新高考化学一轮复习考点精讲精练第35讲 原电池、燃料电池、化学电源 讲义（2份，原卷版+解析版）

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【知识点1】原电池的工作原理
1．原电池的概念：把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。
2．原电池的构成条件
（1）有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨，燃料电池的两个电极可以相同)。
（2）将电极插入电解质溶液或熔融电解质或离子导体中，两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
（3）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)。
3．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比——以铜锌原电池为例
4．原电池正、负极的判断方法
（1）根据原电池的两电极材料来判断
两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极。
【特殊情况】活泼性强的金属不一定作负极，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。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极，但负极一定发生氧化反应。
（2）根据外电路中电子流向或电流方向来判断
电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极。
（3）根据电极反应或总反应方程式来判断
作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极；
作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极；
（4）根据电极现象来判断
工作后，电极质量减少，说明该电极金属溶解，失去电子变成金属离子，该电极为负极；电极质量增加或不变，说明溶液中的阳离子在该电极放电生成金属单质或溶液中的阳离子得电子，该电极为正极。
（5）根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动。
【例1】下列装置能实现化学能直接转化为电能的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【详解】A．电解冶炼金属钠，属于电解池，是将电能转化为化学能，A不符合题意；
B．铜锌原电池是将化学能直接转化为电能，B符合题意；
C．火力发电的能量转化形式为：燃料的化学能→蒸汽的热能→机械能→电能，属于化学能间接转化为电能，C不符合题意；
D．太阳能电池是将太阳能转化为电能，D不符合题意；
故选B。
【例2】用如图所示装置进行实验，电流计指针偏转。下列说法不正确的是
A．该装置将化学能转化为电能B．从极经阳离子交换膜移向极
C．工作一段时间后，极附近的减小D．该装置的总反应为
【答案】D
【详解】对于H2、Cl2、KOH燃料电池，通H2的a电极失电子，作负极；通入Cl2的b电极得电子，作正极。
A．该装置是燃料电池为原电池，将化学能转化为电能，A正确；
B．在原电池中，阳离子向正极移动，则K+从a极经阳离子交换膜移向b极，B正确；
C．原电池工作时，a极发生反应H2+2OH--2e-=2H2O，则工作一段时间后，a极附近的pH减小，C正确；
D．负极反应为H2+2OH--2e-=2H2O，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，则该装置的总反应为H2+Cl2+2OH-=2Cl-+2H2O，D不正确；
答案选D。
【例3】下图为两种原电池。Ⅱ中各组物质中，能构成原电池且反应原理与Ⅰ相同的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】Ⅰ中铁离子得到电子发生还原反应、铜失去电子发生氧化反应从而构成原电池，总反应为；对于双液原电池(Ⅱ)，负极(Cu)对应电解质溶液为负极金属对应阳离子的盐（硫酸铜）溶液；正极可选用比负极活泼性弱的金属(Pt)或导电非金属(C)，正极对应的电解质溶液为与负极发生氧化还原反应的电解质（氯化铁）溶液。
A．根据分析，a极选用Fe，其活泼性强于Cu，不符合题意，故A项错误；
B．根据分析，a极选用Zn，其活泼性强于Cu，且X溶液应为含Cu2+的盐溶液，故B项错误；
C．根据分析，a极选用Pt，其活泼性弱于Cu，且电解质溶液均符合要求，故C项正确；
D．a极选用碳棒符合题意，X、Y电解质溶液应分别为CuSO4、FeCl3溶液，故D项错误。
故选C。
【例4】铜板上的铁铆钉在潮湿环境中易发生电化学腐蚀而生锈(如图所示)。下列说法正确的是
A．铜板为负极
B．铁发生反应：
C．生锈过程电子由铁经水膜移向铜板
D．铁生锈还涉及反应：
【答案】D
【详解】铁比铜活泼，在电化学腐蚀中，铁作负极，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+；铜板作正极，电极反应式为：，据此分析回答；
A．由分析可知，铁比铜活泼，在电化学腐蚀中，铁作负极，铜板作正极，A错误；
B．由分析可知，铁作为负极，失电子生成Fe2+，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，B错误；
C．电子只能通过金属导体移动，不能经水膜（电解质溶液）移动，电子由铁经金属接触部分移向铜板，C错误；
D．铁腐蚀时，负极生成的Fe2+与正极生成的OH-结合为Fe(OH)2，Fe(OH)2易被氧化为Fe(OH)3，反应4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3为生锈过程的重要步骤，D正确；
故选D。
【例5】某兴趣小组研究一种酸性燃料电池酒精检测仪，可以快速进行酒精检测。发生反应：，下列说法错误的是
A．放电时在负极发生氧化反应
B．该电池正极反应为：
C．该电池反应能自发进行，其焓变
D．可通过增加检测电流大小的装置测算出呼出气体的酒精含量
【答案】B
【详解】A．燃料电池中，燃料在负极通入，在负极发生氧化反应，A正确；
B．酸性条件下，正极发生还原反应：，B错误；
C．该反应为放热反应，反应过程中气体分子数减小，为熵减反应，根据：反应可自发进行，该反应，C正确；
D．增加检测电流大小的装置，可以通过测量转移电子数，从而计算出呼出气体的酒精含量，D正确；
答案选B。
【知识点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，设计成原电池时反应速率加快。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
2、用于金属的防护
3、比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属作负极，电极质量减少；而活动性弱的金属(或非金属导体)作正极，有气体生成、电极质量不断增加或不变。
如：有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A＞B。
4、设计制作化学电源
例：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计原电池。
【例1】化学与生活息息相关，下列说法正确的是
A．铜板打上铁铆钉后，铜板更易被腐蚀
B．保护水中的钢闸门，应将其与电源正极连接
C．“祝融号”火星车使用的太阳能电池板可将电能转化为化学能
D．用“保暖贴”取暖，铁做负极发生吸氧腐蚀，放出热量
【答案】D
【详解】A．铜与铁构成原电池，铁的活泼性强于铜，则铁易被腐蚀，A错误；
B．将水中的钢闸门与电源的正极连接，使钢闸门成为阳极，失电子速率加快，加速了钢闸门的腐蚀；钢闸门应与电源负极相连，B错误；
C．“祝融号”火星车使用的太阳能电池板将太阳能转化为电能，C错误；
D．“保暖贴”内含铁粉、碳、氯化钠，发生吸氧腐蚀时铁粉作负极，碳作正极，反应放出热量，D正确；
故答案为：D。
【例2】M、N、P、E四种金属，已知：①；②M、P用导线连接放入溶液中，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，电极反应式分别为，。则这四种金属的还原性的强弱顺序是
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】金属的活动性越强，其还原性越强，由①可知，金属活动性：；M、P用导线连接放入溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：；由③可知，N作原电池的负极，故金属活动性：，综上所述，金属的还原性：；
故选A。
【例3】下列实验装置(部分夹持装置已略去)能达到对应实验目的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】A．铁作电极时，若发生反应只能得到Fe2+，应检验是否有Fe2+生成以确定铁电极的正负，从而证明金属活泼性，而KSCN不能检验Fe2+，A错误；
B．由图可知，该反应没有保温装置，热量流失较多，B错误；
C．左右两个容器中温度不同，其中的颜色不同，可以验证2NO2⇌N2O4正反应是放热反应，C正确；
D．食盐水是中性的，发生的是吸氧腐蚀，D错误；
故选：C。
【例4】下列有关化学知识的整理和归纳有错误的一组是
A．化学与农业：可撒石膏治理盐碱地
B．化学与环境：用可降解聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料制作手办，可减少白色污染
C．化学与应用：在锌和稀硫酸反应的体系中，为了加快反应速率，常常采用粗锌
D．化学与生活：泡沫灭火器可用于钠着火的灭火，其成分是和
【答案】D
【详解】A．硫酸钙微溶，而CaCO3难溶，根据沉淀的转化，用CaSO4治理盐碱地的离子方程式为：，故A正确；
B．聚乳酸塑料可降解，代替聚乙烯塑料，可以减少白色污染，故B正确；
C．用锌片和稀硫酸反应制取氢气时，粗锌含有杂质构成原电池，用粗锌比纯锌反应生成氢气的速率会加快，故C正确；
D．泡沫灭火器成分是NaHCO3和Al2(SO4)3，故D错误；
故答案选D。
【例5】足量锌和稀硫酸反应，为了加快反应速率又不影响产生氢气的总量，可采用的措施是
A．加硝酸钠固体B．加醋酸钠固体C．加硫酸铜固体D．通入HCl气体
【答案】C
【详解】A．向溶液中加入硝酸钠固体，溶液中的硝酸根离子与氢离子、锌反应生成锌离子、一氧化氮和水，不能生成氢气，故A不符合题意；
B．加入醋酸钠后，醋酸根与氢离子结合为醋酸，溶液中氢离子浓度减小，反应速率减慢，但酸的物质的量不变，不改变氢气生成总量，故B不符合题意；
C．向溶液中加入硫酸铜固体，溶液中的铜离子与锌反应生成的铜与锌在硫酸溶液中构成原电池，原电池反应加快反应速率，且不影响生成的氢气量，故C符合题意；
D．向溶液中通入氯化氢气体，溶液中氢离子的物质的量增大，生成氢气的总量增大，故D不符合题意；
故选C。
【知识点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，电能转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。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。通入负极的物质为燃料，通入正极的物质一般为氧气。
②燃料电池常用的燃料：理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料包括H2、CO、水煤气(CO和H2)、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
③燃料电池常用的电解质：
1、燃料电池电极反应式书写的常用方法
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O，其离子方程式为CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋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，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同.
第三步：电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
2、燃料电池举例
（1）氢氧燃料电池：目前最成熟的燃料电池，其中电解质溶液可以是酸性的、中性的，也可以是碱性的。
（2）其他常见燃料电池举例
【例1】某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上
A．负极反应的催化剂是ⅰ
B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
【答案】C
【详解】该燃料电池为氢氧燃料电池，由图可知该原电池的电解质溶液为酸性，氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：；氧气发生还原反应，做正极，电极方程式为：。
A．由分析可知，氧气发生还原反应，做正极，正极反应的催化剂是ⅰ，A错误；
B．图a中，ⅰ到ⅱ过程为获得第一个电子的过程，根据题中信息，获得第一个电子的过程最慢，则ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最高，B错误；
C．氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：，同时，反应负极每失去1个电子，就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室，故电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，C正确；
D．由图a、c可知，氧气催化循环一次需要转移4个电子，氢气催化循环一次需要转移2个电子，相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D错误；
故选C。
【例2】厦门大学团队开发的三元催化剂(YPtTe)实现了甲酸燃料电池中氧化反应的高效进行，该甲酸燃料电池工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A．三元催化剂能降低b极反应的活化能
B．放电时，向a极迁移
C．a极反应式为
D．标准状况下，参与b极反应时，有被氧化
【答案】C
【详解】a极发生氧化反应，电极反应式为，为负极；b极电极反应式为，为正极，据此解答。
A．依题意，催化剂电极为负极(a极)，降低a极氧化反应活化能，A项错误；
B．放电时，钾离子向正极迁移，B项错误；
C．a极发生氧化反应，电极反应式为，C项正确；
D．b极电极反应式为，标准状况下，的物质的量为0.1ml，参与反应时外电路转移0.4ml电子，有0.2ml即9.2g甲酸被氧化，D项错误；
故选C。
【例3】犹他大学化学家发明了生物燃料电池，以质子交换膜为隔膜，室温条件下合成了氨(工作原理如图所示)。已知工业合成氨的热化学方程式为 。下列有关该电池的说法正确的是
A．“Ande”意为正极、“Cathde”意为负极
B．已知原装置中不含有，则理论上燃料电池中最终不会生成
C．“Ande”电极上发生反应为
D．若该电池的能量转化效率为，则每生成，理论上可放出电能
【答案】B
【详解】原电池中电子由负极流向正极，则“Ande”为负极、“Cathde”为正极。
A．“Ande”极失去电子为负极、“Cathde”极得到电子为正极，A错误；
B．每转移质子的同时，消耗并生成，移动至正极的不足以与反应生成，B正确；
C．“Ande”极失去电子为负极，“Cathde”极得到电子为正极，“Cathde”极上发生反应为，C错误；
D．若该电池的能量转化效率为，则每生成，理论上可产生电能，D错误；
故选B。
【例4】二氧化硫一空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其装置示意图如图所示：
下列说法错误的是
A．电池工作时，质子由a极移向b极
B．b为电池正极
C．a极反应式为
D．理论上每吸收，b电极消耗的的体积为(标准状况)
【答案】C
【详解】由图可知，电极a为燃料电池的负极，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极b为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水。
A．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，则电池工作时，质子由a极移向b极，故A正确；
B．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，故B正确；
C．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为，故C错误；
D．由得失电子数目守恒可知，理论上每吸收1ml二氧化硫，标准状况下b电极消耗氧气的体积为1ml××22.4L/ml=11.2L，故D正确；
故选C。
【例5】某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应。下列说法错误的是
A．M电极的电极反应为
B．铬元素最终以形式除去
C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大
D．若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2ml的，理论上N电极需要通入11.2L(已折算为标准状况)
【答案】D
【详解】由图可知，左侧装置为燃料电池，M电极为燃料电池的负极，氧离子作用下乙烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，N电极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子；右侧装置为电解池，与M电极相连的铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，与N电极相连的铁电极为阳极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子：Fe-2e-=Fe2+，放电生成的亚铁离子酸性条件下与废水中的重铬酸根离子反应生成铬离子、铁离子和水，随着H+的放电和被消耗，溶液的pH增大，溶液中的铁离子、铬离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁、氢氧化铬沉淀达到处理酸性含铬废水的目的。
A．由分析可知，M电极为燃料电池的负极，氧离子作用下乙烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为，故A正确；
B．由分析可知，铬元素最终以氢氧化铬形式除去而达到处理酸性含铬废水的目的，故B正确；
C．由分析可知，与M电极相连的右侧铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，右侧的铁电极更换为石墨电极，此时仍然是氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，不会影响对废水处理，故C正确；
D．每处理掉0.2ml重铬酸根离子，需要1.2mlFe2+，若电解过程中，电子的有效利用率为60%，由得失电子数目守恒可知，理论上N电极需要通入标准状况下氧气的体积为×22.4L/ml=22.4L，故D错误；
故选D。
【知识点4】常见的化学电源（一次电池、二次电池）
1．电池优劣的标准：一是看电池单位质量或体积输出的电能多少(比能量)或输出功率多少(比功率)；二是电池储存的时间长短。
2．一次电池
只能使用一次，放电后不能再充电复原继续使用。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质被消耗，当这些物质消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
（1）碱性锌锰电池（干电池）
（2）酸性锌锰电池（干电池）
（3）银锌电池（纽扣电池）
3．二次电池——充电电池或蓄电池
放电后可以再充电而反复使用的电池，又称为可充电电池或蓄电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。
充电电池中能量的转化关系是：化学能电能。
放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。故二次电池充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。简单记为“正接正、负接负”。
（1）铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，由两组栅状极板交替排列而成，负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液为稀H2SO4，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。
（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)。放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。其放电时电极反应式为
【例1】碱性锌锰电池的总反应为，构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是
A．电池工作时，正极发生反应为
B．电池工作时，向正极移动
C．隔膜可以防止电池短路
D．反应中每生成，转移电子数为
【答案】C
【详解】电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。根据总反应，可知负极锌失电子生成氢氧化锌，正极二氧化锰得电子生成MnO(OH)。
A． 电池工作时，正极发生反应为MnO2+e-+H2O= MnO(OH)+OH-，故A错误；
B．电池工作时，阳离子移向正极，向负极移动，故B错误；
C．隔膜位于电池的正极和负极之间，其主要功能是将正负极分开，防止电流直接通过正负极进行循环，故C正确；
D．正极发生反应为MnO2+e-+H2O= MnO(OH)+OH-，每生成，转移电子数为，故D错误；
选C。
【例2】下列有关电极方程式或方程式书写错误的是
A．碱性锌锰电池的正极反应：
B．等体积等浓度的溶液与溶液混合：
C．向溶液中通入等物质的量的
D．加入水中：
【答案】C
【详解】A．碱性锌锰电池放电时正极得到电子生成，电极方程式为，A正确；
B．等物质的量的溶液与溶液混合生成硫酸钡、氨水和水，B正确；
C．因为还原性是，向溶液中通入等物质的量的Cl2，Cl2会与先与反应，再与都反应，离子反应为，C错误；
D．容易与水发生水解，其反应方程式为，D正确；
故选C。
【例3】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下图为不同电池的构造示意图，有关说法正确的是
A．图Ⅰ：锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄
B．图Ⅱ：放电时正极反应式为
C．图Ⅲ：如消耗标准状况下22.4L ，电路中理论上转移的电子数为4
D．图Ⅳ：放电时，溶液中向锂电极迁移
【答案】C
【详解】A．图Ⅰ锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，A错误；
B．图Ⅱ铅蓄电池PbSO4为难溶于水的盐，放电时负极的电极反应式为，正极电极反应式为，B错误；
C．图Ⅲ燃料电池，1个得4个电子，如消耗标准状况下22.4L ，物质的量为1ml，电路中理论上转移的电子数为4，C正确；
D．图Ⅳ锂电池，原电池放电时，阳离子从负极流向正极，该装置中多孔碳材料是正极、锂是负极，放电时溶液中从锂电极向多孔碳材料电极迁移，D错误；
故选C。
【例4】我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是
A．放电时，多孔碳纳米管电极反应为
B．充电时，通过阳离子交换膜从左室传递到右室
C．会捕获，让原本正极的气-液-固三相反应变为液-固两相反应，利于加快反应速率
D．放电时，每转移电子，理论上可转化
【答案】B
【详解】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极，电极方程式为：、Mg电极为负极，电极方程式为：，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极，电极方程式为：，Mg电极为阴极，电极方程式为：。
A．根据分析，放电时，多孔碳纳米管电极反应为，A正确；
B．根据分析，充电时左室为阴极，Mg2+应从右室通过阳离子交换膜到左室，B错误；
C．根据题意可知，电解液中加入1，3-丙二胺（PDA）可以捕获CO2，使气相CO2进入液相的PDA中，让原本正极的气-液-固三相反应变为液-固两相反应，利于加快反应速率，C正确；
D．根据放电时的电极反应式可知，每转移2ml电子，有2mlCO2参与反应，因此每转移1ml电子，理论上可转化1mlCO2，D正确；
故选B。
【例5】以钴酸锂电池为电源用丙烯腈电合成己二腈，电解质溶液为的碳酸酯溶液，两电极均为石墨，装置如下图所示。该钴酸锂电池的总反应是。下列说法不正确的是
A．B为正极，电极反应式为：
B．阴极区的电极反应为，一段时间后，阴极室的pH增大
C．锂离子电池快速充放电的本质就是锂离子能够快速在正负极材料间嵌入和脱嵌
D．A极质量减轻14g，理论上可制备1ml己二腈
【答案】B
【详解】由钴酸锂电池的总反应可知，A极上LixCy转化为Cy，失去Li+和电子，作负极，则B作正极，C作阳极，D作阴极，据此分析解题。
A．由分析可知，B为正极，其电极反应式为：，A正确；
B．阴极区的电极反应为，过程中阳极区的通过质子交换膜移动到阴极区，根据电荷守恒可知，一段时间后，浓度不变，则pH不变，B错误；
C．锂离子电池快速充放电的本质就是锂离子能够快速在正负极材料间嵌入和脱嵌，C正确；
D．A极质量减轻14g，则电路中转移2 ml e-，根据生成1ml己二腈，D正确；
答案选B。
【知识点5】新型化学电源
1．锂电池与锂离子电池
（1）锂电池
锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
（2）锂离子二次电池
锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理，在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4等。
2．微生物燃料电池
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
3．物质循环转化型电池
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。
4．浓差电池
（1）在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①常见的离子交换膜
②离子交换膜的作用
a. 能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
b. 能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
③离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
（2）“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
【例1】锌离子全电池加入弱极性后，利用间的转化，可同时除去溶解氧和非活性锌，防止锌电极被溶解氧腐蚀。下列说法错误的是
A．理论上该电池不需要补充
B．放电时的电极电势：锌电极电极
C．放电时负极附近电解液中pH增大
D．理论上每消耗11.2L溶解氧，可除去非活性锌65g
【答案】D
【详解】放电时，Zn失电子发生氧化反应，Zn是负极，NaV3O8·1.5H2O得电子作正极；FcD除去溶解氧和非活性锌的方程式分别为4FcD+O2+2H2O=4FcD++4OH-、2FcD++Zn=2FcD＋Zn2+，据此答题；
A．FcD在反应中先被O2氧化为FcD+，FcD+又被非活性Zn还原为FcD，循环使用，理论上不消耗，无需补充，A正确；
B．放电时锌电极作负极，NaV3O8·1.5H2O电极为正极，负极电极电势低于正极，B正确；
C．根据分析和题干图中的负极反应，反应生成OH-，故放电时负极附近电解液中pH增大，C正确；
D．11.2L溶解氧未指明标准状况，无法确定其物质的量，则无法计算除去非活性锌的质量，D错误；
故选D。
【例2】我国某研究团队近期研发了以双极膜(该膜可将水解离成H+和并定向通过)为交换膜的酸碱隔离电解液新型可充电锌锰干电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，Zn电极电势比MnO2极电势高
B．放电时，双极膜中阴、阳离子分别向左、右移动
C．放电时，正极电极反应式为
D．充电时，当电路中转移0.2ml电子，电解质溶液1质量减少6.5g
【答案】B
【详解】如图，放电时为原电池，Zn电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为：；充电时为电解池，Zn电极为阴极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为：，MnO2电极为阳极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为，据此回答。
A．放电时为原电池，Zn电极为负极，为正极，原电池中负极电势比正极低，故Zn电极电势比极电势低，A错误；
B．放电时为原电池，双极膜解离出H⁺（阳离子）和OH⁻（阴离子），原电池内电路中，阳离子移向正极（右），阴离子移向负极（左），即阴离子OH⁻向左移动，阳离子H⁺向右移动，B正确；
C．由分析知，放电时，正极电极反应式为：，C错误；
D．充电时阴极反应为，转移0.2ml电子生成0.1ml Zn（6.5g，沉积于电极），同时生成0.4ml 。但充电时双极膜中H⁺移向阴极，与反应生成水，溶液质量变化不仅涉及离子转化，还包括水的生成，实际减少量不等于6.5g，D错误；
故选B。
【例3】锌铁液流电池安全、稳定、电解液成本低。如图为以和作为电极氧化还原电对的碱性锌铁液流电池放电时工作原理示意图。
已知：聚苯并咪唑(PBI)膜允许通过。下列说法正确的是
A．充电过程中，总反应为
B．放电过程中，左侧池中溶液pH逐渐减小
C．充电过程中，当通过PBI膜时，导线中通过
D．充电过程中，阴极的电极反应为
【答案】B
【详解】Zn是活泼电极，放电过程中Zn是负极，Zn失去电子生成，电极方程式为；惰性电极为正极，得到电子生成，电极方程式为：；放电过程中，总反应为：。
A．充电过程中，总反应和放电总反应相反，为，A错误；
B．放电时左侧为正极区，正极反应为，右侧负极反应为，负极消耗，为维持电荷平衡，从左侧向右侧移动，左侧池浓度减小，pH逐渐减小，B正确；
C．结合电子、电荷守恒，充电过程中，当通过PBI膜时，导线中通过，C错误；
D．充电时阴极为锌电极，发生还原反应，电极反应应为，D错误；
故选B。
【例4】一种3D打印机的柔性电池以碳纳米管作支撑材料，以吸收溶液的有机高聚物为固态电解质，相关图示如图1、图2，电池总反应为：，下列说法不正确的是
A．放电时，含有膜的碳纳米管纤维的反应为：
B．充电时，含有膜的碳纳米管纤维与外电源正极相连
C．合成图2中的有机高聚物分子的反应为缩聚反应
D．有机高聚物中通过氢键的缔合作用，增强了高聚物的稳定性
【答案】C
【详解】A．放电时，膜为正极，Mn元素从降为，发生还原反应，电极反应：，A正确；
B．充电时为电解池，原电池正极（膜）作阳极，需与外电源正极相连发生氧化反应（从升为），B正确；
C．图2高聚物主链为碳链，由含碳碳双键的单体通过加聚反应生成，C错误；
D．高聚物中N-H键的H可与C=O的O形成氢键（N-H…O=C），氢键增强分子间作用力，提升稳定性，D正确。
故选C。
【例5】最近，我国科学工作者制备了一种电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的为，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的逐步还原为。
下列说法错误的是
A．放电时，负极区游离的数目保持不变
B．放电时、还原为，理论上需要氢原子
C．充电时，从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区
D．充电时，电池总反应为
【答案】A
【详解】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根，，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的逐步还原为，正极区发生反应为(注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为阴极，电极为阳极，据此解答。
A．放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根：，当转移3ml电子时，消耗，同时正极区会有通过离子交换膜进行补充，净消耗1ml，故负极区游离的数目会减少，故A错误；
B．氢原子将吸附在电催化剂表面的逐步还原为，还原为，由化合价变化可知，得到8ml电子，所以理论上需要氢原子，故B正确；
C．充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区，故C正确；
D．充电时，电池阴极反应式为，阳极反应式为，总反应为，故D正确；
答案选A。
第35讲 原电池、燃料电池、化学电源 （练习）
一、选择题：本题共15小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求．
1．近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展，下列说法错误的是
A．火力发电是一种将化学能直接转化为电能的装置
B．风能、太阳能、地热能、潮汐能、核电等都属于新能源
C．锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌
D．理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
【答案】A
【详解】A．火力发电的能量变化为：化学能热能机械能电能，化学能间接转化为电能，A项错误；
B．目前，人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、潮汐能、核电和氢能等，B项正确；
C．锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，锂离子电池放电时，锂离子从负极脱嵌移向正极、嵌入正极中，充电时锂离子从正极脱嵌，由正极回到负极，嵌入负极，C项正确；
D．化石燃料作为人类利用最多的常规能源有两大问题：一是其短期内不可再生、储量有限，二是化石燃料燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源，理想的新能源应具有资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点，D项正确；
答案选A。
2．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是
A．甲：对比普通锌锰干电池，碱性锌锰电池的比能量和可储存时间均有所提高
B．乙：负极的电极反应式为
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，消耗时内电路中有电子转移
D．丁：电池放电过程中，负极质量逐渐变轻
【答案】A
【详解】A．对比普通锌锰干电池，碱性锌锰电池的比能量和可储存时间均有所提高，A正确；
B．乙装置中，为负极，B错误；
C．丙中锌较活泼，故锌为负极，锌失去电子发生氧化反应，锌筒会变薄，但是电子不会进入内电路，C错误；
D．电池放电过程中，铅和二氧化铅都反应生成硫酸铅，负极铅转化为硫酸铅，质量增加，D错误。
故选A。
3．Mg-AgCl电池是一种可被海水激活的贮备电池，电池放电时，下列说法不正确的是
A．Cl-由负极向正极迁移B．海水作电解质溶液
C．Mg作负极发生氧化反应D．正极反应为AgCl+e-＝Cl-+Ag
【答案】A
【详解】A．电池放电时，为原电池原理，阴离子由正极向负极迁移，A项错误；
B．Mg-AgCl电池是一种用海水激活的贮备电池，海水作为电解质溶液，B项正确；
C．原电池负极发生氧化反应，Mg失电子，作原电池的负极，C项正确；
D．原电池正极发生还原反应，AgCl得电子，生成Ag和Cl-，电极反应式为：AgCl+e-＝Cl-+Ag，D项正确；
答案选A。
4．下列属于新型环保电池的是
A．氢氧燃料电池B．锌锰电池C．镍镉电池D．铅蓄电池
【答案】A
【详解】A．氢氧燃料电池产物是水，无污染，属于新型环保电池，故选A；
B．锌锰电池中含有锌、锰元素，对环境有污染，故不选B；
C．镍镉电池中含有镍、镉等重金属元素，对环境有污染，故不选C；
D．铅蓄电池中含有铅等重金属元素，对环境有污染，故不选D；
选A。
5．一种高容量水系电池示意图如图，下列说法错误的是
A．电子由b极经导线流向a极
B．b极的电势比a极的高
C．a极的电极反应式：
D．理论上每消耗，b极质量增加16g
【答案】B
【详解】根据水系电池示意图可知，b电极发生的转化，化合价升高失去电子被氧化，则b电极为负极；则a电极为正极，得到电子被还原，发生电极反应为：，得到离子交换膜为阴离子交换膜，据此分析解答。
A．电子由负极经导线流向正极，根据分析，a极为正极，b极为负极，故电子由b极流向a极，A正确；
B．原电池中正极电势高于负极，a为正极，b为负极，因此a极电势比b极高，B错误；
C．a极为正极，得电子发生还原反应，电极反应式为，电荷、原子均守恒，C正确；
D．根据正极的电极反应式可知，每消耗1ml转移2ml电子，则b极Zn失2ml电子生成ZnO（Zn→ZnO，1ml Zn质量增加16g，对应2ml电子转移），故质量增加16g，D正确；
故答案为B。
6．下列有关方程式正确的是
A．向溶液中加足量硝酸银溶液：
B．甲醇碱性燃料电池的负极反应：
C．向溶液中通入过量：
D．硅橡胶单体的制备：
【答案】D
【详解】A．配合物内界的氯离子不易电离出来，反应的离子方程式为，A项错误；
B．碱性溶液中甲醇转化为，负极反应为，B项错误；
C．过量时，转化为，C项错误；
D．硅橡胶单体的制备正确，D项正确。
故选D。
7．电有机合成可以缩短传统有机合成线路，以丙烯腈为原料通过如下装置合成己二腈。下列说法正确的是
A．①室有无色气体产生
B．c电极上发生还原反应
C．d电极发生的反应为
D．每当b电极消耗22.4L气体，会有由③室向④室迁移
【答案】C
【详解】由题干装置可知，左侧为CH3OCH3燃料电池，a电极为负极，电极反应为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2+11H2O，b电极为正极，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，c与电源正极相连是阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，d与电源负极相连是阴极，电极反应为：，据此分析解题。
A．由分析可知，a电极为负极，电极反应为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2+11H2O，故①室没有无色气体产生，A错误；
B．由分析可知，c与电源正极相连是阳极，则c电极上发生氧化反应，B错误；
C．由分析可知，d与电源负极相连是阴极，d电极发生的反应为，C正确；
D．题干未告知气体所处的状态，无法计算气体的物质的量，D错误；
故答案为：C。
8．利用电解原理，采用中性红试剂直接捕获空气中的二氧化碳的装置图如下：
已知：中性红NR：，：
下列说法不正确的是
A．若用铅蓄电池进行电解，a极接铅蓄电池的Pb极
B．电解时，b极的电极反应式为：
C．装置中离子交换膜为阳离子交换膜
D．左储液罐发生反应的离子方程式为：
【答案】A
【详解】根据题目所给图示分析，b电极上：，得氢发生还原反应，则b电极作阴极，a电极作阳极，b电极的电极反应式为：，则a电极的电极反应式为：，据此解答。
A．根据分析，若用铅蓄电池进行电解，极是负极，极是正极，故a电极应连接正极，即极，A错误；
B．根据分析，b电极上发生还原反应，其电极反应式为：，B正确；
C．由b电极的电极反应式可知，氢氧根浓度增大，要保持溶液中电荷守恒，故需要将a电极产生的氢离子转移到b极区，则装置中离子交换膜为阳离子交换膜，C正确；
D．由a电极的电极反应式可知，反应物需要碳酸氢根，左储液罐需要产生碳酸氢根供给，则左储液罐发生反应的离子方程式为：，D正确；
故选A。
9．一种新型可充放电电池，结构如图所示。已知该电池放电时，产物为和，且随温度升高，Q（消耗转移的电子数）增大。下列说法正确的是
A．充电时，锂电极应连接电源的正极
B．充放电过程中，固态电解质膜允许优先通过
C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为
D．熔融盐中和的物质的量比例对电池充放电速率无影响
【答案】B
【详解】放电时，Li电极中Li元素化合价由0→+1价，发生氧化反应，则可知放电时，锂电极作原电池的负极。充电时，Li电极发生还原反应，作阴极，据此分析。
A．放电时，锂电极发生氧化反应，作负极；充电时，锂电极作阴极，应连接电源负极，A错误；
B．充放电过程中Li+需在两极间迁移以维持电荷平衡，固态电解质膜允许Li+优先通过，B正确；
C．Li2O中O为-2价，若消耗1mlO2生成Li2O，则过程中转移4 ml e⁻，Li2O2中O为-1价，若消耗1mlO2生成Li2O2，则过程中转移2 ml e⁻，Q增大意味着消耗1ml O2转移电子数增多，即Q增大是因为生成Li2O比例增加（得电子更多），而非O2-转化为O（此过程失电子），C错误；
D．熔融盐中LiNO3和KNO3比例会影响Li+浓度及迁移速率，从而影响充放电速率，D错误；
答案选B。
10．探索新能源是化学科学的重要研究方向。下列说法正确的是
A．开发使用锂离子电池能够彻底解决铅蓄电池所带来的环境污染问题
B．核电站所使用的同位素U-235的核裂变过程是化学变化
C．宇宙深空探索卫星必需的太阳能电池板的材质是晶体硅单质
D．利用海洋潮汐发电的能量转换途径是：潮汐能→化学能→电能
【答案】C
【详解】A．锂离子电池的使用不可能彻底解决环境污染问题，会产生新的环境问题，A错误；
B．核裂变属于核反应，不属于化学变化，B错误；
C．太阳能电池板现在主要的材料是晶体硅，C正确；
D．海洋潮汐发电实现的能量转换应该是潮汐能→电能→化学能，D错误；
故选C。
11．暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是
A．暖贴生效时，将化学能转化为热能
B．水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率
C．正极反应式为
D．透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度
【答案】C
【详解】自热贴发热料中的铁粉、活性炭、食盐及水之间能形成数目庞大的微型原电池，铁作负极，氧气做正极，据此分析；
【详解】A．暖贴生效时，将化学能转化为热能，A正确；
B．铁粉、水与食盐、活性炭共同作用形成原电池，可加快的腐蚀速率，B正确；
C．该装置为原电池装置，铁作负极，氧气做正极，正极反应式为，C错误；
D．透气膜的透氧速率可控制氧气浓度，故可控制暖贴的发热时间和温度，D正确；
故选C。
12．下列实验操作、现象及结论均正确的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】A．溶液显碱性是水解大于电离，溶液显酸性是电离大于水解，不能仅根据比较二者水解常数，A错误；
B．加热促进水解，水解平衡正向移动，B错误；
C．加入溶液后，加快分解速率，说明是分解的催化剂，C正确；
D．加入溶液，锌先置换出银，形成锌-银原电池加快反应速率，不是铜锌原电池，D错误；
故选C。
13．二次电池具有安全性高、放电电压平稳等优势，其充电过程示意图如下。
下列叙述错误的是
A．充电时，X极连接电源负极
B．充电时，向Y电极移动
C．放电时，电路中每转移1.2ml的电极增重63.9g
D．放电时，总反应方程式为
【答案】C
【详解】由图可知，充电时，Y电极上Ag失去电子生成AgCl，Y为阳极，则X为阴极，X电极反应式为Sb4O5Cl2+12e-+10H+=4Sb+2Cl-+5H2O，Y极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，以此解答。
A．充电时，X极发生Sb4O5Cl2转化为Sb的反应为还原反应，该电极为阴极，阴极需连接电源负极，A正确；
B．充电时为电解池，阴离子（Cl-）向阳极移动，Y极Ag转化为AgCl（氧化反应，阳极），故Cl-向Y极移动，B正确；
C．放电时X极为负极，Sb被氧化为Sb4O5Cl2，反应式为4Sb + 5H2O + 2Cl--12e-=Sb4O5Cl2+10H+，4ml Sb转移12ml e-时，电极增重为Sb4O5Cl2与4Sb的质量差：(4×122+5×16+2×35.5)g- 4×122g=151g，则转移1.2ml e-时增重151g×=15.1g≠63.9g，C错误；
D．放电时负极反应为4Sb+5H2O+2Cl--12e-=Sb4O5Cl2+10H+，正极反应为12AgCl+12e-=12Ag+12Cl-，总反应相加得4Sb + 12AgCl+5H2O=Sb4O5Cl2+12Ag+10Cl-+10H+，D正确；
故选C。
14．下列装置或操作能达到相应实验目的的是
A．用装置甲比较与的金属活动性强弱
B．用装置乙分离胶体和溶液
C．用装置丙配制的溶液
D．装置丁用于测定中和热
【答案】A
【详解】A．活泼性不同的电极材料构成原电池，活泼性强的金属作负极，电极材料减少，可以比较与的金属活动性强弱，故A正确；
B．过滤无法分离胶体和溶液，需要用渗析的方式，故B错误；
C．溶液配制时，需要先将浓硫酸倒入水中，在100mL容量瓶中进行定容，故C错误；
D．图中缺少环形玻璃搅拌棒，反应可能不充分，不能测定最高温度，故D错误；
故选：A。
15．磷酸铁锂电池在充、放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时电池的总反应为。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为晶胞充、放电时脱出和嵌入的示意图，其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为
B．（a）过程中，1ml晶胞转移的电子数为
C．（b）代表放电过程中，脱离石墨负极的经电解质嵌入正极
D．充电时的阳极反应为
【答案】D
【详解】从总反应分析，放电时 LixC6变为C和Li+为氧化反应，该极为原电池的负极，而变为发生还原反应，它为原电池的正极。
A．放电时，负极反应为失去电子生成锂离子和C：，A正确；
B．a过程中锂离子脱出晶体，从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个总共减少个，则1ml晶胞转移ml电子，电子数为NA，B正确；
C．（b）过程为Li+嵌入Li1-xFePO4生成LiFePO4，对应放电时正极反应，此时脱离石墨负极的Li+经电解质嵌入正极，C正确；
D．充电时的总反应为，阳极发生氧化反应为，D错误；
故选D。
二、非选择题：本题共5小题，共55分。
16．钙钛矿太阳能电池被称为第三代太阳能电池，图一是钙钛矿太阳能电池的工作示意图，图二是该电池作电源电解酸性硫酸铬溶液获取铬单质和硫酸的工作示意图：
(1)C电极接钙钛矿太阳能电池的 极。(选填“A”或“B”)；图二中的离子交换膜Ⅰ为 (选填“A．质子”或“B．阴离子”)交换膜；
(2)D电极发生的电极反应式为 ；
(3)当太阳能电池有电子转移时，棒上增重的质量为 。
【答案】
(1)B B
(2)
(3)
【详解】据钙钛矿太阳能电池的工作原理图可知，电子从B极流出，说明B极为负极，A极为正极，图二为电解池，由该装置可电解酸性硫酸铬溶液获取铬单质和硫酸可知，C极为阴极，电极反应式：，D极为阳极，电极反应式：。
（1）根据分析可知，电解池的阴极接电源的负极，由钙钛矿太阳能电池的工作原理图可知，B极为负极，故C电极接钙钛矿太阳能电池的B极；
（2）由分析可知，D极为阳极，电极反应式：；
（3）当太阳能电池有9ml电子转移时，根据得失电子守恒可知，Cr棒上有3mlCr单质生成，则增重的质量为52g/ml×3ml=156g。
17．已知：锂钴电池总反应：，过程如图：
(1)中，C元素的化合价为 ；锂电池发生火灾时，和氧气发生反应的主要物质是 (填“正”或“负”)极材料；充电时阳极的反应方程式是 。
(2)锂电池成本高昂，废弃后需回收其中的锂和钴元素，先将上述锂电池进行放电处理，拆卸后，再将正极材料涂覆在铝箔上，进行电解，浸出和，装置如图所示，该条件下副反应忽略不计。
①拆卸前，将锂电池放电处理有利于锂在正极的回收，其原因是 。
②石墨电极连接电源的 极(填“正”或“负”)。
③结合电极反应，指出阴极室的pH变化并解释原因： 。
(3)当前，三元正极材料——镍钴锰酸锂应用广泛，其化学式可写作。可用、、、与空气混合加热烧结制得，写出制备的化学方程式： (设的计量系数为1)。
【答案】
(1)+3 负
(2)从负极中脱出，经由隔膜向正极移动并进入正极材料中 正 pH升高，，每消耗氢离子，只会有氢离子透过交换膜进入阴极室
(3)
【详解】由方程式可知，放电时，LixC6为锂钴电池的负极，LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和碳，为正极，锂离子作用下在正极得到电子发生还原反应生成；充电时，与直流电源与负极相连的LixC6为电解池的阴极，为阳极。
（1）由化合价代数和为0可知，钴酸锂中钴元素的化合价为+3价；锂电池发生火灾时，具有强还原性的LixC6能与氧气反应导致火灾危害增大；由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的为阳极，在阳极失去电子发生氧化反应生成和锂离子，电极反应式为，故答案为：+3；负；；
（2）①拆卸前，将锂电池放电处理有利于锂在正极的回收说明锂离子从负极中脱出，经由隔膜向正极移动并进入正极材料中，有利于提高锂元素的回收率，故答案为：从负极中脱出，经由隔膜向正极移动并进入正极材料中；
②由图可知，与直流电源的正极相连的石墨电极做电解池的阳极，LixC6在阳极失去电子发生氧化反应生成锂离子和碳，故答案为：正；
③由图可知，左侧电极为电解池的阴极，酸性条件下在阴极得到电子发生还原反应生成锂离子、钴离子和水，电极反应式为，放电每消耗4ml氢离子，只会有1ml氢离子透过交换膜进入阴极室，导致溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，故答案为：pH升高，，每消耗氢离子，只会有氢离子透过交换膜进入阴极室；
（3）由题意可知，制备的反应为、、、在空气中共热反应生成和二氧化碳，反应的化学方程式为，故答案为：。
18．现有如下图所示装置，所有电极均为Pt，请按要求回答下列问题：
(1)甲装置是 (填“原电池”或“电解池”)，甲池中a极的电极反应式 ，乙池中c极的电极反应式 。
(2)通电5min后，电路中通过0.2ml电子，乙中共收集2.24L气体(标准状况)，溶液体积为200mL，则通电前溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)，若加入一种物质即可使乙装置溶液恢复到电解前的状态，则加入的物质是 (填选项)，其物质的量为 。
A．Cu B．NaOH C． D．CuO
(3)现用丙装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾，其中M、N为离子交换膜，只允许某些离子通过，则N为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
【答案】
(1)原电池
(2)0.25ml/L C 0.05ml
(3)阳
【详解】由图可知，甲装置为燃料电池，通入甲醇的电极a为燃料电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极b为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水；乙、丙装置为电解池，乙装置中c电极和丙装置中的左侧电极为阳极，d电极和右侧电极为阴极；
（1）由分析可知，甲装置为燃料电池，通入甲醇的电极a为燃料电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为，乙池为电解池，c极为阳极，水电离出氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式；
（2）乙装置为电解池，c电极为阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子和氧气，电路中通过0.2ml电子时，标准状况下阳极生成氧气的体积为0.2ml××22.4L/ml=1.12L＜2.24L，则铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜后，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成标准状况下1.12L氢气，由得失电子数目守恒可知，通电前硫酸铜溶液的浓度为=0.25ml/L，则由铜原子和氢原子个数守恒可知，加入0.05ml氢氧化铜固体可使乙装置溶液恢复到电解前的状态，故选C；
（3）由分析可知，丙装置为电解池，左侧电极为阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子和氧气，右侧电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子和氢气，则利用丙装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾时，硫酸钾溶液中钾离子通过阳离子交换膜N加入阴极室。
19．2016年10月17日神舟十一号飞船在酒泉卫星发射中心顺利发射，并在太空与天宫二号实现完美对接。某学校化学兴趣小组对航天技术产生浓厚兴趣，经查阅资料获得以下信息：
Ⅰ．神舟十一号推进剂是由安徽淮南制造的四氧化二氮(N2O4)及偏二甲肼(C2H8N2)，二者反应的生成物为氮气、水和二氧化碳。
Ⅱ．阿波罗号曾经使用氢氧燃料电池(如图所示)，神舟十一号则安装了8块由我国生产制造的砷化镓太阳能电池板。镓(Ga)位于周期表中第四周期ⅢA族，砷(As)位于第四周期ⅤA族。
Ⅲ．As2O3俗称砒霜，有剧毒，易升华，可用于制取砷单质。
Ⅳ．在酸性环境下具有强氧化性，还原产物为。
根据以上信息回答下列问题：
(1)太阳能电池是将 能转化为 能的装置，电能属于 级能源。
(2)As2O3属于 (填“离子”或“共价”)化合物，砷化镓的化学式为 。
(3)1 g氢气与氧气完全燃烧放出的热量为142.9 kJ，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为 ，该氢氧燃料电池正极的电极反应式为 。
(4)酸性环境下，氧化I-为I2的离子方程式为 。
(5)C2H8N2与N2O4发生反应的物质的量之比为 。
【答案】
(1)太阳(或光) 电 二
(2)共价 GaAs
(3)H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1 O2+4H++4e-=2H2O
(4)+2I-+2H+=+H2O+I2
(5)1∶2
【详解】（1）太阳能电池是将太阳(或光)能转化为电能的装置，自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，而需要通过一级能源间接制取的能源称为二级能源，自然界中没有电能，电能可以再生、属于二级能源。
（2）根据As2O3易升华可推知，As2O3为共价化合物。由于As与N同主族，Ga与Al同主族，结合氮化铝的化学式为AlN，可推出砷化镓的化学式为GaAs。
（3）燃烧热是101kPa时，1ml可燃物完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，1 g (0.5 ml)氢气与氧气完全燃烧放出的热量为142.9 kJ，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1；燃料电池工作时，氧气在正极得到电子被还原，该氢氧燃料电池的电解质呈酸性，所以正极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。
（4）由题意可知，酸性环境下氧化I-为I2，自身被还原为，反应中，碘元素从-1价升高到0价、As元素从+5价降低到+3价，根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，离子方程式为+2I-+2H+=+H2O+I2。
（5）C2H8N2中C的化合价为-1，N的化合价为-3，H的化合价为+1，N2O4中N的化合价为+4，根据反应前后元素化合价的变化可知，1 ml C2H8N2参与反应失去16 ml电子，1 ml N2O4参与反应得到8 ml电子。根据得失电子守恒可知C2H8N2与N2O4发生反应的物质的量之比为1∶2。
20．羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池-电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。
(1)a极为 极，N为 (填“阴或阳”)离子交换膜。
(2)a极产生的电极反应式为 ，装置工作时c极区溶液质量 (填“增大”、“减少”或“不变”)。
(3)d极的电极反应式为 。
(4)d极区苯酚被氧化的化学方程式为 。
(5)每转移2.8mle-，能处理 ml。
【答案】
(1)正 阳
(2)Cr2O+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH- 不变
(3)H2O-e-=H++•OH
(4)C6H5OH+28•OH=6CO2↑+17H2O
(5)0.2
【详解】电解水生成的羟基自由基氧化苯酚生成二氧化碳和水，极发生得到电子生成，是正极，因此左侧池为原电池，右侧池为电解池。
（1）左侧池为原电池，右侧池为电解池。极发生得到电子生成，是正极，电极反应为：，产生的氢氧根通过膜进入氯化钠溶液；极是负极，发生反应：，产生的氢离子通过膜进入氯化钠溶液，所以是阳离子交换膜。答案为：正；阳。
（2）极是正极，产生的电极反应式为：。极与电池的负极相连，是电解池的阴极，得到电子，被氧化，电极反应式为：，消耗氢离子，产生氢气；同时极是电解池的阳极，失去电子，电极反应式为：，为平衡电解池左右两边电荷，产生的氢离子从质子交换膜加入电解池左池，故极区溶液质量不变。答案为：；不变。
（3）极是电解池的阳极，失去电子，根据图中信息可知，电极反应式为：。答案为：。
（4）极区苯酚被氧化为二氧化碳和水，方程式为：。
（5）根据方程式和电极反应式，可知每转移，消耗，由于两池均在消耗苯酚，根据电子转移守恒，故总消耗苯酚。答案为：。
讲义
夯基·知识精讲
【知识点1】原电池的工作原理+5道例题
【知识点2】原电池原理的应用+5道例题
【知识点3】燃料电池+5道例题
【知识点4】常见的化学电源（一次电池、二次电池）+5道例题
【知识点5】新型化学电源+5道例题
练习
提能·课后精练
选择题： 15 题
非选择题： 5 题
建议时长： 75 分钟
实际时长： 分钟
名称
单液原电池
双液原电池
装置
相同点
电极名称
负极 (锌片，失去电子，发生氧化反应)
正极 (铜片，得到电子，发生还原反应)
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋ (氧化反应)
Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应)
总反应
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
电子流向
电子由负极经导线流向正极：由Zn沿导线流向Cu (电子不下水)
电流流向
电流由正极经导线流向负极：由Cu沿导线流向Zn
不同点
离子迁移
方向
电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 (离子不上岸)
Cu2＋移向正极，SO42－移向负极
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
能量转化效率
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。
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。
盐桥的组成和作用
①组成：盐桥中装有饱和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，使原电池能持续提供电流；c.可以提高能量转化效率。
Al——Cu
(浓硝酸)
总反应
Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
负极反应
Cu－2e－===Cu2＋
正极反应
4H＋＋2NOeq \\al(－,3)＋2e－===2NO2↑＋2H2O
Al——Mg
(NaOH溶液)
总反应
2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2－＋3H2↑
负极反应
2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O
正极反应
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
A．电解冶炼金属钠
B．铜锌原电池
C．火力发电
D．太阳能电池
选项
a电极
X溶液
Y溶液
A
Fe
硫酸铜
氯化铁
B
Zn
氯化铁
硫酸铜
C
Pt
硫酸铜
氯化铁
D
C
氯化铁
硫酸铜
使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。（被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极）
①不含盐桥
②含盐桥
负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
实验目的
A．装置中滴加KSCN溶液，溶液不变红，可证明锌比铁活泼
B．测定中和反应的反应热
实验装置
实验目的
C．验证是放热反应
D．探究铁的析氢腐蚀
实验装置
酸性电解质溶液
如H2SO4溶液，O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O；
碱性电解质溶液
如NaOH溶液，O2－在水溶液中不存在，在碱性环境结合H2O，生成OH－；
中性电解质溶液
如NaCl溶液，O2－在水溶液中不存在，在中性环境结合H2O，生成OH－；
熔融氧化物
如熔融Na2O，存在O2－
熔融碳酸盐
如K2CO3等，一般利用电解质的阴离子配平电荷。
燃料电池电解质
正极反应式
酸性电解质
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
种类
酸性
中性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
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
电池类型
导电介质
反应式
甲烷(CH4)燃料电池
酸性介质
(H＋)
总反应
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
负极反应
CH4－8e－＋2H2O===8H＋＋CO2
正极反应
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
乙烷(C2H6)燃料电池
碱性介质
(OH－)
总反应
2C2H6＋7O2＋8OH－===4COeq \\al(2－,3)＋10H2O
负极反应
2C2H6－28e－＋36OH－===4COeq \\al(2－,3)＋24H2O
正极反应
7O2＋14H2O＋28e－===28OH－
丙烷(C3H8)燃料电池
熔融碳酸盐
(COeq \\al(2－,3))
总反应
C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
负极反应
C3H8－20e－＋10COeq \\al(2－,3)===13CO2＋4H2O
正极反应
5O2＋10CO2＋20e－===10COeq \\al(2－,3)
甲醇(CH3OH)燃料电池
固态氧化物
(O2－)
总反应
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
负极反应
2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O
正极反应
3O2＋12e－===6O2－
乙醇(C2H5OH)燃料电池
碱性介质
(OH－)
总反应
C2H5OH＋3O2＋4OH－===2COeq \\al(2－,3)＋5H2O
负极反应
C2H5OH－12e－＋16OH－===2COeq \\al(2－,3)＋11H2O
正极反应
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
CO燃料电池
固态氧化物
(O2－)
总反应
2CO＋O2===2CO2
负极反应
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
正极反应
O2＋4e－===2O2－
肼(N2H4)燃料电池
(生成氮气和水)
碱性介质
(OH－)
总反应
N2H4＋O2===N2＋2H2O
负极反应
N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2
正极反应
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
氨气燃料电池
(生成无污染的气体)
碱性介质
(OH－)
总反应
4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
负极反应
4NH3－12e－＋12OH－===12H2O＋2N2
正极反应
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
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：
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－；
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
酸性锌锰电池的负极是Zn，正极是石墨棒，电解质是NH4Cl、ZnCl2 和H2O等，其电极反应如下：
总反应：Zn + 2NH4+ + 2MnO2 = Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3↑。
负极：Zn－2e－ ===Zn2+；
正极：2MnO2 + 2NH4+ + 2e‾ = 2MnO(OH) + 2NH3↑；
特点：优点携带方便；缺点电量小，污染大。
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：
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
特点：比能量大、电压稳定、储存时间长。
铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
①放电时的反应（原电池）
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应（电解池）
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)；
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
总反应为LixCy＋Li1－xCO2LiCO2＋Cy，
①放电时的反应（原电池）
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2。
②充电时的反应（电解池）
阴极：xLi＋＋Cy+xe－===LixCy；
阳极：LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋。
钴酸锂电池
总反应
Li1－xCO2＋LixC6 LiCO2＋C6(x＜1)
负极反应
LixC6－xe－=== xLi＋＋C6
正极反应
Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋ === LiCO2
磷酸铁锂电池
总反应
FePO4＋Li LiFePO4
负极反应
Li－e－=== Li＋
正极反应
FePO4＋Li＋＋e－=== LiFePO4
锰酸锂电池
总反应
LixC6＋Li3-xNiCMnO6 C6＋Li3NiCMnO6
负极反应
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极反应
Li3-xNiCMnO6 ＋xe－＋xLi＋=== Li3NiCMnO6
锂钒氧化物电池
总反应
xLi＋LiV3O8 === Li1＋xV3O8
负极反应
xLi－xe－=== xLi＋
正极反应
xLi＋＋LiV3O8＋xe－=== Li1＋xV3O8
锂－铜
电池
总反应
2Li＋Cu2O＋H2O === 2Cu＋2Li＋＋2OH－
负极反应
Li－e－===Li＋
正极反应
Cu2O＋H2O＋2e－=== 2Cu＋2OH－
阳离子交换膜
只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许H＋通过
选项
实验操作
现象
结论
A
用试纸分别测定溶液和溶液的
溶液的大
水解常数：大于
B
常温下，将滴有几滴酚酞试液的饱和碳酸氢钠溶液加热到50℃
溶液颜色加深，并产生大量气泡
的水解平衡向逆移动
C
向a、b两支试管中分别加入等体积的5%溶液，在b试管中加入2-3滴溶液
b试管溶液变蓝后，产生气泡的速率明显加快
是分解的催化剂
D
向锌粒和稀硫酸反应的试管中，滴加几滴溶液
产生气泡的速率明显加快
锌粒与置换出的银形成了铜锌原电池