2024届高考化学一轮复习专题6第30讲原电池化学电源基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题6第30讲原电池化学电源基础学案，共25页。

原电池的工作原理及应用
1．原电池的构成
(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)一般构成条件
2．原电池的工作原理
如图是Cu­Zn原电池，请填空：
(1)两装置的反应原理
(2)原电池中的三个方向
①电子方向：从负极流出沿导线流入正极。
②电流方向：从正极沿导线流向负极。
③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。盐桥溶液中阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。
(3)盐桥的作用
①连接内电路，形成闭合回路。
②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
3．原电池原理的应用
(1)比较金属活动性强弱
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与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
(3)设计制作化学电源
两金属作电极时负极金属不一定比正极金属活泼，如Mg—NaOH(aq)—Al中Al为负极，电极反应为(－)2Al－6e－＋8OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O，(＋)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－；Fe(Al)—浓HNO3—Cu中，Cu为负极，电极反应：(－)Cu－2e－===Cu2＋，(＋)2NOeq \\al(－,3)＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)任何放热反应均可设计成原电池。( )
(2)原电池中电子移动方向：负极→导线→正极→电解质→负极。( )
(3)任何原电池的两极材料是不同的。( )
(4)原电池工作时电解质溶液中阳离子向正极迁移。( )
(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．对于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反应，设计为原电池，负极反应式为________________________，正极反应式为__________________________。
[答案] Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
原电池的工作原理及其电极判断
1．某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．锌片为负极，发生还原反应
B．电子流向：碳棒→→锌片
C．溶液中的SOeq \\al(2－,4)向锌片迁移
D．正极反应为2H＋－2e－===H2↑
[答案] C
2．(2022·南通二模)科研人员设想用如图原电池装置生产硫酸(设通入的气体完全参与反应)。下列说法错误的是( )
A．导线中电子移动方向为a→导线→b
B．溶液中质子移动方向为b→电解质溶液→a
C．负极发生的电极反应为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
D．通过调节通入的SO2和水的质量比可保持装置内硫酸溶液的浓度不变
B [根据图示可知：二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，反应方程式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，该原电池中，二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸，所以通入SO2的电极是负极，通入氧气的电极是正极，所以a是负极，b是正极，负极上二氧化硫失电子发生氧化反应，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，溶液中阳离子向正极移动，所以H＋向正极b电极区域运动。A.a是负极，b是正极，导线中电子移动方向为负极a→导线→正极b，A正确；B.离子只在电极上得失电子而不到电极上，溶液中质子由a极区通过质子膜进入b极区，B错误；C.根据分析可知，负极发生的电极反应为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，C正确；D.电池总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，且不断抽走50%硫酸，则通过调节通入的SO2和水的质量比可保持装置内硫酸溶液的浓度不变，D正确。]
3．(2022·镇江检测)依据氧化还原反应：Cu2＋(aq)＋Zn(s)===Zn2＋(aq)＋Cu(s)设计的原电池如图所示。下列说法错误的是( )
A．X是Zn，Y溶液中含有Cu2＋
B．外电路中的电子由X电极流向Cu电极
C．Cu电极是原电池的正极，发生氧化反应
D．溶液中Zn2＋由甲池移向乙池
C [A.由反应可知，在反应中，Zn失电子被氧化，应为原电池负极，即X为Zn，Cu2＋在正极上得电子被还原，Y溶液中含有Cu2＋，A项正确；B.电子由负极流向正极，即外电路中的电子由X电极流向Cu电极，B项正确；C.Cu电极是原电池的正极，发生电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，发生还原反应，C项错误；D.甲池中发生反应Zn－2e－===Zn2＋，阳离子向正极移动，则溶液中Zn2＋由甲池移向乙池，D项正确。]
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，阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。
原电池原理的应用
4．M、N、P、E四种金属，已知：①M、N用导线连接插入稀H2SO4中，N为正极；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P>M>N>E B．E>N>M>P
C．P>N>M>E D．E>P>M>N
A [由①可知还原性：M>N，由②可知还原性：P>M，由③可知还原性：N>E，故可推知还原性：P>M>N>E，A正确。]
5．向两份过量的锌粉a、b中分别加入一定量的稀硫酸，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)的关系正确的是( )
A B C D
B [加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于锌粉过量、H2SO4定量，则产生H2的体积一样多，故选B。]
6．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Ag＋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＋ 2Ag＋＋2e－===2Ag
原电池设计的一般思路
(1)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。
(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生相应反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生相应反应(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一般选择与电极材料相同的阳离子溶液。
(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。
常见化学电源
1．化学电源优劣判断标准
电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少(比能量)或者输出功率的大小(比功率)，以及电池可储存时间的长短。
2．一次电池
(1)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＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
(2)锂电池
锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下：
负极：8Li－8e－===8Li＋；
正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SOeq \\al(2－,3)＋2S；
总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
3．二次电池
(1)铅酸蓄电池：总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))2PbSO4＋2H2O。
(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LiCO2(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－xCO2eq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))LiCO2＋Cy。
放电时电极反应式为
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2。
充电时电极反应式为
阴极：Cy＋xLi＋＋xe－===LixCy；
阳极：LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋。
二次电池充放电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
4．燃料电池
燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。
以氢氧燃料电池为例
①燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。
②书写电极反应式时，注意介质的参与。
常见化学电源中电极反应式的书写
化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物。
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。
(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在得失电子守恒的基础上，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。
1．已知银锌电池的总反应为(电解质为KOH)：
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，则负极反应式为__________________________，正极反应式为________________________。
[答案] Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
2．已知镍镉二次电池(电解质溶液为KOH溶液)的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。则放电时负极反应为______________________，正极反应为__________________；充电时阳极反应为__________________________。
[答案] Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2 2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－ 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
3．以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式
(1)eq \a\vs4\al(酸性溶液,或含质,子交换膜)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(正极：_________________________________________，,负极：_________________________________________；)))
(2)碱性溶液eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(正极：________________________________________，,负极：________________________________________；)))
(3)eq \a\vs4\al(固体氧化物,其中O2－可,以在固体介质,中自由移动)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(正极：_____________________________________,___________________________________________，,负极：____________________________________,__________________________________________；)))
(4)eq \a\vs4\al(熔融碳酸,盐CO\\al(2－,3))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(正极通入CO2：________________________________,______________________________________________，,负极：_______________________________________,______________________________________________。)))
[答案] (1)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋6H＋===3H2O
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
(2)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3H2O===6OH－
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(3)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－===3O2－
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O
(4)正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\al(2－,3)
负极：CH3OH－6e－＋3COeq \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O
化学电源的工作原理
4．(2022·盐城二模)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐浓度差进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．Na＋不断向“水”电池的负极移动
C．每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子
D．AgCl是还原产物
C [由电池总反应知，Ag 失电子作还原剂， MnO2得电子作氧化剂，因此 Ag 为电源负极， MnO2为电源正极，据此分析。A.根据分析，负极是银，失电子变成氯化银，电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，A错误；B.原电池中，阳离子移向正极，则Na＋不断向“水”电池的正极移动，B错误；C.Mn元素化合价从MnO2中的＋4价降低到Na2Mn5O10中的＋3.6价，则每生成1 ml Na2Mn5O10转移1 ml×5×0.4＝2 ml电子，C正确；D.AgCl是氧化产物，D错误。]
5．(2022·淮安检测)被称为“软电池”的纸质电池采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，在另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是( )
A．该电池的正极为锌
B．该电池的反应中二氧化锰起催化作用
C．当0.1 ml Zn完全消耗时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023
D．该电池电流由正极经外电路流向负极
D [A.该电池反应中，锌元素化合价由0价变为＋2价，所以锌作负极，A错误；B.该反应中，锰元素化合价由＋4价变为＋3价，所以二氧化锰作正极，B错误；C.电子不进入电解质溶液，C错误；D.电流的方向由正极经外电路流向负极，D正确。]
6．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 ml CH3CH2OH被完全氧化时有3 ml O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
B [乙醇燃料电池中，通入乙醇的一极为负极，电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，通入氧气的一极为正极，由工作原理图可知，正极发生反应HNO3＋3e－＋3H＋===NO↑＋2H2O,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，二者加合可得O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则HNO3在正极起催化作用，据此分析解答。HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故A正确；电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故B错误；根据得失电子守恒可知，1 ml CH3CH2OH被完全氧化时，转移12 ml电子，则有3 ml O2被还原，故C正确；由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，故D正确。]
原电池原理在科研、生产中的应用
7．一种利用电化学方法处理弱酸性溶液中NOeq \\al(－,3)的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Fe作负极、Fe3O4作正极
B．Fe发生的电极反应为3Fe－8e－＋4H2O===Fe3O4＋8H＋
C．溶液酸性不能过大，酸性过大可能会导致处理的NOeq \\al(－,3)偏少
D．反应结束后溶液的pH将减小
D [A.据图可知Fe将溶液中NOeq \\al(－,3)转化为NHeq \\al(＋,4)以消除污染，N元素的化合价由＋5价降为－3价，被还原，则Fe被氧化，Fe作负极、Fe3O4作正极，故A正确；B.Fe作还原剂，失去电子发生氧化反应生成Fe3O4，负极反应为3Fe－
8e－＋4H2O===Fe3O4＋8H＋，故B正确；C.Fe3O4能与酸反应，酸性过大可能会导致Fe3O4生成率降低，导致转移电子数减少，根据得失电子守恒，则可能会导致处理的NOeq \\al(－,3)偏少，故C正确；D.该装置中的总反应为3Fe＋NOeq \\al(－,3)＋2H＋＋H2O===Fe3O4＋NHeq \\al(＋,4)，消耗氢离子，使氢离子浓度减小，pH增大，故D错误。]
8．某课题研究小组设计如图所示装置(电极材料均为铂)，该装置可将工业废水中的乙胺(CH3CH2NH2)转化成无毒无害物质。下列分析错误的是( )
A．电极M为电池的正极
B．电池工作时，左侧溶液pH保持不变
C．电极N的电极反应式为2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋
D．为了保证电池效率，该电池工作时温度不易过高
B [由题图可知，电极M为原电池的正极，酸性条件下空气中的氧气在正极得到电子结合H＋生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，电极N为负极，在微生物的作用下，乙胺在水分子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氮气和氢离子，电极反应式为2CH3CH2NH2＋8H2O－30e－===4CO2↑＋N2↑＋30H＋。由正、负极电极反应可知，左侧溶液pH变大，B错误。]
1．(2022·湖南选择性考试，T8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂­海水电池构造示意图如下，下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂­海水电池属于一次电池
B [锂海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O2===4LiOH, M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]
2．(2022·全国乙卷，T12)Li­O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li­O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
C [放电时，金属锂电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误。]
3．(2022·浙江1月选考，T21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag­AgCl电极)和另一Ag­AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝eq \f(E－常数,0.059)。下列说法正确的是( )
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 ml·L－1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
C [A项，玻璃薄膜球内电极电势低，则该极为负极，发生失电子的氧化反应，错误；B项，pH计是测量溶液pH的仪器，玻璃膜内外氢离子浓度差异会引起电动势的变化，错误；D项，pH计采用原电池原理，工作时化学能转化为电能，错误。]
4．(2021·山东等级考，T10)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 ml 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
C [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。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；根据分析可知，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，根据其他两种燃料电池总反应可知，反应中消耗KOH，KOH的物质的量减小，B错误；理论上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eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论上放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为 1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。]
5．(2021·辽宁选择性考试，T10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物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
B [由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，据此分析解题。由分析可知，放电时，M电极反应为Li－e－===Li＋，A错误；放电时，M极为负极，N极为正极，故
Li＋由M电极向N电极移动，B正确；由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为Li＋＋e－===Li，故电极质量增大，充电时，N电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D错误。]
课时分层作业(三十) 原电池 化学电源
1．(2022·南京二模)高铁电池是一种新型高能高容量电池，某高铁电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．M极电势高于N极电势
B．电池工作时，电子移动方向：M→A→N→M
C．N极的电极反应式为FeOeq \\al(2－,4)＋3e－＋4H2O===Feeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))3＋5OH－
D．电池工作一段时间后，正极区中H＋的浓度增大
C [从图中可知，M极为负极，Fe失电子结合氢氧根离子生成氢氧化亚铁，N极为正极，FeOeq \\al(2－,4)得电子与水反应生成氢氧化铁。A.M极为负极，N极为正极，M极电势低于N极电势，A错误；B.原电池中，电子由负极经过外电路流向正极，不经过电解质溶液，电子移动方向：M→A→N，B错误；C.N极为正极，电极反应式为FeOeq \\al(2－,4)＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，C正确；D.正极生成氢氧根离子，正极区中H＋的浓度减小，D错误。]
2．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰­石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnO(OH)＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是 ( )
A．二氧化锰­石墨为电池正极
B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NHeq \\al(＋,4)
C．OH－不断由正极向负极移动
D．每生成1 ml MnO(OH)转移2 ml电子
D [每生成1 ml MnO(OH)转移1 ml e－，D项不正确。]
3．(2022·苏州质检)如图为高能LiFePO4电池的反应原理：FePO4＋LixCneq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))xLiFePO4＋nC，下列有关说法错误的是( )
A．放电时，电子由电极b经导线、用电器、导线到电极a
B．放电时，电极a的电极反应式：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4
C．充电时，电极b的电极反应式：xLi＋＋xe－＋nC===LixCn
D．充电时，Li＋向右移动，电极b的电势大于电极a的电势
D [放电时，FePO4得电子结合Li＋生成LiFePO4，LixCn失电子，生成nC和xLi＋，充电时nC得电子结合Li＋生成LixCn，LiFePO4失电子生成FePO4和Li＋。A.原电池中电子流向是负极→导线→用电器→导线→正极，则电子由电极b经导线、用电器、导线到电极a，A正确；B.放电时，电极a为原电池的正极发生还原反应：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4，B正确；C.充电时，电极b与外电源的负极相连接，发生还原反应：xLi＋＋xe－＋nC===LixCn，C正确；D.充电时，电极b与外电源的负极相连接，则Li＋向阴极即b极移动，所以电极b的电势小于电极a的电势，D错误。]
4．(2022·宿迁一模)已知Cr2Oeq \\al(2－,7)的氧化性大于Fe3＋。根据如图所示装置(盐桥中装有含琼胶的饱和K2SO4溶液)，下列叙述错误的是( )
A．a为电池的正极，b为电池的负极
B．a极的电极反应式为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O===2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋
C．b极的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋
D．电池工作时，盐桥中的SOeq \\al(2－,4)移向乙烧杯
B [根据原电池反应原理，负极反应物失去电子，发生氧化反应，正极反应物得到电子，发生还原反应。已知Cr2Oeq \\al(2－,7)氧化性大于Fe3＋，因此a极为正极，b极为负极。A.由分析知，a为电池的正极，b为电池的负极，A正确；B.a极为正极，发生还原反应，Cr2Oeq \\al(2－,7)为电极反应物，电极反应式为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6e－＋
14H＋===2Cr3＋＋7H2O，B错误；C.b电极为负极，发生氧化反应，Fe2＋为电极反应物，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，C正确；D.电池工作时，Fe2＋在负极失去电子生成Fe3＋，使乙烧杯中的正电荷增大，盐桥中的SOeq \\al(2－,4)移向乙烧杯，D正确。]
5．(2022·苏州二模)某种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子作为溶剂，在200 ℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．a极为电池的负极
B．电池工作时电子由a极经质子交换膜到b极
C．电池正极的电极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．电池工作时，1 ml乙醇被氧化，转移12 ml电子
B [燃料电池中可燃物作负极，助燃剂作正极，电池总反应为C2H5OH ＋3O2===2CO2 ＋3H2O，a极通入乙醇为负极，电极反应式为C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，b极为正极，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，以此分析。A.电池总反应为C2H5OH ＋3O2===2CO2＋3H2O，其中乙醇失去电子，故a作负极，通氧气的b极作正极，A正确；B.电流方向与电子流向相反，电子是由负极流向正极，即由a流向b，但不能经过质子交换膜，故B错误；C.正极是O2得到电子，方程式为O2 ＋ 4e－＋ 4H＋===2H2O，C正确；D.根据电池负极反应可知1 ml乙醇被氧化时就有12 ml电子转移，故D正确。]
6．(2021·盐城二模)如图为携带式一氧化碳监测仪工作原理示意图，其中待测气体在敏感电极作用下转化为无毒气体逸出，电解质溶液为稀硫酸，氧气在对电极中发生反应。利用传感器测量这一电池的电流强弱，便可测出一氧化碳含量。
下列说法正确的是( )
A．敏感电极为该电池的正极
B．对电极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．理论上检测到1 mml的CO，转移2 mml电子
D．若气体中含有CO，工作一段时间后电解质溶液的pH明显减小
C [一氧化碳监测仪中氧气在对电极中发生反应，则对电极为正极，敏感电极为负极，以此解答。A.由分析可知，敏感电极为该电池的负极，故A错误；B.氧气在对电极中发生反应，电解质溶液为稀硫酸，氧气得电子生成水，电极方程式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B错误；C.敏感电极为负极，一氧化碳在负极失去电子生成二氧化碳，电极方程式为CO－2e－＋H2O===CO2＋2H＋，理论上检测到1 mml的CO，转移2 mml电子，故C正确；D.由正、负电极方程式可知，该电池总方程式为2CO＋O2===2CO2，工作一段时间后电解质溶液中氢离子浓度不变，pH不变，故D错误。]
7．一种全有机质子二次电池放电原理如图所示，电极材料中的P、PO、PR均为有机高分子化合物。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极M发生氧化反应
B．放电时，H＋移向电极N
C．充电一段时间后，电解液的pH未变
D．充电时，阳极反应为P－2e－===PO＋2H＋
C [放电时，电极M上PO发生得氢的还原反应：PO＋2ne－＋2nH＋===P，因此电极M为正极，A项错误；根据电极M的电极反应可知，放电时，H＋移向正极(电极M)，B项错误；放电时正极反应式为PO＋2ne－＋2nH＋===P，负极反应式为PR－2ne－===2nH＋＋P，则电池总反应为PO＋PReq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))2P，则充电一段时间后，电解液的pH不变，C项正确；根据放电时正极反应式可知充电时阳极反应式为P－2ne－===PO＋2nH＋，D项错误。]
8．电化学技术在处理污染气体领域应用广泛。
(1)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，又能提供电能，装置如图所示。
①A电极的电极反应式为________________________________________。
②下列关于该电池的说法正确的是________。
A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电池工作一段时间，溶液的pH不变
D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子物质的量为0.8 ml
(2)以含SO2废气为原料，用电化学方法制取硫酸。装置如图。
写出负极电极反应式为___________________________________________。
若发电厂利用上述装置处理含SO2废气，电池输出电压为1.5 V，每天处理废气约为10 000 m3 (标准状况)，废气中SO2体积分数为2.24%。则该电池每天提供________kW·h－1电能。(1 ml e－1的电量为96 500 C)
[解析] (1)①根据总反应知NH3中N元素从－3价升高到0价，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。②A.电极A为负极，电子从左侧电极经负载流向右侧电极，A错误；B.电极B为正极，电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O===N2＋8OH－，负极消耗OH－，为使电池持续供电，正极生成的OH－必须通过离子交换膜转移到负极区，故选用阴离子交换膜，B正确；C.根据总反应知，反应生成水，会稀释电解质溶液，因此溶液pH会改变，C错误；D.利用摩尔体积计算时，必须指明在标准状况下，D错误。(2)以SO2制取H2SO4，S元素化合价升高，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，依题意，每天处理的SO2体积为10 000 m3×2.24%＝224 m3＝2.24×105 L(标准状况)，转移电子的总电量为Q＝eq \f(2.24×105 L,22.4 L·ml－1)×2×96 500 C·ml－1＝1.93×109 C，根据电能公式W＝U·I·t、电流公式I＝eq \f(Q,t)，该电池每天提供的电能为W＝U·Q＝1.5 V×1.93×109 C＝2.895×109 J，按1 kW·h－1＝3.6×106 J转换后得804 kW·h－1。
[答案] (1)2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O B (2)SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋ 804
9．我国科学家利用CO2矿化反应释放能量设计出CO2矿化电池。不仅减碳发电，还能获得高附加值产品，其工作原理如图所示(Q是有机物；反应物和产物分别经过其他通道进入或排出电池容器)。
通过离子交换膜的离子是________，正极区的电极反应式为Q＋2CO2＋2H2O＋2Na＋＋2e－===2NaHCO3＋QH2，在电极区溶液中可循环利用的物质是________，则电池的总反应方程式为__________________________________。
[解析] 根据图示，左侧电极失去电子，为原电池的负极，QH2在负极失去电子发生氧化反应生成Q和H＋，负极区的电极反应式为QH2＋Ca2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2OH－－2e－===CaSO4↓＋Q＋2H2O，负极区的钠离子通过离子交换膜进入正极区；右侧电极得到电子，为原电池的正极，Q在正极得到电子发生还原反应生成QH2，正极区的电极反应式为Q＋2CO2＋2H2O＋2Na＋＋2e－===2NaHCO3＋QH2，电池的总反应方程式为Ca(OH)2＋Na2SO4＋2CO2===CaSO4↓＋2NaHCO3，则H2O在电极区溶液中可循环利用。
[答案] Na＋ H2O Ca(OH)2＋Na2SO4＋2CO2===CaSO4↓＋2NaHCO3反应
能发生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)
闭合
回路
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
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
盐桥中
离子移向
盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，工作时K＋移向正极，Cl－移向负极
介质
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