2020版高考一轮复习化学江苏专版学案：专题四第十六讲原电池化学电源

第十六讲
原电池　化学电源
[江苏考纲要求]
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1．理解原电池的工作原理，能写出简单电极反应和电池反应方程式。
2．了解常见化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。
3．了解研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。
原电池的工作原理


　
[教材基础—自热身]
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
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：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。
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(如图)

电子流向(外电路)：负极→导线→正极(电流方向与电子流向相反)。
离子迁移方向(内电路)：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
[注意]　无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。
[知能深化—扫盲点]
提能点(一)　原电池正、负极的判断方法
1．一般情况下，常采用以下方法判断原电池的正极和负极
判断方法
负极
正极
①电极材料
较活泼金属
较不活泼金属或石墨
②通入物
通入还原剂的电极
通入氧化剂的电极
③两极反应类型
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
④电子流向
(或电流方向)
电子流出的电极
(或电流流入的电极)
电子流入的电极
(或电流流出的电极)
⑤离子移向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
⑥电极变化
质量减小的电极
质量增加或有气
泡产生的电极
2.特殊情况
(1)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。
(2)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)。
[对点练]
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：选B　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，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错误。
提能点(二)　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
步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne－)。
步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－ne－===氧化产物
正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物
(2)书写技巧
若某电极反应式较难写出时，可先写出较易的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
[对点练]
2．(1)有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂作电极，在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧的反应，则负极、正极的电极反应式为_____________________________________________________________________。
(2)CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O，则正极、负极的电极反应式为___________________________________________。
解析：(1)CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4→CO2，生成的CO2与KOH反应生成K2CO3，碳元素的化合价升高，失去电子，即CH4在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；O2在正极上发生还原反应，得到电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(2)

得到电子的O2为正极，还原产物为H2O，正极反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，失去电子的CH3OCH3为负极，氧化产物为CO2，CH3OCH3→2CO2，需要H2O提供O原子，负极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，负极反应式也可以由总反应式减去正极反应式。
答案：(1)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
[题点全练—过高考]
题点一　原电池的工作原理
1．有关下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．反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液
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．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)

A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
解析：选C　A项，Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B项，电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C项，电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的
Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D项，由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。

题点二　原电池电极反应式的书写
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如右所示。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是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是4H＋＋O2＋4e－===2H2O
解析：选D　原电池中，阳离子向正极移动，所以质子向电池的正极迁移，故A错误；电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，在该电池中由a极沿导线流向b极，故B错误；a极上是乙醇失电子发生氧化反应，乙醇被氧化生成CO2和H＋，电极反应式为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，故C错误；b极氧气得到电子被还原，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故D正确。
4．(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NO的反应原理如图所示。

①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________________________________________。
(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：______________________。
答案：(1)①铁　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(2)①还原　②NO＋O2－－2e－===NO2
原电池原理的四大应用　




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，而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。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。
[对点练]
1．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。

加快化学反应速率
由于形成原电池，而使氧化还原反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu­Zn原电池，加快化学反应速率。
[对点练]
2．一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，在溶液中电离出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。

用于金属的防护
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。
[对点练]
3.利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
(1)若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。
(2)若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________________________________________________________________。
解析：铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。
答案：(1)N　(2)牺牲阳极的阴极保护法


设计原电池


实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：


[对点练]
4．某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：
(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。

(2)发生氧化反应的电极反应式为____________________________________________。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。
解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。
答案：(1)如图：
(2)2I－－2e－===I2　(3)无　(4)负
化学电源



[教材基础—自热身]
1．一次电池
(1)普通锌锰干电池
负极反应：Zn－2e－===Zn2＋；
正极反应：2NH＋2e－===2NH3＋H2，
2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O；
总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。
(2)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。
(3)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。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(1)放电时的反应——原电池
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)。
(2)充电时的反应——电解池
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)。
放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。
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

[知能深化—扫盲点]
提能点(一)　燃料电池中电极反应式的书写
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。
[对点练]
1．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
提能点(二)　新型化学电源
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。
①首先应分清电池是放电还是充电。
②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。
(1)膜的功能：使阴、阳离子选择性定向移动，使电解质溶液的电荷守恒。
(2)类型：
①阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。
②阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过。
③质子交换膜：只允许质子(H＋)通过。
(3)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。
[对点练]
2．(2018·江淮十校联考)LiFePO4电池广泛用于电动车。电池反应：FePO4＋LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。下列说法正确的是(　　)
选项
放电过程
充电过程
A
Li＋向电池的正极迁移
化学能转化成电能
B
可以加入磷酸以提高电解质的导电率
阳极的电极反应式为
LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
C
若正极增加7 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
阳极材料的质量不断减少
D
若有n mol Li＋迁移，则理论上负极失去 n mol 电子
阴极的电极反应式为
Li＋＋e－===Li
解析：选D　A项，充电过程是电能转化为化学能的过程，错误；B项，Li属于活泼金属，加入磷酸，Li会与磷酸反应，错误；C项，根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电子不通过电解质，错误；D项，负极反应式为Li－e－===Li＋，迁移n mol Li＋，说明通过的电子物质的量为n mol，即Li失去电子n mol，充电时，电池的负极接电源的负极，即阴极反应式为Li＋＋e－===Li，正确。
3．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
解析：选C　电极反应式为负极：8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O，正极：6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－，因为为碱性介质，所以应选用阴离子交换膜；C项，应生成H2O，错误；D项，根据正极反应式转移电子为×24 mol＝0.8 mol。
[题点全练—过高考]
题点一　燃料电池
1．(2019·镇江模拟) 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＋===2Cu＋H2O
D．整个反应过程中，氧化剂为O2
解析：选C　分析放电过程：Li为负极，Cu2O为正极，放电时，正极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，C错误。
2．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知NaBH4中H为－1价)，有关该电池的说法正确的是(　　)

A．电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性
B．电池负极区的电极反应：
BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个
解析：选B　A项，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－，MnO2既作电极材料又有催化作用，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，正确；C项，放电时， Na＋向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA，错误。
题点二　可逆电池
3．(2019·南通模拟)铝石墨双离子电池是一种全新低成本、高效电池。原理为AlLi＋Cx(PF6)Al＋xC＋Li＋＋PF。电池结构如图所示。下列说法正确的是(　　 )
A．放电时外电路中电子向铝锂电极移动
B．放电时正极反应为Cx(PF6)＋e－===xC＋PF
C．充电时，应将铝石墨电极与电源负极相连
D．充电时，若电路中转移1 mol电子，阴极质量增加9 g
解析：选B　根据电池反应可知铝锂电极作负极，铝石墨电极为正极，放电时外电路中电子由铝锂电极向铝石墨电极移动，A错误；放电时正极反应为Cx(PF6)＋e－===xC＋PF，B正确；充电时，铝石墨电极要失去电子，为阳极，应将铝石墨电极与电源正极相连，C错误；充电时，若电路中转移1 mol电子，阴极电极反应为Al＋Li＋＋e－===AlLi，阴极质量增加7 g，D错误。
4．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。
题点三　膜电池
5．(2019·扬州模拟)Mg­空气电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．电池工作时电极N上会生成少量气体，该气体可能是H2
B．电池工作时，电子由电极M经外电路流向电极N
C．若采用阴离子交换膜，能防止负极区形成Mg(OH)2沉淀
D．电池工作时的主要反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
解析：选C　分析题图：Mg­空气电池电极N通入了空气，得到电子，则电极M为负极，N为正极。电池工作时电极N上会生成少量气体，可能是溶液中的H＋得到电子产生的H2，A正确；电池工作时 电子由负极(电极M)经外电路流向正极(电极N)，B正确；若采用阴离子交换膜，则负极区形成Mg(OH)2沉淀，所以应采用阳离子交换膜，才能阻止负极区形成Mg(OH)2，C错误；电池工作时的主要反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，D正确。
6．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
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，可向装置中加入少量的酸作电解质，由于硝酸易挥发，生成的甲烷中会混有HNO3气体，应加入硫酸，错误。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

[课堂真题集训—明考向]
1．(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。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项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，错误；B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项，CO应向负极移动，即向电极A移动，错误；D项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成CO，正确。
2．(2013·江苏高考)Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)

A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
解析：选C　根据题意可知电池的总反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。Mg电极是该电池的负极，A错误。H2O2在正极发生还原反应，B错误。石墨电极的电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，由于水电离出的H＋不断被消耗，所以该电极附近溶液的pH增大，C正确。在原电池中，阴离子Cl－向负极移动，D错误。
3．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为
①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋
②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性
解析：选C　由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
4．(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＋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：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。
5．(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＋(1－)O2，D项正确。
6．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　 )

A．电池工作时，正极可发生反应：
2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
解析：选D　 原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。
7．(2016·全国卷Ⅱ)Mg­AgCl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　Mg­AgCl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。
8．(2016·全国卷Ⅲ)锌­空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C　A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大；C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。
9．(2016·江苏高考节选)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为_______________________________。
解析：由题意知，正极上Cr2O得电子生成Cr3＋，其电极反应式为Cr2O＋6e－＋
14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O