【鲁科版】高考化学一轮复习第20讲化学能转化为电能__电池教案

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第20讲　化学能转化为电能——电池
[考纲要求]　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和电池反应方程式。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：把化学能转化为电能的装置。
2．工作原理(以铜锌原电池为例)

(1)原理分析
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沿导线流向Cu
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)两种装置比较
①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。
②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低；装置Ⅱ中使Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定。
3．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。
(2)二看两电极：一般是金属活动性不同的两电极。
(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。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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(√)
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。


答案：　②④⑥⑦
3．原电池正负极的判断方法
(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为________极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为____________极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由________极流向________极；电子由________极流向________极。
(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向________极，阴离子移向________ 极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的________极失电子发生氧化反应，其________极得电子发生还原反应。
(5)根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为________极，增重或有气体逸出的一极为________。
答案：　(1)负　正　(2)正　负　负　正　(3)正　负
(4)负　正　(5)负　正

题组一　原电池的工作原理
1．(2019·北京石景山区期末)在探究柠檬电池的工作原理时，某课外小组同学发现：当按图Ⅰ所示连接一个柠檬时，二极管不发光；按图Ⅱ所示连接几个柠檬时，二极管发光。下列说法不正确的是(　　)

A．图Ⅰ中二极管不发光，说明该装置不构成原电池
B．图Ⅱ中铁环为负极、铜线为正极，负极的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
C．图Ⅰ中二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小
D．图Ⅱ中所得的电池组的总电压是各个柠檬电池的电压之和
A　[图Ⅰ连接一个柠檬时，形成原电池，二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小，A错误、C正确。图Ⅱ中多个柠檬电池串联，铁比铜活泼，则铁环是负极，负极上Fe失电子被氧化生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B正确。图Ⅱ所得的电池组是多个柠檬电池串联形成，故该电池组的总电压等于各个柠檬电池的电压之和，D正确。]
2．(2019·山东济南联考)金属­硫电池价格低廉，使用寿命长，能量密度高，因而在电池研究领域得到广泛关注。常温下新型Mg­S电池放电时的总反应为：Mg＋nS===MgSn。下列关于该电池的说法正确的是 (　　)
A．负极材料为金属镁，正极材料为固体硫
B．电解质溶液可选用硫酸铜溶液
C．放电时，溶液中的阳离子向负极移动
D．将金属镁换成金属钠或锂也可以形成原电池
D　[该电池的负极材料为Mg，但正极材料不是固体硫，因为固体硫不导电，A项错误；电解质溶液不能选用硫酸铜溶液，否则正极为Cu2＋得电子而不是S得电子，B项错误；放电时溶液中的阳离子向正极移动，C项错误；若将金属镁换成金属钠或锂，则总反应为2Na＋nS===Na2Sn或2Li＋nS===Li2Sn，也可以形成原电池，D项正确。]
3．(2019·福建六校联考)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是(　　)

A．t1s前，Al片的电极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
B．t1s时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应
C．t1s之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变
D．烧杯中发生反应的离子方程式为：2NO2＋2OH－===2NO＋H2O
D　[t1 s前，Al片作负极，发生氧化反应，其电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A项正确；t1 s时，随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；t1 s后Cu作负极发生氧化反应，电流方向发生改变，C项正确；NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2，即烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，D项错误。]
题组二　原电池原理的应用
4．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极
________________________________________________________________________，
正极
________________________________________________________________________，
并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。
答案：　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

5．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)

(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，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____________。
(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____________。
解析：　加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋⇌CH3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。
答案：　(1)A　(2)B　(3)C
题组三　聚焦“盐桥”原电池
6．(2019·河北唐山期末)铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．a电极发生还原反应
B．盐桥中K＋移向a电极
C．b电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
D．电子由Zn电极流出，经盐桥溶液流向b电极
C　[Zn的金属活动性强于Cu，则铜锌原电池中，Zn作负极，发生氧化反应，A错误；b电极是正极，盐桥中阳离子向正极区移动，则盐桥中K＋移向b电极，B错误；溶液中Cu2＋在b电极上发生还原反应生成Cu，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，C正确；电子由负极经导线流向正极，则电子由Zn电极流出，经电流计流向Cu电极，电子不能经过盐桥溶液，D错误。]
7．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。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，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
D　[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；D项在甲中溶入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。]
8．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　三类常见的化学电源

1．一次电池
碱性锌锰干电池

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－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
锌银电池

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－
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
2.二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

3．“高效、环境友好”的燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===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

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　　)
(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料(　　)
(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)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋(　　)
答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。
(1)酸性条件
总反应式：
________________________________________________________________________；
正极反应式：
________________________________________________________________________；
负极反应式：
________________________________________________________________________。
(2)碱性条件
总反应式：
________________________________________________________________________；
正极反应式：
________________________________________________________________________；
负极反应式：
________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：
________________________________________________________________________；
正极反应式：
________________________________________________________________________；
负极反应式：
________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
总反应式：
________________________________________________________________________；
正极反应式：
________________________________________________________________________；
负极反应式：
________________________________________________________________________。
答案：　(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－===4CO
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O

解答燃料电池题目的三个关键点
(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。

题组一　根据图示理解化学电源
1．(2019·福建福州质量抽测)锂锰电池的体积小、性能优

良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列表述不正确的是(　　)
A．a电极电势比b电极电势低
B．混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代
C．电池工作时负极反应为Li－e－===Li＋
D．外电路未接通时，电解质溶液中离子不会定向移动
B　[根据Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，可知b为正极，a为负极，故a电极电势比b电极电势低，A项正确；由于金属Li能与水反应，故混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代，B项错误；a为负极，电池工作时负极上Li发生氧化反应：Li－e－===Li＋，C项正确；外电路未接通时，电解质溶液中离子自由移动，不会定向移动，D项正确。]
2．(2019·广东中山一中考试)最近科学家利用下列装置成功地实现了CO2和H2O合成CH4。下列叙述错误的是(　　)

A．电池工作时，实现了将太阳能转化为电能
B．铜电极为正极，电极反应式为CO2－8e－＋8H＋===CH4＋2H2O
C．放电时，电池内H＋透过质子交换膜从左侧向右侧移动
D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量稀硫酸
B　[由电池装置图可知电池工作时，实现了将太阳能转化为电能，A项正确；电子流入的一极是正极，所以铜电极是正极，铜电极上CO2得到电子生成CH4，即CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，B项错误；放电时，电池内H＋透过质子交换膜向正极移动，因铜电极是正极，故电池内H＋透过质子交换膜从左侧向右侧移动，C项正确；向装置中加入少量强电解质溶液稀硫酸可以增强电解质溶液的导电能力，提高该人工光合系统的工作效率，D项正确。]
题组二　燃料电池
3．(2019·山东菏泽期末)瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
B．电池工作时，OH－向正极移动
C．电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．电流由电极1经外电路流向电极2
A　[由题图可知，NH3在电极1上发生氧化反应生成N2和H2O，则电极1是负极，电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O；O2通入电极2，则电极2是正极，发生还原反应，电解质溶液是NaOH溶液，故正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；根据正、负极反应式，结合得失电子守恒可得电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，A正确。电池工作时，阴离子向负极移动，则OH－向负极移动，B错误。由上述分析可知，电极2发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误。电流由正极经外电路流向负极，则电流由电极2经外电路流向电极1，D错误。]
4．(2019·哈师大附中期中)

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
D　[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。]

解答燃料电池题目的思维模型

题组三　可充电电池
5．(2019·安徽合肥质检)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是 (　　)
A．放电时，溶液中OH－移向负极
B．放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
C　[根据原电池放电时阴离子向负极移动，知放电时OH－移向负极，A项正确；根据放电时总反应知，负极上Fe发生氧化反应转化为Fe(OH)2，负极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，B项正确；充电时的阴极反应与放电时的负极反应互为逆反应，故充电时阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误；充电时阳极上发生氧化反应，Ni(OH)2转化为Ni2O3，D项正确。]
6．(2019·湖南湘东六校联考)一种新型可充电电池的工作原理如图所示。总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是(　　)

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
C　[放电时，铝为负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应式为：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A错误。放电时，AlCl移向负极，B错误。充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，石墨中碳元素的化合价没有发生变化，失去电子的是AlCl，电极反应式为：Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，C正确。1 mol Cn(AlCl4)被还原仅转移1 mol电子，D错误。]

可充电电池充电时的电极接法为：

　四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写
近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等。
一、以CH3OH燃料电池的负极为例解读四步法
第一步，还原剂－ne－―→氧化产物：CH3OH－ne－―→CO2↑(注意电解质溶液呈碱性时：CH3OH－ne－―→CO)。
第二步，标变价算n值：n＝[4－(－2)]×1＝6。
第三步，根据电池情景用H＋、OH－、O2－、CO等阴、阳离子配平电荷；即在第二步的基础上观察方程式：CH3OH－6e－―→CO2左边有6个单位的正电荷。
(1)酸性电解质时右边加6个单位的H＋使电荷守恒：得CH3OH－6e－―→CO2↑＋6H＋；
(2)熔融氧化物为电解质时左边加3个单位的O2－使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－―→CO2↑；
(3)熔融碳酸盐为电解质时左边加3个单位的CO使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋3CO―→4CO2↑；
(4)碱性电解质时，在第二步的基础上观察方程式：CH3OH－6e－===CO左边有6个单位的正电荷，右边有2个单位的负电荷，此时，左边加8个单位的OH－使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－―→CO。
第四步，用H2O等小分子配平原子。
(1)酸性电解质时左边加1个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋；
(2)熔融氧化物为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O；
(3)熔融碳酸盐为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O；
(4)碱性电解质时右边加6个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。

“四步法”书写电极反应式的步骤归纳如下：
第一步：书写负极(阳极)，还原性微粒－ne－―→氧化性产物；正极(阴极)：氧化性微粒＋ne－―→还原性产物。
第二步：标变价算n值，n＝(高价－低价)×变价原子个数。
第三步：根据电池情景用H＋、OH－、O2－、CO等阴、阳离子配平电荷。
第四步：用H2O等小分子配平原子
二、已知总方程式，书写电极反应式的步骤与技巧
(1)书写步骤
①步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne－)。
②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
③步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－ne－―→氧化产物
正极反应：氧化剂＋ne－―→还原产物
(2)书写技巧
若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
[集训1]　Li­SOCl2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LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题。
(1)负极材料为__________，其电极反应为
________________________________________________________________________。
(2)正极反应式为
________________________________________________________________________。
解析：　分析反应中各元素的化合价变化，可知Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂)，负极反应式为Li－e－===Li＋。
(2)正极反应式为2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
答案：　(1)锂　4Li－4e－===4Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[集训2]　Mg­AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－
试书写该电池的正、负极电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案：　负极：Mg－2e－===Mg2＋
正极：2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
[集训3]　铝­空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________。
答案：　4Al－12e－===4Al3＋　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
[集训4]　锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，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________(填字母，下同)极流向________极。
(2)电池正极反应式为
________________________________________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：　(1)b　a
(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应
[集训5]　一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L－1的KOH溶液。

(1)写出放电时的正、负极电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：　(1)负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O；
正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
(2)阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O

1．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
B　[本题考查原电池工作原理，涉及酶的特性、电极反应式的书写和电解质中离子迁移方向等知识，考查的核心素养是证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。]
2．(2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D—Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
D　[本题考查新型电池的工作原理，考查的核心素养是证据推理与模型认知。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。]
3．(2018·全国卷Ⅱ，12)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
D　[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。]
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
D　[A对：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等。B对：电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g。C对：石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性。D错：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。]
5．[2019·全国卷Ⅲ，28(4)]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
解析：　负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2，则转移1 mol电子消耗氧气 mol，其在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
答案：　Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6