铝条、b极为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中a极为锌片、b极为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
2.如图，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→Y
B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁
C．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，则它们的活动性强弱为X＞Y
解析：选D。外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，发生氧化反应，Y极得电子，作正极，发生还原反应。若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。
3．锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子，电解液内部OH－向负极移动
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
解析：选C。 A．锌的化合价升高，失去电子，电解液内部OH－向负极移动，A正确；B．负极失去电子，正极得到电子，则根据总反应式可判断正极是二氧化锰得到电子，电极反应式为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)，B正确；C．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，C错误；D．由总的反应式可知消耗0.2 mol电子时负极消耗0.1 mol锌，则消耗锌的质量0.1 mol×65 g/mol＝6.5 g，D正确。
4．根据下图，判断下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
解析：选D。装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大，据此可知A、B均错误，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
5．如图为某原电池的结构示意图，下列说法中不正确的是( )
A．原电池工作时的总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应一定为放热反应
B．原电池工作时，Zn电极流出电子，发生氧化反应
C．原电池工作时，Cu电极上发生氧化反应，CuSO4溶液蓝色变深
D．如果将Cu电极改为Fe电极，Zn电极依然作负极
解析：选C。由图可知：原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，自发进行且放热的反应才能设计成原电池，A正确；Zn比Cu活泼，故作负极，失电子，发生氧化反应，B正确；Cu作正极，Cu2＋得电子，发生还原反应，CuSO4溶液颜色变浅，C不正确；Fe也不如Zn活泼，故Zn电极依然作负极，D正确。
6．锂电池的构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，下列说法错误的是( )
A．该电池的负极为LiCoO2
B．电池中的固体电解质可以是熔融的氯化钠、干冰等
C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向
解析：选B。根据锂离子的移动方向，确定LiCoO2是负极，碳电极是正极，电子从负极经外电路移向正极，充电时为电解池，阴极发生得电子的还原反应，故A、C、D正确。干冰是固体二氧化碳，属于非电解质，故B错误。
7．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电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
解析：选B。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项错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价发生变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B项正确；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项错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，电解质溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，D项错误。
8.一种用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是( )
A．该电池工作时，每消耗22.4 L NH3转移3 mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH－向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋ 4H＋＋ 4e－===2H2O
解析：选B。A项，温度、压强未知，不能计算22.4 L NH3的物质的量，错误；B项，该电池中通入氧气的电极B为正极，电极A为负极，电子由电极A经外电路流向电极B，正确；C项，电池工作时，OH－向负极移动，错误；D项，该电池电解质溶液为NaOH溶液，电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
9．目前科学家已开发出一种新型燃料电池——固体氧化物电池，该电池用辛烷(C8H18)作燃料，电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子，下列说法正确的是( )
A．电池工作时，氧气发生氧化反应
B．电池负极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电池负极的电极反应：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O
D．若消耗的O2为11.2 L(标准状况)，则电池中有1 mol电子发生转移
解析：选C。该电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，A项错误；负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B项错误，C项正确；标准状况下11.2 L氧气的物质的量为0.5 mol，根据O2＋4e－===2O2－，当消耗0.5 mol氧气转移电子的物质的量为氧气的4倍，所以转移电子的物质的量为2 mol，D项错误。
10．下图是一种燃料型电池检测仪的工作原理示意图。下列说法不正确的是( )
A．该仪器工作时酒精浓度越大，则电流强度越大
B．工作时外电路电子流向为X→Y
C．检测结束后，X极区的pH增大
D．电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O
解析：选C。A．该图为酒精燃料电池，该仪器工作时酒精浓度越大，则单位时间内转移电子数越多，电流强度越大，正确；B．燃料电池中通入燃料的一极发生氧化反应作原电池的负极，所以X是负极，Y是正极，电子从外电路的负极流向正极，正确；C．酒精发生氧化反应生成乙醛和氢离子，所以X极区的氢离子浓度增大，pH减小，错误；D．燃料电池的反应实质就是乙醇与氧气反应生成乙醛和水，所以电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O，正确。
二、非选择题
11．根据下列原电池的装置图，回答问题：
(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为__________________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则负极A极材料为____________，正极B极材料为____________，溶液C为____________。
(3)用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：
①则电极d是____(填“正极”或“负极”)，电极c的反应方程式为_______________。
②若线路中转移2 mol电子，则上述燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为____L。
解析：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A电极为正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，溶液pH升高。(2)将反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，Cu元素的化合价由0价升高到＋2价，失电子作原电池的负极，则负极A极材料为Cu，正极B极材料为石墨或比铜活泼性弱的金属，Fe3＋在正极得电子发生还原反应，溶液C用可溶性铁盐，即含Fe3＋的溶液。(3)①根据甲烷燃料电池的结构示意图可知，电子流出的电极为负极，c为负极，d为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子发生还原反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应，所以电极c的反应方程式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。②根据正极电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，可知线路中转移2 mol电子时，消耗的O2为0.5 mol，在标准状况下的体积为0.5 mol×22.4 L/mol＝11.2 L。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ 升高 (2)Cu 石墨(或比铜活泼性弱的金属) 含Fe3＋的溶液
(3)①正极 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
②11.2
12．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。
Ⅰ.氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：
(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。
A．a电极是负极，OH－移向负极
B．b电极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电池总反应式为2H2＋O22H2O
D．电解质溶液的pH保持不变
E．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
(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3 溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH＝______(溶液体积变化忽略不计)。
Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料的电池中，理想状态下，消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
解析：Ⅰ.(1)C项电池反应不需要反应条件，故C错；随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，故D错。
(2)右池为电解池，其电极反应为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。
Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝×100%≈96.6%。
答案：Ⅰ.(1)CD (2)1 Ⅱ.96.6%
13．Ⅰ.Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。
(1)电池正极发生的电极反应为_______________________________。
(2)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________________________________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________。
Ⅱ.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
(3)该燃料电池负极电极反应式为____________________________________________。
(4)该燃料电池正极电极反应式为____________________________________________。
解析：(1)原电池的负极发生氧化反应，电极反应式为4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，则正极的电极反应式用总反应方程式减去负极反应得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，说明反应过程中S元素的化合价仍是＋4价，未发生氧化还原反应，所以SOCl2与水反应的产物是二氧化硫与氯化氢，氯化氢与水结合形成白雾，则实验现象是出现白雾，有刺激性气味气体生成；化学方程式为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(3)燃料电池的负极发生氧化反应，所以丁烷在负极发生氧化反应，失去电子，因为熔融的K2CO3为电解质，所以生成二氧化碳和水，电极反应式为C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O。(4)正极是氧气发生还原反应，并与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2
(2)出现白雾，有刺激性气体生成 SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(3)C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O
(4)O2＋2CO2＋4e－===2CO
14．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置：
①该电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向______(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有
________________________________________________________________________。
(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是_______________，A是________。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为__________________________。
解析：(1)①放电时石墨为正极，高铁酸钾在正极上发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 2(mol)。理论消耗Zn的质量为0.006 2 mol÷2×65 g·mol－1≈0.2 g。
②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。
③由题图中高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失电子在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。
(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。
答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－ 0.2 ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH 氯化铵
(3)从b到a CO＋O2－－2e－===CO2
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