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高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化导学案及答案
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这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化导学案及答案，共8页。
1．二次电池的思维模型
2．“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式
若已知电池放电时的电池反应方程式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由电池反应方程式减去较易写出的一极的电极反应式，即可得到较难写出的另一极的电极反应式。
1．锂离子电池的正极材料是含锂的钴酸锂(LiCO2)，充电时LiCO2中的Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，用LiC6表示。电池反应为CO2＋LiC6 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiCO2＋C6，下列说法正确的是( )
A．充电时，电池负极的电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋C6
B．放电时，电池正极的电极反应式为CO2＋Li＋＋e－===LiCO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
解析：选B 充电时为电解池，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应：Li＋＋C6＋e－===LiC6，A项错误；放电时为原电池，电池正极发生还原反应，B项正确；单质锂较活泼，易与羧酸、醇等含活泼氢的有机物发生反应，C项错误；锂的相对原子质量小，密度小，所以锂离子电池的比能量高，D项错误。
2．中国科学院兰州化物所和中国科学技术大学在锂硫电池的研究上获得重大进展。一种锂硫电池的总反应为16Li＋S8 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 8Li2S，该电池的装置如图甲所示，充、放电过程中物质的转化关系如图乙所示。该装置工作时，下列叙述正确的是( )
A．放电时，电池的正极反应为S＋2Li＋＋2e－===Li2S
B．放电时，1 ml Li2S6转化为Li2S4得到1 ml电子
C．充电时，M电极的电势比N电极的低
D．充电时，Li＋通过阳离子交换膜，到达M电极附近
解析：选B 由电池总反应及电池装置图可知，该电池的负极反应式为Li－e－===Li＋，由电池总反应减去负极反应式即得正极反应式，则正极反应式为S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，A项错误；由充、放电过程中的物质转化关系可知，Li2S6转化为Li2S4是放电过程，由质量守恒可知该反应的化学方程式是2Li2S6＋2Li===3Li2S4，2 ml Li2S6参加反应得到2 ml电子，则1 ml Li2S6转化为Li2S4得到1 ml电子，B项正确；放电时N为负极，M为正极，则充电时，M接电源正极，N接电源负极，M电极的电势比N电极的高，C项错误；充电时，阳离子移向阴极，即Li＋通过阳离子交换膜到达N电极附近，D项错误。
3．(1)目前常用的镍镉电池的总反应可以表示为Cd＋2NiOOH＋2H2O eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。已知Ni(OH)2 和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，下列说法正确的是________(填字母)。
①上述反应是可逆反应 ②上述反应不是可逆反应
③充电时化学能转化为电能 ④放电时化学能转化为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使1 m2耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染更为严重，这是因为______________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：二次电池充放电条件不同，故不是可逆反应，充电时将电能转化为化学能，放电时则将化学能转化为电能。
答案：(1)B (2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均能溶于酸，其可以和酸发生反应生成金属离子，金属离子的危害性较大，而且金属离子易随雨水流淌到其他地方，造成更多土壤被污染
突破二 形形色色的燃料电池
1．燃料电池的组成
(1)电极：惰性电极。
(2)燃料：包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。
(3)电解质：①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③能传导O2－的固体电解质(如Y2O)；④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)。
2．正极的电极反应式的书写(记忆法)
3.负极的电极反应式的书写——直接书写法
(1)第一步：确定生成物
(2)第二步：确定转移电子数
利用化合物中化合价代数和为0的规则确定有机物中碳元素的化合价，从而确定1 ml有机物失去电子的数目。
如C2H4中碳元素的化合价为－2价，发生反应时碳元素化合价的变化为－2→＋4，故1 ml C2H4失去12 ml电子。
(3)第三步：列出负极反应的表达式，如C2H4在碱性条件下负极反应的表达式：C2H4＋ eq \x( ) OH－－12e－=== eq \x( ) CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋ eq \x( ) H2O。
(4)第四步：利用原子守恒和电荷守恒定律确定电极反应式中各物质的化学计量数，由碳原子守恒确定CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH－的化学计量数为16(注：失去12e－，相当于带12个正电荷)，由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为10，故负极的电极反应式为C2H4＋16OH－－12e－===2CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋10H2O。
[名师点拨]
(1)电池的负极通入可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极通入氧气或空气，得电子，发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应，只是一个催化转化元件。
(3)书写电极反应式时，要分清电解质溶液的酸、碱性。在碱性电解质溶液中，电极反应式中不能出现H＋；在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。
(4)正、负极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应方程式必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。
(5)电极反应式遵循质量守恒、电荷守恒定律。
1．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料、氧气为氧化剂、某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )
A．电极甲发生还原反应
B．电池内的O2－由电极乙移向电极甲
C．电池反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O
D．当电极甲上消耗1 ml N2H4时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
解析：选B 根据原电池的工作原理进行分析，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。通O2的一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理知，电极甲上发生氧化反应，A错误；O2－从正极移向负极，即由电极乙移向电极甲，B正确；因为反应生成无毒无害物质，则N2H4转化成N2和H2O，电池反应方程式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，C错误；题目中没有说明是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，D错误。
2．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，其中离子交换膜Ⅰ、Ⅱ分别是氯离子交换膜和钠离子交换膜中的一种，图中有机废水中的有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是( )
A．a电极为该电池的负极，离子交换膜Ⅰ是钠离子交换膜
B．a电极附近溶液的氯离子浓度增大，b电极附近溶液的pH减小
C．a电极的电极反应式为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋
D．中间室中Na＋移向左室，Cl－移向右室
解析：选C 有机物在a电极失电子生成CO2，故a电极为负极，负极发生的反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋。负极发生反应生成氢离子，为维持溶液呈电中性，咸水中的Cl－移向左室，则离子交换膜Ⅰ是氯离子交换膜，故A错误，C正确；电解质溶液中的Cl－移向左室，a电极附近溶液的氯离子浓度增大，b电极的电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，消耗H＋，溶液的pH增大，故B错误；放电时，电解质溶液中的阳离子移向右室，阴离子移向左室，故D错误。
3．如图甲为氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。回答下列问题。
(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是________；导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。
(2)负极的电极反应式为____________________________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为____________________________________________。
(4)KOH溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)如果以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可研发出既能提供电能又能固氮的新型电池，装置如图乙所示。
①该电池的正极为________(填“a”或“b”)。
②物质A的化学式为________。
解析：(1)氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置。在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，所以导线中电子从a流向b。
(2)a为负极，在碱性电解质溶液中，H2在负极失去电子与OH－反应生成H2O，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(3)根据题目信息“电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定”可知，电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积内吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率，保证气体充分参与电极反应。
(4)由于反应中不断生成水，相当于将KOH溶液稀释，c(OH－)减小，pH变小。
(5)根据图示，该装置是以N2和H2为反应物形成的燃料电池，N2得到电子发生还原反应，a为正极，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ，H2失去电子发生氧化反应，b为负极，电极反应式为H2－2e－===2H＋；根据电极反应式，相加得到电池反应方程式为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl，则物质A为NH4Cl。
答案：(1)化学能转化为电能 由a到b
(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O
(3)增大电极单位面积内吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率
(4)变小
(5)①a ②NH4Cl
突破三 金属燃料电池
金属燃料电池中金属充当负极材料，正极上氧化剂充当正极反应物，发生还原反应。
1．用于潜航器的镁过氧化氢燃料电池的工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )
A．电池负极的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．电池工作时，H＋向负极移动
C．电池工作一段时间后，溶液的pH增大
D．电池反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
解析：选B MgH2O2燃料电池中Mg为负极：Mg－2e－===Mg2＋，Pt为正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，电池反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，c(H＋)减小，溶液的pH增大，且H＋移向正极。综上所述，B项错误。
2．金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的电池反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高
C．M空气电池放电过程的正极反应：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n
D．在Mg空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
解析：选C 金属M失电子作负极，由电池反应方程式4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n推出正极反应物是O2。多孔电极主要是为了增大接触面积，有利于气体的扩散与反应，A项正确；单位质量释放电能最大也就是转移电子数最多，转移相同电子数所需Al的质量最小，也就是Al空气电池的理论比能量最高，B项正确；中间是阴离子交换膜，所以Mn＋不会转移到正极参与反应，正极反应应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；Mg空气电池中，容易在负极生成Mg(OH)2沉淀，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用阳离子交换膜，Mg2＋转移到正极区与OH－反应生成沉淀，同时负极区不能显碱性，D项正确。
3．锂(Li)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．金属锂作负极，发生氧化反应
B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动
C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
D．电池反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH
解析：选C 锂(Li)空气电池中，锂为负极，发生氧化反应，A项正确；负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，生成的Li＋向正极移动，B项正确；通入空气的一极为正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；由正、负极的电极反应可得电池反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，D项正确。
介质
正极的电极反应式
酸性(质子交换膜)
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
能传导O2－的
固体电解质
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐
O2＋2CO2＋4e－===2CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
1．二次电池的思维模型
2．“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式
若已知电池放电时的电池反应方程式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由电池反应方程式减去较易写出的一极的电极反应式，即可得到较难写出的另一极的电极反应式。
1．锂离子电池的正极材料是含锂的钴酸锂(LiCO2)，充电时LiCO2中的Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，用LiC6表示。电池反应为CO2＋LiC6 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiCO2＋C6，下列说法正确的是( )
A．充电时，电池负极的电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋C6
B．放电时，电池正极的电极反应式为CO2＋Li＋＋e－===LiCO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
解析：选B 充电时为电解池，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应：Li＋＋C6＋e－===LiC6，A项错误；放电时为原电池，电池正极发生还原反应，B项正确；单质锂较活泼，易与羧酸、醇等含活泼氢的有机物发生反应，C项错误；锂的相对原子质量小，密度小，所以锂离子电池的比能量高，D项错误。
2．中国科学院兰州化物所和中国科学技术大学在锂硫电池的研究上获得重大进展。一种锂硫电池的总反应为16Li＋S8 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 8Li2S，该电池的装置如图甲所示，充、放电过程中物质的转化关系如图乙所示。该装置工作时，下列叙述正确的是( )
A．放电时，电池的正极反应为S＋2Li＋＋2e－===Li2S
B．放电时，1 ml Li2S6转化为Li2S4得到1 ml电子
C．充电时，M电极的电势比N电极的低
D．充电时，Li＋通过阳离子交换膜，到达M电极附近
解析：选B 由电池总反应及电池装置图可知，该电池的负极反应式为Li－e－===Li＋，由电池总反应减去负极反应式即得正极反应式，则正极反应式为S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，A项错误；由充、放电过程中的物质转化关系可知，Li2S6转化为Li2S4是放电过程，由质量守恒可知该反应的化学方程式是2Li2S6＋2Li===3Li2S4，2 ml Li2S6参加反应得到2 ml电子，则1 ml Li2S6转化为Li2S4得到1 ml电子，B项正确；放电时N为负极，M为正极，则充电时，M接电源正极，N接电源负极，M电极的电势比N电极的高，C项错误；充电时，阳离子移向阴极，即Li＋通过阳离子交换膜到达N电极附近，D项错误。
3．(1)目前常用的镍镉电池的总反应可以表示为Cd＋2NiOOH＋2H2O eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。已知Ni(OH)2 和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，下列说法正确的是________(填字母)。
①上述反应是可逆反应 ②上述反应不是可逆反应
③充电时化学能转化为电能 ④放电时化学能转化为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使1 m2耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染更为严重，这是因为______________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：二次电池充放电条件不同，故不是可逆反应，充电时将电能转化为化学能，放电时则将化学能转化为电能。
答案：(1)B (2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均能溶于酸，其可以和酸发生反应生成金属离子，金属离子的危害性较大，而且金属离子易随雨水流淌到其他地方，造成更多土壤被污染
突破二 形形色色的燃料电池
1．燃料电池的组成
(1)电极：惰性电极。
(2)燃料：包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。
(3)电解质：①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③能传导O2－的固体电解质(如Y2O)；④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)。
2．正极的电极反应式的书写(记忆法)
3.负极的电极反应式的书写——直接书写法
(1)第一步：确定生成物
(2)第二步：确定转移电子数
利用化合物中化合价代数和为0的规则确定有机物中碳元素的化合价，从而确定1 ml有机物失去电子的数目。
如C2H4中碳元素的化合价为－2价，发生反应时碳元素化合价的变化为－2→＋4，故1 ml C2H4失去12 ml电子。
(3)第三步：列出负极反应的表达式，如C2H4在碱性条件下负极反应的表达式：C2H4＋ eq \x( ) OH－－12e－=== eq \x( ) CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋ eq \x( ) H2O。
(4)第四步：利用原子守恒和电荷守恒定律确定电极反应式中各物质的化学计量数，由碳原子守恒确定CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH－的化学计量数为16(注：失去12e－，相当于带12个正电荷)，由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为10，故负极的电极反应式为C2H4＋16OH－－12e－===2CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋10H2O。
[名师点拨]
(1)电池的负极通入可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极通入氧气或空气，得电子，发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应，只是一个催化转化元件。
(3)书写电极反应式时，要分清电解质溶液的酸、碱性。在碱性电解质溶液中，电极反应式中不能出现H＋；在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。
(4)正、负极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应方程式必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。
(5)电极反应式遵循质量守恒、电荷守恒定律。
1．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料、氧气为氧化剂、某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )
A．电极甲发生还原反应
B．电池内的O2－由电极乙移向电极甲
C．电池反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O
D．当电极甲上消耗1 ml N2H4时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
解析：选B 根据原电池的工作原理进行分析，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。通O2的一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理知，电极甲上发生氧化反应，A错误；O2－从正极移向负极，即由电极乙移向电极甲，B正确；因为反应生成无毒无害物质，则N2H4转化成N2和H2O，电池反应方程式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，C错误；题目中没有说明是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，D错误。
2．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，其中离子交换膜Ⅰ、Ⅱ分别是氯离子交换膜和钠离子交换膜中的一种，图中有机废水中的有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是( )
A．a电极为该电池的负极，离子交换膜Ⅰ是钠离子交换膜
B．a电极附近溶液的氯离子浓度增大，b电极附近溶液的pH减小
C．a电极的电极反应式为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋
D．中间室中Na＋移向左室，Cl－移向右室
解析：选C 有机物在a电极失电子生成CO2，故a电极为负极，负极发生的反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋。负极发生反应生成氢离子，为维持溶液呈电中性，咸水中的Cl－移向左室，则离子交换膜Ⅰ是氯离子交换膜，故A错误，C正确；电解质溶液中的Cl－移向左室，a电极附近溶液的氯离子浓度增大，b电极的电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，消耗H＋，溶液的pH增大，故B错误；放电时，电解质溶液中的阳离子移向右室，阴离子移向左室，故D错误。
3．如图甲为氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。回答下列问题。
(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是________；导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。
(2)负极的电极反应式为____________________________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为____________________________________________。
(4)KOH溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)如果以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可研发出既能提供电能又能固氮的新型电池，装置如图乙所示。
①该电池的正极为________(填“a”或“b”)。
②物质A的化学式为________。
解析：(1)氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置。在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，所以导线中电子从a流向b。
(2)a为负极，在碱性电解质溶液中，H2在负极失去电子与OH－反应生成H2O，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(3)根据题目信息“电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定”可知，电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积内吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率，保证气体充分参与电极反应。
(4)由于反应中不断生成水，相当于将KOH溶液稀释，c(OH－)减小，pH变小。
(5)根据图示，该装置是以N2和H2为反应物形成的燃料电池，N2得到电子发生还原反应，a为正极，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ，H2失去电子发生氧化反应，b为负极，电极反应式为H2－2e－===2H＋；根据电极反应式，相加得到电池反应方程式为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl，则物质A为NH4Cl。
答案：(1)化学能转化为电能 由a到b
(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O
(3)增大电极单位面积内吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率
(4)变小
(5)①a ②NH4Cl
突破三 金属燃料电池
金属燃料电池中金属充当负极材料，正极上氧化剂充当正极反应物，发生还原反应。
1．用于潜航器的镁过氧化氢燃料电池的工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )
A．电池负极的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．电池工作时，H＋向负极移动
C．电池工作一段时间后，溶液的pH增大
D．电池反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
解析：选B MgH2O2燃料电池中Mg为负极：Mg－2e－===Mg2＋，Pt为正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，电池反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，c(H＋)减小，溶液的pH增大，且H＋移向正极。综上所述，B项错误。
2．金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的电池反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高
C．M空气电池放电过程的正极反应：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n
D．在Mg空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
解析：选C 金属M失电子作负极，由电池反应方程式4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n推出正极反应物是O2。多孔电极主要是为了增大接触面积，有利于气体的扩散与反应，A项正确；单位质量释放电能最大也就是转移电子数最多，转移相同电子数所需Al的质量最小，也就是Al空气电池的理论比能量最高，B项正确；中间是阴离子交换膜，所以Mn＋不会转移到正极参与反应，正极反应应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；Mg空气电池中，容易在负极生成Mg(OH)2沉淀，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用阳离子交换膜，Mg2＋转移到正极区与OH－反应生成沉淀，同时负极区不能显碱性，D项正确。
3．锂(Li)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．金属锂作负极，发生氧化反应
B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动
C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
D．电池反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH
解析：选C 锂(Li)空气电池中，锂为负极，发生氧化反应，A项正确；负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，生成的Li＋向正极移动，B项正确；通入空气的一极为正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；由正、负极的电极反应可得电池反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，D项正确。
介质
正极的电极反应式
酸性(质子交换膜)
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
能传导O2－的
固体电解质
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐
O2＋2CO2＋4e－===2CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
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