2020版高考化学（经典版）一轮复习教师用书：第九章第1节原电池　化学电源


第1节　原电池　化学电源
[考试说明]　1.了解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和电池总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
[命题规律]　本节内容是高考的常考点，其考查形式一般以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。
考点1　原电池及其工作原理
知识梳理
1.概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是自发进行的氧化还原反应。
2．构成条件
(1)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)活泼性不同的两个电极。
(3)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(以铜一锌原电池为例)



(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。
(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线(即电子不下水，离子不上岸)。
(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。
(5)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。
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；c.可以提高能量转化效率。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。(×)
错因：此反应不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。
(2)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极。(√)
错因：_____________________________________________________________
(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(√)
错因：_____________________________________________________________
(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。(×)
错因：琼脂中少量的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。
(5)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。(×)
错因：铁遇浓硝酸钝化，故铁不能作负极。
(6)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。(×)
错因：活泼金属不一定作负极，如：Mg­NaOH­Al形成的原电池，铝作负极。
题组训练
题组一 原电池的工作原理
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)


A．①④ B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦
答案　D
解析　根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。
2．如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，作了如下记录，其中合理的是(　　)

A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑤ D．②③⑥
答案　D
解析　由图可知，该电池反应为：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，活泼金属Zn作负极，Cu作正极；外电路中电流由正极流向负极，①、④、⑤错误；Zn失去电子被氧化成Zn2＋，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的H＋在正极上得到电子，析出H2，②、③、⑥正确。
题组二 原电池正负极的判断
3．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．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)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　(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
4．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)构成一个原电池(如图)。下列有关该原电池的叙述中正确的是(　　)

①在外电路中，电子由铜电极流向银电极
②正极反应：Ag＋＋e－===Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①② B．①②④ C．②③ D．①③④
答案　B
解析　该原电池中铜作负极，银作正极，电子由铜电极流向银电极，①正确；该原电池中Ag＋在正极上得到电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②正确；实验过程中取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确。

原电池正负极的判断方法

考点2　原电池原理的应用
知识梳理
1.比较金属活泼性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
2．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
3．设计制作化学电源
(1)必须是能自发进行的氧化还原反应。
(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。
(3)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液含有与电极材料相同的阳离子，如在Cu­Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。
实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：

4．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。因此，原电池中负极的金属性不一定比正极活泼。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，是因为铜、铝在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成断路。(√)
错因：_____________________________________________________________
(2)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者。(×)
错因：锌比铁活泼，破损后，仍然可以保护铁不被腐蚀。锡没有铁活泼，破损后，会加速铁的腐蚀。
(3)生铁比纯铁更耐腐蚀。(×)
错因：生铁中含有杂质，可以形成原电池，加快生铁腐蚀。
(4)铁与盐酸反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率加快。(√)
错因：_____________________________________________________________
(5)C＋H2O(g)CO＋H2可设计成原电池。(×)
错因：自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(6)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。(×)
错因：将氧化还原反应设计成原电池，物质的化学能部分转化为电能，还有一部分在生成物中以及转化为其他形式的能量，如热能等。
题组训练
题组一 判断金属的活动性强弱
1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
答案　B
解析　①A、B相连时，A为负极，金属活动性：A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明金属活动性B>E。由此可知，金属活动性：A>C>D>B>E，B项正确。
2．根据下图可判断下列离子方程式中错误的是(　　)

A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案　A
解析　题图所示装置是原电池的构成装置，左图中Cd为负极，发生的是Cd置换出Co的反应，即Cd的金属活动性强于Co，B正确；右图中Co为负极，Co置换出Ag，说明Co的金属活动性强于Ag，D正确；综上可知，Cd的金属活动性强于Ag，所以Cd可以置换出Ag，C正确，A错误。
题组二 改变化学反应速率
3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是 (　　)
A．加入少量稀NaOH溶液
B．加入少量CH3COONa固体
C．加入少量NH4HSO4固体
D．加入少量CuSO4溶液
答案　D
解析　由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。加入NaOH溶液，消耗HCl，使c(H＋)减小，n(H＋)减小，速率减慢且H2量减少，故A错误；加入CH3COONa，c(H＋)减小，速率减慢，故B错误；加入NH4HSO4，c(H＋)增大，n(H＋)增大，速率加快，但H2量增多，故C错误；加入CuSO4，Zn可置换出Cu，形成原电池加快速率，n(H＋)不变，生成H2量不变，故D正确。
4．选择合适的图像，将序号填在相应横线上：

(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。
答案　(1)A　(2)B　(3)C
解析　(1)当加入少量CuSO4溶液，Zn可以置换Cu，构成原电池，速率加快，但由于部分Zn参与置换Cu的反应，H2的量减少，故选A。
(2)Zn与CuSO4溶液反应置换Cu，Zn、Cu、H2SO4构成原电池，加快反应速率，但由于Zn足量，n(H＋)不变，H2的量不变，故选B。
(3)加入CH3COONa，c(H＋)减少，但n(H＋)不变，故速率减慢，H2的量不变，故选C。
题组三 设计原电池
5．能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极　　　　　。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　，其原因是_________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。
答案　(1)

(2)电极逐渐溶解　(3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小
解析　(1)设计原电池时，应选用活泼性不同的两种金属，电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。
(2)由所给电极材料可知，当铜片作电极时，Cu一定是正极，则负极是活泼的金属失去电子发生氧化反应，反应现象是电极逐渐溶解。
(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能更有效的转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。

设计制造原电池的过程

考点3　化学电源
知识梳理
1.一次电池

2．二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，其正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质溶液为30%的稀H2SO4。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

注：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据电极反应式，可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。
3．燃料电池——氢氧燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。


(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。

(1)化学电源电极反应式的书写
书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有：
①拆分法
a．写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
b．把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
②加减法
a．写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。
b．写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)，
c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
(2)燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
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，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
b．碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
c．固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：
O2＋4e－===2O2－。
d．熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)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。(×)
错因：MnO2不是催化剂。
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(×)
错因：手机、电脑中使用的锂电池可以充、放电，属于二次电池。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。(×)
错因：碱性介质中，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下，甲烷燃料电池
正极电极反应式：3O2＋12e－＋6CO2===6CO。(√)
错因：_____________________________________________________________
(5)二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生氧化反应。(×)
错因：充电时负极连接电源的负极，即作电解池的阴极，得电子，发生还原反应。
题组训练
题组一 一次电池
1．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是(　　)

A．Zn为负极，发生氧化反应
B．电池工作时，电子由MnO2流向Zn
C．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
答案　B
解析　Zn是活泼金属，作该电池的负极，失去电子发生氧化反应，A正确；电池工作时，电子由负极流向正极，即电子由Zn流向MnO2，B错误；类似于锌锰干电池，MnO2在正极上得电子被还原生成MnOOH，则正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，D正确。
2．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。
(1)该电池的正极反应式为____________________，电池反应的离子方程式为________________________________________。
(2)两种锌锰电池的构造如图所示。

与酸性锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是
_________________________________________________________________。
答案　(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
(2)消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池不易发生电解质泄漏；碱性电池使用寿命较长，金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性高(答一条即可)
解析　(1)反应物MnO2中Mn是＋4价，生成物MnOOH中Mn是＋3价，锰元素化合价降低，根据“正极是氧化剂得到电子生成还原产物”可写出：MnO2＋e－―→MnOOH， NH4Cl水解显“酸性”提供H＋，再依据电荷守恒和质量守恒，在左边补充“H＋”：MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。根据“负极为还原剂失去电子生成氧化产物”可写出负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应式乘以2与负极反应式相加得到总反应式：2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋。
(2)锌负极由外壳改装到电池内部，避免了因锌筒的腐蚀而发生电解质泄漏的问题；金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性高，锌由与酸性电解质接触改为与碱性电解质接触，防止电池不工作时锌直接被酸性介质氧化，延长了电池的使用寿命。
题组二 二次电池——可充电电池
3．(2018·郑州市高三质检)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)

A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池
D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4
答案　C
解析　根据放电后Na2S2转化为Na2S4，S元素化合价升高，知Na2S2被氧化，故负极反应为：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A项错误；充电时阳极上发生氧化反应，NaBr转化为NaBr3，电极反应为：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B项错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C项正确；没有表明H2是在标准状况下，D项错误。
题组三 燃料电池
4．直接供氨式固态氧化物燃料电池的结构如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．通入氧气的电极是正极，氧气发生氧化反应
B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．该燃料电池可直接将化学能全部转化为电能
D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O
答案　D
解析　通入O2的电极是正极，O2发生还原反应，A错误；该电池的电解质是固态氧化物，其中自由移动的阴离子是O2－，正极的电极反应式应为O2＋4e－===2O2－，B错误；该燃料电池的能量转化效率较高，但不能将化学能全部转化为电能，C错误；在负极NH3发生氧化反应生成N2和水，D正确。
5．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)

A．a电极发生还原反应
B．放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗28 g乙烯
C．b极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
答案　B
解析　由题图可以看出a极通入乙烯，作负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B正确；电解质溶液显酸性，b极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，D错误。

原电池中电极反应式的书写
(1)书写一般步骤

(2)复杂电极反应式的书写
＝－
高考真题实战
1.(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。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　放电时是原电池，ClO向负极移动，A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO＋C－4e－===3CO2，D错误。
2．(2017·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
答案　D
解析　原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，A正确；电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，Li被氧化的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－=== Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D错误。
3．(2016·全国卷Ⅱ)Mg­AgCl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　Mg­AgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误。
4．(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)

A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
答案　A
解析　负极发生氧化反应，生成CO2气体，A错误；微生物电池中的化学反应速率较快，即微生物促进了反应中电子的转移，B正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C正确；电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O，D正确。
5．(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。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
答案　D
解析　CH4中的C为－4价，反应后生成的CO中C为＋2价，每消耗1 mol CH4转移6 mol e－，A错误；从装置图看，电池工作过程中没有OH－参与，B错误；该燃料电池中，电极B为正极，电极A为负极，电池工作时，CO移向负极，C错误；在电极B上O2得到电子与CO2反应转化为CO，D正确。
6．(高考集萃) (1)(2018·天津高考节选)O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图2所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的负极反应式：________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O
6CO2＋6O===3C2O＋6O2
反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式：_____________________________。
(2)(2016·北京高考)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__________________________。
(3)(2016·天津高考)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：______________________________________________。
(4)(2015·广东高考)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应。放电时负极Al的电极反应式为____________________________。
答案　(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
(2)①Fe　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O
(4)Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl
解析　(1)电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为含氯化铝的离子液体，所以Al失电子应转化为Al3＋，电极反应式为：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将正、负极反应式加和得到总反应为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
(2)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO得电子变成NH。
(3)碱性氢氧燃料电池的负极发生氧化反应，在碱性条件下氢气放电生成H2O。
(4)放电时，负极发生氧化反应，且AlCl参加反应，其反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。