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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池第二课时课后练习题
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池第二课时课后练习题，共16页。试卷主要包含了关于化学电源，下列有关装置的说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
第二课时 化学电源
必备知识基础练
1．关于化学能、电能与原电池下列判断不正确的是( )
A．利用原电池装置，可以将化学能转化为电能
B．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能量转化率可高达100%
C．人们日常使用的电能主要来自火力发电
D．最早使用的锌锰干电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池
2．关于化学电源：①银锌纽扣电池；②氢氧燃料电池；③锌锰干电池；④铅蓄电池，有关说法正确的是( )
A．②和③都属于绿色电池
B．①和③都属于一次电池
C．①和④都属于二次电池
D．②可将化学能全部转化为电能
3．下列有关装置的说法正确的是( )
A．装置Ⅰ中Mg为原电池的负极
B．装置Ⅱ为一次电池
C．装置Ⅲ可构成原电池
D．装置Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
4．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法错误的是( )
A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．如图所示，干电池使用时电子从锌筒流向石墨电极，再通过电解质到锌筒
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量增重96 g
D．碱性氢氧燃料电池正极的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
5．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能直接转化为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．正极反应式：
CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的pH不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
6．某钠－空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列说法不正确的是( )
A．放电时，Na＋向负极移动
B．放电时，电子由钠箔经导线流向碳纸
C．放电时，当有0.1 mol e－通过导线时，则钠箔减重2.3 g
D．放电时，正极的电极反应式为
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
7．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是( )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，电子流向：Zn→导线→Cu→稀硫酸→Zn
B．乙：正极的电极反应式为
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，电极的质量均增大
8．熔融盐燃料电池是未来最有前景的发电系统之一。用 Li2CO3 和K2CO3 的熔融盐混合物作电解质，一极通H2，另一极通O2和 CO2 混合气体，可制得在 873～973 K 工作的燃料电池。 已知该电池总反应为：2H2＋ O2===2H2O。 则下列说法不正确的是( )
A．通O2 和 CO2的一极是电池的正极
B．该电池工作过程中需不断补充H2和O2，CO2可循环利用
C．正极反应式为：O2 ＋2CO2＋4e－===2CO
D．负极反应式为：H2 －2e－===2H＋
9．“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看做H2直接参加反应)。下列说法正确的是( )
A．放电时，负极的反应式为
H2－2e－＋2OH－===2H2O
B．放电时，电池内部H＋向负极移动
C．放电时，NiOOH在电极上发生氧化反应
D．在使用过程中此电池要不断补充水
10．科学家最近发明了一种Al－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域(a>b)，结构示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．K＋通过x膜移向M区
B．R区域的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Al电极反应为：
Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－
D．每消耗0.1 mol Pb O2时，电路中转移0.4 mol电子
11．比亚迪“汉”汽车的上市，让电动汽车安全达到一个新高度，其配置磷酸铁锂“刀片电池”放电时的总反应：LixC6＋Li1－xFePO4===6C＋LiFePO4，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，铝箔作负极
B．放电时，Li＋通过隔膜移向负极
C．放电过程中，正极的质量不断减小
D．正极的电极反应式为
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
12．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋ 通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列说法错误的是( )
A．电极a为电池的负极
B．外电路的电流方向是由电极b流向电极a
C．电极b上的反应式为：
MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
D.可用水代替电池中的混合有机溶剂
关键能力综合练
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．某HCOOH燃料电池的工作原理如图所示，其中，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。下列说法错误的是( )
A．负极反应为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O
B．电池工作时，需补充的物质A为H2SO4
C．理论上，当有2 mol HCOO－参加反应时，消耗1 mol Fe3＋
D．该电池放电的本质是将HCOOH与O2反应的化学能转化为电能
2.
铁铬液流电池是一种在酸性介质中，正、负极活性物质均为液体的电池，其工作原理如图所示，已知：氧化性：Fe3＋>Cr3＋。下列说法正确的是( )
A．放电时，a为原电池的负极
B．放电时，电子由a电极经负载流向b电极
C．放电时，阳离子移向b电极
D．放电时，电池的总反应为：
Cr2＋＋Fe3＋===Cr3＋＋Fe2＋
3．搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭成功发射，并顺利完成与天和核心舱对接。火箭采用偏二甲肼(C2H8N2)/N2O4发动机，核心舱电源系统由锂离子蓄电池组以及三结砷化镓(GaAs)太阳电池翼组成。氮化硼(BN)陶瓷基复合材料应用于核心舱电推进系统，碳化硅(SiC)颗粒增强铝基复合材料应用于太阳电池翼伸展机构关键部件，表面处理后镁合金部件应用在核心舱医学样本分析与高微重力科学实验柜中。锂离子蓄电池放电时的反应如下：LixC6＋ Li(1－x)CoO2=== LiCoO2＋ 6C(x＜1)。下列说法不正确的是( )
A.氮化硼陶瓷基复合材料中的N元素属于ⅤA族元素
B．太阳电池翼将太阳能转化为电能
C．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
D．放电时，Li(1－x)CoO2中Co元素的化合价不发生变化
4．一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示，电解质为AlxCly离子液体，CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法错误的是( )
A．若CuS从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少
B．放电时电池负极的电极反应中，消耗1 mol Al的同时消耗7 mol AlCl
C．放电时，正极的电极反应为6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl
D．为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量AlCl3水溶液
5．我国科学家开发出了一种锌—一氧化氮电池系统，该电池同时具有合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是( )
A．电极电势：Zn/ZnO电极
Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
C．电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D．电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
6．某光电催化反应器如图所示，A 电极是 Pt/CNT，B 电极是 TiO2。通过光解水，可由CO2制得异丙醇[CH3CH(OH)CH3]。下列说法不正确的是( )
A．A 极是电池的正极
B．B极的电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．A 极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
D．每生成 30 g异丙醇转移的电子数目为9NA
7．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，关于铅蓄电池下列叙述正确的是 ( )
A．放电时正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．铅蓄电池放电时，外电路上有0.5 mol电子通过，则溶液中消耗的H2SO4为 0.25 mol
C．铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大
D．在完全放电后，可按图连接充电
8．下列原电池的电极反应式书写不正确的是( )
A．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液，正极反应式为
2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－
B．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，负极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
C.海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，其正极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
D．全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极常用掺有石墨烯的S8材料，已知电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx，则正极反应可为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
9．新一代锂二次电池体系和全固态锂二次电池体系是化学、物理等学科的基础理论研究与应用技术的前沿。
(1)Li－CuO二次电池的比能量高、工作温度宽。Li－CuO二次电池中，金属锂作________极。比能量是指消耗单位质量的电极所释放的电量，用来衡量电池的优劣，则Li、Na、Al分别作为电极时比能量由大到小的顺序为________。
(2)通过如下过程制备CuO：
CuCuSO4溶液
Cu2(OH)2CO3沉淀
CuO
“过程Ⅱ”产生Cu2(OH)2CO3的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)某种利用垃圾渗透液实现发电装置示意图如下，当该装置工作时，Y极发生的电极反应式为________________________________________________________________________。
(4)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图所示。电极A上CO参与的电极反应式为________。
(5)某种燃料电池的工作原理示意如图所示，a、b均为惰性电极。
①假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，则a极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
如果消耗甲醇160 g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为________(用NA表示)。
10．(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，理论上消耗Zn________ g(计算结果保留一位小数，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下图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
________________________________________________________________________。
学科素养升级练
1．中科院研究所报道了一种高压可充电碱－酸Zn－PbO2混合电池，电池采用阴、阳双隔膜完成离子循环(如图)，该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法正确的是( )
A．充电时，阳极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．电池工作时，a、d两极室电解质溶液pH都增大
C．离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．放电时，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质减少1 mol
2．最新研究的锌－铈液流电池具有储能高、污染小等优点，其工作原理如图所示，其中b电极为惰性材料，不参与电极反应。下列说法正确的是( )
A.放电时，电池外接负载，将储存在电解质溶液中的化学能转化为电能，其储能容量取决于电解液的容量和浓度
B．充电时，b极发生还原反应，电极反应式
Ce4＋e－===Ce3＋
C．充电时，当外电路中通过0.1 mol电子时，a极室中溶液的质量减少3.25 g
D．选择性离子交换膜应为质子交换膜，电池放电时H＋从b极室移向a极室
3．(1)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为正极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c上产生气泡；b、d相连，b质量减小，则四种金属的活动性由强到弱顺序为：__________。
(2)碱性锌锰干电池比普通锌锰电池的使用寿命长且性能高，其构造如图所示，电池反应为：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2，其中MnO2作________极，发生________反应，电极反应式为___________________________________。
(3)甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H＋)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：
①Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为________。
②电解质溶液中的H＋向________ (填“a”或“b”)极移动，电子流入的电极是________(填“a”或“b”)极。
③该电池工作时消耗11.2 L CH4(标准状况下)，则电路中通过________mol电子。
4．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：
(1)在酸性介质中，负极反应的物质为________，正极反应的物质为________，酸式电池的电极反应：负极：____________________________，正极：__________________________________。电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在碱性介质中，碱式电池的电极反应：
负极：___________________________________，
正极：___________________________________。
电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是________。
A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学
B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同
D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
(4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
①该电池放电时负极反应式为_______________________________
________________________________________________________________________。
②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol K2FeO4被还原。
③放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应为________________________________________________________________________。
④放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
第二课时 化学电源
必备知识基础练
1．答案：B
解析：原电池装置，是将化学能转化为电能的装置，故A正确；燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，但是在使用过程中还伴随着放出热量，能量转化率达不到100%，故B错误；人们日常使用的电能主要来自火力发电，故C正确；最早使用的锌锰干电池电解质溶液显酸性容易腐蚀锌皮，寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池，故D正确。
2．答案：B
解析：锌锰干电池含有重金属元素，不是绿色电池，A错误；①银锌纽扣电池和③锌锰干电池完全放电后均不能再使用，属于一次电池，B正确；①银锌纽扣电池完全放电后不能再使用，属于一次电池，C错误；燃料电池放电过程中会有一部分化学能转化为热能，D错误。
3．答案：D
解析：镁与氢氧化钠溶液不反应，铝能够与氢氧化钠溶液反应，装置Ⅰ中铝为负极，镁为正极，故A错误；铅蓄电池是二次电池，可以放电充电，故B错误；装置Ⅲ中的两个材料相同，都是Zn，不能构成原电池，故C错误；装置Ⅳ为干电池，锌为负极，碳棒为正极，工作时，原电池中电子由负极沿导线流向正极，因此电子由锌通过导线流向碳棒，故D正确；故选D。
4．答案：B
解析：锌锰干电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃烧电池，A正确；干电池工作时，电子从负极(Zn)经导线流向正极(石墨)，电子只在外电路中流动，不会从电解质中流过，B错误；铅蓄电池放电时负极反应为Pb(s)－2e－＋SO(aq)===PbSO4(s)，则每通过2 mol电子，负极质量增重1 mol SO的质量，即96 g，C正确；氢氧燃料电池中，氧气在正极得电子，结合电解质为碱性可知正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。
5．答案：D
解析：燃料电池中，通入燃料甲烷的电极失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，所以为负极，通入氧气的电极得电子发生还原反应，电极反应式为：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，所以为正极；所以电池反应式为：2O2＋CH4＋2OH－===CO＋3H2O，根据总反应式判断溶液的pH变化；由电子的流向，判断溶液中离子的移动方向。
燃料电池中，通入氧气的一极为正极，O2＋2H2O＋4e－===4OH－为正极反应式，负极反应式为：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，故A、B错误；由电池总反应2O2＋CH4＋2OH－===CO＋3H2O可知，氢氧根离子在消耗，反应生成水，则导致氢氧根离子的浓度降低，pH减小，故C错误；原电池放电时，阴离子移向负极，故D正确。
6．答案：A
解析：放电时，电解质溶液中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，故Na＋向正极移动，A项错误；电池放电时，钠箔做负极，碳纸为正极，电子在外电路中迁移方向是从负极流向正极，B项正确；放电时，钠箔发生的电极反应为：Na－e－===Na，若有0.1 mol e－通过导线，钠箔处就会消耗0.1 mol的钠，质量减轻2.3 g，C项正确；选项中电极反应式书写正确，D项正确。
7．答案：A
解析：甲中Zn更活泼作负极，Cu作正极，Zn2＋向正极方向移动，即向铜电极移动，电子由负极沿导线流向正极，但是不能在溶液中流动，故A错误；纽扣式银锌电池，Ag2O作正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B正确；锌锰干电池中，锌筒作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，失电子发生氧化反应，锌筒被消耗会变薄，故C正确；铅蓄电池放电总反应为PbO2＋2H2SO4＋Pb===2PbSO4＋2H2O，正负极都变为硫酸铅，质量都增大，故D正确。
8．答案：D
解析：根据总反应2H2＋O2===2H2O可知H2化合价升高，失去电子，发生氧化反应，在负极通入；O2的化合价降低，得到电子，发生还原反应，在正极通入。O2的化合价降低，得到电子，所以通O2 和 CO2的一极是电池的正极，A正确；该电池工作过程中，H2和O2不断减少，反应过程中生成CO2，所以需不断补充H2和O2，CO2可循环利用，B正确；O2在正极得到电子，发生还原反应，生成CO，所以正极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO，C正确；H2在负极失去电子，发生氧化反应，生成水，所以负极反应式为：H2－2e－＋CO===H2O＋CO2↑，D错误。
9．答案：A
解析：放电时，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故A正确；放电时，H＋向正极移动，故B错误；放电氢气在负极失去电子，发生氧化反应，NiOOH在正极得到电子，发生还原反应，故C错误；在反应中水是循环利用的，所以不需要补充水，故D错误。
10．答案：C
解析：该电池为Al－PbO2电池，从图中可知原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，消耗OH－，K＋向正极移动；正极PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，正极消耗氢离子和SO，阴离子向负极移动，则x是阳离子交换膜，y是阴离子交换膜，则M区为KOH，R区为K2SO4，N区为H2SO4。
由以上分析可知，原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，消耗OH－，K＋向正极移动，向R区移动，A错误；由以上分析可知，R区域K＋与SO不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，B错误；放电时候，原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，C正确；由正极电极反应式可知，每消耗0.1 mol PbO2时，电路中转移0.2 mol电子，D错误。
11．答案：D
解析：放电时，铝箔作正极，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，故A错误，D正确；放电时，电子从负极(铜箔)流向正极(铝箔)，负极生成锂离子，正极消耗锂离子，Li＋通过隔膜移向正极，使正极质量增加，故B、C错误。
12．答案：D
解析：电池工作时，锂失电子发生氧化反应，电极a为电池的负极，故A正确；a是负极、b是正极，外电路的电流方向是由电极b流向电极a，故B正确；电池工作时，b是正极，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，电极b上的反应式为：MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2，故C正确；锂能与水反应，所以不能用水代替电池中的混合有机溶剂，故D错误。
关键能力综合练
1．答案：C
解析：燃料电池左侧HCOO－转化为HCO，C元素被氧化，所以为负极，右侧Fe3＋被还原为Fe2＋，为正极；燃料电池右侧装置中Fe2＋再被氧气氧化为Fe3＋，循环使用。
据图可知左侧HCOO－被氧化为HCO，电解质溶液显碱性，所以电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，A正确；右侧储罐中Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，反应应在酸性环境下进行，同时生成硫酸钾，故A为H2SO4，B正确；根据电极反应式可知2 mol HCOO－参加反应时转移4 mol电子，所以消耗4 mol Fe3＋，C错误；该装置Fe3＋、Fe2＋循环转化，本质上O2为氧化剂，所以该电池放电的本质是将HCOOH与O2反应的化学能转化为电能，D正确。
2．答案：D
解析：由离子的氧化性强弱顺序可知，电池放电时，a为原电池的正极，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，b为负极，Cr2＋在负极失去电子发生氧化反应生成Cr3＋，电极反应式为Cr2＋－e－===Cr3＋。
由分析可知，a为原电池的正极，电子由b电极经负载流向a电极，A、B错误；由离子的氧化性强弱顺序可知，电池的总反应为Cr2＋与Fe3＋反应生成Cr3＋ 和Fe2＋，总反应方程式为Cr2＋＋Fe3＋===Cr3＋＋Fe2＋，故D正确。
3．答案：D
解析：N元素属于第二周期第ⅤA族元素，A正确；太阳能电池将太阳能转化为电能，B正确；根据原电池工作原理，Li＋从负极向正极迁移，故C正确；锂离子蓄电池的反应是LixC6＋Li(1－x)CoO2===LiCoO2＋6C(x＜1)，根据原电池的工作原理，负极反应式为LixC6－xe－―→xLi＋＋6C，正极反应式为Li(1－x)CoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，Co得电子，化合价降低，故D错误。
4．答案：D
解析：放电时，铝为负极，CuS@C为正极，铝被氧化生成Al2Cl，电极反应式为2Al＋14AlCl－6e－===8Al2Cl，正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，据此分析解题。
放电时，硫化铜所在的正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，反应后转化为硫化亚铜以及Al2S3和AlCl，化合价改变的只有Cu，故硫化铜从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少，A、C正确；由分析可知，放电时电池负极的电极反应为2Al＋14AlCl－6e－===8Al2Cl，则消耗1 mol Al的同时消耗7 mol AlCl，B正确；由分析可知，正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，生成的Al2S3＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，一旦转化为Al(OH)3电池无法充电，且H2S有剧毒，则为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量Al2Cl离子液体，而不能是AlCl3水溶液，D错误。
5．答案：C
解析：Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；Zn/ZnO电极的反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，B正确；MoS2电极区消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会降低，C错误；电子流向：负极→负载→正极，D正确。
6．答案：D
解析：由装置图可知，二氧化碳、氢离子在A极分别得到电子转化为异丙醇和氢气，则A极是电池的正极，故A正确；水在B极失电子生成氢离子和氧气，电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故B正确；A极上同时发生H＋得电子被还原成H2，CO2得电子还原成异丙醇两个反应，选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应，故C正确；二氧化碳中的C为＋4价，而异丙醇中的C为－2价，生成1 mol异丙醇转移18 mol电子，但正极反应中除生成异丙醇外，还生成氢气，则每生成 30 g(0.5 mol)异丙醇，转移的电子数目大于9NA，故D错误。
7．答案：A
解析：放电时，电池的正极发生还原反应，故该电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，A正确；根据铅蓄电池放电时的总反应：PbO2＋2H2SO4＋Pb===2PbSO4＋2H2O可知反应中转移了2 mol电子，故当外电路上有0.5 mol电子通过，溶液中消耗的H2SO4为0.5 mol，B错误；根据铅蓄电池充、放电时的总反应：2PbSO4＋2H2OPbO2＋2H2SO4＋Pb可知，溶液的pH将减小，C错误；充电时，原电池的负极应连接外加直流电源的负极，D错误。
8．答案：C
解析：电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液时，Zn失电子作负极，K2FeO4作正极，发生还原反应；银锌电池反应原理为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其中Zn失电子，作负极，发生氧化反应；海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，其中Ag失电子，发生氧化反应，作负极；全固态锂硫电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx，其中Li失去电子，发生氧化反应，作负极，S8得到电子，作正极，发生还原反应。
由分析可知，K2FeO4作正极，发生还原反应，电极反应为2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－，A项正确，不符合题意；Zn失电子，作负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，B项正确，不符合题意；Ag失电子，发生氧化反应，作负极，负极的电极反应为：Ag＋Cl－－e－===AgCl，C项错误，符合题意；Li失去电子，发生氧化反应，作负极， S8得到电子，作正极，发生还原反应，正极的电极反应为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，D项正确，不符合题意。
9．答案：(1)负 Li＞Al＞Na (2)2Cu2＋＋2CO＋H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑ (3)2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－ (4)CO－2e－＋CO===2CO2 (5)O2＋4e－＋2H2O===4OH－ CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 30NA
解析：(1)Li为活泼金属，放电时被氧化，金属锂为负极；1 g Li可以转移mol电子，1 g Na可以转移mol电子，1 g Al可以转移mol电子，＞＞，所以比能量由大到小的顺序为Li＞Al＞Na；(2)根据流程可知过程Ⅱ中碳酸钠溶液和硫酸铜溶液反应得到Cu2(OH)2CO3，根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2Cu2＋＋2CO＋H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑；(3)据图可知该装置工作时，Y电极上NO得电子被还原为N2，电极反应式为2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－；(4)据图可知CO在电极A上被氧化，结合迁移到负极的CO生成CO2，电极反应式为CO－2e－＋CO===2CO2；(5)根据电子流向可知a为原电池负极，b为原电池正极；①氢氧燃料电池中，通入氧气的一极为正极，所以b电极上氧气被还原，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；②甲醇燃料电池中，通入甲醇的一极为负极，所以a电极上甲醇被氧化，电解质溶液显碱性，生成碳酸根，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；160 g甲醇的物质的量为＝5 mol，根据电极反应式可知转移30 mol电子，个数为30NA。
10．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(或NH4Cl) (3)从b到a CO＋O2－－2e－===CO2
解析：(1) ①根据电池装置，锌做负极，碳为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁，电极反应为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，通过的电子为，则理论消耗锌的质量为××65 g·mol－1＝0.2 g。②盐桥中阴离子向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平衡电荷、构成闭合回路的作用，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。③由图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的反应，电池中氢气失去电子，在负极上发生氧化反应，氮气得到电子在正极上发生还原反应，则正极反应为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气和氯化氢反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵。(3)根据图可知，一氧化碳和空气形成燃料电池，一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳，发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，所以一氧化碳所在极为负极，通入空气的一极为正极，原电池放电时电子从负极流向正极，阴离子向负极移动，所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。
学科素养升级练
1．答案：C
解析：放电时，d极为原电池正极，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，充电时，阳极反应与正极反应相反，即阳极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，故A错误；放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，则a极室电解质溶液pH减小、d极室电解质溶液pH增大，故B错误；该酸碱混合电池中，a极区电解质为KOH，b极区电解质为硫酸，放电时K＋通过离子交换膜b、SO通过离子交换膜c移向中间中性溶液中，则离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，故C正确；放电时每转移2 mol电子，则有2 mol K＋通过离子交换膜b、1 mol SO通过离子交换膜c移向中间中性溶液中生成1 mol K2SO4，所以中间K2SO4溶液中溶质增加1mol，故D错误；故选C。
2．答案：A
解析：放电时锌做负极，变成锌离子，正极是Ce4＋＋e－===Ce3＋，电池的总反应为：2Ce4＋＋Zn===Zn2＋＋2Ce3＋ 。充电时，a为阴极，锌离子变成锌单质，b为阳极，Ce3＋－e－===Ce4＋。
电池是将化学能变成电能，其储能容量取决于电解液的体积和浓度，A正确；锌为负极，则充电时，a为阴极，b电极为阳极，发生氧化反应，B错误；充电时，a极是锌离子变成锌单质，当外电路中通过0.1 mol电子时，a极室中溶液中有3.25 g锌离子变成锌单质，但溶液中有阳离子流入，故溶液的减少质量不是3.25 g，C错误；充电和放电过程中正极电解液和负极电解液不能混合，故加入氢离子平衡电荷，故为质子交换膜，电池放电时，从a极室移向b极室，D错误；故选A。
3．答案：(1)b＞a＞c＞d (2)正极 还原 MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ (3)①负极 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ ②b b ③4
解析：(1)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。一般负极是活泼金属，失去电子，质量减小，正极为不活泼金属，溶液中的H＋得到电子生成氢气。若a、b相连，a为正极，则b比a活泼；c、d相连，c为负极，则c比d活泼；a、c相连，c上产生气泡，则c为正极，a比c活泼；b、d相连，b质量减小，则b为负极，b比d活泼，则四种金属的活动性由强到弱顺序为b＞a＞c＞d。(2)碱性锌锰干电池的电池反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2，MnO2中Mn的化合价从＋4价降低到MnOOH中的＋3价，化合价降低，被还原，MnO2作正极，在碱性溶液中的电极反应式为：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－。(3)甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H＋)和水分子通过。该电池是将甲烷和氧气的燃烧反应的化学能转化为电能。通入甲烷的电极为负极，通入空气的电极为正极。①由以上分析可知，Pt(a)电极是电池的负极，甲烷失去电子生成二氧化碳，电极反应式为：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋。②在原电池中，阳离子移向正极，所以电解质溶液中的H＋向b极移动，电子从负极出发，流入正极，则电子流入的电极是b极。③该电池工作时消耗标准状况下11.2 L CH4即0.5 mol CH4，甲烷中碳元素的化合价从－4价升高到二氧化碳中的＋4价，1 mol CH4失去8 mol电子，则0.5 mol甲烷失去4 mol电子，即电路中通过4 mol电子。
4．答案：(1)H2 O2 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 变大 (2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 变小 (3) C (4)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 ②1 ③还原 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ ④正
解析：在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，失去电子，发生氧化反应；通入氧气或空气的电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，两个电极的反应式随电解质溶液的酸碱性的不同而不同，结合溶液中c(H＋)或c(OH－)的变化分析判断pH的变化，利用燃烧反应产生的物质分析对环境的影响。对于可充电电池，可根据放电时的反应方程式判断正负极电极反应式及电子转移情况。
(1)在酸式氢氧燃料电池中，在负极上由H2失电子生成H＋，负极的电极反应为：2H2－4e－===4H＋；在正极由O2得电子生成OH－，生成的OH－结合H＋生成水，正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O；总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，由于正、负极消耗与生成的H＋等量，所以H＋的总量不变，但水的总量增加，c(H＋)减小，故溶液的pH变大；(2)在碱性介质中，H2在负极失去电子生成H＋，H＋结合OH－生成水，故负极的电极反应式为：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；O2在正极得电子生成OH－，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，由于正、负极消耗与生成的OH－等量，所以OH－的总量不变，而水的总量增加，c(OH－)减小，故溶液的pH变小；(3)电解水获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；氢氧燃料电池产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为：H2－2e－===4H＋，H2－2e－＋2OH－===2H2O，可见电解质溶液的酸碱性不同，负极的电极反应式不相同，C错误；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式均为2H2＋O2===2H2O，D正确；(4)①放电时，负极上Zn失电子发生氧化反应，负极的电极反应式为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；②放电时，正极上1 mol K2FeO4得3 mol电子发生还原反应生成1 mol Fe(OH)3，所以每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原；③放电时，正极上FeO得到电子发生还原反应，正极的电极反应式为：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；④放电时，正极上发生反应：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，反应产生OH－，使附近溶液中c(OH－)增大，故正极附近溶液的碱性会增强。
第二课时 化学电源
必备知识基础练
1．关于化学能、电能与原电池下列判断不正确的是( )
A．利用原电池装置，可以将化学能转化为电能
B．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能量转化率可高达100%
C．人们日常使用的电能主要来自火力发电
D．最早使用的锌锰干电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池
2．关于化学电源：①银锌纽扣电池；②氢氧燃料电池；③锌锰干电池；④铅蓄电池，有关说法正确的是( )
A．②和③都属于绿色电池
B．①和③都属于一次电池
C．①和④都属于二次电池
D．②可将化学能全部转化为电能
3．下列有关装置的说法正确的是( )
A．装置Ⅰ中Mg为原电池的负极
B．装置Ⅱ为一次电池
C．装置Ⅲ可构成原电池
D．装置Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
4．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法错误的是( )
A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．如图所示，干电池使用时电子从锌筒流向石墨电极，再通过电解质到锌筒
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量增重96 g
D．碱性氢氧燃料电池正极的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
5．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能直接转化为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．正极反应式：
CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的pH不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
6．某钠－空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列说法不正确的是( )
A．放电时，Na＋向负极移动
B．放电时，电子由钠箔经导线流向碳纸
C．放电时，当有0.1 mol e－通过导线时，则钠箔减重2.3 g
D．放电时，正极的电极反应式为
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
7．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是( )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，电子流向：Zn→导线→Cu→稀硫酸→Zn
B．乙：正极的电极反应式为
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，电极的质量均增大
8．熔融盐燃料电池是未来最有前景的发电系统之一。用 Li2CO3 和K2CO3 的熔融盐混合物作电解质，一极通H2，另一极通O2和 CO2 混合气体，可制得在 873～973 K 工作的燃料电池。 已知该电池总反应为：2H2＋ O2===2H2O。 则下列说法不正确的是( )
A．通O2 和 CO2的一极是电池的正极
B．该电池工作过程中需不断补充H2和O2，CO2可循环利用
C．正极反应式为：O2 ＋2CO2＋4e－===2CO
D．负极反应式为：H2 －2e－===2H＋
9．“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看做H2直接参加反应)。下列说法正确的是( )
A．放电时，负极的反应式为
H2－2e－＋2OH－===2H2O
B．放电时，电池内部H＋向负极移动
C．放电时，NiOOH在电极上发生氧化反应
D．在使用过程中此电池要不断补充水
10．科学家最近发明了一种Al－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域(a>b)，结构示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．K＋通过x膜移向M区
B．R区域的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Al电极反应为：
Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－
D．每消耗0.1 mol Pb O2时，电路中转移0.4 mol电子
11．比亚迪“汉”汽车的上市，让电动汽车安全达到一个新高度，其配置磷酸铁锂“刀片电池”放电时的总反应：LixC6＋Li1－xFePO4===6C＋LiFePO4，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，铝箔作负极
B．放电时，Li＋通过隔膜移向负极
C．放电过程中，正极的质量不断减小
D．正极的电极反应式为
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
12．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋ 通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列说法错误的是( )
A．电极a为电池的负极
B．外电路的电流方向是由电极b流向电极a
C．电极b上的反应式为：
MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
D.可用水代替电池中的混合有机溶剂
关键能力综合练
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．某HCOOH燃料电池的工作原理如图所示，其中，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。下列说法错误的是( )
A．负极反应为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O
B．电池工作时，需补充的物质A为H2SO4
C．理论上，当有2 mol HCOO－参加反应时，消耗1 mol Fe3＋
D．该电池放电的本质是将HCOOH与O2反应的化学能转化为电能
2.
铁铬液流电池是一种在酸性介质中，正、负极活性物质均为液体的电池，其工作原理如图所示，已知：氧化性：Fe3＋>Cr3＋。下列说法正确的是( )
A．放电时，a为原电池的负极
B．放电时，电子由a电极经负载流向b电极
C．放电时，阳离子移向b电极
D．放电时，电池的总反应为：
Cr2＋＋Fe3＋===Cr3＋＋Fe2＋
3．搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭成功发射，并顺利完成与天和核心舱对接。火箭采用偏二甲肼(C2H8N2)/N2O4发动机，核心舱电源系统由锂离子蓄电池组以及三结砷化镓(GaAs)太阳电池翼组成。氮化硼(BN)陶瓷基复合材料应用于核心舱电推进系统，碳化硅(SiC)颗粒增强铝基复合材料应用于太阳电池翼伸展机构关键部件，表面处理后镁合金部件应用在核心舱医学样本分析与高微重力科学实验柜中。锂离子蓄电池放电时的反应如下：LixC6＋ Li(1－x)CoO2=== LiCoO2＋ 6C(x＜1)。下列说法不正确的是( )
A.氮化硼陶瓷基复合材料中的N元素属于ⅤA族元素
B．太阳电池翼将太阳能转化为电能
C．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
D．放电时，Li(1－x)CoO2中Co元素的化合价不发生变化
4．一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示，电解质为AlxCly离子液体，CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法错误的是( )
A．若CuS从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少
B．放电时电池负极的电极反应中，消耗1 mol Al的同时消耗7 mol AlCl
C．放电时，正极的电极反应为6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl
D．为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量AlCl3水溶液
5．我国科学家开发出了一种锌—一氧化氮电池系统，该电池同时具有合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是( )
A．电极电势：Zn/ZnO电极
Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
C．电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D．电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
6．某光电催化反应器如图所示，A 电极是 Pt/CNT，B 电极是 TiO2。通过光解水，可由CO2制得异丙醇[CH3CH(OH)CH3]。下列说法不正确的是( )
A．A 极是电池的正极
B．B极的电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．A 极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
D．每生成 30 g异丙醇转移的电子数目为9NA
7．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，关于铅蓄电池下列叙述正确的是 ( )
A．放电时正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．铅蓄电池放电时，外电路上有0.5 mol电子通过，则溶液中消耗的H2SO4为 0.25 mol
C．铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大
D．在完全放电后，可按图连接充电
8．下列原电池的电极反应式书写不正确的是( )
A．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液，正极反应式为
2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－
B．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，负极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
C.海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，其正极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
D．全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极常用掺有石墨烯的S8材料，已知电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx，则正极反应可为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
9．新一代锂二次电池体系和全固态锂二次电池体系是化学、物理等学科的基础理论研究与应用技术的前沿。
(1)Li－CuO二次电池的比能量高、工作温度宽。Li－CuO二次电池中，金属锂作________极。比能量是指消耗单位质量的电极所释放的电量，用来衡量电池的优劣，则Li、Na、Al分别作为电极时比能量由大到小的顺序为________。
(2)通过如下过程制备CuO：
CuCuSO4溶液
Cu2(OH)2CO3沉淀
CuO
“过程Ⅱ”产生Cu2(OH)2CO3的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)某种利用垃圾渗透液实现发电装置示意图如下，当该装置工作时，Y极发生的电极反应式为________________________________________________________________________。
(4)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图所示。电极A上CO参与的电极反应式为________。
(5)某种燃料电池的工作原理示意如图所示，a、b均为惰性电极。
①假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，则a极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
如果消耗甲醇160 g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为________(用NA表示)。
10．(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，理论上消耗Zn________ g(计算结果保留一位小数，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下图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
________________________________________________________________________。
学科素养升级练
1．中科院研究所报道了一种高压可充电碱－酸Zn－PbO2混合电池，电池采用阴、阳双隔膜完成离子循环(如图)，该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法正确的是( )
A．充电时，阳极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．电池工作时，a、d两极室电解质溶液pH都增大
C．离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．放电时，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质减少1 mol
2．最新研究的锌－铈液流电池具有储能高、污染小等优点，其工作原理如图所示，其中b电极为惰性材料，不参与电极反应。下列说法正确的是( )
A.放电时，电池外接负载，将储存在电解质溶液中的化学能转化为电能，其储能容量取决于电解液的容量和浓度
B．充电时，b极发生还原反应，电极反应式
Ce4＋e－===Ce3＋
C．充电时，当外电路中通过0.1 mol电子时，a极室中溶液的质量减少3.25 g
D．选择性离子交换膜应为质子交换膜，电池放电时H＋从b极室移向a极室
3．(1)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为正极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c上产生气泡；b、d相连，b质量减小，则四种金属的活动性由强到弱顺序为：__________。
(2)碱性锌锰干电池比普通锌锰电池的使用寿命长且性能高，其构造如图所示，电池反应为：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2，其中MnO2作________极，发生________反应，电极反应式为___________________________________。
(3)甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H＋)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：
①Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为________。
②电解质溶液中的H＋向________ (填“a”或“b”)极移动，电子流入的电极是________(填“a”或“b”)极。
③该电池工作时消耗11.2 L CH4(标准状况下)，则电路中通过________mol电子。
4．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：
(1)在酸性介质中，负极反应的物质为________，正极反应的物质为________，酸式电池的电极反应：负极：____________________________，正极：__________________________________。电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在碱性介质中，碱式电池的电极反应：
负极：___________________________________，
正极：___________________________________。
电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是________。
A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学
B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同
D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
(4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
①该电池放电时负极反应式为_______________________________
________________________________________________________________________。
②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol K2FeO4被还原。
③放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应为________________________________________________________________________。
④放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
第二课时 化学电源
必备知识基础练
1．答案：B
解析：原电池装置，是将化学能转化为电能的装置，故A正确；燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，但是在使用过程中还伴随着放出热量，能量转化率达不到100%，故B错误；人们日常使用的电能主要来自火力发电，故C正确；最早使用的锌锰干电池电解质溶液显酸性容易腐蚀锌皮，寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池，故D正确。
2．答案：B
解析：锌锰干电池含有重金属元素，不是绿色电池，A错误；①银锌纽扣电池和③锌锰干电池完全放电后均不能再使用，属于一次电池，B正确；①银锌纽扣电池完全放电后不能再使用，属于一次电池，C错误；燃料电池放电过程中会有一部分化学能转化为热能，D错误。
3．答案：D
解析：镁与氢氧化钠溶液不反应，铝能够与氢氧化钠溶液反应，装置Ⅰ中铝为负极，镁为正极，故A错误；铅蓄电池是二次电池，可以放电充电，故B错误；装置Ⅲ中的两个材料相同，都是Zn，不能构成原电池，故C错误；装置Ⅳ为干电池，锌为负极，碳棒为正极，工作时，原电池中电子由负极沿导线流向正极，因此电子由锌通过导线流向碳棒，故D正确；故选D。
4．答案：B
解析：锌锰干电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃烧电池，A正确；干电池工作时，电子从负极(Zn)经导线流向正极(石墨)，电子只在外电路中流动，不会从电解质中流过，B错误；铅蓄电池放电时负极反应为Pb(s)－2e－＋SO(aq)===PbSO4(s)，则每通过2 mol电子，负极质量增重1 mol SO的质量，即96 g，C正确；氢氧燃料电池中，氧气在正极得电子，结合电解质为碱性可知正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。
5．答案：D
解析：燃料电池中，通入燃料甲烷的电极失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，所以为负极，通入氧气的电极得电子发生还原反应，电极反应式为：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，所以为正极；所以电池反应式为：2O2＋CH4＋2OH－===CO＋3H2O，根据总反应式判断溶液的pH变化；由电子的流向，判断溶液中离子的移动方向。
燃料电池中，通入氧气的一极为正极，O2＋2H2O＋4e－===4OH－为正极反应式，负极反应式为：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，故A、B错误；由电池总反应2O2＋CH4＋2OH－===CO＋3H2O可知，氢氧根离子在消耗，反应生成水，则导致氢氧根离子的浓度降低，pH减小，故C错误；原电池放电时，阴离子移向负极，故D正确。
6．答案：A
解析：放电时，电解质溶液中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，故Na＋向正极移动，A项错误；电池放电时，钠箔做负极，碳纸为正极，电子在外电路中迁移方向是从负极流向正极，B项正确；放电时，钠箔发生的电极反应为：Na－e－===Na，若有0.1 mol e－通过导线，钠箔处就会消耗0.1 mol的钠，质量减轻2.3 g，C项正确；选项中电极反应式书写正确，D项正确。
7．答案：A
解析：甲中Zn更活泼作负极，Cu作正极，Zn2＋向正极方向移动，即向铜电极移动，电子由负极沿导线流向正极，但是不能在溶液中流动，故A错误；纽扣式银锌电池，Ag2O作正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B正确；锌锰干电池中，锌筒作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，失电子发生氧化反应，锌筒被消耗会变薄，故C正确；铅蓄电池放电总反应为PbO2＋2H2SO4＋Pb===2PbSO4＋2H2O，正负极都变为硫酸铅，质量都增大，故D正确。
8．答案：D
解析：根据总反应2H2＋O2===2H2O可知H2化合价升高，失去电子，发生氧化反应，在负极通入；O2的化合价降低，得到电子，发生还原反应，在正极通入。O2的化合价降低，得到电子，所以通O2 和 CO2的一极是电池的正极，A正确；该电池工作过程中，H2和O2不断减少，反应过程中生成CO2，所以需不断补充H2和O2，CO2可循环利用，B正确；O2在正极得到电子，发生还原反应，生成CO，所以正极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO，C正确；H2在负极失去电子，发生氧化反应，生成水，所以负极反应式为：H2－2e－＋CO===H2O＋CO2↑，D错误。
9．答案：A
解析：放电时，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故A正确；放电时，H＋向正极移动，故B错误；放电氢气在负极失去电子，发生氧化反应，NiOOH在正极得到电子，发生还原反应，故C错误；在反应中水是循环利用的，所以不需要补充水，故D错误。
10．答案：C
解析：该电池为Al－PbO2电池，从图中可知原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，消耗OH－，K＋向正极移动；正极PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，正极消耗氢离子和SO，阴离子向负极移动，则x是阳离子交换膜，y是阴离子交换膜，则M区为KOH，R区为K2SO4，N区为H2SO4。
由以上分析可知，原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，消耗OH－，K＋向正极移动，向R区移动，A错误；由以上分析可知，R区域K＋与SO不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，B错误；放电时候，原电池工作时负极发生Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，C正确；由正极电极反应式可知，每消耗0.1 mol PbO2时，电路中转移0.2 mol电子，D错误。
11．答案：D
解析：放电时，铝箔作正极，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，故A错误，D正确；放电时，电子从负极(铜箔)流向正极(铝箔)，负极生成锂离子，正极消耗锂离子，Li＋通过隔膜移向正极，使正极质量增加，故B、C错误。
12．答案：D
解析：电池工作时，锂失电子发生氧化反应，电极a为电池的负极，故A正确；a是负极、b是正极，外电路的电流方向是由电极b流向电极a，故B正确；电池工作时，b是正极，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，电极b上的反应式为：MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2，故C正确；锂能与水反应，所以不能用水代替电池中的混合有机溶剂，故D错误。
关键能力综合练
1．答案：C
解析：燃料电池左侧HCOO－转化为HCO，C元素被氧化，所以为负极，右侧Fe3＋被还原为Fe2＋，为正极；燃料电池右侧装置中Fe2＋再被氧气氧化为Fe3＋，循环使用。
据图可知左侧HCOO－被氧化为HCO，电解质溶液显碱性，所以电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，A正确；右侧储罐中Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，反应应在酸性环境下进行，同时生成硫酸钾，故A为H2SO4，B正确；根据电极反应式可知2 mol HCOO－参加反应时转移4 mol电子，所以消耗4 mol Fe3＋，C错误；该装置Fe3＋、Fe2＋循环转化，本质上O2为氧化剂，所以该电池放电的本质是将HCOOH与O2反应的化学能转化为电能，D正确。
2．答案：D
解析：由离子的氧化性强弱顺序可知，电池放电时，a为原电池的正极，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，b为负极，Cr2＋在负极失去电子发生氧化反应生成Cr3＋，电极反应式为Cr2＋－e－===Cr3＋。
由分析可知，a为原电池的正极，电子由b电极经负载流向a电极，A、B错误；由离子的氧化性强弱顺序可知，电池的总反应为Cr2＋与Fe3＋反应生成Cr3＋ 和Fe2＋，总反应方程式为Cr2＋＋Fe3＋===Cr3＋＋Fe2＋，故D正确。
3．答案：D
解析：N元素属于第二周期第ⅤA族元素，A正确；太阳能电池将太阳能转化为电能，B正确；根据原电池工作原理，Li＋从负极向正极迁移，故C正确；锂离子蓄电池的反应是LixC6＋Li(1－x)CoO2===LiCoO2＋6C(x＜1)，根据原电池的工作原理，负极反应式为LixC6－xe－―→xLi＋＋6C，正极反应式为Li(1－x)CoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，Co得电子，化合价降低，故D错误。
4．答案：D
解析：放电时，铝为负极，CuS@C为正极，铝被氧化生成Al2Cl，电极反应式为2Al＋14AlCl－6e－===8Al2Cl，正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，据此分析解题。
放电时，硫化铜所在的正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，反应后转化为硫化亚铜以及Al2S3和AlCl，化合价改变的只有Cu，故硫化铜从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少，A、C正确；由分析可知，放电时电池负极的电极反应为2Al＋14AlCl－6e－===8Al2Cl，则消耗1 mol Al的同时消耗7 mol AlCl，B正确；由分析可知，正极反应为：6CuS＋8Al2Cl＋6e－===3Cu2S＋Al2S3＋14AlCl，生成的Al2S3＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，一旦转化为Al(OH)3电池无法充电，且H2S有剧毒，则为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量Al2Cl离子液体，而不能是AlCl3水溶液，D错误。
5．答案：C
解析：Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；Zn/ZnO电极的反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，B正确；MoS2电极区消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会降低，C错误；电子流向：负极→负载→正极，D正确。
6．答案：D
解析：由装置图可知，二氧化碳、氢离子在A极分别得到电子转化为异丙醇和氢气，则A极是电池的正极，故A正确；水在B极失电子生成氢离子和氧气，电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故B正确；A极上同时发生H＋得电子被还原成H2，CO2得电子还原成异丙醇两个反应，选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应，故C正确；二氧化碳中的C为＋4价，而异丙醇中的C为－2价，生成1 mol异丙醇转移18 mol电子，但正极反应中除生成异丙醇外，还生成氢气，则每生成 30 g(0.5 mol)异丙醇，转移的电子数目大于9NA，故D错误。
7．答案：A
解析：放电时，电池的正极发生还原反应，故该电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，A正确；根据铅蓄电池放电时的总反应：PbO2＋2H2SO4＋Pb===2PbSO4＋2H2O可知反应中转移了2 mol电子，故当外电路上有0.5 mol电子通过，溶液中消耗的H2SO4为0.5 mol，B错误；根据铅蓄电池充、放电时的总反应：2PbSO4＋2H2OPbO2＋2H2SO4＋Pb可知，溶液的pH将减小，C错误；充电时，原电池的负极应连接外加直流电源的负极，D错误。
8．答案：C
解析：电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液时，Zn失电子作负极，K2FeO4作正极，发生还原反应；银锌电池反应原理为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其中Zn失电子，作负极，发生氧化反应；海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，其中Ag失电子，发生氧化反应，作负极；全固态锂硫电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx，其中Li失去电子，发生氧化反应，作负极，S8得到电子，作正极，发生还原反应。
由分析可知，K2FeO4作正极，发生还原反应，电极反应为2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－，A项正确，不符合题意；Zn失电子，作负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，B项正确，不符合题意；Ag失电子，发生氧化反应，作负极，负极的电极反应为：Ag＋Cl－－e－===AgCl，C项错误，符合题意；Li失去电子，发生氧化反应，作负极， S8得到电子，作正极，发生还原反应，正极的电极反应为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，D项正确，不符合题意。
9．答案：(1)负 Li＞Al＞Na (2)2Cu2＋＋2CO＋H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑ (3)2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－ (4)CO－2e－＋CO===2CO2 (5)O2＋4e－＋2H2O===4OH－ CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 30NA
解析：(1)Li为活泼金属，放电时被氧化，金属锂为负极；1 g Li可以转移mol电子，1 g Na可以转移mol电子，1 g Al可以转移mol电子，＞＞，所以比能量由大到小的顺序为Li＞Al＞Na；(2)根据流程可知过程Ⅱ中碳酸钠溶液和硫酸铜溶液反应得到Cu2(OH)2CO3，根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2Cu2＋＋2CO＋H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑；(3)据图可知该装置工作时，Y电极上NO得电子被还原为N2，电极反应式为2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－；(4)据图可知CO在电极A上被氧化，结合迁移到负极的CO生成CO2，电极反应式为CO－2e－＋CO===2CO2；(5)根据电子流向可知a为原电池负极，b为原电池正极；①氢氧燃料电池中，通入氧气的一极为正极，所以b电极上氧气被还原，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；②甲醇燃料电池中，通入甲醇的一极为负极，所以a电极上甲醇被氧化，电解质溶液显碱性，生成碳酸根，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；160 g甲醇的物质的量为＝5 mol，根据电极反应式可知转移30 mol电子，个数为30NA。
10．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(或NH4Cl) (3)从b到a CO＋O2－－2e－===CO2
解析：(1) ①根据电池装置，锌做负极，碳为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁，电极反应为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，通过的电子为，则理论消耗锌的质量为××65 g·mol－1＝0.2 g。②盐桥中阴离子向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平衡电荷、构成闭合回路的作用，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。③由图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的反应，电池中氢气失去电子，在负极上发生氧化反应，氮气得到电子在正极上发生还原反应，则正极反应为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气和氯化氢反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵。(3)根据图可知，一氧化碳和空气形成燃料电池，一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳，发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，所以一氧化碳所在极为负极，通入空气的一极为正极，原电池放电时电子从负极流向正极，阴离子向负极移动，所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。
学科素养升级练
1．答案：C
解析：放电时，d极为原电池正极，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，充电时，阳极反应与正极反应相反，即阳极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，故A错误；放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，则a极室电解质溶液pH减小、d极室电解质溶液pH增大，故B错误；该酸碱混合电池中，a极区电解质为KOH，b极区电解质为硫酸，放电时K＋通过离子交换膜b、SO通过离子交换膜c移向中间中性溶液中，则离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，故C正确；放电时每转移2 mol电子，则有2 mol K＋通过离子交换膜b、1 mol SO通过离子交换膜c移向中间中性溶液中生成1 mol K2SO4，所以中间K2SO4溶液中溶质增加1mol，故D错误；故选C。
2．答案：A
解析：放电时锌做负极，变成锌离子，正极是Ce4＋＋e－===Ce3＋，电池的总反应为：2Ce4＋＋Zn===Zn2＋＋2Ce3＋ 。充电时，a为阴极，锌离子变成锌单质，b为阳极，Ce3＋－e－===Ce4＋。
电池是将化学能变成电能，其储能容量取决于电解液的体积和浓度，A正确；锌为负极，则充电时，a为阴极，b电极为阳极，发生氧化反应，B错误；充电时，a极是锌离子变成锌单质，当外电路中通过0.1 mol电子时，a极室中溶液中有3.25 g锌离子变成锌单质，但溶液中有阳离子流入，故溶液的减少质量不是3.25 g，C错误；充电和放电过程中正极电解液和负极电解液不能混合，故加入氢离子平衡电荷，故为质子交换膜，电池放电时，从a极室移向b极室，D错误；故选A。
3．答案：(1)b＞a＞c＞d (2)正极 还原 MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ (3)①负极 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ ②b b ③4
解析：(1)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。一般负极是活泼金属，失去电子，质量减小，正极为不活泼金属，溶液中的H＋得到电子生成氢气。若a、b相连，a为正极，则b比a活泼；c、d相连，c为负极，则c比d活泼；a、c相连，c上产生气泡，则c为正极，a比c活泼；b、d相连，b质量减小，则b为负极，b比d活泼，则四种金属的活动性由强到弱顺序为b＞a＞c＞d。(2)碱性锌锰干电池的电池反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2，MnO2中Mn的化合价从＋4价降低到MnOOH中的＋3价，化合价降低，被还原，MnO2作正极，在碱性溶液中的电极反应式为：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－。(3)甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H＋)和水分子通过。该电池是将甲烷和氧气的燃烧反应的化学能转化为电能。通入甲烷的电极为负极，通入空气的电极为正极。①由以上分析可知，Pt(a)电极是电池的负极，甲烷失去电子生成二氧化碳，电极反应式为：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋。②在原电池中，阳离子移向正极，所以电解质溶液中的H＋向b极移动，电子从负极出发，流入正极，则电子流入的电极是b极。③该电池工作时消耗标准状况下11.2 L CH4即0.5 mol CH4，甲烷中碳元素的化合价从－4价升高到二氧化碳中的＋4价，1 mol CH4失去8 mol电子，则0.5 mol甲烷失去4 mol电子，即电路中通过4 mol电子。
4．答案：(1)H2 O2 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 变大 (2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 变小 (3) C (4)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 ②1 ③还原 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ ④正
解析：在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，失去电子，发生氧化反应；通入氧气或空气的电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，两个电极的反应式随电解质溶液的酸碱性的不同而不同，结合溶液中c(H＋)或c(OH－)的变化分析判断pH的变化，利用燃烧反应产生的物质分析对环境的影响。对于可充电电池，可根据放电时的反应方程式判断正负极电极反应式及电子转移情况。
(1)在酸式氢氧燃料电池中，在负极上由H2失电子生成H＋，负极的电极反应为：2H2－4e－===4H＋；在正极由O2得电子生成OH－，生成的OH－结合H＋生成水，正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O；总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，由于正、负极消耗与生成的H＋等量，所以H＋的总量不变，但水的总量增加，c(H＋)减小，故溶液的pH变大；(2)在碱性介质中，H2在负极失去电子生成H＋，H＋结合OH－生成水，故负极的电极反应式为：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；O2在正极得电子生成OH－，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，由于正、负极消耗与生成的OH－等量，所以OH－的总量不变，而水的总量增加，c(OH－)减小，故溶液的pH变小；(3)电解水获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；氢氧燃料电池产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为：H2－2e－===4H＋，H2－2e－＋2OH－===2H2O，可见电解质溶液的酸碱性不同，负极的电极反应式不相同，C错误；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式均为2H2＋O2===2H2O，D正确；(4)①放电时，负极上Zn失电子发生氧化反应，负极的电极反应式为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；②放电时，正极上1 mol K2FeO4得3 mol电子发生还原反应生成1 mol Fe(OH)3，所以每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原；③放电时，正极上FeO得到电子发生还原反应，正极的电极反应式为：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；④放电时，正极上发生反应：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，反应产生OH－，使附近溶液中c(OH－)增大，故正极附近溶液的碱性会增强。
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