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2023版创新设计高考化学（新教材鲁科版）总复习一轮讲义第6章 化学反应与能量转化
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第2讲 化学能转化为电能——电池
【课标要求】 1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、理解原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
一、原电池
1.原电池的工作原理
(1)能量转化：化学能―→电能。
(2)原电池的构成
反应
能自发进行的氧化还原反应
(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
介质
电解质溶液或熔融电解质或某离子导体等
闭合回路
两电极直接或间接接触插入介质
(3)示例
①两种装置：图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。
②工作原理
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn片
Cu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
盐桥中含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
两装置差异
两装置的不同之处：甲中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗；乙中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长，电流效率高。
③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。
2.原电池原理的应用
(1)加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率加快。
(2)金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护，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。
(3)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极并浸入H2SO4稀溶液中时，作负极的金属比作正极的金属活泼。
注意：Mg、Al作电极浸入NaOH溶液中，Al作负极
(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根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
【诊断1】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极(√)
(2)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(×)
(3)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(×)
(4)把锌片和铜片用导线连起来，浸入食盐水中，不能形成原电池(×)
二、化学电源
1.一次电池
(1)酸性锌锰干电池
负极是锌筒，正极是石墨，电解质溶液(氯化铵和氯化锌混合液)用淀粉糊固定化。
负极电极反应Zn－2e－===Zn2＋。
(2)碱性锌锰电池
碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(3)银锌电池
银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2.二次电池
(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)锂离子电池
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy，其放电时电极反应式为
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。
3.燃料电池
(1)特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过80%。
(2)氢氧燃料电池
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
【诊断2】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(×)
(2)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长(×)
(3)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(×)
(4)铅酸蓄电池中的反应是可逆反应(×)
考点一 原电池的工作原理
【题组训练】
1.锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )
A.铜作负极，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋
B.电池反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C.在外电路中，电子从正极流向负极
D.盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液
答案 B
解析 锌作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，A错误、B正确；外电路中电子从负极流向正极，C错误；电解液和盐桥中阳离子向正极迁移、阴离子向负极迁移，D错误。
2.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式原电池，如图。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.外电路的电流方向是从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，甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋ ；B项，乙烧杯的溶液中发生还原反应，应为Cr2O得到电子生成Cr3＋；C项，a极为负极，b极为正极，外电路中电流方向由b到a；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯。
❶原电池的工作原理简图
注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
②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。
③“电子不下水，离子不上岸”
❷原电池电极反应式的书写
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电极反应式。
(1)书写步骤
(2)书写方法
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)。
考点二 燃料电池和二次电池
(一)燃料电池
【典例1】 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，示意图如下所示。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
[图解分析]
答案 B
解析 相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV＋和MV2＋的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；左室为负极区，MV＋在负极失电子发生氧化反应生成MV2＋，电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，放电生成的MV2＋在氢化酶的作用下与H2反应生成H＋和MV＋，反应的方程式为H2＋2MV2＋2H＋＋2MV＋，故B错误；右室为正极区，MV2＋在正极得电子发生还原反应生成MV＋，电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，放电生成的MV＋与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2＋，故C正确；电池工作时，氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。
❶新型燃料电池的分析模板
❷解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
❸燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出燃料电池反应的总反应式
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(电解质为NaOH溶液)的反应式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
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是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：
O2＋4e－===2O2－；
④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，写出负极反应式，电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
【对点训练1】 新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法中正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
B．电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA
答案 D
解析 根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－；所以B电极是正极；发生的电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，故A、B错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6 mol，根据H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6 mol×2×NA mol－1＝12NA，故D正确。
(二)二次电池
【典例2】 科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw，温度不变时，Kw不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。
❶二次电池的解题模板
因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
❷二次电池题目的解答方法
(1)二次电池有放电和充电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
放电
阳离子正极，阴离子负极
充电
阳离子阴极，阴离子阳极
总之：
阳离子发生还原反应的电极
阴离子发生氧化反应的电极
【对点训练2】 锂离子电池充放电电池总反应：LixC6＋Li1－xCoO2LiCoO2＋C6，该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是( )
A.该电池具有很高的比能量
B.负极的反应式：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C.放电时，Li＋从石墨晶格中脱出回到正极氧化物晶格中
D.充电时，若转移l mol e－，石墨电极将增重7x g
答案 D
解析 锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A正确；根据总反应可判断，负极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正确；从图示可知，放电时锂离子从石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确；充电时，Li＋嵌入石墨(C6)电极变成LixC6，电极反应式为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，则石墨电极增重的质量就是Li＋的质量，根据关系式：
xLi＋ ～ xe－
1 mol 1 mol
可知若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。
1.(2021·广东卷)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( )
A.负极上发生还原反应
B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极
D.将电能转化为化学能
答案 B
解析 金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。
2.(2021·山东卷)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( )
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 mol 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
答案 C
解析 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为：N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼(CH3)2NNH2中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。A.放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；B.根据上述分析可知，N2H4－O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是：×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D.根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。
3.(2021·河北卷改编)K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
答案 D
解析 由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 mol e－，铅蓄电池消耗0.1 mol H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
4.(2021·辽宁卷)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A.放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2＋
B.放电时，Li＋由M电极向N电极移动
C.充电时，M电极的质量减小
D.充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
答案 B
解析 放电时，M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，A项错误；原电池中阳离子从负极向正极方向移动，即Li＋由M电极向N电极移动，B项正确；充电时M电极为阴极，电极反应为Li＋＋e－===Li，电极质量增加，C项错误；充电时N电极为阳极，电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，D项错误。
5.(2021·浙江6月选考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
答案 B
解析 A.由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；B.放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确；C.放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C说法正确；D.电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋变为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D说法正确。
1.(2021·中山模拟)某兴趣小组以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，装置如图，实验所得数据如下：
实验编号
水果种类
电极间距离/cm
电流/μA
1
番茄
1
98.7
2
番茄
2
72.5
3
苹果
2
27.2
电池工作时，下列说法不正确的是( )
A.化学能主要转化为电能
B.负极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋
C.电子从锌片经水果流向铜片
D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响
答案 C
解析 A.电池工作时(原电池)为将化学能转化为电能的装置，故A正确；B.由图示分析可知，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，即负极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，故B正确；C.电子从锌片经导线流向铜片，而不能经水果流向铜片，故C错误；D.由表中的数据分析可知不同的水果以及同种水果间距离的不同，则电流的大小也不同，所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响，故D正确。
2.(2021·广州模拟)我国科学家以金属钠和石墨作为电极，在石墨电极通入SO2制备成Na－SO2二次电池，有关该电池，下列说法错误的是( )
A.放电时SO2发生还原反应
B.放电时阴离子向Na电极移动
C.充电时石墨电极与电源负极相连
D.电解质不能是水溶液
答案 C
解析 A.放电时石墨为正极在石墨电极通入SO2，正极发生还原反应，A正确；B.放电时Na为负极带正电，阴离子向Na电极移动，B正确；C.放电时石墨为正极钠为负极，充电时石墨为阳极与电源正极相连，C错误；D.电解质不能是水溶液因为二氧化硫溶于水，D正确。
3.(2021·襄阳模拟)聚合物电解质薄膜的燃料电池是一种能直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的装置，具有能量转化率高、环境友好、启动快等特点，可被广泛使用。如图为某含聚合物电解质薄膜的燃料电池，下列说法不正确的是( )
A.正极发生的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B.负极发生氧化反应
C.该聚合物电解质薄膜可通过H＋的定向迁移导电
D.若将灯泡换成电解饱和食盐水装置，当燃料电池生成9 g水时，电解食盐水会同时产生11.2 L的H2
答案 D
解析 A.由图示可知，该电池正极氧气得电子生成水，正极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A正确；B.由图示可知，该电池负极氢气失电子发生氧化反应，故B正确；C.由图示可知，该聚合物电解质薄膜可通过H＋由负极向正极的定向迁移导电，故C正确；D.若将灯泡换成电解饱和食盐水装置，当燃料电池生成9 g水时，电路中转移1 mol电子，电解食盐水会同时产生0.5 mol氢气，非标准状况下的体积不一定是11.2 L，故D错误。
4.某原电池以银、铂为电极，用含Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。电池总反应式为2Ag＋Cl2===2AgCl。利用该电池可以测定空气中Cl2的含量。下列说法中错误的是( )
A.空气中c(Cl2)越大，消耗Ag的速率越快
B.铂极的电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl
C.电池工作时电解质中Ag＋总数保持不变
D.电子移动方向：银→固体电解质→铂
答案 D
解析 c(Cl2)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成Cl－，再与电解质中的Ag＋结合，电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl，B正确；根据电池总反应式可知，电解质中Ag＋总数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。
5.用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.电极2发生氧化反应
B.电池工作时，Na＋向负极移动
C.电流由电极1经外电路流向电极2
D.电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
答案 D
解析 电极2通入O2，发生还原反应，A错误；阳离子向正极移动，B错误；电流由电极2经外电路流向电极1，C错误；电极1上NH3失电子，结合迁移过来的OH－生成N2和H2O，D正确。
6.(2021·鞍山模拟)钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图。
下列说法中错误的是( )
A.放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B.充电时，光照可促进电子的转移
C.充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－＋2e－===I
D.放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移3 mol电子
答案 C
解析 A.放电时，为原电池，Na＋是阳离子，向正极N移动，故A说法正确；B.充电时，光照可促进I－在TiO2光电极上转移电子，故B说法正确；C.充电时，由图可知在TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I，故C说法错误；D.放电时，负极发生的反应为4S2－－6e－===S，所以当负极室有2 mol阴离子发生反应时，电路中转移3 mol电子，故D说法正确。
7.锂—空气电池是一种可充放电池，电池反应为2Li＋O2===Li2O2，某锂—空气电池的构造原理图如下。下列说法正确的是( )
A.可选用有机电解液或水性电解液
B.含催化剂的多孔电极为电池的负极
C.放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
D.充电时锂电极应连接外接电源的正极
答案 C
解析 选项A，可选用有机电解液，水性电解液会与Li直接反应，错误；选项B，含催化剂的多孔材料为电池的正极，错误；选项C，放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，正确；选项D，充电时锂电极应连接外接电源的负极，电极反应式为Li＋＋e－===Li，错误。
8.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为电池的负极，发生还原反应
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—LiS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。
9.(2021·浙江1月选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是( )
A.断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B.断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C.电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D.镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
答案 C
解析 A.断开K2，合上K1时，是放电过程，化学能转化为电能，A正确；B.断开K1合上K2时，是充电过程，电极A与电源负极相连，是阴极，发生还原反应，B正确；C.B电极发生氧化反应的反应式为：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，KOH浓度会减小，C错误；D.充电时的电极反应分别为阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，阴极：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，可知镍镉二次电池的总反应式为：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，D正确。
10.(2021·漳州模拟)一种太阳能储能电池的工作原理如图所示，已知锂离子电池的总反应：Li1－xNiO2＋xLiC6LiNiO2＋xC6，下列说法错误的是( )
A.该锂离子电池为二次电池
B.该锂离子电池充电时，n型半导体作电源正极
C.该锂离子电池放电时，Li＋从a极移向b极
D.该锂离子电池放电时，b极上发生还原反应，电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2
答案 B
解析 A.题图所示锂离子电池能实现充电和放电，为二次电池，A项正确；B.充电时a极为阴极，则n型半导体为电源负极，B项错误；C.电池放电时，Li＋从负极向正极移动，即Li＋从a极向b极移动，C项正确；D.电池放电时，b极为正极，发生还原反应，其电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2，D项正确。
11.(2020·全国卷Ⅰ节选)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
阳离子
u∞×108/ (m2·s－1·V－1)
阴离子
u∞×108/ (m2·s－1·V－1)
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______________________，铁电极的电极反应式为____________________________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________、还原性小于________。
(5)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是___________________________________________________________________。
答案 (1)KCl (2)石墨
(3)0.09 mol·L－1
(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
(5)取少量活化后溶液于试管，滴入KSCN溶液，不出现血红色
解析 (1)根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCO===Fe(OH)3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SO===CaSO4↓，可排除HCO、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而NO在酸性溶液中具有氧化性，可排除NO。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中电解质较合适。(2)电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极(石墨电极)溶液中。(3)由题意知负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，则铁电极溶液中c(Fe2＋)增加0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c(Fe2＋)增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝0.09 mol·L－1。(4)石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋>Fe2＋，还原性：Fe>Fe2＋。(5)该活化反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已完成。
12.(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为______________________________________________________________________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示：
回答下列问题：
电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为________________________________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为________L。
答案 (1)负 NO2＋NO－e－===N2O5
(2)甲 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
解析 (1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5。(2)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积在标准状况下为1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
13.(双选)(2021·漳州模拟)利用生物电化学系统处理废水的原理如图，双极膜内的H2O解离成H＋和OH－。下列对系统工作时的说法正确的是( )
A.b电极为正极，发生还原反应
B.双极膜内的水解离成的H＋向a电极移动
C.有机废水发生的反应之一为CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2O
D.该系统可处理废水、回收铜等金属，还可提供电能
答案 AD
解析 A.a电极为原电池的负极，b为原电池的正极，b电极上Cu2＋发生还原反应生成Cu，故A正确；B.原电池工作时，阳离子移向正极、阴离子移向负极，a电极为原电池的负极，b为原电池的正极，则双极膜内的水解离成的H＋向b电极移动，故B错误；C.负极a上废水中的有机物发生失电子的氧化反应生成CO2气体逸出，反应之一为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，故C错误；D.该装置是原电池，可对外提供电能，并且还可处理废水中的有机物和重金属离子，Cu2＋发生还原反应生成Cu，故D正确。
14.如图是我国学者研发的高效过氧化氢－尿素电池的原理装置图：
装置工作时，下列说法错误的是( )
A.Ni－Co/Ni极上的电势比Pd/CFC极上的低
B.向正极迁移的主要是K＋，产物M为K2SO4
C.Pd/CFC极上发生反应：2H2O2－4e－===2H2O＋O2↑
D.负极反应为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O
答案 C
解析 电子从低电势(负极)流向高电势(正极)，Ni—Co/Ni极是电池负极，电势较低，故A正确；该电池使用阳离子交换膜，只允许阳离子通过，原电池中，阳离子向正极迁移，则向正极迁移的主要是K＋，产生M为K2SO4，故B正确；Pd/CFC极上发生反应：2H＋＋H2O2＋2e－===2H2O，故C错误；Ni—Co/Ni极为负极，结合图示负极的物质转化关系可得，氮元素化合价由－3价变为0价，化合价升高，发生氧化反应，负极反应为：CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O，故D正确。
15.(2021·1月河北适应性考试)我国科学家最近发明了一种Zn－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：
回答下列问题：
(1)电池中，Zn为________极，B区域的电解质为________(填“K2SO4”、“H2SO4”或“KOH”)。
(2)电池反应的离子方程式为_____________________________________________。
(3)阳离子交换膜为图中的________膜(填“a”或“b”)。
(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。
(5)已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，EZn－PbO2________EPb－PbO2；ΔGZn－PbO2________ΔGPb－PbO2(填“>”或“<”)。
答案 (1) 负 K2SO4
(2)PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)
(3)a (4)5 361 (5)＞ ＜
解析 (1)锌是活泼金属，Zn电极为负极；由图示可知A区域电解质为KOH，C区域电解质为H2SO4，则在B区域电解质为K2SO4。(2)负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，总反应方程式为：PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)。(3)A区域是KOH溶液，OH－发生反应变为Zn(OH)，为了维持溶液呈电中性， K＋应通过交换膜进入到B区域，因此a膜为阳离子交换膜。(4)n(Zn)＝＝0.1 mol，则转移电子为0.2 mol，1 mol电子的电量为96 500 C，转移0.2 mol电子的电量Q＝0.2 mol×96 500 C/mol＝19 300 C，则理论上可产生的电量为 mAh ＝5 361 mAh。(5)由于Zn比Pb活动性强，正极材料都是PbO2，所以Zn－PbO2的电势差比Pb－PbO2的电势差大，则EZn－PbO2＞EPb－PbO2；不同电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小。由于Zn－PbO2的电势差比Pb－PbO2的电势差大，所以ΔGZn－PbO2＜ΔGPb－PbO2。
热点强化练10 新型化学电源
1.(2022·惠州一调)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是( )
A.a电极是该电池的正极
B.电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极
C.b电极上发生还原反应
D.H＋由右室通过质子交换膜进入左室
答案 C
解析 a电极上，苯酚转化为CO2，C元素的化合价升高，发生氧化反应，故a电极是该电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，则电池工作时，电流由b电极沿导线流向a电极，B项错误；b电极上，NO转化为N2，N元素化合价降低，发生还原反应，C项正确；阳离子向原电池正极移动，b电极为正极，故H＋向左室通过质子交换膜进入右室，D项错误。
2.一种新型的电池，总反应式为3Zn＋2FeO＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.Zn极是负极，发生氧化反应
B.随着反应的进行，溶液的pH增大
C.电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路
D.石墨电极上发生的反应为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－
答案 C
解析 根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成OH－、消耗H2O，溶液的pH增大，B正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶液，C错误；负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极的电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。
3.(2021·烟台模拟)磷酸铁锂电池应用广泛。该锂电池将锂嵌入碳材料，含Li＋导电固体为电解质，电池反应为：LixC6＋Li(1－x)FePO4LiFePO4＋6C。下列说法正确的是( )
A.放电时，Li(1－x)FePO4作正极，发生氧化反应
B.充电过程中，Li＋由阴极区移向阳极区
C.充电时，与电源正极相连的电极反应为：LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li(1－x)FePO4
D.放电时，电子由负极经外电路移向正极，再经电解质移向负极
答案 C
解析 A.放电时，Li1－xFeO4为正极，反应式为Li1－xFeO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，铁元素化合价降低发生还原反应，故A错误；B.充电过程中为电解池，Li＋由阳极区移向阴极区，故B错误；C.充电时阳极与电源正极相连发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li(1－x)FePO4，故C正确；D.电子不下水，电子不能通过电解质移向负极，故D错误。
4.(2021·湖南百校高三联考)一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.向b极迁移的是H＋
B.大块沉积物中的铁均显＋2价
C.b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S
D.微生物作用下S循环(歧化)生成的n(SO)和n(HS－)之比为1∶5
答案 C
解析 原电池工作时，阳离子向正极移动，a极为正极，H＋向a极迁移，A错误；大块沉积物中的FeOOH中铁显＋3价，B错误；由图可知b极上FeS2发生氧化反应转化为S和Fe2＋，电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S，C正确；由图可知S循环的反应为4S＋4H2OSO＋3HS－＋5H＋，n(SO)和n(HS－)之比为1∶3，D错误。
5.(2021·1月福建适应性考试)一种新型镁硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.使用碱性电解质水溶液
B.放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8 － 6e－===4MgS2
C.使用的隔膜是阳离子交换膜
D.充电时，电子从Mg电极流出
答案 C
解析 Mg为活泼金属，放电时被氧化，所以Mg电极为负极，聚合物电极为正极。碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8 ＋6e－===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。
6.我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有关说法错误的是( )
A.放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中
B.放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C.充电时，电极b为阳极，发生氧化反应
D.该电池的缺点是存在副反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
答案 D
解析 Li为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极a为负极，阳离子从负极移向正极，即Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极b，A、B项正确；充电时，电池正极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C项正确；由于固体薄膜只允许Li＋通过，水不能与Li接触，故不存在Li与水的反应，D项错误。
7.(2021·成都毕业班摸底)液体锌二次电池具有电压高、成本低、安全性强和可循环使用等特点。已知：
①Zn(OH)2＋2OH－===Zn(OH)；②KOH凝胶中允许离子存在、生成或迁移。下列说法错误的是( )
A.电池放电时，电子由电极B经导线流向电极A
B.电池放电时，电池总反应为MnO2＋Zn＋2H2O===Mn2＋＋Zn(OH)
C.电池充电时，H＋向电极A移动
D.电池充电时，电极B的质量增大
答案 C
解析 原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由装置图可知电极A为正极，电极B为负极，对电池充、放电时的电极反应分析如下：放电时，正极(A极)：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，负极(B极)：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；充电时，阳极(A极)：Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，阴极(B极)：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－。电池放电时，电子由负极经导线流向正极，即放电时，电子由电极B经导线流向电极A，A项正确；放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，正极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，电池总反应为MnO2＋Zn＋2H2O===Mn2＋＋Zn(OH)，B项正确；电池充电时为电解池，阳离子移向阴极，即H＋向电极B移动，C项错误；电池充电时，电极B为阴极，发生反应：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，电极B上有单质Zn生成，故质量增大，D项正确。
8.“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是( )
A.若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
B.若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋
C.若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能转化
D.若用导线连接b、c, b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
答案 B
解析 由图可知，用导线连接a、c，a极发生氧化反应，为负极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，a电极周围H＋浓度增大，溶液pH减小，故A正确；用导线连接a、c，c极为正极，发生还原反应，电极反应为WO3＋xH＋＋xe－===HxWO3，故B错误；用导线先连接a、c，再连接b、c，由光电池转化为原电池，实现太阳能向电能转化，故C正确；用导线连接b、c，b电极为正极，电极表面是空气中的氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正确。
9.(2021·眉山一诊)2020年6月，清华大学发现了一种新型的钾离子电池正极材料，比过去使用的任何材料都更加稳定。电池示意图如下，总反应为FeC2O4F＋KC6C6＋KFeC2O4F。下列有关说法错误的是( )
A.放电时，负极反应：KC6－e－===K＋＋C6
B.充电时，阳极反应：KFeC2O4F－e－===FeC2O4F＋K＋
C.充电时，当电路中通过的电子为0.02 mol时，碳电极增加的质量为0.78 g
D.用该电池电解饱和食盐水，阴极产生4.48 L气体时，通过隔膜的K＋为0.2 mol
答案 D
解析 放电时，负极失去电子发生氧化反应，电极反应式为KC6－e－===C6＋K＋，A正确；充电时，阳极上发生氧化反应，失去电子，电极反应式为KFeC2O4F－e－===K＋＋FeC2O4F，B正确；充电时，碳电极发生反应C6＋e－＋K＋===KC6，电路中通过0.02 mol电子时，碳电极增加的质量为0.02 mol K＋的质量，即0.78 g，C正确；题中未指明标准状况，4.48 L气体物质的量不一定是0.2 mol，D不正确。
10.二氧化硫－空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.Pt1 电极附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
B.该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极
C.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－===2O2－
D.相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
答案 C
解析 Pt1电极为负极，附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正确；电子由负极Pt1流出经外电路流向正极Pt2，故B正确； Pt2电极为正极，附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故C错误；根据得失电子守恒可知，SO2和O2按物质的量2∶1反应，则相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，故D正确。
11.一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法错误的是( )
A.电池工作时，光能转变为电能，X为电池的负极
B.镀铂导电玻璃上发生氧化反应生成I－
C.电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I
D.电池工作时，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变
答案 B
解析 电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A正确；镀铂导电玻璃上，I得电子被还原为I－，故B错误；电池工作时，负极反应为2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，正极反应为I＋2e－===3I－，电解质溶液中又发生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I，故C正确；由电池中发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I－，后又被氧化为I，I和I－相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变，故D正确。
12.(2021·1月湖北适应性考试)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.加入HNO3降低了正极反应的活化能
B.电池工作时正极区溶液的pH降低
C.1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有3 mol O2被还原
D.负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
答案 B
解析 A.加入硝酸，可使电池持续大电流放电，电子转移速率加快，是降低了正极反应的活化能，加快了反应速率，正确；B.正极发生的电极反应是2HNO3＋6e－＋6H＋===2NO↑＋4H2O，使c(H＋)减小，pH增大，错误；C.1 mol CH3CH2OH被氧化为CO2，失去12 mol e－，则会有3 mol O2被还原，正确；D.负极上发生的电极反应是CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，正确。
13.(双选)(2021·日照一模)纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池装置如图所示，工作时硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋。下列说法正确的是( )
A.电池工作时，硅基电极的电势高于三元锂电极的电势
B.电池充电时，三元锂电极反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋
C.将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，可提高电池工作效率并能延长电池使用寿命
D.若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 mol电子时，两极的质量相差2.8 g
答案 BD
解析 电池工作时，硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋，故硅基电极为负极，其电势低于三元锂电极的电势，选项A错误；电池充电时，三元锂电极连接电源正极为阳极，阳极上LiMxOy失电子产生Li＋，反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋，选项B正确；锂为活泼金属，能与锂盐水溶液中的水反应，故不能将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，选项C错误；若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 mol电子时，负极锂失电子溶解，减少0.2 mol Li＋质量，正极锂转化为LiMxOy，增加0.2 mol Li＋质量，两极的质量相差2.8 g，选项D正确。
14.(双选)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是( )
A.该装置可以在高温下工作
B.X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜
C.负极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D.该装置工作时，电能转化为化学能
答案 BC
解析 高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B正确；由图可知，负极上有机废水CH3COO－失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，C正确；该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误。
15.(2021·湖南卷)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A.放电时，N极为正极
B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C说法正确；放电时Br－通过隔膜进入溶液中与Zn2＋结合，充电时Zn2＋通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。
【课标要求】 1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、理解原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
一、原电池
1.原电池的工作原理
(1)能量转化：化学能―→电能。
(2)原电池的构成
反应
能自发进行的氧化还原反应
(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
介质
电解质溶液或熔融电解质或某离子导体等
闭合回路
两电极直接或间接接触插入介质
(3)示例
①两种装置：图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。
②工作原理
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn片
Cu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
盐桥中含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
两装置差异
两装置的不同之处：甲中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗；乙中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长，电流效率高。
③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。
2.原电池原理的应用
(1)加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率加快。
(2)金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护，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。
(3)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极并浸入H2SO4稀溶液中时，作负极的金属比作正极的金属活泼。
注意：Mg、Al作电极浸入NaOH溶液中，Al作负极
(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根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
【诊断1】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极(√)
(2)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(×)
(3)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(×)
(4)把锌片和铜片用导线连起来，浸入食盐水中，不能形成原电池(×)
二、化学电源
1.一次电池
(1)酸性锌锰干电池
负极是锌筒，正极是石墨，电解质溶液(氯化铵和氯化锌混合液)用淀粉糊固定化。
负极电极反应Zn－2e－===Zn2＋。
(2)碱性锌锰电池
碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(3)银锌电池
银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2.二次电池
(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)锂离子电池
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy，其放电时电极反应式为
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。
3.燃料电池
(1)特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。常见燃料有H2、烃、肼、烃的衍生物、NH3、煤气等。电能转化率超过80%。
(2)氢氧燃料电池
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
【诊断2】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(×)
(2)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长(×)
(3)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(×)
(4)铅酸蓄电池中的反应是可逆反应(×)
考点一 原电池的工作原理
【题组训练】
1.锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )
A.铜作负极，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋
B.电池反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C.在外电路中，电子从正极流向负极
D.盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液
答案 B
解析 锌作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，A错误、B正确；外电路中电子从负极流向正极，C错误；电解液和盐桥中阳离子向正极迁移、阴离子向负极迁移，D错误。
2.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式原电池，如图。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.外电路的电流方向是从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，甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋ ；B项，乙烧杯的溶液中发生还原反应，应为Cr2O得到电子生成Cr3＋；C项，a极为负极，b极为正极，外电路中电流方向由b到a；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯。
❶原电池的工作原理简图
注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
②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。
③“电子不下水，离子不上岸”
❷原电池电极反应式的书写
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电极反应式。
(1)书写步骤
(2)书写方法
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)。
考点二 燃料电池和二次电池
(一)燃料电池
【典例1】 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，示意图如下所示。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
[图解分析]
答案 B
解析 相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV＋和MV2＋的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；左室为负极区，MV＋在负极失电子发生氧化反应生成MV2＋，电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，放电生成的MV2＋在氢化酶的作用下与H2反应生成H＋和MV＋，反应的方程式为H2＋2MV2＋2H＋＋2MV＋，故B错误；右室为正极区，MV2＋在正极得电子发生还原反应生成MV＋，电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，放电生成的MV＋与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2＋，故C正确；电池工作时，氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。
❶新型燃料电池的分析模板
❷解答燃料电池题目的几个关键点
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
❸燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出燃料电池反应的总反应式
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(电解质为NaOH溶液)的反应式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
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是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：
O2＋4e－===2O2－；
④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，写出负极反应式，电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
【对点训练1】 新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法中正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
B．电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA
答案 D
解析 根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－；所以B电极是正极；发生的电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，故A、B错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6 mol，根据H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6 mol×2×NA mol－1＝12NA，故D正确。
(二)二次电池
【典例2】 科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw，温度不变时，Kw不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。
❶二次电池的解题模板
因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
❷二次电池题目的解答方法
(1)二次电池有放电和充电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
放电
阳离子正极，阴离子负极
充电
阳离子阴极，阴离子阳极
总之：
阳离子发生还原反应的电极
阴离子发生氧化反应的电极
【对点训练2】 锂离子电池充放电电池总反应：LixC6＋Li1－xCoO2LiCoO2＋C6，该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是( )
A.该电池具有很高的比能量
B.负极的反应式：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C.放电时，Li＋从石墨晶格中脱出回到正极氧化物晶格中
D.充电时，若转移l mol e－，石墨电极将增重7x g
答案 D
解析 锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A正确；根据总反应可判断，负极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正确；从图示可知，放电时锂离子从石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确；充电时，Li＋嵌入石墨(C6)电极变成LixC6，电极反应式为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，则石墨电极增重的质量就是Li＋的质量，根据关系式：
xLi＋ ～ xe－
1 mol 1 mol
可知若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。
1.(2021·广东卷)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( )
A.负极上发生还原反应
B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极
D.将电能转化为化学能
答案 B
解析 金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。
2.(2021·山东卷)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( )
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 mol 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
答案 C
解析 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为：N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼(CH3)2NNH2中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。A.放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；B.根据上述分析可知，N2H4－O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是：×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D.根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。
3.(2021·河北卷改编)K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
答案 D
解析 由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 mol e－，铅蓄电池消耗0.1 mol H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
4.(2021·辽宁卷)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A.放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2＋
B.放电时，Li＋由M电极向N电极移动
C.充电时，M电极的质量减小
D.充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
答案 B
解析 放电时，M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，A项错误；原电池中阳离子从负极向正极方向移动，即Li＋由M电极向N电极移动，B项正确；充电时M电极为阴极，电极反应为Li＋＋e－===Li，电极质量增加，C项错误；充电时N电极为阳极，电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，D项错误。
5.(2021·浙江6月选考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
答案 B
解析 A.由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；B.放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确；C.放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C说法正确；D.电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋变为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D说法正确。
1.(2021·中山模拟)某兴趣小组以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，装置如图，实验所得数据如下：
实验编号
水果种类
电极间距离/cm
电流/μA
1
番茄
1
98.7
2
番茄
2
72.5
3
苹果
2
27.2
电池工作时，下列说法不正确的是( )
A.化学能主要转化为电能
B.负极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋
C.电子从锌片经水果流向铜片
D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响
答案 C
解析 A.电池工作时(原电池)为将化学能转化为电能的装置，故A正确；B.由图示分析可知，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，即负极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，故B正确；C.电子从锌片经导线流向铜片，而不能经水果流向铜片，故C错误；D.由表中的数据分析可知不同的水果以及同种水果间距离的不同，则电流的大小也不同，所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响，故D正确。
2.(2021·广州模拟)我国科学家以金属钠和石墨作为电极，在石墨电极通入SO2制备成Na－SO2二次电池，有关该电池，下列说法错误的是( )
A.放电时SO2发生还原反应
B.放电时阴离子向Na电极移动
C.充电时石墨电极与电源负极相连
D.电解质不能是水溶液
答案 C
解析 A.放电时石墨为正极在石墨电极通入SO2，正极发生还原反应，A正确；B.放电时Na为负极带正电，阴离子向Na电极移动，B正确；C.放电时石墨为正极钠为负极，充电时石墨为阳极与电源正极相连，C错误；D.电解质不能是水溶液因为二氧化硫溶于水，D正确。
3.(2021·襄阳模拟)聚合物电解质薄膜的燃料电池是一种能直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的装置，具有能量转化率高、环境友好、启动快等特点，可被广泛使用。如图为某含聚合物电解质薄膜的燃料电池，下列说法不正确的是( )
A.正极发生的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B.负极发生氧化反应
C.该聚合物电解质薄膜可通过H＋的定向迁移导电
D.若将灯泡换成电解饱和食盐水装置，当燃料电池生成9 g水时，电解食盐水会同时产生11.2 L的H2
答案 D
解析 A.由图示可知，该电池正极氧气得电子生成水，正极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A正确；B.由图示可知，该电池负极氢气失电子发生氧化反应，故B正确；C.由图示可知，该聚合物电解质薄膜可通过H＋由负极向正极的定向迁移导电，故C正确；D.若将灯泡换成电解饱和食盐水装置，当燃料电池生成9 g水时，电路中转移1 mol电子，电解食盐水会同时产生0.5 mol氢气，非标准状况下的体积不一定是11.2 L，故D错误。
4.某原电池以银、铂为电极，用含Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。电池总反应式为2Ag＋Cl2===2AgCl。利用该电池可以测定空气中Cl2的含量。下列说法中错误的是( )
A.空气中c(Cl2)越大，消耗Ag的速率越快
B.铂极的电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl
C.电池工作时电解质中Ag＋总数保持不变
D.电子移动方向：银→固体电解质→铂
答案 D
解析 c(Cl2)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成Cl－，再与电解质中的Ag＋结合，电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl，B正确；根据电池总反应式可知，电解质中Ag＋总数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。
5.用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.电极2发生氧化反应
B.电池工作时，Na＋向负极移动
C.电流由电极1经外电路流向电极2
D.电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
答案 D
解析 电极2通入O2，发生还原反应，A错误；阳离子向正极移动，B错误；电流由电极2经外电路流向电极1，C错误；电极1上NH3失电子，结合迁移过来的OH－生成N2和H2O，D正确。
6.(2021·鞍山模拟)钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图。
下列说法中错误的是( )
A.放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B.充电时，光照可促进电子的转移
C.充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－＋2e－===I
D.放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移3 mol电子
答案 C
解析 A.放电时，为原电池，Na＋是阳离子，向正极N移动，故A说法正确；B.充电时，光照可促进I－在TiO2光电极上转移电子，故B说法正确；C.充电时，由图可知在TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I，故C说法错误；D.放电时，负极发生的反应为4S2－－6e－===S，所以当负极室有2 mol阴离子发生反应时，电路中转移3 mol电子，故D说法正确。
7.锂—空气电池是一种可充放电池，电池反应为2Li＋O2===Li2O2，某锂—空气电池的构造原理图如下。下列说法正确的是( )
A.可选用有机电解液或水性电解液
B.含催化剂的多孔电极为电池的负极
C.放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
D.充电时锂电极应连接外接电源的正极
答案 C
解析 选项A，可选用有机电解液，水性电解液会与Li直接反应，错误；选项B，含催化剂的多孔材料为电池的正极，错误；选项C，放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，正确；选项D，充电时锂电极应连接外接电源的负极，电极反应式为Li＋＋e－===Li，错误。
8.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为电池的负极，发生还原反应
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—LiS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。
9.(2021·浙江1月选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是( )
A.断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B.断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C.电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D.镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
答案 C
解析 A.断开K2，合上K1时，是放电过程，化学能转化为电能，A正确；B.断开K1合上K2时，是充电过程，电极A与电源负极相连，是阴极，发生还原反应，B正确；C.B电极发生氧化反应的反应式为：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，KOH浓度会减小，C错误；D.充电时的电极反应分别为阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，阴极：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，可知镍镉二次电池的总反应式为：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，D正确。
10.(2021·漳州模拟)一种太阳能储能电池的工作原理如图所示，已知锂离子电池的总反应：Li1－xNiO2＋xLiC6LiNiO2＋xC6，下列说法错误的是( )
A.该锂离子电池为二次电池
B.该锂离子电池充电时，n型半导体作电源正极
C.该锂离子电池放电时，Li＋从a极移向b极
D.该锂离子电池放电时，b极上发生还原反应，电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2
答案 B
解析 A.题图所示锂离子电池能实现充电和放电，为二次电池，A项正确；B.充电时a极为阴极，则n型半导体为电源负极，B项错误；C.电池放电时，Li＋从负极向正极移动，即Li＋从a极向b极移动，C项正确；D.电池放电时，b极为正极，发生还原反应，其电极反应式为Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2，D项正确。
11.(2020·全国卷Ⅰ节选)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
阳离子
u∞×108/ (m2·s－1·V－1)
阴离子
u∞×108/ (m2·s－1·V－1)
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______________________，铁电极的电极反应式为____________________________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________、还原性小于________。
(5)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是___________________________________________________________________。
答案 (1)KCl (2)石墨
(3)0.09 mol·L－1
(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
(5)取少量活化后溶液于试管，滴入KSCN溶液，不出现血红色
解析 (1)根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCO===Fe(OH)3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SO===CaSO4↓，可排除HCO、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而NO在酸性溶液中具有氧化性，可排除NO。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中电解质较合适。(2)电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极(石墨电极)溶液中。(3)由题意知负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，则铁电极溶液中c(Fe2＋)增加0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c(Fe2＋)增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝0.09 mol·L－1。(4)石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋>Fe2＋，还原性：Fe>Fe2＋。(5)该活化反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已完成。
12.(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为______________________________________________________________________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示：
回答下列问题：
电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为________________________________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为________L。
答案 (1)负 NO2＋NO－e－===N2O5
(2)甲 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
解析 (1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5。(2)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积在标准状况下为1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
13.(双选)(2021·漳州模拟)利用生物电化学系统处理废水的原理如图，双极膜内的H2O解离成H＋和OH－。下列对系统工作时的说法正确的是( )
A.b电极为正极，发生还原反应
B.双极膜内的水解离成的H＋向a电极移动
C.有机废水发生的反应之一为CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2O
D.该系统可处理废水、回收铜等金属，还可提供电能
答案 AD
解析 A.a电极为原电池的负极，b为原电池的正极，b电极上Cu2＋发生还原反应生成Cu，故A正确；B.原电池工作时，阳离子移向正极、阴离子移向负极，a电极为原电池的负极，b为原电池的正极，则双极膜内的水解离成的H＋向b电极移动，故B错误；C.负极a上废水中的有机物发生失电子的氧化反应生成CO2气体逸出，反应之一为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，故C错误；D.该装置是原电池，可对外提供电能，并且还可处理废水中的有机物和重金属离子，Cu2＋发生还原反应生成Cu，故D正确。
14.如图是我国学者研发的高效过氧化氢－尿素电池的原理装置图：
装置工作时，下列说法错误的是( )
A.Ni－Co/Ni极上的电势比Pd/CFC极上的低
B.向正极迁移的主要是K＋，产物M为K2SO4
C.Pd/CFC极上发生反应：2H2O2－4e－===2H2O＋O2↑
D.负极反应为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O
答案 C
解析 电子从低电势(负极)流向高电势(正极)，Ni—Co/Ni极是电池负极，电势较低，故A正确；该电池使用阳离子交换膜，只允许阳离子通过，原电池中，阳离子向正极迁移，则向正极迁移的主要是K＋，产生M为K2SO4，故B正确；Pd/CFC极上发生反应：2H＋＋H2O2＋2e－===2H2O，故C错误；Ni—Co/Ni极为负极，结合图示负极的物质转化关系可得，氮元素化合价由－3价变为0价，化合价升高，发生氧化反应，负极反应为：CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O，故D正确。
15.(2021·1月河北适应性考试)我国科学家最近发明了一种Zn－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：
回答下列问题：
(1)电池中，Zn为________极，B区域的电解质为________(填“K2SO4”、“H2SO4”或“KOH”)。
(2)电池反应的离子方程式为_____________________________________________。
(3)阳离子交换膜为图中的________膜(填“a”或“b”)。
(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。
(5)已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，EZn－PbO2________EPb－PbO2；ΔGZn－PbO2________ΔGPb－PbO2(填“>”或“<”)。
答案 (1) 负 K2SO4
(2)PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)
(3)a (4)5 361 (5)＞ ＜
解析 (1)锌是活泼金属，Zn电极为负极；由图示可知A区域电解质为KOH，C区域电解质为H2SO4，则在B区域电解质为K2SO4。(2)负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，总反应方程式为：PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)。(3)A区域是KOH溶液，OH－发生反应变为Zn(OH)，为了维持溶液呈电中性， K＋应通过交换膜进入到B区域，因此a膜为阳离子交换膜。(4)n(Zn)＝＝0.1 mol，则转移电子为0.2 mol，1 mol电子的电量为96 500 C，转移0.2 mol电子的电量Q＝0.2 mol×96 500 C/mol＝19 300 C，则理论上可产生的电量为 mAh ＝5 361 mAh。(5)由于Zn比Pb活动性强，正极材料都是PbO2，所以Zn－PbO2的电势差比Pb－PbO2的电势差大，则EZn－PbO2＞EPb－PbO2；不同电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小。由于Zn－PbO2的电势差比Pb－PbO2的电势差大，所以ΔGZn－PbO2＜ΔGPb－PbO2。
热点强化练10 新型化学电源
1.(2022·惠州一调)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是( )
A.a电极是该电池的正极
B.电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极
C.b电极上发生还原反应
D.H＋由右室通过质子交换膜进入左室
答案 C
解析 a电极上，苯酚转化为CO2，C元素的化合价升高，发生氧化反应，故a电极是该电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，则电池工作时，电流由b电极沿导线流向a电极，B项错误；b电极上，NO转化为N2，N元素化合价降低，发生还原反应，C项正确；阳离子向原电池正极移动，b电极为正极，故H＋向左室通过质子交换膜进入右室，D项错误。
2.一种新型的电池，总反应式为3Zn＋2FeO＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.Zn极是负极，发生氧化反应
B.随着反应的进行，溶液的pH增大
C.电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路
D.石墨电极上发生的反应为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－
答案 C
解析 根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成OH－、消耗H2O，溶液的pH增大，B正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶液，C错误；负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极的电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。
3.(2021·烟台模拟)磷酸铁锂电池应用广泛。该锂电池将锂嵌入碳材料，含Li＋导电固体为电解质，电池反应为：LixC6＋Li(1－x)FePO4LiFePO4＋6C。下列说法正确的是( )
A.放电时，Li(1－x)FePO4作正极，发生氧化反应
B.充电过程中，Li＋由阴极区移向阳极区
C.充电时，与电源正极相连的电极反应为：LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li(1－x)FePO4
D.放电时，电子由负极经外电路移向正极，再经电解质移向负极
答案 C
解析 A.放电时，Li1－xFeO4为正极，反应式为Li1－xFeO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，铁元素化合价降低发生还原反应，故A错误；B.充电过程中为电解池，Li＋由阳极区移向阴极区，故B错误；C.充电时阳极与电源正极相连发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li(1－x)FePO4，故C正确；D.电子不下水，电子不能通过电解质移向负极，故D错误。
4.(2021·湖南百校高三联考)一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.向b极迁移的是H＋
B.大块沉积物中的铁均显＋2价
C.b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S
D.微生物作用下S循环(歧化)生成的n(SO)和n(HS－)之比为1∶5
答案 C
解析 原电池工作时，阳离子向正极移动，a极为正极，H＋向a极迁移，A错误；大块沉积物中的FeOOH中铁显＋3价，B错误；由图可知b极上FeS2发生氧化反应转化为S和Fe2＋，电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S，C正确；由图可知S循环的反应为4S＋4H2OSO＋3HS－＋5H＋，n(SO)和n(HS－)之比为1∶3，D错误。
5.(2021·1月福建适应性考试)一种新型镁硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.使用碱性电解质水溶液
B.放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8 － 6e－===4MgS2
C.使用的隔膜是阳离子交换膜
D.充电时，电子从Mg电极流出
答案 C
解析 Mg为活泼金属，放电时被氧化，所以Mg电极为负极，聚合物电极为正极。碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8 ＋6e－===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。
6.我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有关说法错误的是( )
A.放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中
B.放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C.充电时，电极b为阳极，发生氧化反应
D.该电池的缺点是存在副反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
答案 D
解析 Li为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极a为负极，阳离子从负极移向正极，即Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极b，A、B项正确；充电时，电池正极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C项正确；由于固体薄膜只允许Li＋通过，水不能与Li接触，故不存在Li与水的反应，D项错误。
7.(2021·成都毕业班摸底)液体锌二次电池具有电压高、成本低、安全性强和可循环使用等特点。已知：
①Zn(OH)2＋2OH－===Zn(OH)；②KOH凝胶中允许离子存在、生成或迁移。下列说法错误的是( )
A.电池放电时，电子由电极B经导线流向电极A
B.电池放电时，电池总反应为MnO2＋Zn＋2H2O===Mn2＋＋Zn(OH)
C.电池充电时，H＋向电极A移动
D.电池充电时，电极B的质量增大
答案 C
解析 原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由装置图可知电极A为正极，电极B为负极，对电池充、放电时的电极反应分析如下：放电时，正极(A极)：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，负极(B极)：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；充电时，阳极(A极)：Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，阴极(B极)：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－。电池放电时，电子由负极经导线流向正极，即放电时，电子由电极B经导线流向电极A，A项正确；放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，正极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，电池总反应为MnO2＋Zn＋2H2O===Mn2＋＋Zn(OH)，B项正确；电池充电时为电解池，阳离子移向阴极，即H＋向电极B移动，C项错误；电池充电时，电极B为阴极，发生反应：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，电极B上有单质Zn生成，故质量增大，D项正确。
8.“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是( )
A.若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
B.若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋
C.若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能转化
D.若用导线连接b、c, b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
答案 B
解析 由图可知，用导线连接a、c，a极发生氧化反应，为负极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，a电极周围H＋浓度增大，溶液pH减小，故A正确；用导线连接a、c，c极为正极，发生还原反应，电极反应为WO3＋xH＋＋xe－===HxWO3，故B错误；用导线先连接a、c，再连接b、c，由光电池转化为原电池，实现太阳能向电能转化，故C正确；用导线连接b、c，b电极为正极，电极表面是空气中的氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正确。
9.(2021·眉山一诊)2020年6月，清华大学发现了一种新型的钾离子电池正极材料，比过去使用的任何材料都更加稳定。电池示意图如下，总反应为FeC2O4F＋KC6C6＋KFeC2O4F。下列有关说法错误的是( )
A.放电时，负极反应：KC6－e－===K＋＋C6
B.充电时，阳极反应：KFeC2O4F－e－===FeC2O4F＋K＋
C.充电时，当电路中通过的电子为0.02 mol时，碳电极增加的质量为0.78 g
D.用该电池电解饱和食盐水，阴极产生4.48 L气体时，通过隔膜的K＋为0.2 mol
答案 D
解析 放电时，负极失去电子发生氧化反应，电极反应式为KC6－e－===C6＋K＋，A正确；充电时，阳极上发生氧化反应，失去电子，电极反应式为KFeC2O4F－e－===K＋＋FeC2O4F，B正确；充电时，碳电极发生反应C6＋e－＋K＋===KC6，电路中通过0.02 mol电子时，碳电极增加的质量为0.02 mol K＋的质量，即0.78 g，C正确；题中未指明标准状况，4.48 L气体物质的量不一定是0.2 mol，D不正确。
10.二氧化硫－空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.Pt1 电极附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
B.该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极
C.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－===2O2－
D.相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
答案 C
解析 Pt1电极为负极，附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正确；电子由负极Pt1流出经外电路流向正极Pt2，故B正确； Pt2电极为正极，附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故C错误；根据得失电子守恒可知，SO2和O2按物质的量2∶1反应，则相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，故D正确。
11.一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法错误的是( )
A.电池工作时，光能转变为电能，X为电池的负极
B.镀铂导电玻璃上发生氧化反应生成I－
C.电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I
D.电池工作时，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变
答案 B
解析 电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A正确；镀铂导电玻璃上，I得电子被还原为I－，故B错误；电池工作时，负极反应为2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，正极反应为I＋2e－===3I－，电解质溶液中又发生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I，故C正确；由电池中发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I－，后又被氧化为I，I和I－相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，电解质溶液中I－和I的浓度基本不变，故D正确。
12.(2021·1月湖北适应性考试)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.加入HNO3降低了正极反应的活化能
B.电池工作时正极区溶液的pH降低
C.1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有3 mol O2被还原
D.负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
答案 B
解析 A.加入硝酸，可使电池持续大电流放电，电子转移速率加快，是降低了正极反应的活化能，加快了反应速率，正确；B.正极发生的电极反应是2HNO3＋6e－＋6H＋===2NO↑＋4H2O，使c(H＋)减小，pH增大，错误；C.1 mol CH3CH2OH被氧化为CO2，失去12 mol e－，则会有3 mol O2被还原，正确；D.负极上发生的电极反应是CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，正确。
13.(双选)(2021·日照一模)纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池装置如图所示，工作时硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋。下列说法正确的是( )
A.电池工作时，硅基电极的电势高于三元锂电极的电势
B.电池充电时，三元锂电极反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋
C.将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，可提高电池工作效率并能延长电池使用寿命
D.若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 mol电子时，两极的质量相差2.8 g
答案 BD
解析 电池工作时，硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋，故硅基电极为负极，其电势低于三元锂电极的电势，选项A错误；电池充电时，三元锂电极连接电源正极为阳极，阳极上LiMxOy失电子产生Li＋，反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋，选项B正确；锂为活泼金属，能与锂盐水溶液中的水反应，故不能将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，选项C错误；若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 mol电子时，负极锂失电子溶解，减少0.2 mol Li＋质量，正极锂转化为LiMxOy，增加0.2 mol Li＋质量，两极的质量相差2.8 g，选项D正确。
14.(双选)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是( )
A.该装置可以在高温下工作
B.X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜
C.负极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D.该装置工作时，电能转化为化学能
答案 BC
解析 高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B正确；由图可知，负极上有机废水CH3COO－失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，C正确；该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误。
15.(2021·湖南卷)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A.放电时，N极为正极
B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C说法正确；放电时Br－通过隔膜进入溶液中与Zn2＋结合，充电时Zn2＋通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。
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