2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第七章化学反应速率和化学平衡微专题强化突破10　新型化学电源及电极反应式的书写

新型化学电源及电极反应式的书写

以新型化学电源为载体，考查原电池以及电极反应式的书写，是全国卷的必考热点之一，命题设计主要是选择题，偶有非选择题出现。该类试题常与工业生产、污水处理、能源开发相联系，题材广，信息新，陌生度大，主要考查考生阅读相关材料、提炼关键信息或结合图示等综合分析的能力、知识的迁移应用能力。

1．电极反应式书写的一般步骤

(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。

(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

①若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。

②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－。

③若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。

(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，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．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结

负极

正极

3．明确燃料电池电极反应式的书写方法

(1)燃料电池中，通入O2的一极为正极，书写方法是

①首先书写正极反应式

酸性介质：4H＋＋O2＋4e－===2H2O；

碱性介质：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

②然后用总反应式减去正极反应式得到负极反应式，相减时要求两极得失电子总数相等(即将总反应式中的O2按比例消去)。

(2)实例(以甲醇、O2的燃料电池为例)

①酸性介质，如H2SO4溶液

CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体；O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。电极反应式为

负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋；

正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。

②碱性介质，如KOH溶液

CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO；O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为

负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；

正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－。

③熔融盐介质，如熔融K2CO3

在电池工作时，CO移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在CO的作用下生成CO2气体；O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO。电极反应式为

负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O；

正极：O2＋6e－＋3CO2===3CO。

1．肼(N2H4)－空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。

解析：肼－空气燃料电池中负极是肼发生反应：N2H4 －4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O。

答案：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O

2．熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。

负极反应式：2CO＋2CO－4e－===4CO2，

正极反应式：________________________________________________________，

电池总反应式：______________________________________________________。

解析：本题中电池的电解质是熔融物，而不是电解质溶液，但有自由移动的CO存在。原电池的反应原理实质是氧化还原反应中的电子转移，燃料电池总反应实质是一个燃烧反应，故负极CO失去电子，而正极应为O2得到电子，再与阴极助燃气CO2结合生成电解质阴离子CO。

答案：O2＋2CO2＋4e－===2CO　2CO＋O2===2CO2

3．以甲烷燃料电池为例来分析不同环境下电极反应式的书写。

(1)酸性介质(如H2SO4溶液)

负极：________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________。

(2)碱性介质(如KOH溶液)

负极：________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)

负极：________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________。

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)

负极：________________________________________________________________；

正极：________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________。

答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋8e－＋8H＋===4H2O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

(2)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O

(3)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

2O2＋8e－===4O2－

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

(4)CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

4．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(　　)

A．Zn为电池的负极

B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变

D．电池工作时OH－向正极迁移

解析：选A。A．根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B．KOH溶液为电解质溶液，则正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－，错误；C．该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，错误；D．电池工作时阴离子OH－向负极迁移，错误。

5．镁­次氯酸盐燃料电池的工作原理如图，该电池反应为 Mg ＋ClO－＋H2O === Mg(OH)2＋Cl－，下列有关说法正确的是(　　)

A．电池工作时，C溶液中的溶质是MgCl2

B．电池工作时，a电极附近的pH将不断增大

C．负极反应式：ClO－－2e－＋H2O===Cl－＋2OH－

D．b电极发生还原反应，每转移0.1 mol电子，理论上生成0.1 mol Cl－

解析：选B。根据反应方程式知镁作负极而溶解，并与OH－反应刚好生成氢氧化镁沉淀，因此C溶液的溶质是其他金属的盐酸盐，A错误；根据ClO－―→Cl－＋OH－知a电极是正极，电极反应式为ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，B正确；负极反应式应该是Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，C错误；b电极是负极，发生氧化反应，D错误。

1．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。下列说法不正确的是(　　)

A．O2在b极上发生还原反应

B．溶液中OH－向a极移动

C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5

D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

解析：选C。A．氧气在b极发生还原反应，则b极为正极，a极为负极，故A正确；B．因为a极为负极，则溶液中的阴离子向负极移动，故B正确；C．反应中N元素化合价升高3价，O元素化合价共降低4价，根据得失电子守恒，消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3，故C错误；D．负极是氨气发生氧化反应变成氮气，且OH－向a极移动参与反应，故电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故D正确。

2．最近，科学家研制出一种“软电池”，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是(　　)

A．该电池Zn为负极，MnO2为正极

B．该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－

C．导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn

D．电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片

解析：选C。根据电池总反应，Zn发生氧化反应为负极，MnO2发生还原反应为正极，故A正确；正极发生还原反应，该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，故B正确；内电路是离子移动导电，故C错误；电池工作时内电路是离子移动导电，水分子和OH－都能通过薄层纸片，故D正确。

3．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是(　　)

A．a电极发生还原反应

B．H＋由右室通过质子交换膜进入左室

C．b电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O

D．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极

解析：选C。 A．b电极上N元素的化合价降低，所以b电极是正极，发生还原反应，故A错误；B．原电池中阳离子从负极移向正极，即H＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；C．b电极上发生还原反应，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故C正确；D．原电池中电流从正极流向负极，电流由b电极沿导线流向a电极，故D错误。

4．一种处理污水的燃料电池模型如图所示。该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。下列叙述不正确的是(　　)

A．B电极为正极

B．气体乙可能为CO2

C．O2在A电极得电子

D．电池工作时，B电极附近的pH逐渐减小

解析：选A。A．根据题意，该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，则B电极为负极，A项错误；B．有机物是含碳元素的化合物，有机物失电子生成乙，则气体乙可能为CO2，B项正确；C．根据上述分析，A电极为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子，即O2在A电极得电子，C项正确；D．根据题意，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子(H＋)浓度增大，则B电极附近的pH逐渐减小，D项正确。

5．我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为V2O5＋xLiLixV2O5。下列说法正确的是(　　)

A．电池在放电时，Li＋向负极移动

B．锂在放电时作正极，充电时作阳极

C．该电池充电时阳极的反应为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋

D．V2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应

解析：选C。A．电池在放电时，Li＋向负电荷较多的正极移动，A错误；B．锂在放电时作负极，充电时作阴极，B错误；C．该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，C正确；D．在反应中V2O5中的V元素的化合价也发生了变化，所以V2O5不只是锂发生反应的载体，D错误。

6．某充电宝锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4，某手机镍氢电池的总反应为NiOOH＋MHM＋Ni(OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是(　　)

A．锂离子电池放电时Li＋向正极迁移

B．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－

C．如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电

D．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4－xe－===Li1－xMn2O4＋xLi＋

解析：选D。A．锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以Li＋向正极迁移，故A正确；B．放电时，正极发生还原反应，反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，故B正确；C．题图中锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过程，所以是用锂离子电池给镍氢电池充电，故C正确；D．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li＋＋e－===Li，故D错误。

7．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析：选D。A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以错误；C选项，CO应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，所以正确。

8．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)

A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移

B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6

C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

解析：选C。电池放电时，阳离子由负极移向正极，A项正确；由放电时的总反应看出，LixC6在负极发生失电子的氧化反应，B项正确；充电反应是放电反应的逆反应，充电时阳极发生失电子的氧化反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确；充电时，阴极发生得电子的还原反应：C6＋xe－＋xLi＋===LixC6，当转移1 mol电子时，阴极(C6电极)析出 mol LixC6，增重7 g，C项错误。

9．(2017·高考全国卷Ⅲ)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a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)

A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重 0.14 g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

解析：选D。原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。