2020版化学新增分大一轮人教版（全国）讲义：第六章化学反应与能量第21讲

第21讲　原电池　化学电源
考纲要求　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一　原电池的工作原理及应用

1.概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
2.构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①电解质溶液；
②两电极直接或间接接触；
③两电极插入电解质溶液中。
3.工作原理
以锌铜原电池为例

(1)反应原理
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
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

(2)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
4.原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
(4)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)
(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(×)
(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(×)
(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(×)
(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)

1.在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是_____(填序号)，并指出原因_______。

答案　①④　①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路。
2.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_____________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：__________________________________________________________________。
②正极：__________________________________________________________________。
(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥
②含盐桥



答案　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋
②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥
②含盐桥




题组一　原电池的工作原理
1.(2018·成都模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)

A.原电池是将化学能转化成电能的装置
B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C.图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D.图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
答案　D
解析　D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。
2.(2015·天津理综，4)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)

A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
答案　C
解析　A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。
3.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作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
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↑
答案　B
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，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。

原电池的工作原理简图

注意　①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。
②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
题组二　原电池原理的应用
4.(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)


答案　D
解析　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。
5.(比较金属活动性)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：
实验装置




部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
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

由此可判断这四种金属的活动顺序是(　　)
A.a＞b＞c＞d B.b＞c＞d＞a　C.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c
答案　C
解析　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。
6.(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(　　)
A.与石墨棒相连 B.与铜板相连
C.埋在潮湿、疏松的土壤中 D.与锌板相连
答案　D
解析　A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子作负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。
题组三　聚焦“盐桥”原电池
7.(2018·河北高三模拟)根据下图，下列判断中正确的是(　　)

A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
答案　B
解析　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。
8.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)

A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C.电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
答案　D
解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
9.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。

请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________(填化学式)。
(2)银电极为电池的________极，其电极反应为_________________________________。
(3)盐桥中的NO移向________溶液。
答案　(1)Cu　AgNO3　(2)正　Ag＋＋e－===Ag　(3)Cu(NO3)2
考点二　常见化学电源及工作原理

一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用
1.碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：碳棒。
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
2.纽扣式锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

电解质是KOH。
负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O。
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
3.锂电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
(1)负极材料为________，电极反应为_________________________________________。
(2)正极的电极反应为_______________________________________________________。
答案　(1)锂　8Li－8e－===8Li＋
(2)3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－
二、二次电池：放电后能充电复原继续使用
1.铅蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

(1)放电时——原电池
负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时——电解池
阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。
2.图解二次电池的充放电

3.二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
1.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
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

2.解答燃料电池题目的思维模型

3.解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。

(1)太阳能电池不属于原电池(√)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(×)
(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(√)
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(×)
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(×)
(6)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移(×)
(7)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g(√)

题组一　根据图示理解化学电源
1.普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)

A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B.电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D.外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
答案　C
解析　普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1 ×＝3.25 g，D项错误。
2.Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是(　　)

A.Li为电池的正极
B.电池工作时，Li＋向负极移动
C.正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
答案　C
解析　A项，由→发生氧化反应，可知Li为电池负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。
3.下图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为______________________________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是_______________________________________。

答案　xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　导电和隔离钠与硫
题组二　可充电电池
4.(二次电池的理解与应用)镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　)
A.充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
答案　A
解析　放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。
5.(2016·四川理综，5)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＋
答案　C
解析　放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1 mol e－时，石墨C6电极将增重 7 g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。
6.(2018·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)

A.放电时，Mg(液)层的质量减小
B.放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg
C.该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应
D.该电池充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动
答案　C
解析　A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；B项，正极镁离子得电子得到Mg，则放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg，正确；C项，该电池充电时，Mg－Sb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl－向中层和下层分界面处移动，正确。
题组三　燃料电池
7.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是(　　)

A.a为CH4，b为CO2
B.CO向正极移动
C.此电池在常温下也能工作
D.正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO
答案　D
解析　电极反应式如下：
负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO
根据图示中电子的移向，可以判断a处通入甲烷，b处通入空气，CO应移向负极，由于电解质是熔融盐，因此此电池在常温下不能工作。
8.(2018·苏州联考)科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
答案　C
解析　根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D正确。
9.(2018·福州模拟)锌—空气燃料电池可作电动车的动力电源，电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)
A.放电时，电解质溶液中K＋移向负极
B.放电时，电解质溶液的pH不变
C.充电时，阴极的反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－
D.充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，则析出固体Zn为13 g
答案　C
解析　放电时，为原电池，溶液中阳离子向正极移动，即K＋向正极移动，故A错误；放电时，消耗氢氧根离子，碱性减弱，pH减小，故B错误；充电时，阴极上发生得电子的还原反应，则阴极反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，故C正确；产生1 mol氧气，转移电子为4 mol，充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，转移电子的物质的量为×4＝0.8 mol，根据Zn～2e－，则析出固体Zn：×65 g·mol－1＝26 g，故D错误。

1.(2018·全国卷Ⅲ，11)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)

A.放电时，多孔碳材料电极为负极
B.放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D.充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2
答案　D
解析　由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为(1－)O2＋2Li===Li2O2－x。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D项正确；该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误。
2.(2018·全国卷Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)

A.放电时，ClO向负极移动
B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C.放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO＋C
D.充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na
答案　D
解析　根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋
正极反应：3CO2＋4e－===2CO＋C
充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na
阳(正)极：2CO＋C－4e－===3CO2↑
放电时，ClO向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。
3.(2016·全国卷Ⅱ，11)Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)
A.负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B.正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C.电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
答案　B
解析　根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋ 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。
4.(2017·全国卷Ⅲ，11)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
答案　D
解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→ Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极反应式为Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少直至充满电，错误。
5.(1)[2017·北京，28(1)③]可利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生。

其中甲溶液是____________，操作及现象是____________________________________。
(2)[2016·江苏，20(1)]铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为_____________。
(3)[2016·北京理综，26(1)]用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。
Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。

①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是______________________________________________________。
答案　(1)FeSO4溶液　分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深
(2)Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O
(3)①铁　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O

A组
1.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是(　　)

A.该电池是一次电池
B.该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时，外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少3.25 g
答案　D
解析　电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应减少6.5 g，所以D项错误。
2.下列关于原电池的叙述中正确的是(　　)
A.正极和负极必须是金属
B.原电池是把化学能转化成电能的装置
C.原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成
答案　B
3.(2018·潍坊期中)气体的自动化检测中常常应用根据原电池原理设计的传感器。下图为电池的工作示意图，气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。

待测气体
部分电极反应产物
NO2
NO
Cl2
HCl
CO
CO2
H2S
H2SO4

则下列说法中正确的是(　　)
A.上述气体检测时，敏感电极均作电池负极
B.检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
C.检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.检测Cl2和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上电流大小、方向相同
答案　B
解析　A项，NO2、Cl2在正极得电子发生还原反应，H2S、CO在负极失电子发生氧化反应，错误；B项，Cl2得电子生成HCl，电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，正确；C项，H2S失去电子生成硫酸，在酸性条件下，氧气得电子应该生成水，错误；D项，等体积的Cl2和CO发生原电池反应时，1 mol Cl2得2 mol电子，1 mol CO失去2 mol电子，传感器上电流方向相反，错误。
4.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)

A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C.外电路的电流方向为从b到a
D.电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
答案　C
解析　A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流由b→a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
5.(2018·锦州一模)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A.电池工作时，正极附近的pH降低
B.当消耗1 mol O2时，有2 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移
C.负极反应式为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O
D.若去掉阳离子交换膜，电池也能正常工作
答案　C
解析　电池工作时，O2在正极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于生成OH－，溶液的pH增大，A错误；当消耗1 mol O2时，电路中转移4 mol电子，生成4 mol OH－，为保持溶液呈电中性，应有4 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移，B错误；N2H4在负极上失电子发生氧化反应，则负极反应式为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O，C正确；若去掉阳离子交换膜，正极产生的OH－直接向负极移动，不能产生稳定的电流，D错误。
6.(2019·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)

A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C.电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
答案　C
解析　a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，则C项错误；根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知消耗等物质的量的H2和CH4，CH4消耗O2较多。
7.可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　)
A.镁为负极材料
B.正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－
C.电子从镁极流出，经电解质流向正极
D.每生成1 mol MnF2时转移1 mol电子
答案　C
解析　由电池反应知，镁作还原剂，发生氧化反应，镁极为负极，A项不符合题意；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，B项不符合题意；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项符合题意；锰元素由＋3价降至＋2价，D项不符合题意。
8.(1)锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：

①外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。
②电池的正极反应式为______________________________________________________。
(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：

①该电池中外电路电子的流动方向为____________(填“从A到B”或“从B到A”)。
②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将________(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为__________________________________________。
答案　(1)①b　a　②MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
(2)①从A到B　②不变　③CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑
解析　(1)①结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是a→b，电流方向则是b→a。②根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
(2)①甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②B电极上O2得电子消耗H＋，同时溶液中的H＋移向B电极室，所以B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。③CH3OH失电子，生成CO2和H＋，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。
B组
1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发明是化学对人类的一项重大贡献，下列有关电池的叙述正确的是(　　)
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
答案　C
解析　A项，在锌锰干电池中，正极是碳棒，该电极上二氧化锰发生得电子的还原反应，该电极质量不会减少，错误；B项，氢氧燃料电池属于原电池的一种，是将化学能转化为电能的装置，不能将热能直接转变为电能，错误；C项，氢氧燃料电池中，燃料作负极，发生失电子的氧化反应，氧气在正极被还原，正确；D项，太阳能电池的主要材料是半导体单质硅，不是二氧化硅，错误。
2.有关如图所示原电池的叙述不正确的是(　　)

A.电子沿导线由Cu片流向Ag片
B.正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag
C.Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
D.反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
答案　D
解析　该装置是原电池装置，实质上发生的是Cu与硝酸银的反应，所以Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu是负极，Ag是正极，电子从负极流向正极，A正确；正极是Ag＋发生还原反应，得到电子生成Ag，B正确；根据以上分析，Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应，C正确；原电池中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，D错误。
3.(2019·青岛调研)《科学美国人》评出的2016年十大创新技术之一是碳呼吸电池，电池原理如图所示，则下列有关说法正确的是(　　)

A.该装置将电能转变为化学能
B.正极的电极反应为C2O－2e－===2CO2
C.每生成1 mol Al2(C2O4)3，有6 mol电子流过负载
D.随着反应进行，草酸盐浓度不断变小
答案　C
解析　A项，该装置属于燃料电池，将化学能转化为电能，错误；B项，原电池正极上发生得电子的还原反应，结合电池原理图可得正极反应式为：2CO2＋2e－===C2O，错误；C项，每生成1 mol Al2(C2O4)3，负极有2 mol Al失去电子，共失去6 mol电子，所以有6 mol电子流过负载，正确；D项，根据正负极反应情况可得电池总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，所以反应过程中不消耗草酸盐，错误。
4.(2018·日照市校际联考)某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4转化为Na2S。下列说法正确的是(　　)

A.充电时，太阳能转化为化学能，化学能又转化为电能
B.放电时，a极为负极
C.充电时，阳极的电极反应式为I－2e－===3I－
D.M可以使用阴离子交换膜
答案　B
解析　充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能贮存起来，A错误；放电时，a极为负极，Na2S失电子氧化为Na2S4，B正确；充电时，阳极失电子被氧化，阳极的电极反应式为3I－－2e－===I，C错误；M是阳离子交换膜，D错误。
5.(2018·泉州市第五中学高三模拟)下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。
　
下列叙述中正确的是(　　)
A.甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转
B.甲组操作时，溶液颜色变浅
C.乙组操作时，C2作正极
D.乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
答案　D
解析　装置Ⅰ中的反应，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2上发生：AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线到C1，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。
6.(2018·贵阳一模)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为：Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。

下列说法中正确的是(　　)
A.放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl
B.放电时AlCl移向正极
C.充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)
D.电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原
答案　C
解析　熔融盐中Cl－是以AlCl形式存在，放电时负极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A项错误；放电时，AlCl向负极移动，B项错误；充电时石墨电极与电源的正极相连，石墨电极为阳极发生氧化反应生成Cn(AlCl4)：AlCl＋Cn－e－===Cn(AlCl4)，C项正确；放电时，石墨电极为正极，发生反应Cn(AlCl4)＋e－===AlCl＋Cn，则电路中通过3 mol电子，最多有3 mol Cn(AlCl4)被还原，D项错误。
7.流动电池是一种新型电池，其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部设备调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。某种流动电池如图所示，电池的总反应式为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是(　　)

A.a为负极，b为正极
B.该电池工作时，PbO2电极附近溶液的pH增大
C.a极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D.调节电解质溶液的方法是补充CuSO4
答案　D
解析　A项，根据电池总反应式Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O可知铜为负极，PbO2为正极，正确；B项，该电池工作时，PbO2电极发生的反应为PbO2＋4H＋＋2e－＋SO===PbSO4＋2H2O，消耗了溶液中的H＋，故溶液的pH增大，正确；C项，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正确；D项，通过总反应式可知H2SO4参加了反应，故应补充H2SO4，错误。
8.(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示：

①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是_______________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是__________。
(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。

①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为____________________________________________________________。
③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________g Pb。
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。

①a电极的电极反应式是_____________________________________________________；
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_______________。
答案　(1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋　②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①正极　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2　③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O　②发生4NH3＋3O2===2N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH
解析　(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(2)③根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。
(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生4NH3＋3O2===N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。