2023版 创新设计 高考总复习 化学 鲁科版第6章　化学反应与能量转化

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一、原电池的工作原理1.概念和反应本质
原电池是把______能转化为____能的装置，其反应本质是______________。
(1)能__________的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质反应。(2)电极，一般是活泼性不同的两电极。(3)电解质溶液或熔融电解质。(4)形成闭合回路。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)。
①装置Ⅰ中Zn与Cu2＋直接接触，会有部分Zn与Cu2＋直接反应，部分化学能转化为热能；②装置Ⅱ中不存在Zn与Cu2＋的直接反应而造成能量损耗，电流稳定，且持续时间长。
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成
(4)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的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，______________；b.__________ ，使原电池不断产生电流。③盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。
(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较____的金属，正极一般是活动性较____的金属(或非金属导体)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的______而受到保护。(4)设计制作化学电源。
【判一判】 判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池(　　)(2)在原电池中，发生氧化反应的是正极(　　)(3)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，再通过电解质溶液流回负极(　　)(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(　　)答案　 (1)×　(2)×　(3) ×　(4)×
二、化学电源1.一次电池
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Pb(s)＋SO (aq)－2e－===PbSO4(s)
PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO (aq)
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO (aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO (aq)
①充电时电极的连接：蓄电池的负极与外接电源的负极相连，蓄电池的正极与外接电源的正极相连。②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的。
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
(2)甲烷燃料电池①酸性介质(如H2SO4)总反应式：______________________________________。负极反应式：____________________________________。正极反应式：____________________________________。②碱性介质(如KOH)总反应式：______________________________________。负极反应式：____________________________________。正极反应式：____________________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(1)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋(　　)(2)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(　　)(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应(　　)(4)二次电池充电时，充电器的正极接二次电源的正极(　　)答案　 (1)×　(2)×　(3)√　(4)√
三、金属的腐蚀和防护1.金属腐蚀的本质
金属原子__________变为金属阳离子，金属发生______反应。
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
Fe－2e－===Fe2＋ 
2H＋＋2e－===H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(1)金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程(　　)(2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)(3)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀(　　)(4)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用(　　)答案　 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×
考点一　原电池的工作原理及应用
考点三　金属的腐蚀与防护
【典例1】 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
A.①②中Mg作负极，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↑
解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
题组一　原电池装置和电极的判断1.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________________。
2.中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如图所示。下列说法中错误的是(　　)
判断原电池正、负极的6种方法
题组二　原电池原理及应用3.某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 ml·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
设计原电池的思路和方法
A.放电时，负极反应为：KC6－e－===K＋＋C6B.充电时，阳极反应：KFeC2O4F－e－===FeC2O4F＋K＋C.充电时，当电路中通过的电子为0.02 ml 时，碳电极增加的质量为0.78 gD.用该电池电解饱和食盐水，阴极产生4.48 L气体时，通过隔膜的K＋为0.2 ml
化学电源中电极反应式书写的一般方法❶明确两极的反应物。❷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。❸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。❹配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
题组一　一次电池1.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如下。下列说法不正确的是(　　)
A.Zn电极是负极B.Ag2O电极发生还原反应C.Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析　反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，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===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　)
解析　由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。
题组二　可充电电池和燃料电池3.(2021·宁夏石嘴山一模)一种新型镁硫电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.使用碱性电解质水溶液B.放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2C.使用的隔膜是阳离子交换膜D.充电时，电子从Mg电极流出
解析　碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。
4.(2022·广东惠州一调)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是(　　)
A.a电极是该电池的正极B.电池工作时，电流由a 电极沿导线流向b电极C.b电极上发生还原反应D.H＋由右室通过质子交换膜进入左室
解答燃料电池题目的几个关键点❶注意介质成分，是电解质溶液还是熔融盐、氧化物或是有机溶剂。❷通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。❸通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
【典例3】 某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀的影响：
下列有关说法正确的是(　　)A.装置Ⅰ中的铁片均不会发生任何腐蚀B.铁片d上可能发生的电极反应为：Fe－3e－===Fe3＋C.利用K3[Fe(CN)6]溶液可确定装置Ⅱ中的正、负极D.铁片a、c所处的NaCl溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等
解析　装置Ⅰ中因为两烧杯中NaCl溶液的浓度相等，两边电势相等，所以电流计指针不发生偏转，但铁片a、b仍可发生普通的化学腐蚀，A项错误；铁片c上Fe发生反应生成Fe2＋，B项错误；装置Ⅱ中负极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故可利用K3[Fe(CN)6]溶液确定装置Ⅱ中的正、负极，C项正确；装置Ⅱ中明显产生了电流，电化学腐蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片a、c的腐蚀速率不同，D项错误。
题组一　金属腐蚀的原理1.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，再同时放置于玻璃钟罩里相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是(　　)
A.实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面会下降B.实验结束时，左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低C.实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D.实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
解析　装置Ⅰ中的铁钉与挥发出的HCl反应生成H2，使左侧液面下降；由于Fe比Cu活泼，装置Ⅱ中构成了原电池，会加速铁钉的腐蚀，装置Ⅱ比装置I放出更多的H2，左侧液面下降更多；浓硫酸是难挥发性酸，具有吸水性，装置Ⅲ中的铁钉处于较为干燥的环境中，因此短时间内几乎没有被腐蚀。
2.某同学进行下列实验：
下列说法不合理的是(　　)A.生铁片发生吸氧腐蚀B.中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋C.边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D.交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋
解析　生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，故A、C选项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋(Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]变蓝)，Fe－2e－===Fe2＋，故B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，故D项不合理。
题组二　金属的防护3.下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)
A.牺牲阳极的阴极保护法利用电解原理B.金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂C.外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零D.铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑
解析　牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；金属的化学腐蚀的实质是：金属作还原剂M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂，故B错误；外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故D错误。
金属腐蚀快慢的判断❶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。❷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。❸活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。❹对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
微专题17　常考常新的化学电源
微专题18　离子交换膜在电化学中的功能
【知识进阶】 1.新型燃料电池
燃料电池是利用燃料与氧气、空气或其他氧化剂进行反应，将化学能直接转化成电能的电源，基本工作原理与原电池相同：
解题的关键是正确分析电极反应式，分析方法与信息型氧化还原反应方程式的书写相似：
充电电池放电遵循原电池原理，充电时遵循电解原理，其工作原理特点如下：
可充电电池的题干条件如果已知总方程式，书写较难写的电极反应式时，可先写出较易的电极反应式，然后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。
【专题精练】 1.(2021·河南南阳高三上学期期中)氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，电池反应为NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。已知H2O2足量，下列说法正确的是(　　)
A.正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B.电池工作时，H＋通过质子交换膜向负极移动C.电池工作时，正、负极分别放出H2和NH3D.工作足够长时间后，若左右两极室质量差为1.9 g，则电路中转移0.6 ml 电子
解析　以氨硼烷(NH3·BH3)电池工作时的总反应为NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O可知，左侧NH3·BH3失电子发生氧化反应为负极，电极反应式为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH4BO2＋6H＋，右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2＋6H＋＋6e－===6H2O，据此分析。右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2＋6H＋＋6e－===6H2O，A错误；放电时，阳离子向正极移动，所以H＋通过质子交换膜向正极移动，B错误；NH3·BH3为负极，失电子发生氧化反应，则负极电极反应式为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH4BO2＋6H＋，右侧H2O2为正极，得到电子发生还原反应，电极反应式为3H2O2＋6H＋＋6e－===6H2O，所以电池工作时，两个电极都不产生气体，C错误；未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，通入后，负极电极反应式为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH4BO2＋6H＋，正极电极反应式为3H2O2＋6H＋＋6e－===6H2O，假设转移电子的物质的量是6 ml，则左室质量增加＝31 g－6 g＝25 g，右室质量增加6 g，两极的质量相差19 g，工作一段时间后，若左右两极室质量差为1.9 g，则电路中转移0.6 ml 电子，D正确。
2.(2021·河北保定一模)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，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是(　　)
A.该电池是将生物能转化成电能的装置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.每消耗0.01 ml 葡萄糖，外电路中转移0.02 ml e－
解析　该电池是将化学能转化成电能的装置，A项错误；负极区电极反应式为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极溶液中c(H＋)增大，则溶液的pH减小，B项错误；b电极上二氧化锰得电子和氢离子反应生成水和锰离子，电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C项错误；根据C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋可知，消耗1 ml 葡萄糖，外电路中转移2 ml e－，则消耗0.01 ml葡萄糖，外电路中转移0.02 ml e－，D项正确。
A.放电时，Li＋通过锂离子导体膜向Mg极移动B.充电时，阴极上的电极反应式为Mg2＋＋2e－===MgC.可以用磷酸溶液代替非水电解质以提高电解质的导电效率D.若负极减少12 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
4.(2021·贵州遵义一模)中国科学院研发了一种新型锂电池，有望成为锂电池的替代品。该电池的电解质为CF3SO3K溶液，其简要组成如图所示。电池放电时的总反应为2KC14H10＋xMnFe(CN)6===2K1－xC14H10＋xK2MnFe(CN)6，则下列说法中正确的是(　　)
A.放电时，电子从电极A经过CF3SO3K溶液流向电极BB.充电时，电极A质量增加，电极B质量减少C.放电时，CF3SO3K溶液的浓度变大D.充电时，阳极反应为K2MnFe(CN)6－2e－===2K＋＋MnFe(CN)6
解析　放电时，该装置为原电池装置，即放电时电子不可能经过电解质溶液，故A错误；放电时，负极(电极B)反应式为KC14H10－xe－===K1－xC14H10＋xK＋，正极(电极A)反应式为MnFe(CN)6＋2e－＋2K＋===K2MnFe(CN)6，充电时应将放电反应倒过来看，显然电极A的质量是减少的，电极B的质量是增加的，故B错误；根据B分析，放电时，CF3SO3K溶液的浓度不发生变化的，故C错误；充电时，电池的正极接电源的正极，充电时的电极反应式应是放电时电极反应逆过程，即阳极反应式为K2MnFe(CN)6－2e－===2K＋＋MnFe(CN)6，故D正确。
【知识进阶】 1.离子交换膜
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。
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
4.离子交换膜选择的依据
【专题精练】 1.连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理及装置如图所示，下列说法正确的是(　　)
2.(2021·江西上饶一模)用间接电化学法对大气污染物 NO进行无害化处理，其原理示意如图所示，质子膜允许H＋和H2O通过。有关说法正确的是(　　)
3.(2021·河南漯河高三上学期期末)利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)
4.(2021·山东济南一模)双极膜(BP)为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的水分子解离，提供H＋、OH－。利用双极膜与离子交换膜组合可以实现含硫酸钠工业废水的净化和资源回收，原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
解析　根据题意和图示，该装置为电解池，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，则左侧为阳极，右侧为阴极，阳极上反应为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，根据 膜中H＋向右移动，OH－向左移动，电解池中阴离子向阳极移动、阳离子向阴极移动，则A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，X为H2SO4，Y为NaOH。根据题意，利用双极膜与离子交换膜之间生成硫酸和氢氧化钠，可以实现硫酸钠工业废水的净化和资源回收，则BP能有效阻隔Na＋和SO 的通过，故A正确；根据分析可知，A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，故B错误；根据分析可知，X为H2SO4溶液、Y为NaOH溶液，故C正确；根据阳极上反应为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，一段时间后，当阳极上生成1 ml O2时转移4 ml 电子，则阴极上产生2 ml H2，则阴、阳极产生气体的物质的量之比为2∶1，故D正确。
1.(2021·广东卷)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　　)
A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析　金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。
2.(2021·湖南卷)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是(　　)A.放电时，N极为正极B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===ZnD.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
解析　在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C说法正确；放电时Br－通过隔膜进入溶液中与Zn2＋结合，充电时Zn2＋通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。
3.(2021·河北卷)K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　)
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析　由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9 g钾时，转移0.1 ml e－，铅酸蓄电池消耗0.1 ml H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
4.(2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)
A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析　根据图示可知金属M失电子，为原电池的负极(图示为阳极)，钢铁设施为原电池的正极(图示为阴极)，此方法属于牺牲阳极的阴极保护法。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。
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.正极的电极反应是Ag＋＋e－===AgC.Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D.反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
2.某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　)
解析　由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。
3.(2020·安徽滁州十一校联考)某小组同学用如图装置研究钢铁在海水中的腐蚀与防腐(①中铁片为生铁)。下列说法正确的是(　　)
A.①中只发生化学腐蚀B.②中只发生的是析氢腐蚀C.③为牺牲阳极保护法D.钢铁被腐蚀的速率：②>①>③
解析　①中铁片为生铁，生铁表面形成无数个原电池，发生电化学腐蚀，A项错误；②中电解质溶液为海水，发生的是吸氧腐蚀，B项错误；③为电解池装置，为外加电流阴极保护法，C项错误；①中主要发生化学腐蚀，②中铁片为负极发生吸氧腐蚀，③中铁片连接外接电源的负极被保护，所以钢铁被腐蚀的速率为②>①>③，D项正确。
4.世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁－空气电池，其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是(　　)
A.a极发生氧化反应B.正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－C.若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 ml电子转移D.铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2
5.浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是(　　)
A.a极为原电池的负极B.c为Cu2＋交换膜C.电流计为0时，两极的CuSO4浓度相等D.转移1 ml电子时，右池增重48 g
6.在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总反应化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.铁片发生还原反应而被腐蚀B.铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C.铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－D.铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
解析　A项，在铁的吸氧腐蚀过程中，铁片发生氧化反应而被腐蚀；B项，铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多；C项，铁片腐蚀中负极反应式应为Fe－2e－===Fe2＋。
7.课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橘子汁等物质来探究原电池的组成，下列结论不正确的是(　　)
A.若a为铝片，b为锌片或铜片，则导线中一定产生电流B.若a为锌片，b为铝片，则b极上的电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑C.原电池是将化学能转化为电能的装置D.若a、b均为铝片，则电流计指针不偏转
8.(2021·山东高密一中月考)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)
A.若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极B.若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片C.若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出D.若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应解析　Fe比Cu活泼，Fe作负极，电子从Fe流向Cu，故A、B项错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C项正确；Zn比Cu活泼，Zn作负极，发生氧化反应，故D项错误。
9.(2021·四川泸州一诊)世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁－空气电池，其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是(　　)
A.a极为电池的负极B.正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C.放电时电子从b极经固体电解质流向a极D.消耗掉56 g铁时，理论上要消耗11.2x L标准状况的O2
10.(2021·江西南昌新建一中押题)南开大学陈军院士团队研究了一种KCO2可充电电池，该电池以KSn(钾锡)合金为电极材料，MWCNTs—COOH为电极催化剂，其工作原理示意图如图所示。研究表明，该电池的优势源于K和Sn的合金反应：K＋Sn===KSn，原电池的电流效率(电路中通过的电子数与电池反应中转移的电子数之比)为80%。下列说法错误的是(　　)
A.放电时，Y极的电极反应式为KSn－e－===K＋＋SnB.放电时，K＋由Y极向X极迁移C.放电时，外电路中每转移1 ml e－，消耗16.8 L(标准状况)CO2D.充电时，X极的电极反应式为2K2CO3＋C－4e－===4K＋＋3CO2↑
解析　放电时，Y极作负极，由题意可知KSn类似“化合物”，书写电极反应式时不能分开，则电极反应式为KSn－e－===K＋＋Sn，A项正确。放电时，K＋由Y极向正极即X极方向迁移，B项正确。放电时，正极反应式为4K＋＋3CO2＋4e－===2K2CO3＋C，电流效率为80%，则外电路转移1 ml e－时，实际上消耗(0.75÷80%) ml CO2，标准状况下体积为(0.75÷80%) ml×22.4 L·ml－1＝21 L，C项错误。充电时，X极为阳极，根据电子守恒、原子守恒可得电极反应式为2K2CO3＋C－4e－===4K＋＋3CO2↑，D项正确。
11.如图1所示是原电池的装置图。
请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为___________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如图1所示的原电池装置，则A(负)极材料为______，B(正)极材料为________，溶液C为____________。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生________反应，电极反应为_______________________。反应过程溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析　(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图1所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A极材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液；(3)Zn比较活泼，在原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了还原反应，则c(Cu2＋)变小；
(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图2所示。电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为_______________________________________。若线路中转移2 ml 电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________ L。
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
解析　(4)根据图2中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 ml 电子时消耗氧气0.5 ml，标准状况下体积为11.2 L。
12.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理如图1所示。电极b作_________极，表面发生的电极反应为_______________________________。
CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
解析　(1)从图1可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。
(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图2所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。①X为________极，Y极反应式为____________________________________。②Y极生成1 ml Cl2时，________ ml Li＋移向________(填“X”或“Y”)极。
2Cl－－2e－===Cl2↑
解析　(2)根据图2可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。
(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如图3：①该电池中外电路电子的流动方向为________________(填“从A到B”或“从B到A”)。②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将________(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。③A电极附近甲醇发生的电极反应为__________________________________。
CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑
解析　(3)①甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②有水生成，pH变大。③CH3OH失电子，生成CO2和H＋，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。
13.某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是(　　)
14.(2021·山东日照三模)用下图所示装置探究某浓度浓硝酸与铁的反应。装置①中Fe表面产生红棕色气泡，过一会儿停止；装置②插入铜连接导线一段时间后，Fe表面产生红棕色气泡，而后停止；随即又产生红棕色气泡，而后停止，……，如此往复多次；Cu表面始终有红棕色气泡。下列说法正确的是(　　)
A.①中现象说明该浓硝酸具有强氧化性，能将Fe钝化为Fe2O3B.②中连接导线后，体系形成了原电池，Cu始终为负极C.②中Fe表面产生红棕色气泡时，Fe为负极
15.(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中，如图1是高铁电池的模拟实验装置：
①该电池放电时正极的电极反应式为__________________________________________________；若维持电流强度为1 A，电池工作10 min，理论上消耗Zn________ g(已知F＝96 500 C·ml－1)。②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________移动(填“左”或“右”)；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________移动(填“左”或“右”)。③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________。
使用时间长、工作电压稳定
(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图3所示，电池正极的电极反应式是_______________________________，A是________________。
CO＋O2－－2e－===CO2
热点强化练11　新型电源工作原理
1.(2021·江西赣州一模)科学家利用垃圾渗透液研发出新型环保电池，实现了发电、环保二位一体化，其装置示意图如下。当该装置工作时，下列说法正确的是(　　)
2.(2021·河南名校联盟质检)锌醌电池具有高可逆性的优点，在储能和转换系统中显示出巨大的潜力，负极室和正极室分别是NaOH溶液和H2SO4溶液，放电时物质转化如图所示。下列说法正确的是(　　)
3.(2021·日照一模)纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池装置如图所示，工作时硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋。下列说法正确的是(　　)
A.电池工作时，硅基电极的电势高于三元锂电极的电势B.电池充电时，三元锂电极反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋C.将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，可提高电池工作效率并能延长电池使用寿命D.若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 ml电子时，两极的质量相差5.6 g
解析　电池工作时，硅基电极上的反应为LinSi－ne－===Si＋nLi＋，故硅基电极为负极，其电势低于三元锂电极的电势，选项A错误；电池充电时，三元锂电极连接电源正极为阳极，阳极上LiMxOy失电子产生Li＋，反应式可能为LiMxOy－ne－===Li1－nMxOy＋nLi＋，选项B正确；锂为活泼金属，能与锂盐水溶液中的水反应，故不能将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，选项C错误；若工作前电池两极的质量相等，电路中转移0.2 ml电子时，负极锂失电子溶解，减少0.2 ml Li＋质量，正极锂转化为LiMxOy，增加0.2 ml Li＋质量，两极的质量相差2.8 g，选项D错误。
4.(2021·贵州黔东南州模拟)科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　)
A.充电时，X极为阴极，发生了氧化反应B.充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋C.充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液D.电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li
解析　根据原电池工作原理图可知，负极X上Na发生失电子的氧化反应，负极反应式为Na－e－===Na＋，正极Y上发生得电子的还原反应，正极反应式为CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋0.5Na2O，充电时为电解池，原电池的负极连接电源的负极，阴阳极的电极反应和放电时的负正极反应相反。放电时，X极上Na失电子、发生氧化反应为负极，则充电时，X极为阴极，发生了还原反应，故A错误；充电时，Y极做阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，故B正确；乙醇是非电解质，不能导电，不能作为电解质溶液，故C错误；若Na和Li都失去1 ml 电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，所以单位质量金属放出的电能：Li＞Na，故D错误。
6.(2021·江西重点中学协作体联考)有机物液流电池因其电化学性能可调控等优点而备受关注。南京大学研究团队设计了一种水系分散的聚合物微粒“泥浆”电池(图1)。该电池在充电过程中，聚对苯二酚(图2)被氧化，下列说法错误的是(　　)