高考新創(chuàng)新一輪復(fù)習(xí)化學(xué)新課改省份專(zhuān)用學(xué)案第六章第二節(jié)原電池化學(xué)電源

第二節(jié)原電池化學(xué)電源考點(diǎn)(一)原電池的工作原理【點(diǎn)多面廣精細(xì)研】1．原電池(1)概念：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為eq\a\vs4\al(電)能的裝置。(2)構(gòu)成條件①能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活動(dòng)性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。②活動(dòng)性不同的兩電極(金屬或石墨)。③形成閉合回路。形成閉合回路需三個(gè)條件：電解質(zhì)溶液；兩電極直接或間接接觸；兩電極插入電解質(zhì)溶液中。2．原電池的工作原理(1)兩種裝置圖甲和圖乙是銅鋅原電池裝置示意圖。[說(shuō)明]①圖乙鹽橋中通常裝有含瓊脂的KCl飽和溶液。②鹽橋的作用：使整個(gè)裝置構(gòu)成閉合回路，代替兩溶液直接接觸；平衡電荷；提高電池效率。(2)反應(yīng)原理電極名稱(chēng)負(fù)極正極電極材料Zn片Cu片電極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應(yīng)類(lèi)型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由Zn片沿導(dǎo)線(xiàn)流向Cu片3.原電池工作時(shí)導(dǎo)電粒子流向電子流向(外電路)：負(fù)極→導(dǎo)線(xiàn)→正極(電流方向與電子流向相反)。離子流向(內(nèi)電路)：陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。4．原電池正、負(fù)極的判斷[小題練微點(diǎn)]判斷下列說(shuō)法的正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極()(2)由于CaO＋H2O=Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池()(3)在鋅銅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生()(4)原電池工作時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)()(5)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極()(6)一般來(lái)說(shuō)，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√[學(xué)霸微提醒](1)不論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。(2)金屬的活動(dòng)性受所處環(huán)境的影響。如Mg、Al的活動(dòng)性：在中性或酸性溶液中活動(dòng)性：Mg>Al；而在堿性溶液中，Al可以與OH－反應(yīng)，而Mg不反應(yīng)，所以Mg與Al用導(dǎo)線(xiàn)連接后放入NaOH溶液中，Al是負(fù)極，Mg是正極。(3)Fe、Cu相連，浸入稀HNO3中，F(xiàn)e作負(fù)極；浸在濃HNO3中，Cu作負(fù)極(Fe發(fā)生鈍化)。1.(2016·全國(guó)卷Ⅱ)Mg—AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．負(fù)極反應(yīng)式為Mg－2e－=Mg2＋B．正極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=AgC．電池放電時(shí)Cl－由正極向負(fù)極遷移D．負(fù)極會(huì)發(fā)生副反應(yīng)Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑解析：選BMg—AgCl電池的電極反應(yīng)：負(fù)極Mg－2e－=Mg2＋，正極2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，C項(xiàng)正確；Mg是活潑金屬，能和H2O發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2和H2，D項(xiàng)正確。2．(2015·全國(guó)卷Ⅰ)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．正極反應(yīng)中有CO2生成B．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C．質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O解析：選A圖示所給出的是原電池裝置。有氧氣反應(yīng)的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，因?yàn)橛匈|(zhì)子通過(guò)，故正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2＋24H＋，負(fù)極上有CO2產(chǎn)生，故A錯(cuò)誤；微生物電池是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確；質(zhì)子是陽(yáng)離子，陽(yáng)離子由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確；正極的電極反應(yīng)式為6O2＋24e－＋24H＋12H2O，負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2＋24H＋，兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O，故D正確。原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)(1)一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)①書(shū)寫(xiě)步驟②常見(jiàn)介質(zhì)常見(jiàn)介質(zhì)注意事項(xiàng)中性溶液反應(yīng)物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來(lái)自于水的電離酸性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒(méi)有OH－堿性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒(méi)有H＋水溶液不能出現(xiàn)O2－(2)用總反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式①書(shū)寫(xiě)三步驟②書(shū)寫(xiě)技巧若某電極反應(yīng)式較難寫(xiě)出時(shí)，可先寫(xiě)出較易寫(xiě)的電極反應(yīng)式，然后根據(jù)得失電子守恒，用總反應(yīng)式減去較易寫(xiě)的電極反應(yīng)式，即可得出較難寫(xiě)的電極反應(yīng)式。3.M、N、P、E四種金屬，已知：①M(fèi)＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用導(dǎo)線(xiàn)連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線(xiàn)連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是()A．P＞M＞N＞EB．E＞N＞M＞PC．P＞N＞M＞ED．E＞P＞M＞N解析：選A由①知，金屬活動(dòng)性：M＞N；M、P用導(dǎo)線(xiàn)連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說(shuō)明M作原電池的正極，故金屬活動(dòng)性：P＞M；N、E構(gòu)成的原電池中，N作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：N＞E。4．(2013·廣東高考節(jié)選)能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類(lèi)型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線(xiàn)。(1)完成原電池甲的裝置示意圖(見(jiàn)右圖)，并作相應(yīng)標(biāo)注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。(2)銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后，可觀察到負(fù)極_________________________________。(3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(3)以Zn和Cu作電極為例分析，如果不用鹽橋，則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外還發(fā)生Zn和Cu2＋的置換反應(yīng)，反應(yīng)放熱，會(huì)使部分化學(xué)能以熱能形式散失，使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接觸，從而避免能量損失，提供穩(wěn)定電流。答案：(1)如圖所示(2)電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出(3)甲電池乙的負(fù)極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負(fù)極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時(shí)損耗較小[歸納拓展]原電池原理的四大應(yīng)用(1)加快化學(xué)反應(yīng)速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率加快。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率加快。(2)金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線(xiàn)將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。(3)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。如根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2設(shè)計(jì)的原電池為1．有關(guān)如圖所示原電池的敘述不正確的是()A．電子沿導(dǎo)線(xiàn)由Cu片流向Ag片B．正極的電極反應(yīng)式是Ag＋＋e－=AgC．Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag片上發(fā)生還原反應(yīng)D．反應(yīng)時(shí)鹽橋中的eq\a\vs4\al(陽(yáng)離子)移向Cu(NO3)2溶液eq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液以及鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。解析：選DA項(xiàng)，該裝置是原電池，銅作負(fù)極，銀作正極，電子從銅片沿導(dǎo)線(xiàn)流向銀片，正確；B項(xiàng)，正極電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=Ag，正確；C項(xiàng)，銅片上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，銀片上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正確；D項(xiàng)，原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液以及鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以反應(yīng)時(shí)鹽橋中的陽(yáng)離子移向AgNO3溶液，錯(cuò)誤。2．原電池的電極名稱(chēng)不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說(shuō)法中正確的是()A.eq\a\vs4\al(①②中Mg作負(fù)極)，③④中Fe作負(fù)極B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑eq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：原電池正、負(fù)極的活潑與否是參照電解質(zhì)溶液確定的。如稀硫酸作電解質(zhì)溶液，Mg作負(fù)極，NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，Al與NaOH反應(yīng)，而Mg不反應(yīng)，Al作負(fù)極。解析：選B①中Mg作負(fù)極；②中Al作負(fù)極；③中銅作負(fù)極；④是鐵的吸氧腐蝕，Cu作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。3．一定量的稀鹽酸跟過(guò)量鋅粉反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是()A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量CH3COONa固體C．加入少量NH4HSO4固體D．加入少量CuSO4溶液解析：選DA中加入NaOH溶液，消耗鹽酸，H2的生成量會(huì)減少，錯(cuò)誤；B中加入CH3COONa固體，在溶液中CH3COO－會(huì)結(jié)合H＋生成醋酸，減慢反應(yīng)速率，錯(cuò)誤；C中加入NH4HSO4固體，增加了H＋的量，生成的H2會(huì)增多，錯(cuò)誤；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置換出少量Cu附著在鋅表面，形成原電池可以加快反應(yīng)速率，并且不影響H2的生成量，正確。4．(2019·海淀區(qū)模擬)Mg—AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池的總反應(yīng)如下：2AgCl＋Mg=Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A．該電池可用于海上應(yīng)急照明供電B.eq\a\vs4\al(負(fù)極反應(yīng)式)為AgCl＋e－=Ag＋Cl－C．該電池不能被KCl溶液激活D．電池工作時(shí)，每消耗1.2gMg，溶液中的Cl－增多0.2moleq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：①負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Mg－2e－=Mg2＋；②正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為AgCl＋e－=Ag＋Cl－。解析：選A電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池工作時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能的產(chǎn)生可用于海上應(yīng)急照明供電，故A正確；AgCl是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為AgCl＋e－=Ag＋Cl－，故B錯(cuò)誤；電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，所以KCl溶液也可以激活電池，故C錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，每消耗1.2gMg即0.05mol，溶液中的Cl－增多0.1mol，故D錯(cuò)誤。5．(1)用零價(jià)鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NOeq\o\al(－,3))已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一。Fe還原水體中的NOeq\o\al(－,3)的反應(yīng)原理如圖1所示。①作負(fù)極的物質(zhì)是________。②eq\a\vs4\al(正極的電極反應(yīng)式)是_________________________________________。(2)通過(guò)NOx傳感器可監(jiān)測(cè)NOx的含量，其工作原理示意圖如圖2所示。①Pt電極上發(fā)生的是________反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)。②寫(xiě)出NiO電極的電極反應(yīng)式：___________________________________。eq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：正極發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價(jià)降低，根據(jù)圖示判斷在正極上NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為NHeq\o\al(＋,4)。答案：(1)①鐵②NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋10H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O(2)①還原②NO＋O2－－2e－=NO2考點(diǎn)(二)常見(jiàn)的化學(xué)電源【點(diǎn)多面廣精細(xì)研】1．一次電池(1)堿性鋅錳干電池正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。(2)鋅銀電池負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。2．二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池，負(fù)極材料是eq\a\vs4\al(Pb)，正極材料是PbO2。(1)放電時(shí)的反應(yīng)①負(fù)極：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))。②正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應(yīng))。③總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充電時(shí)的反應(yīng)①陰極：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(還原反應(yīng))。②陽(yáng)極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(氧化反應(yīng))。③總反應(yīng)：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(電解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。3．燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性和堿性?xún)煞N。酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2=2H2O[小題練微點(diǎn)]判斷下列說(shuō)法的正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)鉛蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加()(2)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池()(3)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋以原電池方式進(jìn)行，可用鋅鐵作電極材料()(4)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)()(5)二次電池充電時(shí)為原電池，放電時(shí)是電解池()(6)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能()(7)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H2－4e－=4H＋()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×[學(xué)霸微提醒](1)可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。(2)燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。(3)可充電電池在充電時(shí)，其負(fù)極連接外接電源的負(fù)極，正極連接外接電源的正極。1.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，ClOeq\o\al(－,4)向負(fù)極移動(dòng)B．充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2C．放電時(shí)，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CD．充電時(shí)，正極反應(yīng)為Na＋＋e－=Na解析：選D根據(jù)電池的總反應(yīng)知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：4Na－4e－=4Na＋；正極反應(yīng)：3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C。充電時(shí)，陰(負(fù))極：4Na＋＋4e－=4Na；陽(yáng)(正)極：2COeq\o\al(2－,3)＋C－4e－=3CO2↑。放電時(shí)，ClOeq\o\al(－,4)向負(fù)極移動(dòng)。根據(jù)充電和放電時(shí)的電極反應(yīng)式知，充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2。2.(2018·全國(guó)卷Ⅲ)一種可充電鋰—空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說(shuō)法正確的是()A．放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極B．放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移D．充電時(shí)，電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2－x=2Li＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)))O2解析：選D由題意知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e－=Li＋，正極反應(yīng)為(2－x)O2＋4Li＋＋4e－=2Li2O2－x(x＝0或1)，電池總反應(yīng)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)))O2＋2Li=Li2O2－x。該電池放電時(shí)，金屬鋰為負(fù)極，多孔碳材料為正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池放電時(shí)，外電路電子由鋰電極流向多孔碳材料電極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移，充電時(shí)電解質(zhì)溶液中的Li＋向鋰材料區(qū)遷移，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2－x=2Li＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)))O2，D項(xiàng)正確。3．全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池，該電池性能優(yōu)良，其電池總反應(yīng)為V3＋＋VO2＋＋H2OVOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋。下列敘述正確的是()A．放電過(guò)程中電解質(zhì)溶液中陰離子移向正極B．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移0.5mol電子，負(fù)極有0.5molV2＋被氧化C．充電時(shí)陽(yáng)極附近溶液的酸性減弱D．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O解析：選B放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋=V3＋＋VO2＋＋H2O，陰離子移向負(fù)極，A錯(cuò)誤；負(fù)極V2＋被氧化成V3＋，每轉(zhuǎn)移0.5mol電子，負(fù)極有0.5molV2＋被氧化，B正確；充電時(shí)的總反應(yīng)為V3＋＋VO2＋＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋，陽(yáng)極反應(yīng)為VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，陽(yáng)極附近溶液的酸性增強(qiáng)，C、D錯(cuò)誤。4.(2018·天津高考節(jié)選)O2輔助的Al—CO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。電池的負(fù)極反應(yīng)式：_________________________________________。電池的正極反應(yīng)式：6O2＋6e－=6Oeq\o\al(－,2)6CO2＋6Oeq\o\al(－,2)=3C2Oeq\o\al(2－,4)＋6O2反應(yīng)過(guò)程中O2的作用是______________________________________。該電池的總反應(yīng)式：__________________________________________。解析：Al—CO2電池，Al為負(fù)極，反應(yīng)式為Al－3e－=Al3＋(或2Al－6e－=2Al3＋)。根據(jù)電池的正極反應(yīng)式可知O2的作用是作催化劑。將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加，可得電池的總反應(yīng)式為2Al＋6CO2=Al2(C2O4)3。答案：Al－3e－=Al3＋(或2Al－6e－=2Al3＋)催化劑2Al＋6CO2=Al2(C2O4)3可充電電池和離子交換膜電池(1)可充電電池①可充電電池有充電和放電兩個(gè)過(guò)程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。②放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽(yáng))極反應(yīng)式。③充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷分析電池工作過(guò)程中電解質(zhì)溶液的變化時(shí)，要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。a．首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。b．再判斷出正、負(fù)極或陰、陽(yáng)極。放電：陽(yáng)離子→正極，陰離子→負(fù)極；充電：陽(yáng)離子→陰極，陰離子→陽(yáng)極；總之：陽(yáng)離子→發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子→發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。(2)離子交換膜電池離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的，對(duì)溶液里的離子具有選擇透過(guò)能力的高分子膜。功能使陰、陽(yáng)離子選擇性定向移動(dòng)，使電解質(zhì)溶液的電荷守恒類(lèi)型陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)，阻止陰離子和氣體通過(guò)陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)，阻止陽(yáng)離子和氣體通過(guò)質(zhì)子交換膜：只允許質(zhì)子(H＋)通過(guò)作用隔離某些物質(zhì)，防止副反應(yīng)，常用于物質(zhì)的制備、分離和提純5.(2015·江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A．反應(yīng)CH4＋H2Oeq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))3H2＋CO，每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol電子B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－=2H2OC．電池工作時(shí)，COeq\o\al(2－,3)向電極B移動(dòng)D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)解析：選DA選項(xiàng)，CH4中的C為－4價(jià)，CO中的C為＋2價(jià)，每個(gè)碳原子失去6個(gè)電子，因此每消耗1molCH4失去6mol電子，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，熔融鹽中沒(méi)有OH－，因此OH－不能參與電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式應(yīng)為H2＋CO＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=3CO2＋H2O，錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，COeq\o\al(2－,3)應(yīng)向負(fù)極移動(dòng)，即向電極A移動(dòng)，錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，電極B上O2得電子和CO2結(jié)合生成COeq\o\al(2－,3)，正確。6.乙醇燃料電池中采用磺酸類(lèi)質(zhì)子溶劑，在200℃左右時(shí)供電，電池總反應(yīng)：C2H5OH＋3O2=2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是()A．電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移B．電池工作時(shí)，電子由b極沿導(dǎo)線(xiàn)流向a極C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)：C2H5OH＋3H2O＋12e－=2CO2＋12H＋D．b極上發(fā)生的電極反應(yīng)：4H＋＋O2＋4e－=2H2O解析：選D根據(jù)圖示，a為負(fù)極，b為正極，電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的正極遷移，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電子由負(fù)極a極沿導(dǎo)線(xiàn)流向正極b極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤；b極上發(fā)生的電極反應(yīng)為4H＋＋O2＋4e－=2H2O，D項(xiàng)正確。7．寫(xiě)出不同環(huán)境下的甲烷燃料電池的正負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。(1)酸性介質(zhì)(如H2SO4)負(fù)極：________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________；總反應(yīng)式：____________________________________________________________。(2)堿性介質(zhì)(如KOH)負(fù)極：_______________________________________________________________；正極：_______________________________________________________________；總反應(yīng)式：___________________________________________________________。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)負(fù)極：_______________________________________________________________；正極：_______________________________________________________________；總反應(yīng)式：___________________________________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下負(fù)極：_______________________________________________________________；正極：_______________________________________________________________；總反應(yīng)式：___________________________________________________________。答案：(1)負(fù)極：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋正極：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O(2)負(fù)極：CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O正極：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O(3)負(fù)極：CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O正極：2O2＋8e－=4O2－總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O(4)負(fù)極：CH4－8e－＋4COeq\o\al(2－,3)=5CO2＋2H2O正極：2O2＋8e－＋4CO2=4COeq\o\al(2－,3)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O[方法規(guī)律]燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)第一步：寫(xiě)出電池總反應(yīng)式燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料電池總反應(yīng)式為CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步：寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有所不同，大致有以下四種情況：(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4e－=2O2－。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。1．某電池以K2FeO4和Zn為電極材料，KOH溶液為電解質(zhì)溶液。下列說(shuō)法正確的是()A．Zn為電池的負(fù)極B．正極反應(yīng)式為2FeOeq\o\al(2－,4)＋10H＋＋6e－=Fe2O3＋5H2OC．該電池eq\a\vs4\al(放電過(guò)程中電解質(zhì)溶液濃度)不變D．電池工作時(shí)OH－向正極遷移eq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：FeOeq\o\al(2－,4)得到電子生成的OH－比Zn失去電子消耗的OH－多，所以放電過(guò)程中電解質(zhì)溶液濃度變大。解析：選AA項(xiàng)，根據(jù)化合價(jià)升降判斷，Zn化合價(jià)只能上升，故為負(fù)極材料，K2FeO4為正極材料，正確；B項(xiàng)，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，則正極電極反應(yīng)式為2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由電池總反應(yīng)式3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH可得，電解質(zhì)溶液濃度變大，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，電池工作時(shí)陰離子OH－向負(fù)極遷移，錯(cuò)誤。2．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A.eq\a\vs4\al(電子從b流出)，經(jīng)外電路流向aB．HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)的反應(yīng)是HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋C．如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會(huì)變化D．若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5molH＋通過(guò)質(zhì)子交換膜eq\a\vs4\al([做一當(dāng)十])點(diǎn)撥：首先根據(jù)題圖中H＋移動(dòng)方向或O2通入方向判斷正、負(fù)極，然后根據(jù)電子從負(fù)極流出判斷電子從a流出。解析：選Bb電極通入氧氣，是正極，a電極是負(fù)極，電子從a流出，經(jīng)外電路流向b，A錯(cuò)誤；a電極是負(fù)極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，即HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)，電極反應(yīng)是HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋，B正確；如果將反應(yīng)物直接燃燒，會(huì)有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能或熱能，因此能量的利用率會(huì)變化，C錯(cuò)誤；若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，根據(jù)電荷守恒可知有0.4molH＋通過(guò)質(zhì)子交換膜與0.1mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水，D錯(cuò)誤。3.科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以C