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2020版高考新创新一轮复习化学新课改省份专用学案：第六章第二节原电池 化学电源
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第二节原电池 化学电源
考点(一) 原电池的工作原理 【点多面广精细研】
1．原电池
(1)概念：原电池是把化学能转化为能的装置。
(2)构成条件
①能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。
②活动性不同的两电极(金属或石墨)。
③形成闭合回路。形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。
2．原电池的工作原理
(1)两种装置
图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。
[说明] ①图乙盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液。
②盐桥的作用：使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
(2)反应原理
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
3.原电池工作时导电粒子流向
电子流向(外电路)：负极→导线→正极(电流方向与电子流向相反)。
离子流向(内电路)：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
4．原电池正、负极的判断
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( )
(2)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( )
(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动( )
(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
[学霸微提醒]
(1)不论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(2)金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性：Mg>Al；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。
(3)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。
1.(2016·全国卷Ⅱ)Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
解析：选B Mg—AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
2．(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O
解析：选A 图示所给出的是原电池装置。有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为 C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A错误；微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确；质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确；正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
①书写步骤
②常见介质
常见介质
注意事项
中性溶液
反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离
酸性溶液
反应物或生成物中均没有OH－
碱性溶液
反应物或生成物中均没有H＋
水溶液
不能出现O2－
(2)用总反应式书写电极反应式
①书写三步骤
②书写技巧
若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
3.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入NaHSO4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
解析：选A 由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4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：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。
4．(2013·广东高考节选)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_________________________________。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。
答案：(1)如图所示
(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出
(3)甲 电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小
[归纳拓展]
原电池原理的四大应用
(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时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
(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。
如根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为
1．有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )
A．电子沿导线由Cu片流向Ag片
B．正极的电极反应式是Ag＋＋e－===Ag
C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
D．反应时盐桥中的移向Cu(NO3)2溶液
点拨：原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
解析：选D A项，该装置是原电池，铜作负极，银作正极，电子从铜片沿导线流向银片，正确； B项，正极电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，正确； C项，铜片上失电子发生氧化反应，银片上得电子发生还原反应，正确； D项，原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以反应时盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，错误。
2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )
A.，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
点拨：原电池正、负极的活泼与否是参照电解质溶液确定的。如稀硫酸作电解质溶液，Mg作负极，NaOH溶液作电解质溶液，Al与NaOH反应，而Mg不反应，Al作负极。
解析：选B ①中Mg作负极；②中Al作负极；③中铜作负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是( )
A．加入少量稀NaOH溶液
B．加入少量CH3COONa固体
C．加入少量NH4HSO4固体
D．加入少量CuSO4溶液
解析：选D A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中加入CH3COONa固体，在溶液中CH3COO－会结合H＋生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的H2会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且不影响H2的生成量，正确。
4．(2019·海淀区模拟)Mg—AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池的总反应如下：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，有关该电池的说法正确的是( )
A．该电池可用于海上应急照明供电
B.为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．该电池不能被KCl 溶液激活
D．电池工作时，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl－增多 0.2 mol
点拨：①负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋；②正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－。
解析：选A 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，故A正确；AgCl是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，故B错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，所以KCl溶液也可以激活电池，故C错误；电池工作时，每消耗1.2 g Mg即0.05 mol，溶液中的Cl－增多0.1 mol，故D错误。
5．(1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中的NO的反应原理如图1所示。
①作负极的物质是________。
②是_________________________________________。
(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图2所示。
①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式：___________________________________。
点拨：正极发生还原反应，元素化合价降低，根据图示判断在正极上NO转化为NH。 答案：(1)①铁 ②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(2)①还原 ②NO＋O2－－2e－===NO2
考点(二) 常见的化学电源 【点多面广精细研】
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是PbO2。
(1)放电时的反应
①负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。
②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时的反应
①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(还原反应)。
②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反应)。
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
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
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( )
(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料( )
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长( )
(5)二次电池充电时为原电池，放电时是电解池( )
(6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能( )
(7)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
[学霸微提醒]
(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(2)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。
(3)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。
1.(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋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：选D 根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋；正极反应：3CO2＋4e－===2CO＋C。充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na；阳(正)极：2CO＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClO向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。
2. (2018·全国卷Ⅲ)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＋O2
解析：选D 由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为O2＋2Li===Li2O2－x。该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中的Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误；充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。
3．全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，该电池性能优良，其电池总反应为V3＋＋VO2＋＋H2OVO＋2H＋＋V2＋。下列叙述正确的是( )
A．放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极
B．放电时每转移0.5 mol电子，负极有0.5 mol V2＋被氧化
C．充电时阳极附近溶液的酸性减弱
D．充电时阳极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
解析：选B 放电时发生的反应为VO＋2H＋＋V2＋===V3＋＋VO2＋＋H2O，阴离子移向负极，A错误；负极V2＋被氧化成V3＋，每转移0.5 mol电子，负极有0.5 mol V2＋被氧化，B正确；充电时的总反应为V3＋＋VO2＋＋H2O === VO＋2H＋＋V2＋，阳极反应为VO2＋＋H2O－e－ === VO＋2H＋，阳极附近溶液的酸性增强，C、D错误。
4. (2018·天津高考节选)O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：_________________________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O 6CO2＋6O===3C2O＋6O2
反应过程中O2的作用是______________________________________。
该电池的总反应式：__________________________________________。
解析：Al—CO2电池，Al为负极，反应式为Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应式可知O2的作用是作催化剂。将正负极电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
答案：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)
催化剂 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
可充电电池和离子交换膜电池
(1)可充电电池
①可充电电池有充电和放电两个过程，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
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
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。
(2)离子交换膜电池
离子交换膜是一种含离子基团的，对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
功能
使阴、阳离子选择性定向移动，使电解质溶液的电荷守恒
类型
阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过
阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过
质子交换膜：只允许质子(H＋)通过
作用
隔离某些物质，防止副反应，常用于物质的制备、分离和提纯
5.(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗 1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析：选D A选项，CH4中的C为－4价，CO中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗 1 mol CH4失去6 mol电子，错误；B选项，熔融盐中没有OH－，因此OH－不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，错误；C选项，CO应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上O2得电子和CO2结合生成CO，正确。
6.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是( )
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电子由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O
解析：选D 根据图示，a为负极，b为正极，电池工作时，质子向电池的正极迁移，A项错误；电子由负极a极沿导线流向正极b极，B项错误；a极上发生的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C项错误；b极上发生的电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，D项正确。
7．写出不同环境下的甲烷燃料电池的正负极的电极反应式和总反应式。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极：________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________；
总反应式：____________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)负极：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
正极：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)负极：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
正极：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
(3)负极：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－===4O2－
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(4)负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
[方法规律] 燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式
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。
1．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O
C．该电池不变
D．电池工作时OH－向正极迁移
点拨：FeO得到电子生成的OH－比Zn失去电子消耗的OH－多，所以放电过程中电解质溶液浓度变大。
解析：选A A项，根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B项，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O ===2Fe(OH)3＋10OH－，错误；C项，由电池总反应式3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH可得，电解质溶液浓度变大，错误；D项，电池工作时阴离子OH－向负极迁移，错误。
2．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A.，经外电路流向a
B．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜
点拨：首先根据题图中H＋移动方向或O2通入方向判断正、负极，然后根据电子从负极流出判断电子从a流出。
解析：选B b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能或热能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。
3.科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池叙述错误的是( )
A．电池工作时，是将太阳能转化为电能
B．铜电极为正极，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O
C．电池内部H＋透过质子交换膜从左向右移动
D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硝酸溶液
谨记离子交换膜的作用
阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过，质子交换膜只允许H＋通过。
解析：选D A项，根据图示可知，该装置将太阳能转化为电能，正确；B项，根据电子流向知，Cu是正极，正极上CO2得电子和H＋反应生成甲烷，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，正确；C项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以装置中的H＋由左向右移动，正确；D项，由于硝酸易挥发，生成的甲烷中会混有HNO3气体，而且铜电极会溶于硝酸，应加入硫酸，错误。
4．(2019·攀枝花模拟)某新型电池以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用)，该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．每消耗3 mol H2O2，转移6 mol e－
B．电池工作时
C．a极上的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
D．b极材料是MnO2，该电池总反应方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O
点拨：首先根据题图中离子移动方向判断a为负极、b为正极，原电池工作时，Na＋(阳离子)向正极移动。
解析：选B 正极电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 mol，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na＋从a极区移向b极区，故B错误；负极发生氧化反应生成BO，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正确；电极b采用MnO2为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，负极发生氧化反应生成BO，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故D正确。
5．(2018·浙江11月选考)最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动
解析：选C A选项，右边吸附层中发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，为还原反应，正确；B选项，负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，正确；C选项，外界未通入氧气，总反应为HClO4＋NaOH===H2O＋NaClO4，错误；D选项，由电子移动方向知，阴离子向左移动，阳离子向右移动，正确。
考点(一) 原电池的工作原理 【点多面广精细研】
1．原电池
(1)概念：原电池是把化学能转化为能的装置。
(2)构成条件
①能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。
②活动性不同的两电极(金属或石墨)。
③形成闭合回路。形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。
2．原电池的工作原理
(1)两种装置
图甲和图乙是铜锌原电池装置示意图。
[说明] ①图乙盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶液。
②盐桥的作用：使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
(2)反应原理
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
3.原电池工作时导电粒子流向
电子流向(外电路)：负极→导线→正极(电流方向与电子流向相反)。
离子流向(内电路)：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
4．原电池正、负极的判断
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( )
(2)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池( )
(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动( )
(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
[学霸微提醒]
(1)不论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(2)金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性：Mg>Al；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。
(3)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。
1.(2016·全国卷Ⅱ)Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
解析：选B Mg—AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
2．(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O
解析：选A 图示所给出的是原电池装置。有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为 C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A错误；微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确；质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确；正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
①书写步骤
②常见介质
常见介质
注意事项
中性溶液
反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离
酸性溶液
反应物或生成物中均没有OH－
碱性溶液
反应物或生成物中均没有H＋
水溶液
不能出现O2－
(2)用总反应式书写电极反应式
①书写三步骤
②书写技巧
若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
3.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入NaHSO4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
解析：选A 由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4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：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。
4．(2013·广东高考节选)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_________________________________。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。
答案：(1)如图所示
(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出
(3)甲 电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小
[归纳拓展]
原电池原理的四大应用
(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时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
(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。
如根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计的原电池为
1．有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )
A．电子沿导线由Cu片流向Ag片
B．正极的电极反应式是Ag＋＋e－===Ag
C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
D．反应时盐桥中的移向Cu(NO3)2溶液
点拨：原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
解析：选D A项，该装置是原电池，铜作负极，银作正极，电子从铜片沿导线流向银片，正确； B项，正极电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，正确； C项，铜片上失电子发生氧化反应，银片上得电子发生还原反应，正确； D项，原电池工作时，电解质溶液以及盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以反应时盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，错误。
2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )
A.，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
点拨：原电池正、负极的活泼与否是参照电解质溶液确定的。如稀硫酸作电解质溶液，Mg作负极，NaOH溶液作电解质溶液，Al与NaOH反应，而Mg不反应，Al作负极。
解析：选B ①中Mg作负极；②中Al作负极；③中铜作负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是( )
A．加入少量稀NaOH溶液
B．加入少量CH3COONa固体
C．加入少量NH4HSO4固体
D．加入少量CuSO4溶液
解析：选D A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中加入CH3COONa固体，在溶液中CH3COO－会结合H＋生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的H2会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且不影响H2的生成量，正确。
4．(2019·海淀区模拟)Mg—AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池的总反应如下：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，有关该电池的说法正确的是( )
A．该电池可用于海上应急照明供电
B.为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．该电池不能被KCl 溶液激活
D．电池工作时，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl－增多 0.2 mol
点拨：①负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋；②正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－。
解析：选A 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，故A正确；AgCl是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，故B错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，所以KCl溶液也可以激活电池，故C错误；电池工作时，每消耗1.2 g Mg即0.05 mol，溶液中的Cl－增多0.1 mol，故D错误。
5．(1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中的NO的反应原理如图1所示。
①作负极的物质是________。
②是_________________________________________。
(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图2所示。
①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式：___________________________________。
点拨：正极发生还原反应，元素化合价降低，根据图示判断在正极上NO转化为NH。 答案：(1)①铁 ②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(2)①还原 ②NO＋O2－－2e－===NO2
考点(二) 常见的化学电源 【点多面广精细研】
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是，正极材料是PbO2。
(1)放电时的反应
①负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。
②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时的反应
①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(还原反应)。
②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反应)。
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
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
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池( )
(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料( )
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长( )
(5)二次电池充电时为原电池，放电时是电解池( )
(6)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能( )
(7)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
[学霸微提醒]
(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(2)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。
(3)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。
1.(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋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：选D 根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋；正极反应：3CO2＋4e－===2CO＋C。充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na；阳(正)极：2CO＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClO向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。
2. (2018·全国卷Ⅲ)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＋O2
解析：选D 由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为O2＋2Li===Li2O2－x。该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中的Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误；充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。
3．全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，该电池性能优良，其电池总反应为V3＋＋VO2＋＋H2OVO＋2H＋＋V2＋。下列叙述正确的是( )
A．放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极
B．放电时每转移0.5 mol电子，负极有0.5 mol V2＋被氧化
C．充电时阳极附近溶液的酸性减弱
D．充电时阳极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
解析：选B 放电时发生的反应为VO＋2H＋＋V2＋===V3＋＋VO2＋＋H2O，阴离子移向负极，A错误；负极V2＋被氧化成V3＋，每转移0.5 mol电子，负极有0.5 mol V2＋被氧化，B正确；充电时的总反应为V3＋＋VO2＋＋H2O === VO＋2H＋＋V2＋，阳极反应为VO2＋＋H2O－e－ === VO＋2H＋，阳极附近溶液的酸性增强，C、D错误。
4. (2018·天津高考节选)O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：_________________________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O 6CO2＋6O===3C2O＋6O2
反应过程中O2的作用是______________________________________。
该电池的总反应式：__________________________________________。
解析：Al—CO2电池，Al为负极，反应式为Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应式可知O2的作用是作催化剂。将正负极电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
答案：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)
催化剂 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
可充电电池和离子交换膜电池
(1)可充电电池
①可充电电池有充电和放电两个过程，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
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
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。
(2)离子交换膜电池
离子交换膜是一种含离子基团的，对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
功能
使阴、阳离子选择性定向移动，使电解质溶液的电荷守恒
类型
阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过
阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过
质子交换膜：只允许质子(H＋)通过
作用
隔离某些物质，防止副反应，常用于物质的制备、分离和提纯
5.(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗 1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析：选D A选项，CH4中的C为－4价，CO中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗 1 mol CH4失去6 mol电子，错误；B选项，熔融盐中没有OH－，因此OH－不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，错误；C选项，CO应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上O2得电子和CO2结合生成CO，正确。
6.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是( )
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电子由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O
解析：选D 根据图示，a为负极，b为正极，电池工作时，质子向电池的正极迁移，A项错误；电子由负极a极沿导线流向正极b极，B项错误；a极上发生的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C项错误；b极上发生的电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，D项正确。
7．写出不同环境下的甲烷燃料电池的正负极的电极反应式和总反应式。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极：________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________；
总反应式：____________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极：_______________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)负极：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
正极：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)负极：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
正极：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
(3)负极：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－===4O2－
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(4)负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
[方法规律] 燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式
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。
1．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O
C．该电池不变
D．电池工作时OH－向正极迁移
点拨：FeO得到电子生成的OH－比Zn失去电子消耗的OH－多，所以放电过程中电解质溶液浓度变大。
解析：选A A项，根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B项，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O ===2Fe(OH)3＋10OH－，错误；C项，由电池总反应式3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH可得，电解质溶液浓度变大，错误；D项，电池工作时阴离子OH－向负极迁移，错误。
2．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A.，经外电路流向a
B．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜
点拨：首先根据题图中H＋移动方向或O2通入方向判断正、负极，然后根据电子从负极流出判断电子从a流出。
解析：选B b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能或热能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。
3.科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池叙述错误的是( )
A．电池工作时，是将太阳能转化为电能
B．铜电极为正极，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O
C．电池内部H＋透过质子交换膜从左向右移动
D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硝酸溶液
谨记离子交换膜的作用
阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过，质子交换膜只允许H＋通过。
解析：选D A项，根据图示可知，该装置将太阳能转化为电能，正确；B项，根据电子流向知，Cu是正极，正极上CO2得电子和H＋反应生成甲烷，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，正确；C项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以装置中的H＋由左向右移动，正确；D项，由于硝酸易挥发，生成的甲烷中会混有HNO3气体，而且铜电极会溶于硝酸，应加入硫酸，错误。
4．(2019·攀枝花模拟)某新型电池以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用)，该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．每消耗3 mol H2O2，转移6 mol e－
B．电池工作时
C．a极上的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
D．b极材料是MnO2，该电池总反应方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O
点拨：首先根据题图中离子移动方向判断a为负极、b为正极，原电池工作时，Na＋(阳离子)向正极移动。
解析：选B 正极电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 mol，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na＋从a极区移向b极区，故B错误；负极发生氧化反应生成BO，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正确；电极b采用MnO2为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，负极发生氧化反应生成BO，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故D正确。
5．(2018·浙江11月选考)最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动
解析：选C A选项，右边吸附层中发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，为还原反应，正确；B选项，负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，正确；C选项，外界未通入氧气，总反应为HClO4＋NaOH===H2O＋NaClO4，错误；D选项，由电子移动方向知，阴离子向左移动，阳离子向右移动，正确。
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