2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第三讲原电池的工作原理及常见电池考点二常见化学电源含答案

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1.常见化学电源类型
2.燃料电池
1.易错辨析。
（1）碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使碱性锌锰电池的比能量高、可储存时间长。（ ✕ ）
（2）铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。（ √ ）
（3）燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，热能转化为电能。（ ✕ ）
2.（1）铅酸蓄电池在放电过程中溶液的pH逐渐 增大 （填“增大”或“减小”），充电时阳极反应为 PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋SO42－＋4H＋ ，阴极反应为 PbSO4＋2e－Pb＋SO42－ ，总反应为 2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4 。
（2）你能发现二次电池放电时的电极反应与充电时的电极反应之间的关系吗？
二次电池充电时的阴极反应是放电时的负极反应的“逆反应”；充电时的阳极反应是放电时正极反应的“逆反应”。
3.北京冬奥会期间使用氢燃料清洁能源汽车，其氢氧燃料电池工作示意图如图所示。
（1）电极a为电池的 负 （填“正”或“负”）极。
（2）电极b表面的反应为 O2＋4e－＋2H2O4OH－ 。
（3）电池工作过程中OH－向电极 a （填“a”或“b”）移动。
4.甲烷作燃料电池的负极反应物时，其电极反应式在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质 CH4－8e－＋2H2OCO2＋8H＋ 。
（2）导O2－固体作介质 CH4－8e－＋4O2－CO2＋2H2O 。
（3）熔融碳酸盐作介质 CH4－8e－＋4CO32－5CO2＋2H2O 。
研透高考 明确方向
命题点1 原电池电极反应式的书写
1.[运用“公式法”书写]全钒电池以惰性材料作电极，电解质溶液显酸性，电池总反应为VO2＋（黄色）＋V2＋（紫色）＋2H＋VO2＋（蓝色）＋H2O＋V3＋（绿色）。下列说法错误的是（ C ）
A.正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－VO2＋＋H2O
B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色
C.每生成1 ml H2O转移电子的物质的量为 0.5 ml
D.放电过程中溶液的pH逐渐增大
解析 由题图和电池总反应VO2＋＋V2＋＋2H＋VO2＋＋H2O＋V3＋可知，正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－VO2＋＋H2O，负极反应为V2＋－e－V3＋，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，A、B项正确。由电极反应VO2＋＋2H＋＋e－VO2＋＋H2O可知，反应每生成1 ml H2O转移电子的物质的量为1 ml，C项错误。由电池总反应可知，放电过程中H＋不断被消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。
2.[运用“加减法”书写][2022全国乙]Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。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（ C ）
A.充电时，电池的总反应Li2O22Li＋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 由题图可知，该装置为二次电池，题干中给出充电时的阳极反应和阴极反应，则根据“加减法”得
放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆过程，则负极反应式为Li－e－Li＋，放电时总反应与充电时总反应互为逆过程，则放电时总反应式为2Li＋O2Li2O2，则根据“加减法”得
由上述分析可知，A、D项正确。光照时，光催化电极产生电子（e－）和空穴（h＋），电子通过外电路转移到锂电极参与阴极反应，空穴参与阳极反应，因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确。放电时，金属锂电极作负极，光催化电极作正极，则Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移参与反应，C项错误。
技巧点拨
原电池电极反应式的书写模型
1.“公式法”书写原电池电极反应式
2.“加减法”书写原电池电极反应式
命题点2 燃料电池
3.[海南高考改编]某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法错误的是（ C ）
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为负极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O
解析 结合图示装置可知该燃料电池工作时，乙烯在b电极上发生氧化反应生成乙醛，则O2在a电极上发生还原反应，电极反应如下：
该燃料电池能将CH2CH2转化为CH3CHO，可用于CH3CHO的制备，A项正确；结合上述分析可知，B、D项正确；电池工作时，a电极上O2发生还原反应时消耗H＋生成H2O，即a电极附近溶液pH升高，C项错误。
4.[2021山东]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（ C ）
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1 ml O2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
解析 燃料电池工作时，阳离子向正极移动，则K＋向正极移动，A项错误；N2H4－O2燃料电池的总反应为N2H4＋O2N2＋2H2O，因此放电过程中，KOH的物质的量不变，B项错误；根据CH3OH→CO32－失6e－、N2H4→N2失4e－、（CH3）2NNH2→2CO32－＋N2失16e－，知消耗1 g燃料时，转移电子的物质的量分别为132×6 ml、132×4 ml、160×16 ml，显然（CH3）2NNH2转移电子最多，放电量最大，C项正确；根据N2H4＋O2N2＋2H2O，知消耗1 ml O2，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物N2为1 ml，其在标准状况下的体积为22.4 L，D项错误。类型
装置
工作原理
一次电池
碱性锌锰电池
负极反应：[1] Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2 。
正极反应：MnO2＋e－＋H2OMnO（OH）＋OH－。
电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O2MnO（OH）＋Zn（OH）2
银锌（纽扣）电池
负极反应：[2] Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O 。
正极反应：Ag2O＋2e－＋H2O2Ag＋2OH－。
电池反应：Zn＋Ag2OZnO＋2Ag
二次
电池
铅酸蓄电池
放电时：
负极反应为Pb－2e－＋SO42－PbSO4；
正极反应为PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋PbSO4＋2H2O；
电池反应为[3] Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
类型
装置
工作原理
氢氧
燃料
电池
负极反应：[4] H2－2e－2H＋ 。正极反应：O2＋4e－＋4H＋2H2O。
电池反应：2H2＋O22H2O
负极反应：[5] H2－2e－＋2OH－2H2O 。
正极反应：O2＋4e－＋2H2O4OH－。
电池反应：2H2＋O22H2O
氢氧
燃料
电池
负极反应：[6] H2－2e－＋O2－H2O 。
正极反应：O2＋4e－2O2－。
电池反应：2H2＋O22H2O
甲烷燃料电池
负极反应：[7] CH4－8e－＋10OH－CO32－＋7H2O 。
正极反应：O2＋4e－＋2H2O4OH－。
电池反应：CH4＋2OH－＋2O2CO32－＋3H2O
电极
电极反应
负极（b电极）
2CH2CH2＋2H2O－4e－2CH3CHO＋4H＋
正极（a电极）
O2＋4e－＋4H＋2H2O