2020届高考化学专题三第11讲原电池教案（含解析）

第11讲　原电池
[考纲·考向·素养]
考纲要求
热点考向
核心素养
(1)理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
(2)了解常见化学电源的种类及其工作原理。
(3)了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
(1)原电池的原理及应用
(2)金属的腐蚀与防护
宏观辨识与微观探析：从宏观和微观相结合的视角认识原电池发生的电极反应和原电池的工作原理。
科学探究与创新意识：从创新的视角认识新型电池并探究其工作原理。
科学态度与社会责任：运用原电池的工作原理解决金属腐蚀的问题，具有理论联系实际的观念，具有将化学成果应用于生产、生活的意识。

1．一念对错(正确的划“√”，错误的划“×”)
(1)在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极上发生还原反应(×)
(2)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液(×)
(3)铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加(×)
(4)实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应(√)
(5)在Mg—Al—NaOH溶液组成的原电池中，因Mg比Al活泼，故Mg作负极(×)
(6)氢氧固体燃料电池中的正极反应为(固体电解质只允许O2－通过)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(×)
(7)电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率(√)
(8)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿，与电化学腐蚀无关(×)
(9)银质奖牌久置后表面变暗，与电化学腐蚀无关(√)
(10)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀(×)
(11)金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关 (×)
(12)通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池可以将废水中的氯苯转化为苯而除去，其原理如图所示。

b为负极，反应式为：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋ ，a为正极，发生还原反应，电极反应式为＋2e－＋H＋===Cl－＋。(√)
(13)某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是

当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子(√)
(14)Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。该电池负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ ，同时负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑(√)
2．写出电极反应式
(1)银锌电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
负极：___________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________。
(2)锂电池
总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
负极：________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________。
(3)甲烷、氧气燃料电池。
①酸性介质中，如以硫酸为电解质溶液
负极：___________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________。
②碱性介质中，如以KOH溶液为电解质溶液
负极：______________________________________________________________；
正极：_________________________________________________________________。
③熔融盐介质，如以熔融K2CO3为电解质
负极：_______________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________。
④掺杂Y2O3的ZrO2固体作电解质(含可自由移动的O2－)
负极：________________________________________________________________；
正极：_________________________________________________________________。
答案：(1)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
(2)8Li－8e－===8Li＋
3SOCl2＋8e－===SO＋2S＋6Cl－
(3)①CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
O2＋2CO2＋4e－===2CO
④CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
3．如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是________________，甲中正极反应为________________，乙中正极反应为________________。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲________，乙________(填“增大”“减小”或“不变”)。

答案：导管中液面左低右高　2H＋＋2e－===H2↑　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　减小　减小

考点　原电池的工作原理及应用
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅲ，T13)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(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn－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
解析：D　[A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B.充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；C.放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；D.原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。]
2．(2018·课标全国Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池，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
解析：D　[原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应。A.放电时是原电池，阴离子ClO向负极移动，正确；B.电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，正确；C.放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为3CO2＋4e－===2CO＋C，正确；D.充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，电极反应为2CO＋C－4e－===3CO2，错误。]
3．(2018·课标全国Ⅲ，11)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2
解析：D　[放电时，多孔碳材料电极为正极，A错误；放电时，外电路电子由负极流向正极，即由锂电极流向多孔碳材料电极，B错误；充电时，阳离子Li＋向作阴极的锂电极迁移，C错误；D项正确。]
4．(2017·课标全国Ⅰ，11)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：C　[将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连，防止钢管桩被腐蚀，外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，故其表面腐蚀电流接近于零，A项正确；高硅铸铁流向钢管桩，B项正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，只是用于传递电流，故阳极材料不损耗，C项错误；金属的腐蚀受环境的影响，故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整，D项正确。]
[知能必备]
1．图解原电池工作原理


2．新型电池的组成和材料
负极
Na、Li、Mg、Al、Zn、Fe、Pb…
H2、CO、CH4、CH3OH、N2H4…
正极
Cu、Ag、C、O2、S
PbO2、Ag2O、MnO2、MnO(OH)2、CuO、NiO2、Cd(OH)2、K2FeO4、Li1－xCoO2…
介质
酸、碱、熔融氧化物、熔融盐(如K2CO3)、传导Li＋熔融化合物
3.电极反应式书写方法和步骤
[第一步]　正、负极确定和正负极电极产物确定

[第二步]　转移电子数的确定
利用电极反应物和产物中变价元素化合价变化确定转移电子数，同时应满足正负极转移电子数相等
[第三步]　利用介质中的微粒配平电荷
利用介质中的离子配平电荷，其中酸用H＋、碱用OH－，熔融氧化物用O2－、熔融碳酸盐用CO、锂电池用Li＋，正确处理介质中的离子在电极方程式“等号”的左侧还是右侧以及微粒的数量。
[第四步]　配平其他微粒
如：CH3OH、O2、KOH燃料电池负极电极反应式书写：
第一步：负极反应物为CH3OH、电极产物为CO
第二步：H3OH－6e－===O
第三步：CH3OH－6e－＋8OH－===CO
第四步：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
(其中正极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－)
4．充电电池的解题技巧
(以xMg＋Mo3S4MgxMo3S4为例)

5．根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性溶液发生析氢腐蚀。
6．判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
[题组训练]
[题组1]　原电池原理
1．一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测定电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法正确的是(　　)

A．右池中的银电极作负极
B．正极反应为Ag－e－===Ag＋
C．总反应为Ag＋＋Cl－===AgCl↓
D．盐桥中的NO向右池方向移动
解析：C　[抓住“两电极质量均增大”判断，若右池中的银电极作负极，Ag失去电子被氧化为Ag＋，Ag－e－===Ag＋，电极质量减轻，A项错误；若左池中Ag失去电子被氧化为Ag＋，再结合溶液中的Cl－生成AgCl，Ag－e－＋Cl－===AgCl，左池电极质量增大；此时右池电解质溶液中的Ag＋在银电极表面得到电子被还原为Ag，Ag＋＋e－===Ag，即右池的银电极为正极；两个电极反应式相加得到总反应：Ag＋＋Cl－===AgCl↓；综上所述，B项错误，C项正确。盐桥中的NO向左池方向移动，D项错误。]
2．下面是利用盐桥电池从某些含碘盐中提取碘的两个装置，下列说法中正确的是(　　)

A．两个装置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ作负极
B．碘元素在装置①中被还原，在装置②中被氧化
C．①中MnO2极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
D．装置①、②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5
解析：D　[装置①中碘离子失去电子，石墨Ⅰ是负极，装置②中碘酸钠得到电子，石墨Ⅱ作正极，A项错误；根据A项分析可知，碘元素在装置①中被氧化，在装置②中被还原，B项错误；①中MnO2得到电子，溶液呈酸性，则电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C项错误；①中1 mol碘化钠失去1 mol电子，②中1 mol碘酸钠得到5 mol电子，则装置①、②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5，D项正确。]
[题组2]　新型电源
3．如图是一种锂钒氧化物热电池装置，电池总反应为xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8。工作时，需先引发铁和氯酸钾反应使共晶体熔化，下列说法不正确的是(　　)

A．组装该电池应当在无水、无氧的条件下进行
B．整个过程的能量转化涉及化学能转化为热能和电能
C．放电时LiV3O8电极反应为：xLi＋＋LiV3O8－xe－===Li1＋xV3O8
D．充电时Cl－移向LiV3O8电极
解析：C　[A.Li是活泼的金属，因此组装该电池应当在无水、无氧的条件下进行，A正确；B.整个过程的能量转化涉及化学能转化为电能以及化学能和热能之间的转化，B正确；C.放电时正极发生得电子的还原反应，即正极反应式为xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8，C错误；D.放电时Cl－移向负极，移向锂电极，因此充电时Cl－移向LiV3O8电极，D正确。]
4．以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，Na＋由右室移向左室
B．放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应
C．充电时，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋
D．用铅蓄电池为该电池充电时，当有0.2 mol电子转移时，Pb电极质量减少20.7 g
解析：D　[A.由图可知，右室发生氧化反应，Mg箔为负极，则Mo(钼)箔为正极，所以放电时，Na＋由右室移向左室，A正确；B.放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应，B正确；C.充电时，Mo(钼)箔接电源的正极，是电解池的阳极，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，C正确；D.外电路中通过0.2 mol电子的电量时， Pb电极发生的反应为：Pb－2e－＋SO===PbSO4，质量增加了96 g，D错误。]
[题组3]　金属的腐蚀与防护
5．下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是(　　)

A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体
B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀
C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气
D．在反应结束时装置Ⅰ溶液中的金属阳离子只有Cu2＋
解析：C　[装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，因为金属是足量的，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极，铜作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，因金属过量，溶液中的Cu2＋会被铁还原为Cu单质，故反应结束时，溶液中只有Fe2＋，A、D两项错误。因为装置Ⅱ中充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气，导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B项错误。]
6．溶液pH对含有碳杂质的金属铝的腐蚀影响关系如下图，下列说法正确的是(　　)

A．金属铝在Na2CO3稀溶液中腐蚀严重
B．电解液的pH＝9.5时，可发生原电池反应，负极反应为Al－3e－===Al3＋
C．可用电解法在金属铝表面生成保护膜，其原理为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
D．铝制餐具应该经常打磨以保持餐具光亮如新
解析：C　[A.Na2CO3溶液中存在水解平衡：CO＋H2OHCO＋OH－，CO浓度增大，水解平衡右移，OH－浓度越大，pH越大，根据图像知腐蚀越严重，A错误；B.由图可知，pH＝9.5时，铝被腐蚀，负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B错误；C.将铝作阳极，电解时可形成Al2O3保护膜：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，C正确；D.铝制餐具外面的保护膜防止了铝的进一步被腐蚀，所以不应经常打磨，D错误。]
[题组4]　可充电电池
7．如图所示是一种利用锂电池“固定CO2”的电化学装置，在催化剂的作用下，该电化学装置放电时可将CO2转化为C和Li2CO3，充电时选用合适催化剂，只有Li2CO3发生氧化反应，释放出CO2和O2。下列说法正确的是(　　)

A．该电池放电时，Li＋向电极X方向移动
B．该电池充电时，每转移0.4 mol电子，理论上阳极产生4.48 L CO2
C．该电池放电时，每转移4 mol电子，理论上生成1 mol C
D．该电池充电时，阳极反应式为C＋2Li2CO3－4e－===3CO2↑＋4Li＋
解析：C　[电池放电时，Y极上CO2转化为C和Li2CO3，Y极作正极，Li＋向电极Y方向移动，A项错误；没有注明状态，无法计算体积，B项错误；该电池放电时发生的反应为3CO2＋4e－＋4Li＋===C＋2Li2CO3，所以每转移4 mol电子，理论上生成1 mol C，C项正确；阳极失去电子，发生氧化反应，题中信息提示只有Li2CO3发生氧化反应，释放出CO2和O2，故阳极反应式为2Li2CO3－4e－===2CO2↑＋4Li＋＋O2↑，D项错误。]
8．如图所示，装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，其中离子交换膜只允许K＋通过，该电池充、放电的化学方程式为2K2S2＋KI3K2S4＋3KI。装置(Ⅱ)为电解池的示意图。当闭合开关K时，X附近溶液先变红。下列说法正确的是(　　)

A．闭合K时，K＋从右到左通过离子交换膜
B．闭合K时，电极A上发生的电极反应为3I－－2e－===I
C．闭合K时，电极X上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．闭合K时，当有0.1 mol K＋通过离子交换膜，X电极上产生标准状况下气体1.12 L
解析：D　[X附近溶液先变红，则X为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；电极A为负极，阳离子由负极向正极移动，负极反应式为2S－2e－===S，A、B、C三项均错误；当有0.1 mol K＋通过离子交换膜时，则转移电子0.1 mol，电极X生成0.05 mol H2，即标准状况下1.12 L，D项正确。]

1．现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C．Pt1电极附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
D．Pt2电极附近发生的反应为：O2＋2e－＋2H2O===4H＋
解析：D　[A.二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，吸收了空气中的二氧化硫起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且发电，A正确；B.SO2失去电子生成SO，失电子，为负极，在原电池中，阳离子向正极移动，H＋从Pt1(负极)向Pt2(正极)移动，B正确；C.SO2失去电子生成SO，电解质溶液为酸性，根据得失电子守恒，负极的方程式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，C正确；D.选项中的方程式O2＋2e－＋2H2O===4H＋，电荷不守恒和原子个数不守恒，应该为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D不正确。]
2．锂—铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．通空气时，铜被腐蚀，产生Cu2O
C．放电时，正极的电极反应式为：Cu2O＋2H＋＋2e－===2Cu＋H2O
D．整个反应过程中，氧化剂为O2
解析：C　[A.放电时，阳离子向正极移动，则Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A正确；B.放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可以知道通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，B正确；C.正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；D.通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，得电子的物质是氧气，所以氧气为氧化剂，D正确。]
3．最近报道的一种处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图如下。装置工作时，下列说法不正确的是(　　)

A．化学能转变为电能
B．盐桥中K＋向X极移动
C．电子由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O，周围pH增大
解析：B　[根据题意，利用该装置发电，说明该装置为原电池装置，根据图像，NH3在X电极上转化成N2，N的化合价由－3价→0价，化合价升高，根据原电池工作原理，即X电极为负极，则Y电极为正极；A.该装置为电池，将化学能转化成电能，A正确；B.根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，即K＋向Y电极移动，B错误；C.根据原电池的工作原理，电子从X电极经外电路流向Y电极，C正确；D.根据图像，Y电极上NO→N2，化合价降低，电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，消耗H＋，因此pH增大，D正确。]
4．将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是(　　)

A．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀
B．b中铁钉附近呈现红色
C．b中发生吸氧腐蚀
D．a中铜丝附近有气泡产生
解析：B　[A项，a构成的是铁铜原电池，铁作为负极：Fe—2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，正确；B项，b中构成铁铝原电池，铝作负极被氧化，铁作正极被保护，没有Fe3＋生成，铁钉附近不可能呈现红色，错误；C项，b中发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，a中发生的是析氢腐蚀，正极铜丝附近有H2生成而产生气泡，正确。]
5．某同学做了如下实验：
装置


现象
电流计指针未发生偏转
电流计指针发生偏转
下列说法正确的是(　　)
A．加热铁片Ⅰ所在烧杯，电流计指针会发生偏转
B．用KSCN溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极
C．铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等
D．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、Ⅱ均未被腐蚀
解析：A　[Fe在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀，加热铁片Ⅰ所在烧杯使铁片Ⅰ失电子的速率加快，导致铁片Ⅰ失电子速率大于铁片Ⅱ失电子速率，会有电子通过电流计，电流计指针会发生偏转，A正确；右图装置中“电流计指针发生偏转”说明形成了原电池，左边烧杯中氯化钠溶液浓度较大，腐蚀速率较快，铁片Ⅲ作负极，失电子生成亚铁离子，向其附近溶液加KSCN溶液无现象，铁片Ⅳ作正极被保护，向其附近溶液加KSCN溶液也无现象，因此不能判断电池正、负极，B错误；左图装置没有形成原电池，右图装置形成了原电池，形成原电池会加快反应速率，故铁片Ⅲ的腐蚀速率比铁片Ⅰ的腐蚀速率快，C错误；铁片Ⅰ、Ⅱ都发生了吸氧腐蚀，但二者的腐蚀速率相同，故“电流计指针未发生偏转”，D错误。]
6．如图是发表于《科学进展》期刊的一种能够捕捉CO2的电化学装置。下列说法正确的是(　　)

A．该装置将电能转化为化学能
B．正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2O
C．每生成1 mol的草酸铝，外电路中转移3 mol电子
D．随着反应的进行，草酸盐的浓度减小
解析：B　[该装置是原电池，将化学能转化为电能，A错误。根据装置图可知，铝作负极，石墨电极作正极，由图示可知二氧化碳在正极得电子变成草酸根，正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2O，B正确。铝作负极，每生成1 mol Al2(C2O4)3，外电路中转移6 mol电子，C错误。每转移6 mol电子时，正极产生3 mol草酸根，负极消耗3 mol草酸根，故草酸盐的浓度不变，D错误。]
7．中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池(如图所示)，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法中正确的是(　　)

A．a极为正极
B．随着反应不断进行，负极区的pH不断增大
C．b极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
D．消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02mol电子
解析：D　[此装置为燃料电池，燃料为葡萄糖(C6H12O6)，被氧化后生成葡萄糖内酯(C6H10O6)，a为负极，A错误；a极反应为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极区pH不断减小，B错误；生成的H＋移动到b极，b电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C错误；由电极反应式可知每消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子，D正确。]
8．一种突破传统电池设计理念的MgSb液态金属储能电池，其工作原理如图所示。该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，Mg(液)层的质量减小
B．放电时，正极反应式为Mg2＋＋ 2e－===Mg
C．充电时，MgSb(液)层发生还原反应
D．充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动
解析：C　[由图中电流方向可知，放电时Mg(液)为负极，发生氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，Mg(液)层的质量减小，A正确；放电时MgSb(液)层是正极，由题中描述中间层熔融盐的组成及浓度不变可知，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg，B正确；MgSb(液)层放电时为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应，C错误；该电池充电时，上层是阴极、下层是阳极，Cl－向阳极移动，D正确。]
9．据最近报道，中国的首艘国产航母“山东号”已经下水。为保护航母、延长其服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是(　　)
A．方法1为外加电流的阴极保护法
B．方法2为牺牲阳极的阴极保护法
C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜
D．方法2中舰体连接电源的负极
解析：D　[舰体是由钢板制成的，方法1舰体镶嵌的金属块必须是比铁活泼的金属，如锌等，不能用锡和铜等金属活动性弱于铁的金属，该方法为牺牲阳极的阴极保护法，故A、C错误。方法2航母舰体必须与电源负极相连，该方法为外加电流的阴极保护法，故D正确，B错误。]
10．锂碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，负极是锂，正极是聚2乙烯基吡啶(P2VP)和I2复合物，工作原理为2Li＋P2VP·nI2===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，下列叙述错误的是(　　)
A．该电池是电解质为非水体系的二次电池
B．工作时Li＋向正极移动
C．正极反应式为P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2
D．该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点
解析：A　[锂碘电池的负极是锂，锂会与水反应生成LiOH和H2，且该电池不是可充电电池，故该电池是电解质为非水体系的一次电池，A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，故Li＋向正极移动，B正确；负极反应式为Li－e－===Li＋，结合电池总反应式可得，正极反应式为P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，C正确；该电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，据此推测，该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点，D正确。]
11．锂空气充电电池有望成为电动汽车的实用储能设备。工作原理示意图如下，下列叙述正确的是(　　)

A．该电池工作时Li＋向负极移动
B．Li2SO4溶液可作该电池的电解质溶液
C．电池充电时间越长，电池中Li2O含量越多
D．电池工作时，正极可发生反应：2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
解析：D　[原电池中，阳离子应该向正极移动，A错误；单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以该电池中不能使用水溶液作电解质溶液，B错误；电池充电时的反应与放电时的反应互为逆过程，因此充电时间越长，Li2O含量应该越少，C错误；题目给出正极反应为xLi＋＋O2＋xe－===LixO2，当反应中O的化合价由0价变为－1价时，1个O2参与反应转移2个电子，所以x＝2，正极反应为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，D正确。]
12．完成下列各题。
(1)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入图甲装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能。

①M极发生的电极反应式为________________，N极区溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
②若使该装置的电流强度达到2.0 A，理论上8 min内应向负极通入标准状况下气体的体积为________L(已知：1个电子所带电量为1.6×10－19 C，阿伏加德罗常数为6×1023)。
(2)图乙是硼氢化钠过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，负极的电极反应式为____________
________________________________________________________________________。

(3)如图丙是某甲醇燃料电池工作的示意图。质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1的H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为________________，当电池中有1 mol e－发生转移时左右两侧溶液的质量之差为________g(假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。

(4)如图丁是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。

①催化剂a表面发生的电极反应式：_____________________________________。
②标准状况下每回收44.8 L CO2转移的电子数为________________。
解析：(1)①由图可知，SO2在M极发生失电子的氧化反应生成H2SO4：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。N极上O2在酸性条件下发生得电子的还原反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O，溶液的酸性减弱，pH变大。
②负极发生的是SO2失电子的氧化反应，负极通入标准状况下的气体体积可用V表示，则×2×6×1023×1.6×10－19＝2.0×8×60，解得V＝0.112 L。
(2)由图乙知在B极发生反应H2O2＋2e－===2OH－，B极得电子，发生还原反应，故B极为正极，由于生成了OH－，正极附近溶液的pH增大；负极发生失电子的氧化反应，H元素化合价由－1价升高至＋1价，再结合电荷守恒可得负极的电极反应式为BH＋8e－＋8OH－===BO＋6H2O。
(3)a极通入的是甲醇，是燃料电池的负极，在酸性介质中CH3OH失电子发生氧化反应生成CO2，根据得失电子守恒及电荷守恒可得a极电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。当电池中有1 mol e－发生转移时左侧溶液通入甲醇、逸出CO2，质量减少了 mol×(44－32) g·mol－1＝2 g，同时还有1 mol H＋移向右侧，减少了1 g，所以左侧溶液质量共减少3 g；右侧b极发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当电池中有1 mol e－发生转移时右侧溶液增重 mol×32 g·mol－1＝8 g，加上从左侧转移过来的1 g H＋，所以右侧共增重9 g，因此左右两侧溶液的质量之差为9 g＋3 g＝12 g。
(4)①由图可知，催化剂a表面水失电子生成氧气，发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
②HCOOH中碳为＋2价，CO2中碳为＋4价，标准状况下每回收44.8 L CO2转移的电子数为×6.02×1023 mol－1×(4－2)＝2.408×1024。
答案：(1)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　变大
②0.112
(2)增大　BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O
(3)CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　12
(4)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
②2.408×1024



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