第06讲 化学电源-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（鲁科选择性必修一）

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第06讲 化学电源
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课程标准
课标解读
1．了解化学电源的分类。
2．了解常见的化学电源及其工作原理。
3．了解化学电源的广泛使用及对环境的影响。
1．能从宏观与微观结合的视角对电池及其变化进行分类和表征。能运用相关的化学用语说明各类电池的有关变化，能分析电池中的物质变化和伴随发生的能量转化与电池结构之间的关系。
2．根据实验方案，独立完成氢氧燃料电池的实验，收集实验证据，能用数据、图标、符号等处理实验信息，基于现象进行分析并得出结论，交流自己的探究成果。
3．了解化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害，在实践中逐步形成保护环境的观念。
知识精讲

知识点01 化学电源的分类

【即学即练1】下列电池属于一次电池的是（ ）。
A．锌锰干电池 B．铅蓄电池 C．锂电池 D．氢氧燃料电池
【解析】选A。铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。
知识点02 常见电池
1．锌锰干电池
项目
酸性锌锰干电池
碱性锌锰干电池
电极
锌筒作负极，石墨作正极
电解质
氯化铵和氯化锌
氢氧化钾
电极反应
负极
Zn－2e－＝Zn2+
Zn+2OH－－2e－＝ZnO+H2O
正极
2NH+2e－＝2NH3+H2
MnO2+2H2O+2e－＝Mn（OH）2+2OH－
电池反应
Zn+2NH4Cl＝ZnCl2+2NH3+H2
Zn+MnO2+H2O＝ZnO+Mn（OH）2
2．铅蓄电池
（1）电极材料

（2）电解质溶液：30%H2SO4溶液
（3）电极反应和总反应

（4）特点：性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。
3．氢氧燃料电池
（1）电极反应及电池反应
项目
酸性燃料电池
碱性燃料电池
电极
石墨电极材料
电解质
磷酸等酸性溶液
KOH溶液
电极反应
负极
2H2－4e－＝4H+
2H2+4OH－－4e－＝4H2O
正极
O2+4H++4e－＝2H2O
O2+2H2O+4e－＝4OH－
电池反应
2H2+O2＝2H2O
（2）特点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。
【特别提醒】燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料（还原性气体或液体）和氧气分别在两极发生反应。
【即学即练2】下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ）。

A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【解析】选C。干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，故B正确；（3）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，故C错误；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏
能力拓展

考法01 二次电池
【典例1】（2022·广东省等级考）科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为：NaTi2（PO4）3+2e－+2Na+Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）。

A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
【解析】选C。由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－NaTi2（PO4）3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－NaTi2（PO4）3+2Na+，正极反应为Cl2+2e－2Cl－，反应后Na+和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3+2e－+2Na+Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol＝46g，故D错误。
【知识拓展】二次电池工作原理

1．二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。
2．当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。
3．阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变
（1）充电时，阳极变成正极，阴极变成负极
（2）放电时，正极变成阳极，负极变成阴极
考法02 燃料电池
【典例2】（2021·山东省等级考）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1molO2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【解析】选C。碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2N2+2H2O；偏二甲肼［（CH3）2NNH2］中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：（CH3）2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O。放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；根据上述分析可知，N2H4－O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；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mg，则甲醇、N2H4和（CH3）2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：×6、×4、×16，通过比较可知（CH3）2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误。
【知识拓展】燃料电池
1．燃料电池的电极材料
（1）可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂
（2）助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂
2．燃料电池电极反应的产物
（1）含碳燃料的氧化产物
正常产物
酸性
碱性
碳酸盐溶液
熔融碳酸盐
O2－
CO2
CO2
CO32－
HCO3－
CO2
CO32－
（2）含氮燃料的氧化产物：与环境无关，都是氮气
（3）氧气的还原产物
正常产物
酸性
碱性
中性
CO2
O2－
H2O
OH－
OH－
CO32－
3．常见燃料电池的电极反应式
（1）甲烷燃料电池的负极反应式
①酸性环境：CH4+2H2O－8e－CO2+8H+
②碱性环境：CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O
③熔融碳酸盐：CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O
④碳酸盐溶液：CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－
⑤熔融氧化物：CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O
（2）甲醇燃料电池的负极反应式
①酸性环境：CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+
②碱性环境：CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O
③熔融碳酸盐：CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O
④碳酸盐溶液：CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－
⑤熔融氧化物：CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O
（3）氢氧燃料电池的负极反应式
①酸性环境：H2－2e－2H+
②碱性环境：H2－2e－+2OH－2H2O
③熔融碳酸盐：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
④碳酸盐溶液：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
⑤熔融氧化物：H2－2e－+O2－2H2O
（4）肼燃料电池的负极反应式
①酸性环境：N2H4－4e－N2↑+4H+
②碱性环境：N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O
③熔融氧化物：N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O
（5）氧气在正极上的反应式
①酸性环境：4H++O2+4e－2H2O
②碱性环境：2H2O+O2+4e－4OH－
③中性环境：2H2O+O2+4e－4OH－
④熔融氧化物：O2+4e－2O2－
⑤有CO2存在：O2+4e－+2CO22CO32－
考法03 电极方程式的书写
【典例3】（1）（2021·河北省选择考）CO2在碱性介质中电还原为正丙醇（CH3CH2CH2OH）的电极反应方程式为________________________________________。
（2）（2021·湖南省选择考）利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。

阳极的电极反应式为____________________________。
（3）（2022·广东省等级考）Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O2的还原，发生的电极反应为_______________________________。
（4）（2022·湖南省等级考）利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为______________________。
【解析】（1）CO2在碱性条件下得电子生成CH3CH2CH2OH，根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式为：12CO2+18e－+4H2OCH3CH2CH2OH+9CO32－。（2）阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为：2NH3－6e－+6OH－N2+6H2O。（3）碱性溶液中，氢氧燃料电池正极发生还原反应，发生的电极反应为O2+4e－+2H2O4OH。（4）利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极上发生还原反应，阳极上水放电生成氧气和H+，H+通过质子交换膜迁移到阴极区参与反应，则阴极的电极反应式为2CO2+12e－+12H+C2H4+4H2O。
【答案】（1）12CO2+18e－+4H2OCH3CH2CH2OH+9CO32－
（2）2NH3－6e－+6OH－N2+6H2O
（3）O2+4e－+2H2O4OH－
（4）2CO2+12e－+12H+C2H4+4H2O
【知识拓展】电极反应式书写方法
1．一般电极反应式的书写

2．复杂电极反应式的书写
复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式
分层提分

题组A 基础过关练
1．（2021·金华高二检测）下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是（ ）。

A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次性电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【解析】选D。锌比铜活泼，活泼的锌为负极，故A错误；铅蓄电池是二次电池，可以放电充电，故B错误；燃料电池是氢气作负极性氧化反应，所以电池工作时氢气发生氧化反应，故C错误；原电池中电子由负极沿导线流向正极，所以电池工作时电子由锌通过导线流向碳棒，故D正确。
2．张明在超市看到一种电池外壳的纸层包装，印有如右图的文字。有关说法错误的是（ ）。

A．该电池是一次电池
B．电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极
C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D．此电池工作时，外电路中每通过0.2mol e－，锌的质量理论上减小3.25g
【解析】选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn＝Zn2++2e－，所以外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应减少6.5g，所以D项错。
3．（2021·曲靖高二检测）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．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：2H2O+2e－＝2OH－+H2↑
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中的氧化还原反应发生在金属铝和氢氧化钠之间，失电子的是金属铝，Al为负极，Mg是正极；③中金属铁在常温下遇浓硝酸钝化，Cu是负极，Fe是正极，A错误；②中的氧化还原反应发生在金属铝和氢氧化钠之间，失电子的是金属铝，Al为负极，Mg作为正极，正极的电极反应式为2H2O+2e－＝2OH－+H2↑，B正确；③中铜作负极发生氧化反应，所以铜失电子生成铜离子，即电极反应式为Cu－2e－＝Cu2+，C错误；铁、铜、氯化钠构成的原电池中，金属铁为负极，金属铜为正极，铁发生的是吸氧腐蚀，正极上是氧气得电子的过程，D错误。
4．（2022·湖南省等级考）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂－海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是（ ）。

A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e－2OH－+H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂－海水电池属于一次电池
【解析】选C。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，故B正确；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，故C错误；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
5．银锌纽扣电池，其电池的电池反应式为：Zn+Ag2O+H2O＝Zn（OH）2+2Ag。

下列说法不正确的是（ ）。
A．锌作负极
B．正极发生还原反应
C．电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn
D．负极的电极方程式为：Zn－2e－＝Zn2+
【解析】选D。Zn失电子发生氧化反应而作负极，故A正确；正极上Ag2O得电子发生还原反应，故B正确；原电池中电流从正极沿导线流向负极，该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极，所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn，故C正确；碱性条件下锌离子生成Zn（OH）2，所以负极反应式为Zn+2OH﹣﹣2e﹣＝Zn（OH）2，故D错误。
6．（2021·芜湖高二检测）LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（ ）。

A．b处通入H2
B．该装置将化学能最终转化为电能
C．通入H2的电极发生反应：2H2－4e－＝4H+
D．a处为电池负极，发生了氧化反应
【解析】选D。根据二极管的电子的流向，电子从a极流向b极，所以a是负极，b是正极，氢氧燃料电池中，氢气发生氧化反应，所以a极通入氢气，A错误；LED为发光的二极管，所以最终化学能转化为光能，B错误；电解质溶液为KOH溶液，所以氢气失去电子与氢氧根离子结合生成水，C错误；根据以上分析，a处为负极，发生氧化反应，D正确。
7．（2021·江苏省启东市高二上学期期末）金属（M）空气电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．金属M作电池正极
B．电解质是熔融的MO
C．电路中转移2mol电子，理论上约消耗空气56L
D．电池总反应为2M+O2+2H2O＝2M（OH）2
【解析】选D。从图中可以看出M失电子生成M2+，故M电极为原电池的负极，A错误；从图中可以看出，M2+离子和OH－离子可在两电极之间移动，说明电解质为熔融M（OH）2，B错误；阳极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－，电路中转移2mol电子，正极需要消耗氧气0.5mol，标准状况为11.2L，C错误；根据电池的正负极方程式可知，电池的总反应为2M+O2+2H2O＝2M（OH）2，D正确。
8．新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。

下列说法正确的是（ ）。
A．电极b为电池负极
B．电路中每流过4mol电子，正极消耗44.8LH2S
C．电极b上的电极反应为：O2+4e－+4H+＝2H2O
D．电极a上的电极反应为：2H2S+2O2－－4e－＝S2+2H2O
【解析】选D。由图中信息可知，该燃料电池的总反应为2H2S+O2＝2S+2H2O，该反应中硫化氢是还原剂、氧气是氧化剂。硫化氢通入到电极a，所以a电极是负极，发生的电极反应为2H2S+2O2－－4e－＝S2+2H2O；氧气通入到电极b，所以b电极是正极。该反应中电子转移数为4个电子，所以电路中每流过4mol电子，正极消耗1molO2，发生的电极反应为O2+4e－＝2O2－，综上所述，D正确。
9．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，右图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定．请回答：

（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是__________，在导线中电流流动方向为（用a、b表示）__________。
（2）负极的电极反应式为_______________，电极表面镀铂粉的原因为___________。
（3）关于该电池的说法错误的是__________。
A．氢气在负极发生氧化反应
B．供电时的总反应为：2H2+O2＝2H2O
C．产物为无污染的水，属于环境友好电池
D．燃料电池的能量转化率可达100%
（4）在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是____________________。

（5）下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a附近滴加一滴石蕊试液，现象是______________________________。

【解析】（1）该装置是把化学物质中的能力转化为电能，所以是化学能转变为电能；在原电池中，负极上失电子，正极上得电子，电子的流向是从负极流向正极，所以是 由a到b；（2）该反应中氢气失电子被氧化，氢气失电子生成氢离子，氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水，所以电极反应式为2H2+4OH－－4e－＝4H2O或H2+2OH－－2e－＝2H2O；电极表面镀铂粉，增大了电极单位面积吸附H2、O2的分子数，使反应物的浓度增大，反应物浓度增大，反应速率加快；（4）A氢气在负极上失电子发生氧化反应，故A正确；该装置的电池反应式为2H2+O2＝2H2O，所以供电时的总反应为：2H2+O2＝2H2O，故B正确；产物为无污染的水，属于环境友好电池，故C正确；燃料不可能完全燃烧，所以转化率不可能为100%，故D错误。（5）原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应。A选项电极材料相同，错误；B选项，符合原电池的构成条件，故B正确；C选项乙醇为非电解质，不能进行氧化还原反应，故C错误；D选项，符合原电池的构成条件，故D正确；E选项，符合原电池的构成条件，故E正确；F选项，不能形成闭合回路，故F错误。（5）石墨电极a为阴极，阴极氢离子放电生成氢气，溶液中产生OH－，石蕊试液遇到OH－变蓝色。
【答案】（1）化学能转变为电能；由b到a
（2）2H2+4OH－－4e－＝4H2O或H2+2OH－－2e－＝2H2O；增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率
（3）D （4）BDE（5）a电极附近呈蓝色
10．（2021•沈阳高二检测）已知：向FeCl2溶液中滴加稀硝酸，溶液颜色由浅绿色变为棕黄色。某同学用此反应设计了如图所示原电池。

（1）写出FeCl2与稀硝酸反应的离子方程式_________________________。
（2）图中电子流动方向为_____极到_____极（填“a”或“b”）。
（3）在乙烧杯中会观察到的现象为______________________________，写出乙烧杯中的电极反应方程式____________________。
（4）H+流向_____烧杯（填“甲”或“乙”），若一段时间内流向该烧杯的H+有0.05mol，则消耗Fe2+_____g。
（5）该装置存在的缺点是_________________________（写一点）。
【解析】（1）亚铁离子与稀硝酸反应生成NO、铁离子和水，则FeCl2与稀硝酸反应的离子方程式为：3Fe2++4H++NO3－＝3Fe3++NO↑+2H2O；（2）亚铁离子在负极上失电子，则a为负极，b为正极，原电池中电子从负极流向正极，即电子从a极流向b极；（3）b为正极，正极上硝酸根离子得电子生成NO，则正极反应式为：4H++NO3－+3e－＝NO↑+2H2O；乙烧杯中硝酸根离子得电子生成NO，NO遇到空气生成二氧化氮，所以生成的无色气体会变为红棕色；（4）原电池中，溶液中阳离子向正极移动，则H+流向乙烧杯，若一段时间内流向该烧杯的H+有0.05mol，则外电路中转移电子为0.05mol，负极电极反应为：Fe2+－e－＝Fe3+，则消耗Fe2+为0.05mol，其质量为0.05mol×56g/mol＝2.8g；（5）正极反应式为：4H++NO3－+3e－＝NO↑+2H2O，正极产物NO为有毒气体，会污染空气。
【答案】（1）3Fe2++4H++NO3－＝3Fe3++NO↑+2H2O
（2）a；b
（3）生成无色气体，遇到空气变红棕色；4H++NO3－+3e－＝NO↑+2H2O
（4）乙；2.8
（5）正极生成的NO会污染空气
题组B 能力提升练
1．（2021·四川省凉山州高二上学期期末检测）以下是中学化学常见的四个装置，下列关于这些装置说法正确的是（ ）。

A．装置甲在使用过程中，电池内部电子从Ag2O极通过隔板移向锌粉
B．装置乙在使用过程中，电池外壳会逐渐变薄，容易出现漏液
C．装置丙在使用过程中，电解质溶液的pH不会发生变化
D．装置丁电极b上发生的电极反应为：O2+2H2O+4e－＝4OH－
【解析】选B。装置甲为银锌原电池，电子只在外电路中移动，不会在电池内部移动，A错误；装置乙中锌筒为负极，Zn失去电子变成Zn2+，Zn不断反应，即外壳会逐渐变薄，容易出现漏液，B正确；装置丙在使用过程中，反应生成了水，电解质KOH溶液浓度降低，碱性减弱，pH变小，C错误；装置丁电极b上O2得到电子，与H+结合生成水，电极反应式为O2+4e－+4H+＝2H2O，D错误。
2．（2021•北京高二上学期期末）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，可以通过传感器显示。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+5O2－－8e－＝CO32－+2H2O
D．当固体电解质中有1mol O2－通过时，电子转移4mol
【解析】选C。该电池中a为负极，b为正极，电子从负极流向正极，所以电池外电路中电子由电极a流向电极b，故A错误；电极b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。选项中电荷不守恒，甲烷所在电极a为负极，电极反应为：CH4+5O2－－8e－＝CO32－+2H2O，故C正确；1mol O2得4mol电子生成2molO2－，故当固体电解质中有1mol O2－通过时，电子转移2mol，故D错误。
3．（2022·河南省商丘市高三11月联考）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．充电时，当有0.1mol e－通过导线时，则钠箔减重2.3g
D．充电时，碳纸与电源负极相连，电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑
【解析】选B。由图可知，放电时，钠箔为原电池的负极，钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，电极反应式为Na－e－＝Na+，碳纸为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－；充电时，钠箔与电源负极相连，做电解池的阴极，碳纸与电源正极相连，做电解池的阳极。放电时，阳离子向原电池的正极移动，则钠离子向正极移动，故A错误；放电时，电子由负极经导线流向正极，由分析可知，钠箔为原电池的负极，碳纸为正极，则放电时，电子由钠箔经导线流向碳纸，故B正确；由分析可知，充电时，钠箔与电源负极相连，做电解池的阴极，电极反应式为Na++e－＝Na，则当有0.1mol电子过导线时，则钠箔增重2.3g，故C错误；由分析可知，充电时，碳纸与电源正极相连，做电解池的阳极，故D错误。
4．我国科学家发明了制取H2O2的绿色方法，原理如图所示（已知：H2O2H++HO2－，Y膜为HO2－选择性交换膜）。下列说法错误的是（ ）。

A．b极上的电极反应为O2+H2O+2e－＝HO2－+OH－
B．X膜为选择性阳离子交换膜
C．电池工作时，a极室的pH不变
D．理论上，每生成1molH2O2，电路中转移4mol电子
【解析】选D。据图所知，a极通入氢气为负极，发生H2－2e－＝2H+，b极为负极，氧气得电子发生反应为O2+H2O+2e－＝HO2－+OH－，X膜为选择性阳离子交换膜，让进入中间，每生成1molH2O2电极上流过2mole－，据此分析。b为正极，氧气得电子，b极上的电极反应为O2+H2O+2e－＝HO2－+OH－，故A项正确；a极发生H2－2e－＝2H+，X膜为选择性阳离子交换膜，让H+进入中间，故B项正确；电池工作时，a极室产生的氢离子全部进入中间的产品室，所以pH不变，故C项正确；氧元素由0价变为－1价，每生成1molH2O2电极上流过2mole－，故D项错误。
5．（双选）（2021·启东高二检测）现以CO、O2、熔融盐Z（Na2CO3）组成的燃料电池，采用电解法处理CO同时制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2。下列说法不合理的是（ ）。

A．石墨Ⅰ是原电池的负极，发生氧化反应
B．甲池中的CO32－向石墨Ⅱ极移动
C．乙池中左端Pt极电极反应式：N2O4－2e－+2HNO32N2O5+2H+
D．若甲池消耗标准状况下的氧气2.24L，则乙池中产生氢气0.05mol
【解析】选BD。石墨Ⅰ电极上CO→CO2，碳元素化合价升高，发生氧化反应，石墨Ⅰ是原电池的负极，故A不选；甲池是原电池，阴离子移向负极，故CO32－向石墨Ⅰ极移动，故选B；乙池中左端Pt与原电池电源正极相连，为电解池阳极，电极反应式：N2O4－2e－+2HNO3＝2N2O5+2H+，故C不选；乙池的阴极反应为2H++2e－H2↑，若甲池消耗标准状况下的氧气2.24L，转移电子0.4mol，则乙池中产生氢气0.2mol，故选D。
6．（2021·徐州高二上学期期末检测）某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag+Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（ ）。

A．正极反应为AgCl+e－＝Ag+Cl－
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
【解析】选D。在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为：2Ag－2e－+2Cl－＝2AgCl，正极反应为：Cl2+2e－＝2Cl－，A项错误；由于电解质溶液中含有大量Cl－，故放电时，Ag+在交换膜左侧即与Cl－反应生成AgCl沉淀，B项错误；用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液有0.01molCl－参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01molH+通过阳离子交换膜进入右侧溶液，D项正确。
7．铁是一种廉价的金属，除了作为重要的结构材料外，现又有了新的用途。磷酸聚合物铁锂电池以其廉价、高容量和安全性逐渐占据市场。下图是高铁电池的实验装置：

已知放电后，两极反应均生成Fe的+3价的化合物。
（1）该电池放电时正极发生的电极反应是________________________；
（2）若该电池属于二次电池，则充电时阴极反应的电极反应方程式为：_______________________________________。
【解析】（1）FeO42－在正极得电子生成Fe3+，生成其电极反应式为：FeO42－+4H2O+3e－＝Fe（OH）3↓+5OH－；（2）充电时Fe（OH）3在阴极得电子生成Fe，其电极反应式为：Fe（OH）3+3e－＝Fe+3OH－。
【答案】（1）FeO42－+4H2O+3e－＝Fe（OH）3↓+5OH－
（2）Fe（OH）3+3e－＝Fe+3OH－
8．某同学查资料得知α－AgI是一种固体导体，导电率很高。他为了研究α－AgI究竟是Ag+导电还是I－导电，设计一个如下图所示（用铅蓄电池做电源）的电化学实验。已知铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。

（1）该电解池的阳极电极方程式____________________________，铅蓄电池的正极电极方程式____________________________________。
（2）若Ag+导电，α－AgI本身质量将_________（填不变、变大、或变小）。若I－导电，阳极附近的α－AgI晶体密度将会________（填不变、变大、或变小）。
（3）若通电一段时间后铅蓄电池中消耗了1mol H2SO4，则电解池的阴极增重的质量为____________g。
【解析】（2）若Ag+导电，则阳极反应式为：Ag－e－＝Ag+，阴极反应式为：Ag++e－＝Ag，相当于电镀，所以α－AgI本身质量将不变；若I－导电，则阳极反应式为：Ag－e－＝Ag+，溶液中的I－将移向阳极，使阳极附近α－AgI晶体的质量增大，所以密度将会增大。
【答案】（1）Ag－e－＝Ag+；PbO2+4H++SO42－+2e－＝PbSO4+2H2O
（2）不变，变大（3）108
题组C 培优拔尖练
1．钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷（可传导Na+）为电解质，其反应原理如下图所示：

下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时，电极A为负极
B．根据上表数据，该电池工作的适宜温度应控制在350～2050℃
C．充电时，Na+的移动方向为从电极B到电极A
D．充电时，总反应为Na2Sx＝2Na+xS（3＜x＜5），则阳极的电极反应式为Sx－2e－＝xS
【解析】选B。根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在放电时，阳离子Na+向B电极区移动，则B电极为正极，所以电极A为负极，A正确。在该熔融盐电池中，固体Al2O3陶瓷为电解质，Na为熔融状态，则根据上表数据可知Na的沸点是892℃，Al2O3熔点为2050℃，该电池工作的适宜温度应控制在892～2050℃，B错误。充电时，Na+向阴极移动，所以其移动方向为从电极B到电极A，C正确。充电时，Na+在阴极得到电子变为Na，Sx2－在阳极失去电子变为S单质，所以总反应为Na2Sx＝2Na+xS（3＜x＜5），D正确。
2．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）42－存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（ ）。

A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+＝Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+＝Zn（OH）42－+Mn2++2H2O
【解析】选A。根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－+4OH－＝Zn（OH）42－，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e－+4H+＝Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH－，生成Zn（OH）42－，Ⅱ区的SO42－向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；根据分析，Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e－+4H+＝Mn2++2H2O，C正确；电池的总反应为Zn+4OH－+MnO2+4H+＝Zn（OH）42－+Mn2++2H2O，D正确。
3．（2022·全国乙卷）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子（e－）和空穴（h+），驱动阴极反应（Li++e－＝Li）和阳极反应（Li2O2+2h+＝2Li++O2）对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）。

A．充电时，电池的总反应Li2O2＝2Li+O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2+2Li++2e－＝Li2O2
【解析】选C。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2＝2Li+O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li+O2＝Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e－＝Li2O2，D正确。
4．（双选）图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料电池，则下列说法正确的是（ ）。

A．图2电池放电过程中，Na+从正极区向负极区迁移
B．图2电池负极区的电极反应为BH4－―8e－+8OH－＝BO2－+6H2O
C．若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则铅笔芯C点处出现红色
D．若用KI淀粉溶液浸湿滤纸，用导线将a、b与A、B电极相连，铅笔芯C点处出现蓝色，则b接的是A电极
【解析】选BC。图2：在原电池中，电流由正极流向负极，要形成正电荷的闭合回路，则溶液中的阳离子要由负极移向正极，故A错误；在燃料电池中，燃料反应时要失电子，故燃料在负极（A电极）反应，B正确；此时图1构成原电池，锌板做负极：Zn－2e－＝Zn2+，铅笔芯做正极：O2+2H2O+4e－＝4OH－（发生吸氧腐蚀），酚酞遇碱变红，故C正确；是用NaBH4/H2O2燃料电池做外加电源，电解KI溶液，“铅笔芯C点处出现蓝色”即C点发生的反应是：2I－－2e－＝I2（发生了氧化反应），碘单质使淀粉变蓝，则说明b为阳极，“在电解池中，电解池的阳极应接外加电源的正极”，故应接B电极，D错误。
5．如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除A、B外，其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池，其工作原理为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，其两个电极的电极材料分别是PbO2和Pb。

闭合K，发现G电极附近的溶液变红，20min后，将K断开，此时C、D两极上产生的气体体积相同；据此回答：
（1）A电极的电极材料是______（填“PbO2”或“Pb”）。
（2）电解后，要使丙中溶液恢复到原来的浓度，需加入的物质是______（填化学式）。
（3）到20min时，电路中通过电子的物质的量为____________。
（4）0～20min，H电极上发生反应的电极反应式为________________________。
（5）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在C、D两极间连上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，则此时C电极为____________极，D电极上发生的电极反应式为：__________________________________________。
【解析】依据题干信息和图示可知，甲池是原电池做电源，发生的反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O；乙丙丁是电解池，闭合K，发现G电极附近的溶液变红，说明G电极是电解池的阴极，H是电解池的阳极；所以A为正极，B为负极；C电极为阴极，D为阳极；E电极为阴极，F为阳极；20min后，将K断开，此时C、D两极上产生的气体体积相同，C电极上发生的电极反应为：Cu2++2e－＝Cu；2H++2e－＝H2↑，D电极上发生的电极反应为：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。（1）A电极是铅蓄电池的正极，正极的电极材料是PbO2；（2）电解过程是电解水，要使丙硫酸铝溶液恢复到原来的浓度，需加入的物质是水；（3）20min后，将K断开，此时C、D两极上产生的气体体积相同，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，设生成氢气物质的量为x，则氧气物质的量为x，结合电极上电子守恒计算得到：C电极上发生的电极反应为：Cu2++2e－＝Cu；2H++2e－＝H2↑D电极上发生的电极反应为：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，4x＝2x+0.1×2，x＝0.1mol，所以电路中电子转移总数为0.4mol；（4）0～20min，H电极上发生反应的电极反应式为H是电解池的阳极，依据电子守恒先反应的是：2Cl－－2e－＝Cl2↑，Cl－物质的量为0.2mol，转移电子物质的量为0.2mol，溶液中电子转移总数为0.4mol，所以溶液中氢离子继续放电，电极反应为2H++2e－＝H2↑；（5）20min后将乙装置与其他装置断开，然后在C、D两极间连上灵敏电流计，发现电流计指针偏转，说明形成了原电池反应，电解时C电极上析出铜，断开连接形成原电池的负极，正极上是氢离子得到电子生成氢气；电极反应为：2H++2e－＝H2↑。
【答案】（1）PbO2（2）H2O（3）0.4mol
（4）2Cl－－2e－＝Cl2↑；2H++2e－＝H2↑
（5）负极；2H++2e－＝H2↑