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第29讲 原电池、化学电源 -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练
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【复习目标】
1．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
【知识精讲】
考点一 原电池原理
1．原电池的概念
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．原电池的构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨，燃料电池的两个电极可以相同)。
(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)，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．原电池的工作原理
如图是CuZn原电池装置：
【温馨提示】
①两装置的不同之处：
Ⅰ中还原剂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；
Ⅱ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长，电流效率高。
②盐桥的作用是使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
4．电极的判断
5．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。
【例题1】如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是( )
A．b极是电池的正极
B．甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯
C．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
D．电池的总反应离子方程式为MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
【答案】D
【解析】
由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应化学方程式为2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnOeq \\al(－,4)获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnOeq \\al(－,4)＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正确。
【例题2】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作负极，电极反应式为Mg—2e－+2OH－===Mg(OH)2↓
C．③中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】C
【解析】
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，Cu－2e－===2Cu2＋，A错误，C正确；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B错误；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
【例题3】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．b电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．溶液中OH－向电极b移动
C．NH3的还原产物为N2
D．电流方向：由a经外电路到b
【答案】A
【解析】
由图中信息可知，a电极上NH3失去电子生成N2，为负极，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；b电极作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；N2为氧化产物；OH－由b极移向a极；电流由b经外电路到a。故选A。
考点二 常见的化学电源
1．电池优劣的标准
一是看电池单位质量或体积输出的电能多少(比能量)或输出功率多少(比功率)，二是电池储存的时间长短。
2．一次电池——干电池
只能使用一次，放电后不能再充电复原继续使用。
(1)碱性锌锰电池
碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)银锌电池
银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．二次电池——充电电池或蓄电池
放电后可以再充电而反复使用。
(1)铅酸蓄电池
铅酸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＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极反应：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)；
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(2)锂离子电池
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为LixCy＋Li1－xCO2LiCO2＋Cy，其放电时电极反应式为
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2。
4．燃料电池
特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过80%。
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，其中电解质溶液可以是酸性的，也可以是碱性的。
注意：
①H＋在碱性环境中不存在；
②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；
③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
(2)燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
(3)燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；
②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；
③熔融氧化物；
④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
(4)燃料电池电极反应式书写的常用方法
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋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，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
第三步：电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
【例题4】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－
【答案】B
【解析】
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。
【例题5】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＋COeq \\al(2－,3)－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COeq \\al(2－,3)的物质的量将逐渐减少
C．正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．放电时COeq \\al(2－,3)向负极移动
【答案】D
【解析】
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===2COeq \\al(2－,3)，根据得失电子守恒，放电时负极消耗的COeq \\al(2－,3)与正极生成的COeq \\al(2－,3)的物质的量相等，电池中COeq \\al(2－,3)的物质的量不变，故B、C项错误；放电时阴离子向负极移动，故D项正确。
【例题6】书写不同环境下甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性条件
正极反应式：______________________________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________________________。
(2)碱性条件
正极反应式：______________________________________________________________；
负极反应式：______________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
正极反应式：_____________________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
正极反应式：_________________________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________________________。
【答案】
(1) 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
(3) 2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4) 2O2＋4CO2＋8e－===4COeq \\al(2－,3)
CH4＋4COeq \\al(2－,3)－8e－===5CO2＋2H2O
【归纳总结】
1．解答新型化学电源问题
(1)根据总反应方程式分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。
(2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。
(3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。
(4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。
2．分析可充电电池问题“三注意”
(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。
(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
【例题7】研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
【答案】B
【解析】
A.根据总反应：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，可知，Ag的化合价升高，被氧化，为原电池的负极，错误；
B.反应方程式中5MnO2得电子生成Na2Mn5O10，化合价共降低了2，所以每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子，正确；
C.在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，错误；
D.Ag的化合价升高，被氧化，AgCl是氧化产物，错误。
【真题演练】
1．（2022·辽宁·高考真题）某储能电池原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
【答案】A
【分析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。
【详解】
A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；
B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；
D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；
故选A。
2．（2022·广东·高考真题）科学家基于易溶于的性质，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： 。下列说法正确的是（ ）
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
【答案】C
【详解】
A．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；
B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；
C．放电时负极反应为，正极反应为，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；
D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1mlCl2，电极a质量理论上增加23g/ml2ml=46g，故D错误；
答案选C。
3．（2022·全国·高考真题）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电池(如图所示)。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(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
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
【答案】C
【分析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
【详解】
A．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；
B．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；
C．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；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
4．（2022·湖南·高考真题）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：
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
【答案】B
【分析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。
【详解】
A．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；
B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；
C．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，并能传导离子，故C正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；
答案选B。
5．（2022·全国·高考真题）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)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SO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)+Mn2++2H2O
【答案】A
【分析】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)，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SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
【详解】
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
6．（2022·浙江·高考真题）pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是（ ）
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1ml·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
【答案】C
【详解】
A． 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；
B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；
C．pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；
D． pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；
答案选C。
7．（2021·福建·高考真题）催化剂(Ⅱ)的应用，使电池的研究取得了新的进展。电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．电池可使用有机电解液
B．充电时，由正极向负极迁移
C．放电时，正极反应为
D．、、和C都是正极反应的中间产物
【答案】D
【详解】
A．Li是活泼金属能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，应使用有机电解液，故A正确；
B．充电时原电池的负极与电源负极相连作阴极，原电池的正极与电源正极相连作阳极，阳离子由阳极向阴极移动，则由正极（电池中标注“＋”，实际阳极）向负极（电池中标注“－”，实际阴极）迁移，故B正确；
C．由装置可知，该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质，电极反应式为：，故C正确；
D．由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，故D错误；
故选：D。
8．（2021·辽宁·高考真题）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，M电极反应为
B．放电时，由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为
【答案】B
【分析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi，据此分析解题。
【详解】
A．由分析可知，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；
B．由分析可知，放电时，M极为负极，N极为正极，故由M电极向N电极移动，B正确；
C．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；
D．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为，D错误；
故答案为：B。
9．（2021·浙江·高考真题）某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（ ）
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过电子时，薄膜电解质损失
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为
D．电池总反应可表示为
【答案】B
【分析】由题中信息可知，该电池充电时得电子成为Li嵌入电极A中，可知电极A在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极B是电池的正极。
【详解】
A．由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；
B．放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml 通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失，B说法不正确；
C．放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为，C说法正确；
D．电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成，正极上得到电子和变为，故电池总反应可表示为，D说法正确。
综上所述，相关说法不正确的是B，本题选B。
10．（2021·广东·高考真题）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ ）
A．负极上发生还原反应B．在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极D．将电能转化为化学能
【答案】B
【详解】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。
A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；
B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；
C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；
D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；
综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。
11．（2021·河北·高考真题）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（ ）
A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
【答案】D
【分析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。
【详解】
A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；
B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；
C．由分析可知，生成1ml超氧化钾时，消耗1ml氧气，两者的质量比值为1ml×71g/ml：1ml×32g/ml≈2.22：1，故C正确；
D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2ml水，转移2ml电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/ml=1.8g，故D错误；
故选D。
12．（2021·山东·高考真题）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1mlO2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
【答案】C
【分析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2=N2+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+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。
【详解】
A．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；
B．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；
C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：、、，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；
D．根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1mlO2生成的氮气的物质的量为1ml，在标准状况下为22.4L，D错误；
故选C。
13．（2021·湖南·高考真题）锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所：
下列说法错误的是（ ）
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【分析】由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e-=2Br-，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e-=Zn2+，溴离子进入左侧，左侧溴化锌溶液的浓度增加；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。
【详解】
A．由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；
B．由分析可知，放电时，溶液中有Zn2+与Br-生成，通过循环回路，左侧储液器中溴化锌的浓度增大，故B错误；
C．由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e-=Zn，故C正确；
D．由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确；
故选B。
14．（2021·浙江·高考真题）镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是（ ）
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
【答案】C
【分析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，据此分析作答。
【详解】
A．断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；
B．断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正确；
C．电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；
D．根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正确；
答案选C。
15．（2022·山东·高考真题）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（ ）
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【分析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
【详解】
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为C2++2e-=C，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A错误；
B．对于乙室，正极上LiCO2得到电子，被还原为C2+，同时得到Li+，其中的O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCO2+2e-+8H+=2Li++2C2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；
C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCO2+e-+4H+=Li++C2++2H2O，C错误；
D．若甲室C2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)= ；若乙室C2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确；
故合理选项是BD。
16．（2021·北京·高考真题）某小组实验验证“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应并测定其平衡常数。
(1)实验验证
实验I：将0.0100 ml/L Ag2SO4溶液与0.0400 m/L FeSO4溶液(pH=1)等体积混合，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。
实验II：向少量Ag粉中加入0.0100 ml/L Fe2(SO4)3溶液(pH=1)，固体完全溶解。
①取I中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag。现象是_____________。
②II中溶液选用Fe2(SO4)3，不选用Fe(NO3)3的原因是_____________。
综合上述实验，证实“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应。
③小组同学采用电化学装置从平衡移动角度进行验证。补全电化学装置示意图,写出操作及现象___________________。
(2)测定平衡常数
实验Ⅲ：一定温度下，待实验Ⅰ中反应达到平衡状态时，取v mL上层清液，用c1 ml/L KSCN标准溶液滴定Ag+，至出现稳定的浅红色时消耗KSCN标准溶液v1 mL。
资料：Ag++SCN-AgSCN↓（白色） K=1012
Fe3++SCN-FeSCN2+（红色） K=102.3
①滴定过程中Fe3+的作用是_____________。
②测得平衡常数K=_____________。
(3)思考问题
①取实验I的浊液测定c(Ag+)，会使所测K值_____________(填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。
②不用实验II中清液测定K的原因是_____________。
【答案】
(1)灰黑色固体溶解，产生红棕色气体 防止酸性条件下，氧化性氧化Fe2+干扰实验结果 a：铂/石墨电极，b：FeSO4 或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，c：AgNO3 溶液；操作和现象：闭合开关 K，Ag电极上固体逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同；或者闭合开关 K，Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转
(2)指示剂
(3)偏低 Ag完全反应，无法判断体系是否达到化学平衡状态
【分析】
(1)①由于Ag能与浓硝酸发生反应：Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2O，故当观察到的现象为灰黑色固体溶解，产生红棕色气体，即可证实灰黑色固体是Ag，故答案为：灰黑色固体溶解，产生红棕色气体。
②由于Fe(NO3)3溶液电离出将与溶液中的H+结合成由强氧化性的HNO3，能氧化Fe2+，而干扰实验，故实验II使用的是Fe2(SO4)3溶液，而不是Fe(NO3)3溶液，故答案为：防止酸性条件下，氧化性氧化Fe2+干扰实验结果。
③由装置图可知，利用原电池原理来证明反应Fe2++Ag+Ag+Fe3+为可逆反应，两电极反应为：Fe2+-e-Fe3+，Ag++e-Ag，故另一个电极必须是与Fe3+不反应的材料，可用石墨或者铂电极，左侧烧杯中电解质溶液必须含有Fe3+或者Fe2+，采用FeSO4或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，右侧烧杯中电解质溶液必须含有Ag+，故用AgNO3溶液，组装好仪器后，加入电解质溶液，闭合开关 K，装置产生电流，电流从哪边流入，指针则向哪个方向偏转，根据b中所加试剂的不同，电流方向可能不同，因此可能观察到的现象为：Ag电极逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，说明此时反应达到平衡，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同，表明平衡发生了移动；另一种现象为：Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，说明此时反应达到平衡，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转，表明平衡发生了移动，故答案为：a：铂/石墨电极，b：FeSO4或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，c：AgNO3溶液；操作和现象：闭合开关 K，Ag电极上固体逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同；或者闭合开关 K，Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转。
(2)①Fe3+与SCN-反应生成红色FeSCN2+，因Ag+与SCN-反应相较于Fe3+与SCN-反应更加容易及彻底，当溶液变为稳定浅红色，说明溶液中的Ag+恰好完全滴定，且溶液中Fe3+浓度不变，说明上述反应答案平衡，故溶液中Fe3+的作用是滴定反应的指示剂，故答案为：指示剂。
②取I中所得上清液vmL。用c1ml/L的KSCN溶液滴定，至溶液变为稳定浅红色时，消耗v1mL，已知：Ag++SCN-AgSCN，K=1012，说明反应几乎进行完全，故有I中上层清液中Ag+的浓度为：c(Ag+)=ml/L，根据平衡三段式进行计算如下：，故反应的平衡常数K== ，故答案为：指示剂；。
(3)①若取实验I所得浊液测定Ag+浓度，则浊液中还有Ag，因存在平衡Fe2++Ag+Ag+Fe3+，且随着反应Ag++SCN-AgSCN，使得上述平衡逆向移动，则测得平衡体系中的c(Ag+)偏大，即偏大，故所得到的K= 偏小，故答案为：偏小。
②由于实验II中Ag完全溶解，故无法判断体系是否达到化学平衡状态，因而不用实验II所得溶液进行测定并计算K，故答案为：Ag完全反应，无法判断体系是否达到化学平衡状态。
【课后精练】
第I卷（选择题）
1．（2022·广东惠州）下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【详解】
A．太阳能集热器是将太阳能转化为热能，A错误；
B．氢氧燃料电池是将化学能转化为电能的装置，B正确；
C．电饭煲是将电能转化为热能，C错误；
D．风力发电是将风能转化为电能，D错误；
故选B。
2．（2022·黑龙江·双鸭山一中）下列变化，是将化学能转化为电能的是（ ）
A．风力发电B．天然气燃烧
C．南孚电池放电D．电解氯化铜溶液
【答案】C
【详解】
A．风力发电是将风能转化为电能，A错误；
B．天然气燃烧时将化学能转化为热能，B错误；
C．电池放电时将化学能转化为电能，C正确；
D．电解氯化铜溶液是将电能转化为化学能，D错误；
故选C。
3．（2022·江西·景德镇一中）某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的催化还原，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）
A．电池工作过程中a极区附近溶液的增大
B．b极反应式：
C．电池工作过程中，电子由a极流向极
D．每生成标况下，则处理
【答案】A
【分析】由图可知，a极乙酸生成二氧化碳和氢离子，发生氧化反应为负极，反应为；b极转化为，发生还原反应，为正极，反应为；
【详解】
A．电池工作过程中a极区生成氢离子，溶液的减小，故A错误；
B．b极发生还原反应，电极式正确，故B正确；
C．电池工作过程中，电子由负极流向正极，由a极流向极，故C正确；
D．每生成标况下，二氧化碳的物质的量为1.5ml，转移电子6ml，根据电子守恒可知，处理，故D正确；
故选A。
4．（2022·江西·景德镇一中）用氟硼酸(HBF4属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为 ， 为可溶于水的强电解质，下列说法正确的是（ ）
A．充电时，当阳极质量减少23.9g时转移电子
B．放电时，电极附近溶液的增大
C．电子放电时，负极反应为
D．充电时，电极的电极反应式为
【答案】B
【分析】该二次电池放电时为原电池原理：Pb为负极，PbO2为正极；充电时为电解池原理，PbO2与电源正极相连，Pb与电源的负极相连。
【详解】
A．充电时阳极发生反应：产生1mlPbO2，转移电子2ml，阳极质量增重为：，故阳极增重23.9g时转移电子0.2ml，A错误；
B．放电时正极上发生还原反应：，消耗氢离子，故氢离子浓度减小，pH值增大，B正确；
C．放电时，负极上是Pb失去电子发生氧化反应：，C错误；
D．充电时，Pb电极和电源的负极相连，电极反应为：，D错误；
故选B。
5．（2022·江苏省响水中学）常温下，用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（ ）
A．滴加几滴溶液B．增大硫酸的浓度，用98%的浓硫酸
C．对该反应体系加热D．不用铁片，改用铁粉
【答案】B
【详解】
A．滴加几滴溶液，Fe能置换出Cu，形成原电池，反应速率加快，A项正确；
B．用98%的浓硫酸，Fe遇浓硫酸钝化，无氢气产生，B项错误；
C．给反应体系加热，反应速率加快，C项正确；
D．用铁片，改用铁粉，反应接触面积增大，反应速率加快，D项正确；
答案选B。
6．（2022·四川泸州·）2022年北京冬奥会体现了科技创新与艺术设计的完美融合。下列有关叙述正确的是（ ）
A．制作吉祥物“冰墩墩”使用的聚乙烯属于纯净物
B．国家速滑馆“冰丝带”使用的碲化镉光伏发电属于原电池原理
C．火炬“飞扬”的碳纤维外壳主要是耐高温的有机高分子材料
D．雾化机器人喷出的C1O2场馆消毒液是利用其强氧化性
【答案】D
【详解】
A．聚乙烯是由许多链节相同但聚合度不同的分子构成，属于混合物，A不正确；
B．碲化镉光伏发电是将光能转化为电能的装置，不是化学能转化为电能，不属于原电池原理，B不正确；
C．碳纤维主要是耐高温的碳单质，不属于有机高分子材料，C不正确；
D．C1O2具有强氧化性，能使蛋白质变性，所以可杀死细菌，D正确；
故选D。
7．（2022·江苏省响水中学）下列关于金属的电化学腐蚀的叙述正确的是（ ）
A．生铁抗腐蚀能力比纯铁强
B．海边的钢铁船闸门比内陆淡水河内的更耐腐蚀
C．镀层破损后，马口铁比白铁皮更易被腐蚀
D．通常在海轮外壳上连接铜块防止钢铁腐蚀
【答案】C
【详解】
A．生铁中含有碳粒，能与铁形成原电池，腐蚀速度加快，故生铁抗腐蚀能力比纯铁差，A项错误；
B．海水中含有的电解质多，海边的钢铁船闸门比内陆淡水河内的更易形成原电池，在海水中钢铁腐蚀速度更快，B项错误；
C．马口铁表面镀锡，镀层破损后，Fe比Sn活泼，铁作负极，腐蚀速度加快，白铁皮表面镀Zn，Zn比Fe活泼，镀层破损后，Zn作负极，Fe作正极被保护，马口铁比白铁皮更易被腐蚀，C项正确；
D．在海轮外壳上连接铜块，Fe比Cu活泼，Fe作负极会导致Fe腐蚀速度加快，应在海轮外壳上连接Zn块防腐蚀，D项错误；
答案选C。
8．（2022·吉林·农安县教师进修学校）有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c
【答案】C
【详解】装置一：形成原电池，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a＞b；
装置二：未形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b＞c；
装置三：形成原电池，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d＞c；
装置四：形成原电池，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d＞a；
所以这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c；
故选：C。
9．（2022·山东·济宁市兖州区第一中学）下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ）
①构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
②原电池是化学能转变为电能的装置
③在原电池中，电子流入的一极是正极，该电极被还原
④原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
⑤原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动
⑥电子经溶液从负极流向正极
A．①②⑥B．②③C．②D．②⑥
【答案】B
【详解】
①构成原电池的某一极电极材料可以是非金属材料，如石墨，错误；
②原电池是化学能转变为电能的装置，正确；
③在原电池中，电子从负极流出，故电子流入的一极是正极，该电极被还原，正确；
④原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，错误；
⑤原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，错误；
⑥电子不能在电解质溶液中流动，只能沿导线移动，错误；
故选B。
10．（2022·辽宁·抚顺县高级中学校）锌-空气电池(如图所示)是金属空气电池的一种，电解质溶液为KOH溶液。下列说法不正确的（ ）
A．工作时正极发生的反应是O2+4e－+2H2O＝4OH－
B．正极区溶液的pH减小，负极区溶液的pH增大
C．电池的总反应为
D．电池工作时，电子流动方向：Zn电极→导线→石墨电极
【答案】B
【分析】Zn比C活泼，则锌－空气电池中，Zn电极作负极、石墨电极作正极，正极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，负极反应式为Zn+4OH――2e－＝，所以电池的总反应为，放电时电子由负极经过导线流向正极，据此解答该题。
【详解】
A．该电池中，通入空气的石墨电极作正极，溶液为碱性环境，正极反应为O2+4e－+2H2O＝4OH－，故A正确；
B．正极反应为O2+4e－+2H2O＝4OH－，负极反应为Zn+4OH――2e－＝，则正极区溶液的pH增大，负极区溶液的pH减小，故B错误；
C．根据以上分析可知电池的总反应为，故C正确；
D．电池工作时，电子由负极经过导线流向正极，即外电路电子流动方向：Zn电极→导线→石墨电极，故D正确；
故选B。
11．（2022·贵州遵义·高三开学考试）某实验小组用铜和溶液来制备溶液，同时获得电能，装置如图所示，其中M、N为电解质，下列说法正确的是（ ）
A．电极A为铜
B．a为阴离子交换膜，电解质N为
C．理论上每生成1mlN时会消耗1mlM
D．当B电极质量减少6.4克，则N溶液质量增加6.4克
【答案】B
【分析】用铜和溶液来制备溶液，同时获得电能，该装置为原电池装置，铜为负极，即B电极为Cu，电解质溶液N为CuCl2溶液，氯化铁溶液在正极得电子，M溶液为氯化铁溶液。
【详解】
A．根据分析，B电极为铜，A错误；
B．负极铜失去电子生成铜离子，氯离子通过a膜迁移至负极区，a为阴离子交换膜，B正确；
C．理论生成1mlCuCl2时，铜失去2ml电子，则Fe3+得2ml电子，消耗2mlFeCl3，C错误；
D．当B电极质量减少6.4克，转移电子的物质的量为，正极Fe3+得0.2ml电子生成0.2ml Fe2+，同时0.2mlCl-迁移至负极区，溶液质量减少，D错误；
故选B。
12．（2022·广东广州·模拟预测）近日“宁德时代”宜布2023年实现钠离子电池产业化，钠离子电池以其低成本、高安全性及其位优异电化学属性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其充放电过程是在正负极间的镶嵌与脱嵌。下列说法不正确的是（ ）
A．放电时负极区钠单质失去电子
B．充电时由“B极”向“A极”移动
C．由于未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低
D．该电池一种正极材料为，充电时的电极反应为：
【答案】A
【分析】由电子的流向知，充电时A极为负极，B极为正极；充电时A极为阴极，B极为阳极。
【详解】
A．该电池充放电过程是 Na+ 在正负极间的镶嵌与脱嵌，不存在钠单质的失电子，A错误；
B．充电时阳离子从阳极向阴极移动，即Na+ 由B极向A极移动，B正确；
C．稀缺的锂钴元素的价格比锂更高，该电池未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低，C正确；
D．充电时正极得电子，电极反应为： ，D正确；
故选A。
13．（2022·广东·高三开学考试）海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，以海水为电解质溶液，没有怕压部件，在海洋中任何深度都可以正常工作，研究前景广，下列说法不正确的是（ ）
A．海洋电池可用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电
B．该电池总反应为
C．该电池工作时，电能转化成化学能
D．铝板在空气中不易被腐蚀，可以长期储存
【答案】C
【详解】
A．海洋电池装置简单，可用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电，A正确；
B．该电池正极上得电子生成，负极上Al失电子生成，遇反应生成，则总反应为，B正确；
C．该电池工作时，化学能转化为电能，C错误；
D．在空气中铝板表面会形成致密的氧化膜，保护铝不继续被氧化，D正确；
故选C。
14．（2022·山西·芮城中学）利用和的反应，在溶液中用铂作电极可以构成原电池。下列说法正确的是：（ ）
①每消耗1ml可以向外电路提供8ml e-
②在负极上获得电子，电极反应式为：O2+4e－+2H2O＝4OH－
③外电路电子由负极流向正极，内电路电子由正极流向负极
④电池放电过程中，溶液的碱性逐渐减弱
⑤负极发生氧化反应，正极发生还原反应
⑥负极附近会出现淡蓝色火焰
A．①④⑤B．①②⑤C．②③⑤D．②⑤⑥
【答案】A
【分析】碱性甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4+10OH－-8e－＝CO+7H2O，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此解答。
【详解】
①通入CH4的电极为负极，电极反应为：CH4+10OH－-8e－＝CO+7H2O，每消耗1mlCH4可以向外电路提供8mle－，故①正确；
②在正极上O2获得电子，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，故②错误；
③外电路电子由负极流向正极，内电路电子不能流动，故③错误；
④电池反应式为：CH4+2OH－+2O2＝CO+3H2O，随着反应的进行，溶液中氢氧根离子不断减少，溶液pH不断减小，故④正确；
⑤负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故⑤正确；
⑥负极附近不可能看到燃烧的现象，故不会出现淡蓝色火焰，故⑥错误。
故选A。
15．（2022·陕西西安）已知铅蓄电池放电过程的总反应为。下列关于铅蓄电池的说法正确的是（ ）
A．Pb为正极，PbO2为负极
B．正极的电极反应式为
C．硫酸溶液中，H+移向负极
D．放电一段时间后，浓度减小
【答案】D
【详解】
A．由铅蓄电池的总反应PbO2+2H2SO4+Pb═2PbSO4+2H2O可知，放电时，Pb失电子被氧化、PbO2得电子被还原，则Pb为负极、PbO2为正极，故A错误；
B．正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2++2e-+4H+═PbSO4+2H2O，故B错误；
C．原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以H+移向正极，故C错误；
D．电池反应中消耗H2SO4生成PbSO4和H2O，则浓度减小，故D正确；
故选：D。
16．（2022·辽宁营口）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．图甲：向电极方向移动，电极附近溶液中浓度增大
B．图乙：正极的电极反应式为
C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．图丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减小
【答案】A
【详解】
A．图甲为Zn、Cu、H2SO4溶液构成的原电池，锌为负极，铜为正极，溶液中的阴离子向负极移动，在Cu电极上氢离子得到电子生成氢气，故向Zn电极方向移动，电极附近溶液中浓度减小，故A错误；
B．锌为负极，电解质溶液为碱性溶液，所以正极的电极反应式为，故B正确；
C．锌筒作负极，失电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，锌筒会变薄，故C正确；
D．电池放电过程中，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，消耗硫酸，硫酸浓度不断减小，故D正确；
答案选A。
第II卷（非选择题）
17．（2022·山西·芮城中学）请回答下列问题。
(1)从断键和成键的角度分析反应中2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的能量变化，化学键的键能如下表所示：
则生成1ml H2O(g)可以放出的热量为：_____________。
(2)现有如下两个反应：①NaOH+HCl=NaCl+H2O；②Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑两反应中为放热反应的是_______(填序号，下同)，能设计成原电池的是_____________。
(3)Mg、Al设计成如图所示原电池装置：
①若X为盐酸，Mg为_______极。
②若X为氢氧化钠溶液，负极的电极反应式为_____________。
(4)如图是氢氧燃料电池构造示意图：
该电池工作时，电子的流向为_______(填“a→b“或“b→a”)，正极的电极反应为_______。
(5)若将上图中a极充入CH3OH，电解质溶液换为KOH溶液，则该电极上发生的电极反应方程式为_____________，溶液中OH—移向_______极(填“a”或“b”) 。
【答案】
(1)242kJ
(2)①② ②
(3)负 Al－3e－+4OH－＝AlO+2H2O
(4)a→b O2+4e－+4H＋＝2H2O
(5)CH3OH－6e－+8OH－＝CO+6H2O a
【解析】
（1）断键吸热，形成化学键放热，因此生成2ml水放出的热量是2×2×463kJ－496kJ－2×436kJ＝484kJ，则生成1ml H2O(g)可以放出的热量为242kJ。
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的能量变化，化学键的键能如下表所示：
（2）中和反应、金属和酸的反应是放热反应，因此反应①和②均是放热反应；能设计成原电池的反应必须是氧化还原反应，反应①是中和反应，不是氧化还原反应，不能设计成原电池，反应②是氧化还原反应，可以设计成原电池。
（3）①若X为盐酸，金属性镁强于铝，则Mg为负极。
②若X为氢氧化钠溶液，由于铝和氢氧化钠溶液反应，则铝是负极，则负极的电极反应式为Al－3e－+4OH－＝AlO+2H2O。
（4）通入氢气的电极是负极，发生失去电子的氧化反应，通入氧气的电极是正极，发生得到电子的还原反应，因此该电池工作时，电子的流向为a→b；正极的电极反应为O2+4e－+4H＋＝2H2O。
（5）若将上图中a极充入CH3OH，电解质溶液换为KOH溶液，则该电极上发生的电极反应方程式为CH3OH－6e－+8OH－＝CO+6H2O，原电池中阴离子向负极移动，则溶液中OH—移向a极。
18．（2022·辽宁·凌源市实验中学）常温常压下肼(N2H4)是一种易溶于水的无色油状液体，具有强还原性，在工业生产中有广泛应用。
(1)发射卫星时，可用肼作燃料，NO2作氧化剂，当12.8g气态肼和NO2完全反应生成氮气和水蒸气时，放出227.14kJ的热量，则该反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为_______，1ml气态肼参与该反应，放出的热量为_______。
(2)液态肼、空气、KOH溶液构成的燃料电池的装置如图所示。
①a电极的电极反应式为_______。
②不考虑溶解等损失，当电池中消耗12.8g液态肼，需通入标准状况下空气（假设空气中氧气的体积分数为20%）的体积约为_______。
(3)向1 L的恒容容器中加入0.1ml液态肼，在303K、Pt催化下发生反应N2H4(l) N2(g)＋2H2(g)。测得容器中 随时间的变化情况如图所示。
①下列能表明该反应达到平衡状态的是_______(填字母序号)。
a.相同时间内，断裂4 ml N—H键的同时，断裂1 ml N≡N键
b.容器内气体的密度不再变化
c.容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化
d.容器内n(N2H4)：n(N2)：n(H2)=1：1：2
e.容器内混合气体的压强不再变化
②为加快液态肼的分解速率，下列可采取的措施为_______(填字母序号)。
a.升高温度 b.将容器的体积压缩至0.5 L c.向容器中再加入0.1ml液态肼 d.移走生成的H2 e.充入0.1mlHe，使容器压强增大
③4min时，若改变条件使2v正(N2)>v逆(H2)，则平衡被打破，反应_______(填“正”或“逆”)向进行。
④0~4min内用H2表示的平均反应速率为_______。
【答案】
(1)2：1 567.85kJ
(2)N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 44.8L
(3)abe a 正 0.025ml/(L∙min)
【解析】
（1）N2H4与NO2完全反应生成N2和H2O(g)，反应的化学方程式为2N2H4+2NO2=3N2+4H2O(g)，反应中N元素的化合价由N2H4中的-2价升至N2中的0价，1mlN2H4失去4ml电子生成氧化产物N2为1ml，N元素的化合价由NO2中的+4价降至N2中的0价，1mlNO2得到4ml电子生成还原产物N2为0.5ml，根据得失电子守恒，氧化产物与还原产物物质的量之比为2：1；12.8gN2H4的物质的量为=0.4ml，12.8g气态肼和NO2完全反应生成氮气和水蒸气时，放出227.14kJ的热量，则1ml气态肼参与该反应，放出的热量为=567.85kJ；答案：2：1；567.85kJ。
（2）a电极上N2H4发生失电子的氧化反应生成N2，a电极为负极，b电极为正极；①a电极上N2H4发生失电子的氧化反应生成N2，电解质溶液为KOH溶液，则a电极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；答案为：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O。②12.8gN2H4的物质的量为=0.4ml，a电极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，b电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据正负极得失电子相等，消耗O2物质的量为0.4ml，标准状况下O2的体积为0.4ml×22.4L/ml=8.96L，空气的体积约为=44.8L；答案为：44.8L。
（3）①a．相同时间内断裂4mlN—H键的同时、断裂1mlN≡N键，说明正、逆反应速率相等，能表明反应达到平衡状态，a项选；b．建立平衡的过程中气体的总质量增大，该容器为恒容容器，容器内气体的密度增大，则容器内气体的密度不再变化能表明反应达到平衡状态，b项选；c．N2H4呈液态，建立平衡的过程中N2与H2物质的量之比始终为1：2，混合气体的平均相对分子质量始终为28×+2×=，容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化不能表明反应达到平衡状态，c项不选；d．达到平衡时各物质的物质的量保持不变，但不一定等于化学计量数之比，故容器内n(N2H4)：n(N2)：n(H2)=1：1：2时反应不一定达到平衡状态，d项不选；e．建立平衡的过程中气体总物质的量增大，在恒温恒容容器中，混合气体的压强增大，故容器内混合气体的压强不再变化能表明反应达到平衡状态，e项选；答案选abe。②a．升高温度，能增大活化分子百分数，能加快液态肼的分解速率，a项可采取；b．由于肼呈液态，将容器的体积压缩至0.5L，对液态肼的分解速率无影响，b项不采取；c．由于肼呈液态，向容器中再加入0.1ml液态肼，增大纯液体的量，对液态肼的分解速率无影响，c项不采取；d．移走生成的H2，肼的分解速率瞬时不变、后减小，d项不采取；e．由于肼呈液态，充入0.1mlHe，使容器压强增大，对液态肼的分解速率无影响，e项不采取；答案选a。③4min时，若改变条件使2v正(N2)＞v逆(H2)，即用同一物质表示的正反应速率大于逆反应速率，则反应正向进行；答案为：正。④设0~4min内生成H2物质的量为xml，则消耗N2H4的物质的量为0.5xml、生成N2物质的量为0.5xml，根据图像，4min时=3.0，则=3.0，解得x=0.1，0~4min内用H2表示的平均反应速率为=0.025ml/(L∙min)；答案为：0.025ml/(L∙min)。
19．（2022·湖南）2021年6月17日，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F摇十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心发射。该运载火箭推进物分为偏二甲基肼()，四氧化二氮和液氢、液氧两种。
(1)氨热分解法制氢气，相关化学键的键能数据如下表所示：
由以上数据可求得___________。
(2)在、条件下，和的摩尔热容分别为29.1，28.9和(已知：摩尔热容是指单位物质的量的某种物质升高单位温度所需的热量)。合成的能量随温度T的变化示意图合理的是___________。
A．B．
C．D．
(3)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一、反应器中存在如下反应：
ⅰ．
ⅱ．
ⅲ．
ⅳ．
ⅳ为积炭反应，利用和，可计算___________。
(4)液态偏二甲基肼与足量液态四氧化二氮完全反应生成和，放出的热量，写出上述反应的热化学方程式_________________。
(5)对和反应的说法正确的是___________(填字母)。
A．偏二甲肼是比液氢更环保的燃料
B．即是氧化产物，又是还原产物
C．偏二甲基肼的燃烧热为
D．偏二甲肼在四氧化二氮中的燃烧是放热反应
(6)如图为甲烷燃料电池
①下列有关说法正确的是___________(填字母)。
A．燃料电池将电能转变为化学能
B．负极的电极反应式为
C．正极的电极反应式为
D．通入甲烷的电极发生还原反应
②当消耗甲烷(标准状况下)时，假设电池的能量转化效率为80%，则导线中转移的电子的物质的量为___________。
【答案】
(1)
(2)C
(3)
(4)
(5)BD
(6)B 9.6
【解析】
(1)反应热与反应物的键能之和与生成物的键能之和的差值相等，则氨气发生分解反应生成氮气和氢气的焓变为△H=(390.8kJ/ml×3×2)—(946.0 kJ/ml+ 436.0 kJ/ml×3)=+90.8 kJ/ml，故答案为：+90.8 kJ/ml；
(2)合成氨反应为反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，由题给摩尔热容可知，升高温度，反应物的摩尔热容变化量大于生成物的变化量，则图C能正确表示合成氨反应的能量随温度T的变化，故选C；
(3)由盖斯定律可知，反应ⅰ+ⅱ—ⅲ得到反应ⅳ，则ΔH4=ΔH1+ΔH2—ΔH3，故答案为：ΔH1+ΔH2—ΔH3；
(4)由3.0g液态偏二甲基肼与足量液态四氧化二氮完全反应生成氮气、水蒸气和二氧化碳放出112.5kJ的热量可知，反应ΔH=—=—2250kJ/ml，反应的热化学方程式为，故答案为：；
(5)A．液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮完全反应生成氮气、水蒸气和二氧化碳，氢气在氧气中燃烧生成水，所得产物唯一且无污染，所以液氢是比偏二甲肼更环保的燃料，故A错误；
B．由方程式可知，反应中偏二甲基肼中氮元素的化合价升高被氧化，四氧化二氮中氮元素的化合价降低被还原，则氮气即是反应的氧化产物，又是反应的还原产物，故B正确；
C．偏二甲基肼的燃烧热为1ml偏二甲基肼在氧气中燃烧生成稳定化合物所放出的热量，由液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮的反应放出的热量无法计算偏二甲基肼的燃烧热，故C错误；
D．由(4)可知，液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮的反应为放热反应，故D正确；
故选BD；
(6)①A．燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故A错误；
B．由图可知，通入甲烷的电极为负极，碱性条件下，甲烷做负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4+10OH——8e—=CO+7H2O，故B正确；
C．由图可知，通入氧气的电极为正极，在水分子作用下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—，故C错误；
D．由图可知，通入甲烷的电极为负极，碱性条件下，甲烷做负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，故D错误；
故选B；
②由标准状况下，消耗33.6L甲烷时，电池的能量转化效率为80%可知，导线中转移的电子的物质的量为×8×80%=9.6，故答案为：9.6。
20．（2022·湖南省临湘市教研室）学习化学反应原理能够指导促进人类生活质量的提高。
(1)氢气是最理想的能源。氢气完全燃烧放出热量，其中断裂键吸收，断裂键吸收，则形成键放出热量_______。
(2)反应中能量变化如图所示。该反应_______(填“放出”或“吸收”)_______的热量。
(3)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某兴趣小组拟将刻蚀电路板的反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_______，当线路中转移电子时，则被腐蚀铜的质量为_______g。
(4)目前，氢氧燃料电池得到了广泛的应用，其反应原理示意图如图。
①a为燃料电池的_______(填“正”或“负”)极。
②该电池的总反应为_______。
【答案】
(1)463.6
(2)放出 183
(3) 12.8
(4)负
【解析】
(1)已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ，则2ml氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量484kJ，化学反应放出的热量=新键生成释放的能量-旧键断裂吸收的能量，设水蒸气中1ml H-O键形成时放出热量xkJ，根据方程式：，则：486.6kJ=4xkJ-(436kJ×2+496kJ)，解得x=463.6，故答案为：463.6；
(2)图中数值分析计算得到反应的焓变△H=436kJ/ml+243kJ/ml-431kJ/ml×2=-183kJ/ml，反应为放热反应，故答案为：放出；183；
(3)将刻蚀电路板的反应2FeCl3+Cu═2FeCl2+CuCl2设计成原电池，反应中Cu失电子发生氧化反应，则负极所用电极材料为Cu，电解质溶液为氯化铁溶液，1mlCu反应，电子转移2ml，当线路中转移0.4ml电子时，则被腐蚀铜的物质的量0.4ml×0.5=0.2ml，质量=0.2ml×64g/ml=12.8g，故答案为：Cu；12.8；
(4)氢氧燃料电池的反应原理示意图分析可知，通入氢气的电极为原电池负极，电极反应为：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入氧气的电极为原电池正极，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，
①分析可知a为燃料电池的负极，故答案为：负；
②该电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，故答案为：2H2+O2=2H2O。
21．（2022·河北邢台）能源是国民经济发展的重要基础。请根据所学知识回答下列问题：
Ⅰ.火箭推进器中装有还原剂肼和强氧化剂过氧化氢，当它们混合时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热。已知0.4ml液态肼与足量液态过氧化氢反应，生成氮气和水蒸气，放出256.4kJ的热量。
(1)肼的结构式为_______，过氧化氢的电子式为_______。
(2)写出反应的热化学方程式：_____________。
(3)已知 ，则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是_______kJ。
(4)上述反应用于火箭推进器，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是_______。
Ⅱ.氨气是一种重要的化学物质，可用于制取化肥和硝酸等。合成氨原料中的可用CO在高温下与水蒸气反应制得。已知：在25℃、101kPa下，
①2C(石墨，s)
②
③C(石墨，s)
(5)25℃、101kPa下，CO与水蒸气反应转化为和的热化学方程式为_______。
Ⅲ.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。电池示意图如图所示，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。
(6)其正极上的电极反应式为_____________，若将负极改为通入，写出其负极上的电极反应式：_______。
【答案】
(1)
(2)
(3)408.5
(4)产物是和，对环境无污染
(5)
(6)
【解析】
(1)肼的结构式为 ；过氧化氢的电子式为 。
(2)还原剂肼和强氧化剂过氧化氢混合时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热，依题意，1ml液态肼与足量液态过氧化氢反应，生成氮气和水蒸气，放出256.4kJ×=641kJ的热量，反应的热化学方程式： 。
(3)16g液态肼物质的量是0.5ml，根据 ，则生成气态水放出热量320.5kJ，由已知可得1ml气态水生成液态水放出44kJ热量，则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是320.5kJ+44kJ×2=408.5kJ热量。
(4)火箭推进器用还原剂肼和强氧化剂过氧化氢反应，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是产物是和，对环境无污染。
(5)25℃、101kPa下，CO与水蒸气反应转化为和的反应方程式，可根据盖斯定律，由反应“(③×2-①-②)÷2”得到，则。
(6)氢氧燃料电池中通入氢气的是负极，通入氧气的是正极，以KOH溶液为电解质溶液，其正极上的电极反应式为：；若将负极改为通入，则CH4失去电子后与OH-反应，电极反应式：。
22．（2022·辽宁葫芦岛）能量转化是化学变化的主要特征之一，按要求回答下列问题：
(1)已知：H-H键的键能为，N-H键的键能为，NN键的键能为。则反应中，生成_______(填“吸收”或“放出”)_______kJ热量。
(2)有关的电池装置如下：
①上述四种电池中，属于二次电池的是_______(填编号)。
②a装置中，外电路中电子的流向是_______(填“从Zn流向Cu”或“从Cu流向Zn”)。
(3)氧化还原反应一般可以设计成原电池。若将反应设计成原电池，则：
①该电池的电解质溶液可以是_____________。
②当外电路中转移时，电解质溶液增加的质量是_______g。
(4)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池的工作原理如图所示。Pt(a)电极是电池的_______极，Pt(b)上的电极反应式为_______。如果该电池工作时电路中通过2ml电子，则消耗的的物质的量为_______ml。
【答案】
(1)放出 46
(2)d 从Zn流向Cu
(3)氯化铁溶液或硫酸铁溶液 28
(4)负
【解析】
(1)已知：H-H键的键能为，N-H键的键能为，NN键的键能为，反应的焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能=+-=-92，故生成放出46kJ热量；
(2)①b为普通干电池，d为铅蓄电池可进行充放电，属于二次电池，故答案为： d；
②a装置中，Zn作负极，Cu作正极，外电路电子应由负极流向正极，即从Zn流向Cu，故答案为：从Zn流向Cu；
(3)①Fe作负极，正极为比Fe活泼性差的金属或惰性电极，FeCl3溶液作电解质溶液，故答案为： FeCl3溶液；
②原电池中，Fe作负极，电极反应式为Fe- 2e- = Fe2+，当外电路中转移1mle-时，有0.5mlFe进入溶液，增重质量为0.5ml56g/ml = 28g，故答案为： 28；
(4)a极碳元素价态升高失电子，故a极为负极，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，该电池工作时电路中通过2ml电子，则消耗的CH3OH的物质的量为2mlml，b极为正极，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：负; ；。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
电极质量变化
减小
增大
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
盐桥作用
a.连接内电路形成闭合回路
b．维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流
种类
酸性
碱性
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
燃料电池电解质
正极反应式
酸性电解质
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
A
B
C
D
太阳能集热器
氢氧燃料电池
电饭煲
风力发电器
实验装置
装置一
装置二
装置三
装置四
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
化学键
H-H
O=O
H-O
键能/(KJ/ml)
436
496
463
化学键
键能
946.0
436.0
390.8
电池装置
编号
a
b
c
d
【复习目标】
1．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
【知识精讲】
考点一 原电池原理
1．原电池的概念
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．原电池的构成条件
(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨，燃料电池的两个电极可以相同)。
(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)，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。
(4)能自发发生氧化还原反应。
3．原电池的工作原理
如图是CuZn原电池装置：
【温馨提示】
①两装置的不同之处：
Ⅰ中还原剂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；
Ⅱ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长，电流效率高。
②盐桥的作用是使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
4．电极的判断
5．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。
【例题1】如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是( )
A．b极是电池的正极
B．甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯
C．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
D．电池的总反应离子方程式为MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
【答案】D
【解析】
由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应化学方程式为2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnOeq \\al(－,4)获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnOeq \\al(－,4)＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正确。
【例题2】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作负极，电极反应式为Mg—2e－+2OH－===Mg(OH)2↓
C．③中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】C
【解析】
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，Cu－2e－===2Cu2＋，A错误，C正确；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B错误；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
【例题3】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．b电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．溶液中OH－向电极b移动
C．NH3的还原产物为N2
D．电流方向：由a经外电路到b
【答案】A
【解析】
由图中信息可知，a电极上NH3失去电子生成N2，为负极，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；b电极作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；N2为氧化产物；OH－由b极移向a极；电流由b经外电路到a。故选A。
考点二 常见的化学电源
1．电池优劣的标准
一是看电池单位质量或体积输出的电能多少(比能量)或输出功率多少(比功率)，二是电池储存的时间长短。
2．一次电池——干电池
只能使用一次，放电后不能再充电复原继续使用。
(1)碱性锌锰电池
碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)银锌电池
银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．二次电池——充电电池或蓄电池
放电后可以再充电而反复使用。
(1)铅酸蓄电池
铅酸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＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极反应：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)；
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(2)锂离子电池
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为LixCy＋Li1－xCO2LiCO2＋Cy，其放电时电极反应式为
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2。
4．燃料电池
特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过80%。
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，其中电解质溶液可以是酸性的，也可以是碱性的。
注意：
①H＋在碱性环境中不存在；
②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；
③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
(2)燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
(3)燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；
②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；
③熔融氧化物；
④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
(4)燃料电池电极反应式书写的常用方法
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋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，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
第三步：电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
【例题4】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－
【答案】B
【解析】
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。
【例题5】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＋COeq \\al(2－,3)－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COeq \\al(2－,3)的物质的量将逐渐减少
C．正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．放电时COeq \\al(2－,3)向负极移动
【答案】D
【解析】
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===2COeq \\al(2－,3)，根据得失电子守恒，放电时负极消耗的COeq \\al(2－,3)与正极生成的COeq \\al(2－,3)的物质的量相等，电池中COeq \\al(2－,3)的物质的量不变，故B、C项错误；放电时阴离子向负极移动，故D项正确。
【例题6】书写不同环境下甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性条件
正极反应式：______________________________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________________________。
(2)碱性条件
正极反应式：______________________________________________________________；
负极反应式：______________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
正极反应式：_____________________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
正极反应式：_________________________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________________________。
【答案】
(1) 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
(3) 2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4) 2O2＋4CO2＋8e－===4COeq \\al(2－,3)
CH4＋4COeq \\al(2－,3)－8e－===5CO2＋2H2O
【归纳总结】
1．解答新型化学电源问题
(1)根据总反应方程式分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。
(2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。
(3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。
(4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。
2．分析可充电电池问题“三注意”
(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。
(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
【例题7】研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
【答案】B
【解析】
A.根据总反应：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，可知，Ag的化合价升高，被氧化，为原电池的负极，错误；
B.反应方程式中5MnO2得电子生成Na2Mn5O10，化合价共降低了2，所以每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子，正确；
C.在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，错误；
D.Ag的化合价升高，被氧化，AgCl是氧化产物，错误。
【真题演练】
1．（2022·辽宁·高考真题）某储能电池原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
【答案】A
【分析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。
【详解】
A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；
B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；
D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；
故选A。
2．（2022·广东·高考真题）科学家基于易溶于的性质，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： 。下列说法正确的是（ ）
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
【答案】C
【详解】
A．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；
B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；
C．放电时负极反应为，正极反应为，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；
D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1mlCl2，电极a质量理论上增加23g/ml2ml=46g，故D错误；
答案选C。
3．（2022·全国·高考真题）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电池(如图所示)。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(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
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
【答案】C
【分析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
【详解】
A．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；
B．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；
C．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；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
4．（2022·湖南·高考真题）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：
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
【答案】B
【分析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。
【详解】
A．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；
B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；
C．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，并能传导离子，故C正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；
答案选B。
5．（2022·全国·高考真题）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)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SO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)+Mn2++2H2O
【答案】A
【分析】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)，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SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
【详解】
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
6．（2022·浙江·高考真题）pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是（ ）
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1ml·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
【答案】C
【详解】
A． 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；
B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；
C．pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；
D． pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；
答案选C。
7．（2021·福建·高考真题）催化剂(Ⅱ)的应用，使电池的研究取得了新的进展。电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．电池可使用有机电解液
B．充电时，由正极向负极迁移
C．放电时，正极反应为
D．、、和C都是正极反应的中间产物
【答案】D
【详解】
A．Li是活泼金属能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，应使用有机电解液，故A正确；
B．充电时原电池的负极与电源负极相连作阴极，原电池的正极与电源正极相连作阳极，阳离子由阳极向阴极移动，则由正极（电池中标注“＋”，实际阳极）向负极（电池中标注“－”，实际阴极）迁移，故B正确；
C．由装置可知，该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质，电极反应式为：，故C正确；
D．由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，故D错误；
故选：D。
8．（2021·辽宁·高考真题）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，M电极反应为
B．放电时，由M电极向N电极移动
C．充电时，M电极的质量减小
D．充电时，N电极反应为
【答案】B
【分析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi，据此分析解题。
【详解】
A．由分析可知，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；
B．由分析可知，放电时，M极为负极，N极为正极，故由M电极向N电极移动，B正确；
C．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；
D．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为，D错误；
故答案为：B。
9．（2021·浙江·高考真题）某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（ ）
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过电子时，薄膜电解质损失
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为
D．电池总反应可表示为
【答案】B
【分析】由题中信息可知，该电池充电时得电子成为Li嵌入电极A中，可知电极A在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极B是电池的正极。
【详解】
A．由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；
B．放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml 通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失，B说法不正确；
C．放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为，C说法正确；
D．电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成，正极上得到电子和变为，故电池总反应可表示为，D说法正确。
综上所述，相关说法不正确的是B，本题选B。
10．（2021·广东·高考真题）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ ）
A．负极上发生还原反应B．在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极D．将电能转化为化学能
【答案】B
【详解】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。
A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；
B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；
C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；
D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；
综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。
11．（2021·河北·高考真题）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（ ）
A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
【答案】D
【分析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。
【详解】
A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；
B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；
C．由分析可知，生成1ml超氧化钾时，消耗1ml氧气，两者的质量比值为1ml×71g/ml：1ml×32g/ml≈2.22：1，故C正确；
D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2ml水，转移2ml电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/ml=1.8g，故D错误；
故选D。
12．（2021·山东·高考真题）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1mlO2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
【答案】C
【分析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2=N2+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+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。
【详解】
A．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；
B．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；
C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：、、，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；
D．根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1mlO2生成的氮气的物质的量为1ml，在标准状况下为22.4L，D错误；
故选C。
13．（2021·湖南·高考真题）锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所：
下列说法错误的是（ ）
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【分析】由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e-=2Br-，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e-=Zn2+，溴离子进入左侧，左侧溴化锌溶液的浓度增加；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。
【详解】
A．由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；
B．由分析可知，放电时，溶液中有Zn2+与Br-生成，通过循环回路，左侧储液器中溴化锌的浓度增大，故B错误；
C．由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e-=Zn，故C正确；
D．由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确；
故选B。
14．（2021·浙江·高考真题）镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是（ ）
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
【答案】C
【分析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，据此分析作答。
【详解】
A．断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；
B．断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B正确；
C．电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；
D．根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，D正确；
答案选C。
15．（2022·山东·高考真题）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（ ）
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【分析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
【详解】
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为C2++2e-=C，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A错误；
B．对于乙室，正极上LiCO2得到电子，被还原为C2+，同时得到Li+，其中的O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCO2+2e-+8H+=2Li++2C2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；
C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCO2+e-+4H+=Li++C2++2H2O，C错误；
D．若甲室C2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)= ；若乙室C2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确；
故合理选项是BD。
16．（2021·北京·高考真题）某小组实验验证“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应并测定其平衡常数。
(1)实验验证
实验I：将0.0100 ml/L Ag2SO4溶液与0.0400 m/L FeSO4溶液(pH=1)等体积混合，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。
实验II：向少量Ag粉中加入0.0100 ml/L Fe2(SO4)3溶液(pH=1)，固体完全溶解。
①取I中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag。现象是_____________。
②II中溶液选用Fe2(SO4)3，不选用Fe(NO3)3的原因是_____________。
综合上述实验，证实“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”为可逆反应。
③小组同学采用电化学装置从平衡移动角度进行验证。补全电化学装置示意图,写出操作及现象___________________。
(2)测定平衡常数
实验Ⅲ：一定温度下，待实验Ⅰ中反应达到平衡状态时，取v mL上层清液，用c1 ml/L KSCN标准溶液滴定Ag+，至出现稳定的浅红色时消耗KSCN标准溶液v1 mL。
资料：Ag++SCN-AgSCN↓（白色） K=1012
Fe3++SCN-FeSCN2+（红色） K=102.3
①滴定过程中Fe3+的作用是_____________。
②测得平衡常数K=_____________。
(3)思考问题
①取实验I的浊液测定c(Ag+)，会使所测K值_____________(填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。
②不用实验II中清液测定K的原因是_____________。
【答案】
(1)灰黑色固体溶解，产生红棕色气体 防止酸性条件下，氧化性氧化Fe2+干扰实验结果 a：铂/石墨电极，b：FeSO4 或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，c：AgNO3 溶液；操作和现象：闭合开关 K，Ag电极上固体逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同；或者闭合开关 K，Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转
(2)指示剂
(3)偏低 Ag完全反应，无法判断体系是否达到化学平衡状态
【分析】
(1)①由于Ag能与浓硝酸发生反应：Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2O，故当观察到的现象为灰黑色固体溶解，产生红棕色气体，即可证实灰黑色固体是Ag，故答案为：灰黑色固体溶解，产生红棕色气体。
②由于Fe(NO3)3溶液电离出将与溶液中的H+结合成由强氧化性的HNO3，能氧化Fe2+，而干扰实验，故实验II使用的是Fe2(SO4)3溶液，而不是Fe(NO3)3溶液，故答案为：防止酸性条件下，氧化性氧化Fe2+干扰实验结果。
③由装置图可知，利用原电池原理来证明反应Fe2++Ag+Ag+Fe3+为可逆反应，两电极反应为：Fe2+-e-Fe3+，Ag++e-Ag，故另一个电极必须是与Fe3+不反应的材料，可用石墨或者铂电极，左侧烧杯中电解质溶液必须含有Fe3+或者Fe2+，采用FeSO4或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，右侧烧杯中电解质溶液必须含有Ag+，故用AgNO3溶液，组装好仪器后，加入电解质溶液，闭合开关 K，装置产生电流，电流从哪边流入，指针则向哪个方向偏转，根据b中所加试剂的不同，电流方向可能不同，因此可能观察到的现象为：Ag电极逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，说明此时反应达到平衡，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同，表明平衡发生了移动；另一种现象为：Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，说明此时反应达到平衡，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转，表明平衡发生了移动，故答案为：a：铂/石墨电极，b：FeSO4或Fe2(SO4)3或二者混合溶液，c：AgNO3溶液；操作和现象：闭合开关 K，Ag电极上固体逐渐溶解，指针向左偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，与之前的现象相同；或者闭合开关 K，Ag电极上有灰黑色固体析出，指针向右偏转，一段时间后指针归零，再向左侧烧杯中加入滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液，Ag电极上固体逐渐减少，指针向左偏转。
(2)①Fe3+与SCN-反应生成红色FeSCN2+，因Ag+与SCN-反应相较于Fe3+与SCN-反应更加容易及彻底，当溶液变为稳定浅红色，说明溶液中的Ag+恰好完全滴定，且溶液中Fe3+浓度不变，说明上述反应答案平衡，故溶液中Fe3+的作用是滴定反应的指示剂，故答案为：指示剂。
②取I中所得上清液vmL。用c1ml/L的KSCN溶液滴定，至溶液变为稳定浅红色时，消耗v1mL，已知：Ag++SCN-AgSCN，K=1012，说明反应几乎进行完全，故有I中上层清液中Ag+的浓度为：c(Ag+)=ml/L，根据平衡三段式进行计算如下：，故反应的平衡常数K== ，故答案为：指示剂；。
(3)①若取实验I所得浊液测定Ag+浓度，则浊液中还有Ag，因存在平衡Fe2++Ag+Ag+Fe3+，且随着反应Ag++SCN-AgSCN，使得上述平衡逆向移动，则测得平衡体系中的c(Ag+)偏大，即偏大，故所得到的K= 偏小，故答案为：偏小。
②由于实验II中Ag完全溶解，故无法判断体系是否达到化学平衡状态，因而不用实验II所得溶液进行测定并计算K，故答案为：Ag完全反应，无法判断体系是否达到化学平衡状态。
【课后精练】
第I卷（选择题）
1．（2022·广东惠州）下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【详解】
A．太阳能集热器是将太阳能转化为热能，A错误；
B．氢氧燃料电池是将化学能转化为电能的装置，B正确；
C．电饭煲是将电能转化为热能，C错误；
D．风力发电是将风能转化为电能，D错误；
故选B。
2．（2022·黑龙江·双鸭山一中）下列变化，是将化学能转化为电能的是（ ）
A．风力发电B．天然气燃烧
C．南孚电池放电D．电解氯化铜溶液
【答案】C
【详解】
A．风力发电是将风能转化为电能，A错误；
B．天然气燃烧时将化学能转化为热能，B错误；
C．电池放电时将化学能转化为电能，C正确；
D．电解氯化铜溶液是将电能转化为化学能，D错误；
故选C。
3．（2022·江西·景德镇一中）某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的催化还原，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）
A．电池工作过程中a极区附近溶液的增大
B．b极反应式：
C．电池工作过程中，电子由a极流向极
D．每生成标况下，则处理
【答案】A
【分析】由图可知，a极乙酸生成二氧化碳和氢离子，发生氧化反应为负极，反应为；b极转化为，发生还原反应，为正极，反应为；
【详解】
A．电池工作过程中a极区生成氢离子，溶液的减小，故A错误；
B．b极发生还原反应，电极式正确，故B正确；
C．电池工作过程中，电子由负极流向正极，由a极流向极，故C正确；
D．每生成标况下，二氧化碳的物质的量为1.5ml，转移电子6ml，根据电子守恒可知，处理，故D正确；
故选A。
4．（2022·江西·景德镇一中）用氟硼酸(HBF4属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为 ， 为可溶于水的强电解质，下列说法正确的是（ ）
A．充电时，当阳极质量减少23.9g时转移电子
B．放电时，电极附近溶液的增大
C．电子放电时，负极反应为
D．充电时，电极的电极反应式为
【答案】B
【分析】该二次电池放电时为原电池原理：Pb为负极，PbO2为正极；充电时为电解池原理，PbO2与电源正极相连，Pb与电源的负极相连。
【详解】
A．充电时阳极发生反应：产生1mlPbO2，转移电子2ml，阳极质量增重为：，故阳极增重23.9g时转移电子0.2ml，A错误；
B．放电时正极上发生还原反应：，消耗氢离子，故氢离子浓度减小，pH值增大，B正确；
C．放电时，负极上是Pb失去电子发生氧化反应：，C错误；
D．充电时，Pb电极和电源的负极相连，电极反应为：，D错误；
故选B。
5．（2022·江苏省响水中学）常温下，用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（ ）
A．滴加几滴溶液B．增大硫酸的浓度，用98%的浓硫酸
C．对该反应体系加热D．不用铁片，改用铁粉
【答案】B
【详解】
A．滴加几滴溶液，Fe能置换出Cu，形成原电池，反应速率加快，A项正确；
B．用98%的浓硫酸，Fe遇浓硫酸钝化，无氢气产生，B项错误；
C．给反应体系加热，反应速率加快，C项正确；
D．用铁片，改用铁粉，反应接触面积增大，反应速率加快，D项正确；
答案选B。
6．（2022·四川泸州·）2022年北京冬奥会体现了科技创新与艺术设计的完美融合。下列有关叙述正确的是（ ）
A．制作吉祥物“冰墩墩”使用的聚乙烯属于纯净物
B．国家速滑馆“冰丝带”使用的碲化镉光伏发电属于原电池原理
C．火炬“飞扬”的碳纤维外壳主要是耐高温的有机高分子材料
D．雾化机器人喷出的C1O2场馆消毒液是利用其强氧化性
【答案】D
【详解】
A．聚乙烯是由许多链节相同但聚合度不同的分子构成，属于混合物，A不正确；
B．碲化镉光伏发电是将光能转化为电能的装置，不是化学能转化为电能，不属于原电池原理，B不正确；
C．碳纤维主要是耐高温的碳单质，不属于有机高分子材料，C不正确；
D．C1O2具有强氧化性，能使蛋白质变性，所以可杀死细菌，D正确；
故选D。
7．（2022·江苏省响水中学）下列关于金属的电化学腐蚀的叙述正确的是（ ）
A．生铁抗腐蚀能力比纯铁强
B．海边的钢铁船闸门比内陆淡水河内的更耐腐蚀
C．镀层破损后，马口铁比白铁皮更易被腐蚀
D．通常在海轮外壳上连接铜块防止钢铁腐蚀
【答案】C
【详解】
A．生铁中含有碳粒，能与铁形成原电池，腐蚀速度加快，故生铁抗腐蚀能力比纯铁差，A项错误；
B．海水中含有的电解质多，海边的钢铁船闸门比内陆淡水河内的更易形成原电池，在海水中钢铁腐蚀速度更快，B项错误；
C．马口铁表面镀锡，镀层破损后，Fe比Sn活泼，铁作负极，腐蚀速度加快，白铁皮表面镀Zn，Zn比Fe活泼，镀层破损后，Zn作负极，Fe作正极被保护，马口铁比白铁皮更易被腐蚀，C项正确；
D．在海轮外壳上连接铜块，Fe比Cu活泼，Fe作负极会导致Fe腐蚀速度加快，应在海轮外壳上连接Zn块防腐蚀，D项错误；
答案选C。
8．（2022·吉林·农安县教师进修学校）有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c
【答案】C
【详解】装置一：形成原电池，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a＞b；
装置二：未形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b＞c；
装置三：形成原电池，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d＞c；
装置四：形成原电池，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d＞a；
所以这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c；
故选：C。
9．（2022·山东·济宁市兖州区第一中学）下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ）
①构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
②原电池是化学能转变为电能的装置
③在原电池中，电子流入的一极是正极，该电极被还原
④原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
⑤原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动
⑥电子经溶液从负极流向正极
A．①②⑥B．②③C．②D．②⑥
【答案】B
【详解】
①构成原电池的某一极电极材料可以是非金属材料，如石墨，错误；
②原电池是化学能转变为电能的装置，正确；
③在原电池中，电子从负极流出，故电子流入的一极是正极，该电极被还原，正确；
④原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，错误；
⑤原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，错误；
⑥电子不能在电解质溶液中流动，只能沿导线移动，错误；
故选B。
10．（2022·辽宁·抚顺县高级中学校）锌-空气电池(如图所示)是金属空气电池的一种，电解质溶液为KOH溶液。下列说法不正确的（ ）
A．工作时正极发生的反应是O2+4e－+2H2O＝4OH－
B．正极区溶液的pH减小，负极区溶液的pH增大
C．电池的总反应为
D．电池工作时，电子流动方向：Zn电极→导线→石墨电极
【答案】B
【分析】Zn比C活泼，则锌－空气电池中，Zn电极作负极、石墨电极作正极，正极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，负极反应式为Zn+4OH――2e－＝，所以电池的总反应为，放电时电子由负极经过导线流向正极，据此解答该题。
【详解】
A．该电池中，通入空气的石墨电极作正极，溶液为碱性环境，正极反应为O2+4e－+2H2O＝4OH－，故A正确；
B．正极反应为O2+4e－+2H2O＝4OH－，负极反应为Zn+4OH――2e－＝，则正极区溶液的pH增大，负极区溶液的pH减小，故B错误；
C．根据以上分析可知电池的总反应为，故C正确；
D．电池工作时，电子由负极经过导线流向正极，即外电路电子流动方向：Zn电极→导线→石墨电极，故D正确；
故选B。
11．（2022·贵州遵义·高三开学考试）某实验小组用铜和溶液来制备溶液，同时获得电能，装置如图所示，其中M、N为电解质，下列说法正确的是（ ）
A．电极A为铜
B．a为阴离子交换膜，电解质N为
C．理论上每生成1mlN时会消耗1mlM
D．当B电极质量减少6.4克，则N溶液质量增加6.4克
【答案】B
【分析】用铜和溶液来制备溶液，同时获得电能，该装置为原电池装置，铜为负极，即B电极为Cu，电解质溶液N为CuCl2溶液，氯化铁溶液在正极得电子，M溶液为氯化铁溶液。
【详解】
A．根据分析，B电极为铜，A错误；
B．负极铜失去电子生成铜离子，氯离子通过a膜迁移至负极区，a为阴离子交换膜，B正确；
C．理论生成1mlCuCl2时，铜失去2ml电子，则Fe3+得2ml电子，消耗2mlFeCl3，C错误；
D．当B电极质量减少6.4克，转移电子的物质的量为，正极Fe3+得0.2ml电子生成0.2ml Fe2+，同时0.2mlCl-迁移至负极区，溶液质量减少，D错误；
故选B。
12．（2022·广东广州·模拟预测）近日“宁德时代”宜布2023年实现钠离子电池产业化，钠离子电池以其低成本、高安全性及其位优异电化学属性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其充放电过程是在正负极间的镶嵌与脱嵌。下列说法不正确的是（ ）
A．放电时负极区钠单质失去电子
B．充电时由“B极”向“A极”移动
C．由于未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低
D．该电池一种正极材料为，充电时的电极反应为：
【答案】A
【分析】由电子的流向知，充电时A极为负极，B极为正极；充电时A极为阴极，B极为阳极。
【详解】
A．该电池充放电过程是 Na+ 在正负极间的镶嵌与脱嵌，不存在钠单质的失电子，A错误；
B．充电时阳离子从阳极向阴极移动，即Na+ 由B极向A极移动，B正确；
C．稀缺的锂钴元素的价格比锂更高，该电池未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低，C正确；
D．充电时正极得电子，电极反应为： ，D正确；
故选A。
13．（2022·广东·高三开学考试）海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，以海水为电解质溶液，没有怕压部件，在海洋中任何深度都可以正常工作，研究前景广，下列说法不正确的是（ ）
A．海洋电池可用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电
B．该电池总反应为
C．该电池工作时，电能转化成化学能
D．铝板在空气中不易被腐蚀，可以长期储存
【答案】C
【详解】
A．海洋电池装置简单，可用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电，A正确；
B．该电池正极上得电子生成，负极上Al失电子生成，遇反应生成，则总反应为，B正确；
C．该电池工作时，化学能转化为电能，C错误；
D．在空气中铝板表面会形成致密的氧化膜，保护铝不继续被氧化，D正确；
故选C。
14．（2022·山西·芮城中学）利用和的反应，在溶液中用铂作电极可以构成原电池。下列说法正确的是：（ ）
①每消耗1ml可以向外电路提供8ml e-
②在负极上获得电子，电极反应式为：O2+4e－+2H2O＝4OH－
③外电路电子由负极流向正极，内电路电子由正极流向负极
④电池放电过程中，溶液的碱性逐渐减弱
⑤负极发生氧化反应，正极发生还原反应
⑥负极附近会出现淡蓝色火焰
A．①④⑤B．①②⑤C．②③⑤D．②⑤⑥
【答案】A
【分析】碱性甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4+10OH－-8e－＝CO+7H2O，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此解答。
【详解】
①通入CH4的电极为负极，电极反应为：CH4+10OH－-8e－＝CO+7H2O，每消耗1mlCH4可以向外电路提供8mle－，故①正确；
②在正极上O2获得电子，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，故②错误；
③外电路电子由负极流向正极，内电路电子不能流动，故③错误；
④电池反应式为：CH4+2OH－+2O2＝CO+3H2O，随着反应的进行，溶液中氢氧根离子不断减少，溶液pH不断减小，故④正确；
⑤负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故⑤正确；
⑥负极附近不可能看到燃烧的现象，故不会出现淡蓝色火焰，故⑥错误。
故选A。
15．（2022·陕西西安）已知铅蓄电池放电过程的总反应为。下列关于铅蓄电池的说法正确的是（ ）
A．Pb为正极，PbO2为负极
B．正极的电极反应式为
C．硫酸溶液中，H+移向负极
D．放电一段时间后，浓度减小
【答案】D
【详解】
A．由铅蓄电池的总反应PbO2+2H2SO4+Pb═2PbSO4+2H2O可知，放电时，Pb失电子被氧化、PbO2得电子被还原，则Pb为负极、PbO2为正极，故A错误；
B．正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2++2e-+4H+═PbSO4+2H2O，故B错误；
C．原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以H+移向正极，故C错误；
D．电池反应中消耗H2SO4生成PbSO4和H2O，则浓度减小，故D正确；
故选：D。
16．（2022·辽宁营口）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．图甲：向电极方向移动，电极附近溶液中浓度增大
B．图乙：正极的电极反应式为
C．图丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．图丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减小
【答案】A
【详解】
A．图甲为Zn、Cu、H2SO4溶液构成的原电池，锌为负极，铜为正极，溶液中的阴离子向负极移动，在Cu电极上氢离子得到电子生成氢气，故向Zn电极方向移动，电极附近溶液中浓度减小，故A错误；
B．锌为负极，电解质溶液为碱性溶液，所以正极的电极反应式为，故B正确；
C．锌筒作负极，失电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，锌筒会变薄，故C正确；
D．电池放电过程中，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，消耗硫酸，硫酸浓度不断减小，故D正确；
答案选A。
第II卷（非选择题）
17．（2022·山西·芮城中学）请回答下列问题。
(1)从断键和成键的角度分析反应中2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的能量变化，化学键的键能如下表所示：
则生成1ml H2O(g)可以放出的热量为：_____________。
(2)现有如下两个反应：①NaOH+HCl=NaCl+H2O；②Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑两反应中为放热反应的是_______(填序号，下同)，能设计成原电池的是_____________。
(3)Mg、Al设计成如图所示原电池装置：
①若X为盐酸，Mg为_______极。
②若X为氢氧化钠溶液，负极的电极反应式为_____________。
(4)如图是氢氧燃料电池构造示意图：
该电池工作时，电子的流向为_______(填“a→b“或“b→a”)，正极的电极反应为_______。
(5)若将上图中a极充入CH3OH，电解质溶液换为KOH溶液，则该电极上发生的电极反应方程式为_____________，溶液中OH—移向_______极(填“a”或“b”) 。
【答案】
(1)242kJ
(2)①② ②
(3)负 Al－3e－+4OH－＝AlO+2H2O
(4)a→b O2+4e－+4H＋＝2H2O
(5)CH3OH－6e－+8OH－＝CO+6H2O a
【解析】
（1）断键吸热，形成化学键放热，因此生成2ml水放出的热量是2×2×463kJ－496kJ－2×436kJ＝484kJ，则生成1ml H2O(g)可以放出的热量为242kJ。
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的能量变化，化学键的键能如下表所示：
（2）中和反应、金属和酸的反应是放热反应，因此反应①和②均是放热反应；能设计成原电池的反应必须是氧化还原反应，反应①是中和反应，不是氧化还原反应，不能设计成原电池，反应②是氧化还原反应，可以设计成原电池。
（3）①若X为盐酸，金属性镁强于铝，则Mg为负极。
②若X为氢氧化钠溶液，由于铝和氢氧化钠溶液反应，则铝是负极，则负极的电极反应式为Al－3e－+4OH－＝AlO+2H2O。
（4）通入氢气的电极是负极，发生失去电子的氧化反应，通入氧气的电极是正极，发生得到电子的还原反应，因此该电池工作时，电子的流向为a→b；正极的电极反应为O2+4e－+4H＋＝2H2O。
（5）若将上图中a极充入CH3OH，电解质溶液换为KOH溶液，则该电极上发生的电极反应方程式为CH3OH－6e－+8OH－＝CO+6H2O，原电池中阴离子向负极移动，则溶液中OH—移向a极。
18．（2022·辽宁·凌源市实验中学）常温常压下肼(N2H4)是一种易溶于水的无色油状液体，具有强还原性，在工业生产中有广泛应用。
(1)发射卫星时，可用肼作燃料，NO2作氧化剂，当12.8g气态肼和NO2完全反应生成氮气和水蒸气时，放出227.14kJ的热量，则该反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为_______，1ml气态肼参与该反应，放出的热量为_______。
(2)液态肼、空气、KOH溶液构成的燃料电池的装置如图所示。
①a电极的电极反应式为_______。
②不考虑溶解等损失，当电池中消耗12.8g液态肼，需通入标准状况下空气（假设空气中氧气的体积分数为20%）的体积约为_______。
(3)向1 L的恒容容器中加入0.1ml液态肼，在303K、Pt催化下发生反应N2H4(l) N2(g)＋2H2(g)。测得容器中 随时间的变化情况如图所示。
①下列能表明该反应达到平衡状态的是_______(填字母序号)。
a.相同时间内，断裂4 ml N—H键的同时，断裂1 ml N≡N键
b.容器内气体的密度不再变化
c.容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化
d.容器内n(N2H4)：n(N2)：n(H2)=1：1：2
e.容器内混合气体的压强不再变化
②为加快液态肼的分解速率，下列可采取的措施为_______(填字母序号)。
a.升高温度 b.将容器的体积压缩至0.5 L c.向容器中再加入0.1ml液态肼 d.移走生成的H2 e.充入0.1mlHe，使容器压强增大
③4min时，若改变条件使2v正(N2)>v逆(H2)，则平衡被打破，反应_______(填“正”或“逆”)向进行。
④0~4min内用H2表示的平均反应速率为_______。
【答案】
(1)2：1 567.85kJ
(2)N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 44.8L
(3)abe a 正 0.025ml/(L∙min)
【解析】
（1）N2H4与NO2完全反应生成N2和H2O(g)，反应的化学方程式为2N2H4+2NO2=3N2+4H2O(g)，反应中N元素的化合价由N2H4中的-2价升至N2中的0价，1mlN2H4失去4ml电子生成氧化产物N2为1ml，N元素的化合价由NO2中的+4价降至N2中的0价，1mlNO2得到4ml电子生成还原产物N2为0.5ml，根据得失电子守恒，氧化产物与还原产物物质的量之比为2：1；12.8gN2H4的物质的量为=0.4ml，12.8g气态肼和NO2完全反应生成氮气和水蒸气时，放出227.14kJ的热量，则1ml气态肼参与该反应，放出的热量为=567.85kJ；答案：2：1；567.85kJ。
（2）a电极上N2H4发生失电子的氧化反应生成N2，a电极为负极，b电极为正极；①a电极上N2H4发生失电子的氧化反应生成N2，电解质溶液为KOH溶液，则a电极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；答案为：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O。②12.8gN2H4的物质的量为=0.4ml，a电极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，b电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据正负极得失电子相等，消耗O2物质的量为0.4ml，标准状况下O2的体积为0.4ml×22.4L/ml=8.96L，空气的体积约为=44.8L；答案为：44.8L。
（3）①a．相同时间内断裂4mlN—H键的同时、断裂1mlN≡N键，说明正、逆反应速率相等，能表明反应达到平衡状态，a项选；b．建立平衡的过程中气体的总质量增大，该容器为恒容容器，容器内气体的密度增大，则容器内气体的密度不再变化能表明反应达到平衡状态，b项选；c．N2H4呈液态，建立平衡的过程中N2与H2物质的量之比始终为1：2，混合气体的平均相对分子质量始终为28×+2×=，容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化不能表明反应达到平衡状态，c项不选；d．达到平衡时各物质的物质的量保持不变，但不一定等于化学计量数之比，故容器内n(N2H4)：n(N2)：n(H2)=1：1：2时反应不一定达到平衡状态，d项不选；e．建立平衡的过程中气体总物质的量增大，在恒温恒容容器中，混合气体的压强增大，故容器内混合气体的压强不再变化能表明反应达到平衡状态，e项选；答案选abe。②a．升高温度，能增大活化分子百分数，能加快液态肼的分解速率，a项可采取；b．由于肼呈液态，将容器的体积压缩至0.5L，对液态肼的分解速率无影响，b项不采取；c．由于肼呈液态，向容器中再加入0.1ml液态肼，增大纯液体的量，对液态肼的分解速率无影响，c项不采取；d．移走生成的H2，肼的分解速率瞬时不变、后减小，d项不采取；e．由于肼呈液态，充入0.1mlHe，使容器压强增大，对液态肼的分解速率无影响，e项不采取；答案选a。③4min时，若改变条件使2v正(N2)＞v逆(H2)，即用同一物质表示的正反应速率大于逆反应速率，则反应正向进行；答案为：正。④设0~4min内生成H2物质的量为xml，则消耗N2H4的物质的量为0.5xml、生成N2物质的量为0.5xml，根据图像，4min时=3.0，则=3.0，解得x=0.1，0~4min内用H2表示的平均反应速率为=0.025ml/(L∙min)；答案为：0.025ml/(L∙min)。
19．（2022·湖南）2021年6月17日，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F摇十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心发射。该运载火箭推进物分为偏二甲基肼()，四氧化二氮和液氢、液氧两种。
(1)氨热分解法制氢气，相关化学键的键能数据如下表所示：
由以上数据可求得___________。
(2)在、条件下，和的摩尔热容分别为29.1，28.9和(已知：摩尔热容是指单位物质的量的某种物质升高单位温度所需的热量)。合成的能量随温度T的变化示意图合理的是___________。
A．B．
C．D．
(3)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一、反应器中存在如下反应：
ⅰ．
ⅱ．
ⅲ．
ⅳ．
ⅳ为积炭反应，利用和，可计算___________。
(4)液态偏二甲基肼与足量液态四氧化二氮完全反应生成和，放出的热量，写出上述反应的热化学方程式_________________。
(5)对和反应的说法正确的是___________(填字母)。
A．偏二甲肼是比液氢更环保的燃料
B．即是氧化产物，又是还原产物
C．偏二甲基肼的燃烧热为
D．偏二甲肼在四氧化二氮中的燃烧是放热反应
(6)如图为甲烷燃料电池
①下列有关说法正确的是___________(填字母)。
A．燃料电池将电能转变为化学能
B．负极的电极反应式为
C．正极的电极反应式为
D．通入甲烷的电极发生还原反应
②当消耗甲烷(标准状况下)时，假设电池的能量转化效率为80%，则导线中转移的电子的物质的量为___________。
【答案】
(1)
(2)C
(3)
(4)
(5)BD
(6)B 9.6
【解析】
(1)反应热与反应物的键能之和与生成物的键能之和的差值相等，则氨气发生分解反应生成氮气和氢气的焓变为△H=(390.8kJ/ml×3×2)—(946.0 kJ/ml+ 436.0 kJ/ml×3)=+90.8 kJ/ml，故答案为：+90.8 kJ/ml；
(2)合成氨反应为反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，由题给摩尔热容可知，升高温度，反应物的摩尔热容变化量大于生成物的变化量，则图C能正确表示合成氨反应的能量随温度T的变化，故选C；
(3)由盖斯定律可知，反应ⅰ+ⅱ—ⅲ得到反应ⅳ，则ΔH4=ΔH1+ΔH2—ΔH3，故答案为：ΔH1+ΔH2—ΔH3；
(4)由3.0g液态偏二甲基肼与足量液态四氧化二氮完全反应生成氮气、水蒸气和二氧化碳放出112.5kJ的热量可知，反应ΔH=—=—2250kJ/ml，反应的热化学方程式为，故答案为：；
(5)A．液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮完全反应生成氮气、水蒸气和二氧化碳，氢气在氧气中燃烧生成水，所得产物唯一且无污染，所以液氢是比偏二甲肼更环保的燃料，故A错误；
B．由方程式可知，反应中偏二甲基肼中氮元素的化合价升高被氧化，四氧化二氮中氮元素的化合价降低被还原，则氮气即是反应的氧化产物，又是反应的还原产物，故B正确；
C．偏二甲基肼的燃烧热为1ml偏二甲基肼在氧气中燃烧生成稳定化合物所放出的热量，由液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮的反应放出的热量无法计算偏二甲基肼的燃烧热，故C错误；
D．由(4)可知，液态偏二甲基肼与液态四氧化二氮的反应为放热反应，故D正确；
故选BD；
(6)①A．燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故A错误；
B．由图可知，通入甲烷的电极为负极，碱性条件下，甲烷做负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4+10OH——8e—=CO+7H2O，故B正确；
C．由图可知，通入氧气的电极为正极，在水分子作用下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—，故C错误；
D．由图可知，通入甲烷的电极为负极，碱性条件下，甲烷做负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，故D错误；
故选B；
②由标准状况下，消耗33.6L甲烷时，电池的能量转化效率为80%可知，导线中转移的电子的物质的量为×8×80%=9.6，故答案为：9.6。
20．（2022·湖南省临湘市教研室）学习化学反应原理能够指导促进人类生活质量的提高。
(1)氢气是最理想的能源。氢气完全燃烧放出热量，其中断裂键吸收，断裂键吸收，则形成键放出热量_______。
(2)反应中能量变化如图所示。该反应_______(填“放出”或“吸收”)_______的热量。
(3)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某兴趣小组拟将刻蚀电路板的反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_______，当线路中转移电子时，则被腐蚀铜的质量为_______g。
(4)目前，氢氧燃料电池得到了广泛的应用，其反应原理示意图如图。
①a为燃料电池的_______(填“正”或“负”)极。
②该电池的总反应为_______。
【答案】
(1)463.6
(2)放出 183
(3) 12.8
(4)负
【解析】
(1)已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ，则2ml氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量484kJ，化学反应放出的热量=新键生成释放的能量-旧键断裂吸收的能量，设水蒸气中1ml H-O键形成时放出热量xkJ，根据方程式：，则：486.6kJ=4xkJ-(436kJ×2+496kJ)，解得x=463.6，故答案为：463.6；
(2)图中数值分析计算得到反应的焓变△H=436kJ/ml+243kJ/ml-431kJ/ml×2=-183kJ/ml，反应为放热反应，故答案为：放出；183；
(3)将刻蚀电路板的反应2FeCl3+Cu═2FeCl2+CuCl2设计成原电池，反应中Cu失电子发生氧化反应，则负极所用电极材料为Cu，电解质溶液为氯化铁溶液，1mlCu反应，电子转移2ml，当线路中转移0.4ml电子时，则被腐蚀铜的物质的量0.4ml×0.5=0.2ml，质量=0.2ml×64g/ml=12.8g，故答案为：Cu；12.8；
(4)氢氧燃料电池的反应原理示意图分析可知，通入氢气的电极为原电池负极，电极反应为：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入氧气的电极为原电池正极，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，
①分析可知a为燃料电池的负极，故答案为：负；
②该电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，故答案为：2H2+O2=2H2O。
21．（2022·河北邢台）能源是国民经济发展的重要基础。请根据所学知识回答下列问题：
Ⅰ.火箭推进器中装有还原剂肼和强氧化剂过氧化氢，当它们混合时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热。已知0.4ml液态肼与足量液态过氧化氢反应，生成氮气和水蒸气，放出256.4kJ的热量。
(1)肼的结构式为_______，过氧化氢的电子式为_______。
(2)写出反应的热化学方程式：_____________。
(3)已知 ，则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是_______kJ。
(4)上述反应用于火箭推进器，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是_______。
Ⅱ.氨气是一种重要的化学物质，可用于制取化肥和硝酸等。合成氨原料中的可用CO在高温下与水蒸气反应制得。已知：在25℃、101kPa下，
①2C(石墨，s)
②
③C(石墨，s)
(5)25℃、101kPa下，CO与水蒸气反应转化为和的热化学方程式为_______。
Ⅲ.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。电池示意图如图所示，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。
(6)其正极上的电极反应式为_____________，若将负极改为通入，写出其负极上的电极反应式：_______。
【答案】
(1)
(2)
(3)408.5
(4)产物是和，对环境无污染
(5)
(6)
【解析】
(1)肼的结构式为 ；过氧化氢的电子式为 。
(2)还原剂肼和强氧化剂过氧化氢混合时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热，依题意，1ml液态肼与足量液态过氧化氢反应，生成氮气和水蒸气，放出256.4kJ×=641kJ的热量，反应的热化学方程式： 。
(3)16g液态肼物质的量是0.5ml，根据 ，则生成气态水放出热量320.5kJ，由已知可得1ml气态水生成液态水放出44kJ热量，则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是320.5kJ+44kJ×2=408.5kJ热量。
(4)火箭推进器用还原剂肼和强氧化剂过氧化氢反应，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是产物是和，对环境无污染。
(5)25℃、101kPa下，CO与水蒸气反应转化为和的反应方程式，可根据盖斯定律，由反应“(③×2-①-②)÷2”得到，则。
(6)氢氧燃料电池中通入氢气的是负极，通入氧气的是正极，以KOH溶液为电解质溶液，其正极上的电极反应式为：；若将负极改为通入，则CH4失去电子后与OH-反应，电极反应式：。
22．（2022·辽宁葫芦岛）能量转化是化学变化的主要特征之一，按要求回答下列问题：
(1)已知：H-H键的键能为，N-H键的键能为，NN键的键能为。则反应中，生成_______(填“吸收”或“放出”)_______kJ热量。
(2)有关的电池装置如下：
①上述四种电池中，属于二次电池的是_______(填编号)。
②a装置中，外电路中电子的流向是_______(填“从Zn流向Cu”或“从Cu流向Zn”)。
(3)氧化还原反应一般可以设计成原电池。若将反应设计成原电池，则：
①该电池的电解质溶液可以是_____________。
②当外电路中转移时，电解质溶液增加的质量是_______g。
(4)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池的工作原理如图所示。Pt(a)电极是电池的_______极，Pt(b)上的电极反应式为_______。如果该电池工作时电路中通过2ml电子，则消耗的的物质的量为_______ml。
【答案】
(1)放出 46
(2)d 从Zn流向Cu
(3)氯化铁溶液或硫酸铁溶液 28
(4)负
【解析】
(1)已知：H-H键的键能为，N-H键的键能为，NN键的键能为，反应的焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能=+-=-92，故生成放出46kJ热量；
(2)①b为普通干电池，d为铅蓄电池可进行充放电，属于二次电池，故答案为： d；
②a装置中，Zn作负极，Cu作正极，外电路电子应由负极流向正极，即从Zn流向Cu，故答案为：从Zn流向Cu；
(3)①Fe作负极，正极为比Fe活泼性差的金属或惰性电极，FeCl3溶液作电解质溶液，故答案为： FeCl3溶液；
②原电池中，Fe作负极，电极反应式为Fe- 2e- = Fe2+，当外电路中转移1mle-时，有0.5mlFe进入溶液，增重质量为0.5ml56g/ml = 28g，故答案为： 28；
(4)a极碳元素价态升高失电子，故a极为负极，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，该电池工作时电路中通过2ml电子，则消耗的CH3OH的物质的量为2mlml，b极为正极，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：负; ；。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
电极质量变化
减小
增大
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
盐桥作用
a.连接内电路形成闭合回路
b．维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流
种类
酸性
碱性
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
燃料电池电解质
正极反应式
酸性电解质
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
A
B
C
D
太阳能集热器
氢氧燃料电池
电饭煲
风力发电器
实验装置
装置一
装置二
装置三
装置四
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
化学键
H-H
O=O
H-O
键能/(KJ/ml)
436
496
463
化学键
键能
946.0
436.0
390.8
电池装置
编号
a
b
c
d
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