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中小學教育資源及組卷應用平臺
第31講　原電池　化學電源
【備考目標】　1.理解原電池的構成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。3.能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式。
考點1　原電池工作原理及應用
1．原電池的構成條件
反應 能自發進行的氧化還原反應
電極 兩極為導體，且存在活動性差異
溶液 兩極插入電解質溶液中
回路 形成閉合回路或兩極直接接觸
2.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)
電極名稱 負極 正極
電極材料 鋅片 銅片
電極反應 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反應類型 氧化反應 還原反應
電子流向 由Zn片(負極)沿導線流向Cu片(正極)
離子移向 電解質溶液中，SO移向負極，Zn2＋、Cu2＋移向正極
鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，K＋移向正極，Cl－移向負極
鹽橋作用 ①連接內電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產生電流
裝置Ⅱ與Ⅰ相比的優點 由于Zn(還原劑)與Cu2＋(氧化劑)不直接接觸，化學能更多地轉化為電能，減少能量損耗，故電流穩定，持續時間長
【提醒】　無論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。
[深化理解]
原電池中電極類型的判斷方法
[注意]　原電池的正極和負極既與電極材料的性質有關，又與電解質溶液有關，不要形成活潑金屬一定作負極的思維定勢。如Mg、Al、NaOH溶液組成的原電池中，Al為負極。
3．原電池原理的應用
(1)設計制作化學電源
【示例】 由離子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，設計制作化學電源。
①將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是：
負極：________________________________________________________________________。
正極：________________________________________________________________________。
②在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液：
不含鹽橋 含鹽橋
答案：①Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
②
不含鹽橋 含鹽橋
(2)加快氧化還原反應的速率：一個自發進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率加快。例如，Zn(含雜質銅)與稀H2SO4反應比純鋅與稀H2SO4反應產生H2的速率快。
(3)比較金屬活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性強的金屬，正極一般是活動性弱的金屬或能導電的非金屬，如石墨等。
【示例】 有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現象如下，由此可判斷這四種金屬的活動性順序。
實驗裝置
實驗現象 a極質量減少；b極質量增加 b極有氣體產生；c極無變化 d極溶解；c極有氣體產生 電流從a極流向d極
金屬活動性強弱 a＞b b＞c d＞c d＞a
(4)用于金屬的防護(犧牲陽極法)：例如要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)構成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬(× )
(2)原電池裝置中，溶液中的陰離子移向正極，陽離子移向負極(× )
(3)雙液原電池中，電解質溶液中的離子通過鹽橋移向兩極(× )
(4)反應CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉化為電能(× )
(5)由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池中，正極反應是Cu－2e－===Cu2＋(× )
題組練習
一、原電池的工作原理
1．(2024·九省新高考適應性考試·吉林卷)如圖，b為H＋/H2標準氫電極，可發生還原反應(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反應(H2－2e－===2H＋)，a、c分別為AgCl/Ag、AgI/Ag電極。實驗發現：1與2相連a電極質量減小，2與3相連c電極質量增大。下列說法正確的是(　　 )
A．1與2相連，鹽橋1中陽離子向b電極移動
B．2與3相連，電池反應為2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1與3相連，a電極減小的質量等于c電極增大的質量
D．1與2、2與3相連，b電極均為e－流出極
解析：選B。1與2相連，左側兩池構成原電池，a電極質量減小，AgCl轉化為Ag，說明a為正極，b為負極，b極反應為H2－2e－===2H＋；2與3相連，右側兩池構成原電池，c電極質量增大，Ag轉化為AgI，說明c為負極，b為正極，b極反應為：2H＋＋2e－===H2↑。1與2相連，a為正極，b為負極，鹽橋1中陽離子向a電極移動，A錯誤； 1與3相連，由于AgI更難溶，AgCl轉化為AgI，a極為正極，AgCl轉化為Ag，a極質量減小，c極為負極，Ag轉化為AgI，c極質量增加，a電極減小的質量小于c電極增大的質量，C錯誤； 1與2相連，b為負極，b電極為e－流出極，2與3相連，c為負極，c電極為e－流出極，D錯誤。
2．某興趣小組同學利用氧化還原反應2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設計了如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質的物質的量濃度均為1 mol·L－1，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。回答下列問題：
(1)發生氧化反應的燒杯是____________(填“甲”或“乙”)。
(2)外電路的電流方向為從____________(填“a”或“b”，下同)到____________。
(3)電池工作時，鹽橋中的SO移向____(填“甲”或“乙”)燒杯。
(4)甲燒杯中發生的電極反應為______________________________________________。
解析：根據題給氧化還原反應可知，甲燒杯中石墨作正極，發生還原反應，電極反應式為MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙燒杯中石墨作負極，發生氧化反應，電極反應式為Fe2＋－e－===Fe3＋；外電路的電流方向從正極流向負極，即從a到b；電池工作時，鹽橋中的陰離子移向負極，陽離子移向正極，即SO移向乙燒杯。
答案：(1)乙　(2)a　b　(3)乙　(4)MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
二、電極的判斷及電極方程式的書寫
3．有下圖所示的三個裝置，回答相關問題：
(1)圖①中，Mg作________極。
(2)圖②中，Mg作________極，寫出負極反應式：_______________________，正極反應式：_________________________，總反應的離子方程式：_______________________________________。
(3)圖③中，一段時間后Fe作________極，寫出負極反應式：___________________，正極反應式：_________________________，總反應的化學方程式：___________________________________。
答案：(1)負　(2)正　2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑　(3)正　Cu－2e－===Cu2＋　2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O　Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
【規律方法】 　一般電極反應式的書寫
考點2　常見化學電源
1．一次電池(不能充電復原繼續使用)
(1)普通鋅錳電池
總反應：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)。
(2)堿性鋅錳電池
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
負極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正極：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－。
(3)鋅銀電池
總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
2．二次電池(放電后能充電復原繼續使用)
(1)鉛酸蓄電池
總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
①放電時——原電池
負極：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充電時——電解池
陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；
陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===__PbO2＋4H＋＋SO。
放電時原電池的負極作充電時電解池的陰極。
(2)鋰離子電池
①電極反應
負極：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正極：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2；
總反應：LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。
②反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中；充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，Li＋往返于電池的正極、負極之間，完成化學能與電能的相互轉化。
(3)二次電池的充放電規律
①充電時電極的連接：負接負后作陰極，正接正后作陽極。
②工作時的電極反應式：同一電極的電極反應式、周圍溶液的pH變化趨勢，在充電與放電時，形式上恰好是相反的。
[注意]　可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應。
3．燃料電池
(1)氫氧燃料電池
種類 酸性 堿性
負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正極反應式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
電池總反應式 2H2＋O2===2H2O
備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用
(2)燃料電池電極反應式書寫的常用方法
第1步，寫出電池總反應式。
燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應，則總反應為加合后的反應。如甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的反應如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①＋②可得甲烷燃料電池的總反應式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第2步，寫出電池的正極反應式。
根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質是O2，因電解質溶液不同，故其電極反應也會有所不同：
①酸性電解質：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
②堿性電解質：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
③固體電解質(高溫下能傳導O2－)：O2＋4e－===2O2－。
④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第3步，由總反應和正極反應，寫出負極反應式。
總反應式－正極反應式＝負極反應式。
①酸性電解質：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。
②堿性電解質：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
③固體電解質(高溫下能傳導O2－)：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。
④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)鉛酸蓄電池放電時，正極與負極質量均增加(√ )
(2)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、可儲存時間長(× )
(3)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能(× )
(4)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區向負極區遷移(× )
題組練習
一、傳統化學電源分析
1．(人教選擇性必修1 P103T6改編)普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，該電池工作時的總反應為Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是(　　)
A．當該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復原
B．電池負極反應式為2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原電池工作時，電子從負極通過外電路流向正極
D．外電路中每通過0.1 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g
解析：選C。普通鋅錳干電池是一次電池，不能充電復原，A項錯誤；根據原電池工作原理，負極失電子，B項錯誤；由負極的電極反應式可知，每通過0.1 mol e－，消耗鋅的質量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D項錯誤。
2．銀鋅電池是一種常見化學電源，其反應原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意圖如下。下列說法不正確的是(　　 )
A．Zn電極是負極
B．Ag2O電極發生還原反應
C．Zn電極的電極反應式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放電前后電解質溶液的pH保持不變
解析：選D。反應中鋅失去電子，Zn電極是負極，A正確；Ag2O得到電子，發生還原反應，B正確；電解質溶液顯堿性，Zn電極的電極反應式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正確；根據方程式可知消耗水，氫氧根濃度增大，放電后電解質溶液的pH升高，D錯誤。
二、新型二次電池
3．某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應為Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列關于該電池的說法不正確的是(　　 )
A．放電時，Li＋在電解質中由負極向正極遷移
B．放電時，負極的電極反應式為LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充電時，若轉移1 mol e－，石墨(C6)電極將增重7x g
D．充電時，陽極的電極反應式為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析：選C。原電池中陽離子由負極向正極遷移，A正確；放電時，負極發生氧化反應，電極反應式為LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正確；充電時，若轉移1 mol電子，石墨電極質量將增重7 g，C錯誤；充電時陽極發生氧化反應，電極反應式為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D正確。
4．Mg/LiFePO4電池的總反應為xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，該電池的裝置示意圖如圖所示。下列說法正確的是(　　 )
A．放電時，Li＋通過鋰離子導體膜向Mg極移動
B．充電時，陰極上的電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水電解質以提高電解質的導電效率
D．若負極減少12 g，則有NA個電子經電解質由負極流向正極
解析：選B。放電時為原電池，Li1－xFePO4/LiFePO4極為原電池正極、Mg為負極，陽離子移向正極，即Li＋通過鋰離子導體膜向Li1－xFePO4/LiFePO4極移動，故A錯誤；原電池負極反應為Mg－2e－===Mg2＋，充電時原電池負極與外加電源負極相接，為陰極，陰極反應與原電池負極反應相反，即Mg2＋＋2e－===Mg，故B正確；Mg是活潑金屬，能與磷酸反應，發生自損耗現象，即不能用磷酸溶液代替非水電解質，故C錯誤；負極減少12 g Mg，物質的量為＝0.5 mol，負極反應為Mg－2e－===Mg2＋，電路中轉移電子0.5 mol×2＝1 mol，但電子不能進入電解質中，故D錯誤。
【知識深化】　充電電池放電時遵循原電池原理，充電時遵循電解原理，其工作原理特點如下：
如果已知總方程式，書寫較難寫的電極反應式時，可先寫出較易的電極反應式，然后用總反應式減去較易寫的電極反應式。
三、新型燃料電池
5．(2023·遼寧鞍山二模)甲酸鈉燃料電池是一種膜基堿性電池，提供電能的同時可以獲得燒堿，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．CEM隔膜為質子交換膜
B．甲為電池負極，電極反應為：HCOO－－e－＋H2O===H2CO3＋H＋
C．電池在工作時，乙極附近溶液pH增大
D．單位時間內甲極產生的H2CO3與乙極消耗的O2物質的量之比為4∶1
解析：選C。該裝置同時可以獲得燒堿，則鈉離子應與氫氧根離子結合，若為質子交換膜(只允許氫離子自由通過)，則鈉離子與正極生成的氫氧根離子不能接觸，無法得到NaOH，A錯誤；由裝置信息可知乙電極上氧氣得電子，則甲電極上HCOONa失電子生成碳酸，電極反應為：HCOO－－2e－＋H2O===H2CO3＋H＋，B錯誤；電池在工作時，乙極發生反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，電極附近溶液氫氧根離子濃度增大，pH增大，C正確；由電極反應可知轉移4 mol電子正極消耗1 mol氧氣，負極生成2 mol碳酸，則單位時間內甲極產生的H2CO3與乙極消耗的O2物質的量之比為2∶1，D錯誤。
6．直接乙醇燃料電池(DEFC)具有很多優點，引起了人們的研究興趣。現有以下三種乙醇燃料電池。
(1)三種乙醇燃料電池中，正極反應物均為____________。
(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a上發生的電極反應式為________________________，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是__________________________________________。
(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b上發生的電極反應式為__________________________。
(4)熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質，電池工作時，CO向電極______(填“a”或“b”)移動，電極b上發生的電極反應式為________________________________。
解析：(1)三種乙醇燃料電池中由于正極發生還原反應，所以正極反應物均為氧氣。(2)堿性乙醇燃料電池中，乙醇中的C轉化為CO，電極a上發生的電極反應式為C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，其上發生的電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(4)熔融鹽乙醇燃料電池中，若選擇熔融碳酸鉀為介質，電池工作時，CO向負極(電極a)移動，電極b上發生還原反應，電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：(1)氧氣　(2)C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O　空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH　
(3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(4)a　O2＋2CO2＋4e－===2CO
高考真題
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如下。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是( )
A．石墨作電池的負極材料 B．電池工作時，NH4+向負極方向移動
C．MnO2發生氧化反應 D．鋅筒發生的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋
答案：D
解析：A項，酸性鋅錳干電池，鋅筒為負極，石墨電極為正極，故A錯誤；B項，原電池工作時，陽離子向正極(石墨電極)方向移動，故B錯誤；C項，MnO2發生得電子的還原反應，故C錯誤；D項，鋅筒為負極，負極發生失電子的氧化反應Zn-2e-=Zn2＋，故D正確；故選D。
2．(2024·江蘇卷，8，3分)堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是( )
A．電池工作時，MnO2發生氧化反應
B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動
C．環境溫度過低，不利于電池放電
D．反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為2×6.02×10-23
答案：C
解析：Zn為負極，電極反應式為：Zn-2e-+2OH-= ZnO+H2O，MnO2為正極，電極反應式為：MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-。A項，電池工作時，MnO2為正極，得到電子，發生還原反應，故A錯誤；B項，電池工作時，OH-通過隔膜向負極移動，故B錯誤；C項，環境溫度過低，化學反應速率下降，不利于電池放電，故C正確；D項，由電極反應式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為6.02×10-23，故D錯誤；故選C。
3．(2024·全國新課標卷，6，3分)一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)
電池工作時，下列敘述錯誤的是
A．電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅動下的遷移方向為b→a
答案：C
解析：由題中信息可知，b電極為負極，發生反應Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再發生C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a電極為正極，發生反應O2+2H2O+4e-=4OH-，在這個過程中發生的總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A項，由題中信息可知，當電池開始工作時，a電極為電池正極，血液中的O2在a電極上得電子生成OH-，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-；b電極為電池負極， Cu2O在b電極上失電子轉化成CuO，電極反應式為Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸，CuO被還原為Cu2O，則電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正確；B項，b電極上CuO將葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸后被還原為Cu2O，Cu2O在b電極上失電子轉化成CuO，在這個過程中CuO的質量和化學性質保持不變，因此，CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用，B正確；C項，根據反應2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1mol C6H12O6參加反應時轉移2 mol電子，18 mg C6H12O6的物質的量為0.1 mmol，則消耗18 mg葡萄糖時，理論上a電極有0.2 mmol電子流入，C錯誤；D項，原電池中陽離子從負極移向正極遷移，故Na＋遷移方向為b→a，D正確。故選C。
4．(2024·全國甲卷，6，3分)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是( )
A．充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B．充電時，會發生反應Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020molMnOOH
答案：C
解析：Zn具有比較強的還原性，MnO2具有比較強的氧化性，自發的氧化還原反應發生在Zn與MnO2之間，所以MnO2電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO2電極為陽極、Zn電極為陰極。A項，充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，即Zn2+向陰極方向遷移，A不正確；B項，放電時，負極的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時陰極反應為Zn2++2e-=Zn，即充電時Zn元素化合價應降低，而選項中Zn元素化合價升高，B不正確；C項，放電時MnO2電極為正極，正極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4，則正極上主要發生的電極反應是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正確；D項，放電時，Zn電極質量減少0.65g(物質的量為0.010mol)，電路中轉移0.020mol電子，由正極的主要反應MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正極上只有MnOOH生成，則生成MnOOH的物質的量為0.020mol，但是正極上還有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物質的量小于0.020mol，D不正確；故選C。
5．(2024·安徽卷，11，3分)我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP (局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是( )
A．標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B．電池總反應為：I3-+ZnZn2++3I-
C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D 放電時，消耗0.65 g Zn，理論上轉移0.02 mol電子
答案：C
解析：由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時，該電極為陰極，電極反應式為Zn2++2e-=Zn；正極上發生3I3-+2e-=3I-，則充電時，該電極為陽極，電極反應式為3I--2e-=I3-。A項，標注框內所示結構屬于配合物，配位體中存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵和碳氫鍵等多種共價鍵，還有由N提供孤電子對、Zn2+提供空軌道形成的配位鍵，A正確；B項，該電池總反應為I3-+ZnZn2++3I-，B正確；C項，充電時，陰極電極反應式為Zn2++2e-=Zn，被還原的Zn2+主要來自電解質溶液，C錯誤；D項，放電時，負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65 g Zn(物質的量為0.01mol)，理論上轉移0.02 mol電子，D正確；故選C。
6．(2024·河北卷，13，3分)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺()以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。
下列說法錯誤的是( )
A．放電時，電池總反應為Mg+2CO2= MgC2O4
B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移
D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2
答案：C
解析：放電時CO2轉化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：
電極 過程 電極反應式
Mg電極 放電 Mg-2e-=Mg2+
充電 Mg2++2e-= Mg
多孔碳納米管電極 放電 Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4
充電 MgC2O4-2e-= Mg2++2CO2↑
A項，放電時正極反應式為Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、負極反應式為Mg-2e-=Mg2+，將放電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：Mg+2CO2= MgC2O4，A正確；B項，充電時，多孔碳納米管電極上發生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連接，B正確；C項，充電時，Mg電極為陰極，電子從電源負極經外電路流向Mg電極，同時Mg2+向陰極遷移，C錯誤；D項，根據放電時的電極反應式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每轉移2mol電子，有2mol CO2參與反應，因此每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2，D正確；故選C。
7．(2023·廣東高考)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．Ag作原電池正極
B．電子由Ag經活性炭流向Pt
C．Pt表面發生的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
解析：選B。O2在Pt得電子發生還原反應，Pt為正極，Ag為負極，A錯誤；電子由負極Ag經活性炭流向正極Pt，B正確；溶液為酸性，故Pt表面發生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉移電子2 mol，故最多去除2 mol Cl－，D錯誤。
8．(2023·新課標卷)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質的電池，其示意圖如下所示。放電時，Zn2＋可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時V2O5為正極
B．放電時Zn2＋由負極向正極遷移
C．充電總反應：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充電陽極反應：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
解析：選C。由題中信息可知，放電時該電池中Zn為負極、V2O5為正極，電池的總反應為xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O。A.由題中信息可知，放電時，Zn 2＋可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5發生了還原反應，則放電時V2O5為正極，A說法正確；B.Zn為負極，放電時Zn失去電子變為Zn 2＋，陽離子向正極遷移，則放電時Zn 2＋由負極向正極遷移，B說法正確；C.電池在放電時的總反應為xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，則其在充電時的總反應為ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C說法錯誤；D.充電時陽極上ZnxV2O5·nH2O被氧化為V2O5，則陽極的電極反應為ZnxV2O5·nH2O－2xe －===xZn 2＋＋V2O5＋nH2O，D說法正確；綜上所述，本題選C。
鞏固練習一
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、電流表、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結論錯誤的是(　　 )
A．原電池是將化學能轉化成電能的裝置
B．原電池由電極、電解質溶液和導線等組成
C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導線中會產生電流
D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片
解析：選D。D項，a極為負極，電子由負極(鋅片)流出。
2．某原電池總反應為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實現該反應的原電池是(　　 )
A B C D
電極材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
解析：選D。由題意知，Cu為負極材料，正極材料的金屬活動性必須弱于Cu，其中B、D項符合該條件；由Fe3＋得電子生成Fe2＋知，電解質溶液中必須含有Fe3＋，同時符合上述兩條件的只有D項。
3．鋅錳堿性干電池是依據原電池原理制成的化學電源。電池中負極與電解質溶液接觸直接反應會降低電池的能量轉化效率，稱為自放電現象。
下列關于原電池和干電池的說法不正確的是(　　)
A．兩者正極材料不同
B．MnO2的放電產物可能是KMnO4
C．兩者負極反應式均為Zn失電子
D．原電池中Zn與稀H2SO4存在自放電現象
解析：選B。左圖為干電池，干電池的正極材料是MnO2和碳粉，右圖為原電池，正極材料是銅單質，兩者正極材料不同， A正確；干電池中MnO2應作氧化劑，Mn的化合價降低， B錯誤；所給裝置中Zn為負極，Zn失去電子， C正確；根據自放電現象的定義，Zn與稀硫酸能夠發生反應，即原電池中Zn與稀硫酸存在自放電現象， D正確。
4．直接煤 空氣燃料電池原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．隨著反應的進行，氧化物電解質的量不變
B．負極上發生的反應有C＋2CO－4e－===3CO2↑、CO2＋O2－===CO
C．電極X為正極，O2－向X極遷移
D．直接煤 空氣燃料電池的能量效率比煤燃燒發電的能量效率高
解析：選C。該燃料電池中電極Y為正極，反應為O2＋4e－===2O2－；電極X是負極，反應為C＋2CO－4e－===3CO2↑，CO2＋O2－===CO。A項，總反應式為C＋O2===CO2，因此氧化物電解質的量不會減少，正確；C項，電極X為負極，原電池內部的陰離子向負極移動，錯誤；D項，該燃料電池是把化學能直接轉化為電能，而煤燃燒發電是把化學能轉化為熱能，再轉化為電能，故該燃料電池的能量效率更高，正確。
5．由我國科學家研發成功的鋁錳電池是一種比能量很高的新型干電池，以氯化鈉和稀氨水混合溶液為電解質，鋁和二氧化錳－石墨為兩極，其電池反應為Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有關該電池放電時的說法不正確的是(　　 )
A．二氧化錳－石墨為電池正極
B．負極反應式為Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不斷由負極向正極移動
D．每生成1 mol MnOOH轉移1 mol電子
解析：選C。由電池反應式知，鋁為電池負極，鋁失去電子轉化為Al(OH)3，A、B正確；陰離子移向負極，C錯誤；由反應中錳元素價態變化知，D正確。
6．某燃料電池主要構成要素如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．電池可用于乙醛的制備
B．b電極為正極
C．電池工作時，a電極附近pH降低
D．a電極的反應式為O2－4e－＋4H＋===2H2O
解析：選A。由圖可知，該電池將乙烯和水轉化為乙醛，可用于乙醛的制備，A正確；乙烯發生氧化反應，故b電極為負極，B錯誤；a電極的反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，氫離子濃度降低，pH升高，C錯誤、D錯誤。
7．(2024·江蘇蘇州模擬)纖維電池的發明為可穿戴電子設備的發展奠定了基礎。一種纖維狀鈉離子電池放電時的總反應為： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，其結構簡圖如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，SO向乙電極移動
B．放電時乙電極的電極反應式為：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3
C.該電池充電時甲電極應該與電源負極相連
D．該電池充電過程中Mn元素的化合價降低
解析：選A。離子電池放電時的總反應為： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，Na0.44MnO2發生氧化，所以甲作負極，乙作正極。陰離子向負極移動，所以SO向甲電極移動，A錯誤；放電時乙電極作正極，電極反應式為：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3，B正確；甲作負極，充電時甲電極應該與電源負極相連，C正確；充電時化學反應式為放電時的逆反應，所以充電過程中Mn元素的化合價降低，D正確。
8．(2023·河南新鄉二模)基于H2O、H2O2、O2自循環的生物混合光電化學電池，在單個單元中實現可持續太陽能－燃料－電能的轉換，工作原理如圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，電子由電極N經導線流向電極M
B．負極的電極反應式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
C．自循環過程中存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．該電池的有效開發和利用可減少碳排放
解析：選A。電池工作時，M極H2O失電子反應生成H2O2或O2等，N極O2得電子反應生成H2O2或H2O，所以M極為負極，N極為正極，電子由電極M經導線流向電極N，A錯誤；在負極，有H2O失電子反應生成H2O2，則電極反應式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，B正確；自循環過程中，在正極，O2得電子反應生成H2O2或H2O，則存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正確；該電池的有效開發和利用，實現了可持續太陽能－燃料－電能的轉換，整個過程中不涉及含碳物質，可減少碳排放，D正確。
9．(2023·湖北武漢二中二模)某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽極會發生如下副反應：2Mn3＋＋2H2O===Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可將MnO2還原為Mn2＋，提高電池的能量密度和穩定性。下列說法正確的是(　　)
A．放電時，Cd電極為負極，發生還原反應
B．放電時，Cd2＋通過質子交換膜，向石墨電極移動
C．加入少量Br－后，經多次充放電，正極可能會發生3個以上不同的還原反應
D．加入少量Br－后，充電時，陽極生成Mn3＋和陰極生成Cd的物質的量之比為2∶1
解析：選C。放電時，Cd失電子做負極，化合價升高發生氧化反應，A錯誤；質子交換膜只允許氫離子通過，Cd2＋不能通過質子交換膜，B錯誤；加入溴離子后經多次充放電，正極可能發生Mn3＋正極放電、自身歧化的還原反應，可能發生溴離子還原二氧化錳的反應，生成的溴單質也可能發生還原反應，C正確；由轉移電子守恒可知，若無其他反應的干擾，充電時二者比例為2∶1，但是由于溴離子等的干擾，則二者比例不一定為2∶1，D錯誤。
10．(2023·遼寧丹東一模)我國科學家研究出一種新型水系Zn C2H2電池(結構如圖)，發電的同時實現乙炔加氫，下列說法正確的是(　　)
A．b為電池的正極
B．右側電極室中c(KOH)增大
C．a極的電極反應式為C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－
D．外電路中每轉移0.2 mol e－時有0.1 mol OH－通過陰離子交換膜
解析：選C。放電時Zn轉化為ZnO，則b極上Zn失電子被氧化，為電池的負極， a極為正極，正極上C2H2得電子產生C2H4，電極總反應式為C2H2＋Zn＋H2O===C2H4＋ZnO，A錯誤；右側電極室發生電極反應Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，消耗OH－，c(KOH)減小，B錯誤； a極為正極，正極上C2H2得電子產生C2H4，電極反應式為C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－，C正確；每轉移0.2 mol e－，則有0.2 mol OH－通過陰離子交換膜，D錯誤。
二、非選擇題(共2題，共40分)
11．(18分)(1)利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O構成電池的方法，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減輕環境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。
①A電極的電極反應式為______________________________________________________。(3分)
②下列關于該電池的說法正確的是______。(2分)
A．電子從右側電極經過負載后流向左側電極
B．為使電池持續放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜
C．電池工作一段時間，溶液的pH不變
D．當有4.48 L NO2被處理時，轉移電子的物質的量為0.8 mol
(2)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：
①B極上的電極反應式為_______________________________________________________。(3分)
②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6 L(標準狀況)氣體時，消耗甲烷的體積為______L(標準狀況下)。(3分)
(3)利用“Na CO2”電池將CO2變廢為寶。我國科研人員研制出的可充電“ Na CO2”電池，以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料，總反應為4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放電時該電池“吸入”CO2，其工作原理如圖所示：
①放電時，正極的電極反應式為_______________________________________________________。(3分)
②選用高氯酸鈉—四甘醇二甲醚做電解液的優點是__________________________________(至少寫兩點)。(4分)
解析：(1)①根據電池反應的化學方程式可知氨氣中N元素的化合價升高，被氧化，所以通入氨氣的一極為負極，發生的反應是氨氣失去電子生成氮氣，因為電解質溶液為KOH溶液，所以氨氣失去電子與氫氧根離子反應生成N2和水，電極反應式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。②A項，電子從負極(左側)流出經過負載后流向正極(右側)，故A錯誤；B項，溶液中的OH－從右側移動到左側，參與負極的電極反應，為使電池持續放電，則必須用陰離子交換膜，同時防止二氧化氮與堿反應，生成硝酸鹽與亞硝酸鹽，導致原電池不能正常工作，故B正確；C項，總反應生成水，溶液pH改變，故C項錯誤；D項，未知4.48 L NO2是否為標準狀況下測得的數據，無法利用標準狀況下氣體摩爾體積計算，故D錯誤。
(2)①由陰離子移動方向可知B為負極，負極發生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6 L(標準狀況)氧氣時，反應轉移1 mol 電子，由得失電子數目守恒可知消耗甲烷的物質的量為0.125 mol，則甲烷的體積為0.125 mol×22.4 mol/L＝2.8 L。
(3)根據總反應方程式，正極是CO2得電子變成C，電極反應式為3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C；不選擇水做溶劑，而選擇有機物做溶劑，是因為Na不和有機物發生反應，此外可以根據電解質溶液的作用來答題，電解質溶液要有導電性好，難揮發等性質。
答案：(1)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O　B(2)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O　2.8
(3)3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C
導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發
12．(22分)(1)將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理如圖1所示。電極b作______________極，表面發生的電極反應為________________________________________。(5分)
(2)濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的原理如圖2所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。
①X為________極，Y極反應式為____________________________________________。(5分)
②Y極生成1 mol Cl2時，______mol Li＋移向____(填“X”或“Y”)極。(4分)
(3)微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉化成電能的裝置。已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質溶液為酸性，示意圖如圖3：
①該電池中外電路電子的流動方向為__________(填“從A到B”或“從B到A”)。(2分)
②工作結束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將________(填“增大”“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計)。(3分)
③A電極附近甲醇發生的電極反應為_________________________________________________。(3分)
解析：(1)從圖1可以看出，左側H2O轉變成O2，O元素被氧化，電極a為負極，電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通過質子交換膜進入右側發生反應，右側通入的CO2轉變成HCOOH，C元素被還原，電極b為正極，電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。(2)根據圖2可知生成H2的電極為正極，生成Cl2的電極為負極。(3)①甲醇失去電子，作為電池的負極，所以該電池外電路電子的流動方向為從A到B。②有水生成，pH變大。③CH3OH失電子，生成CO2和H＋，根據化合價變化和元素守恒配平方程式即可得電極反應式：CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。
答案：(1)正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH　(2)①正　2Cl－－2e－===Cl2↑　②2　X
(3)①從A到B　②增大　③CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑
熱點題型(七)　形式各異的新型化學電池
新型化學電池的命題材料主要來源于最新科技成果，陌生度高、綜合性強。此類試題的命題情境從電解質方面可分為單液電池、雙液電池、固體電解質電池等；從電子轉移角度分類，有常規的直接電池和新型的間接電池；從反應物質分類，有常規的無機電池，也有新型的有機電池等。新型化學電池的主要考查方向有電池電極類型的判斷、電子(或離子)轉移方向分析、電極方程式書寫、電解質溶液或電極材料的變化分析、利用得失電子守恒規律進行簡單計算等內容。這些試題，既能體現化學的實用性，又能體現化學命題的時代性、新穎性。此類試題在考查電化學基礎知識的同時，又能較好地考查學生的遷移應用能力和思維創新能力，有助于培養“科學探究與創新意識、證據推理與模型認知”的化學學科核心素養。
類型1　單液電池
例1.(2023·全國卷乙)室溫鈉 硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉 硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：
S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx。
下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時Na＋從鈉電極向硫電極遷移
B．放電時外電路電子流動的方向是a→b
C．放電時正極反應為：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
解析：選A。由題給硫電極上發生的反應，可知放電時硫電極為正極，鈉電極為負極，則充電時硫電極為陽極，鈉電極為陰極，據此解答。充電時，陽離子Na＋應向陰極鈉電極遷移，A錯誤；放電時，Na失去的電子經外電路流向正極，即電子流向是a→b，B正確；將題給硫電極發生的反應依次標號為①②③，由×①＋×②＋③可得正極總反應，C正確；炭化纖維素紙具有良好的導電性，使用炭化纖維素紙可以增強硫電極的導電性能，D正確。
【思維建模】　單液電池分析流程
【對點練】 1.“熱電池”在航空航天領域有廣泛應用。某熱電池工作原理如圖所示，電池放電時，1 mol FeS2完全反應時轉移4 mol電子。下列說法錯誤的是(　　 )
A．電子流向：Li(Al)極→用電器→FeS2極
B．負極質量減少27 g時理論上有3 mol陰離子向負極遷移
C．正極的電極反應式為FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．如果用Li(Si)替代Li(Al)，電極反應和電池反應都不變化
解析：選B。觀察題圖可知，鋰鋁合金電極為負極，二硫化亞鐵電極為正極，電池放電時，電子由負極流出，經外電路流向正極，A正確；鋰比鋁活潑，放電時鋰優先發生氧化反應，Li－e－===Li＋，n(Li)＝n(e－)＝≈4 mol，B錯誤；鋰硅合金作負極，仍然是鋰發生氧化反應，D正確。
類型2　雙液(多液)電池
例2.(2023·遼寧高考)某低成本儲能電池原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
【思路分析】　雙液電池分析的步驟
第一步：分析兩極材料和兩液的成分或兩極區域中粒子的轉化關系等，確定正負極。
第二步：根據確定的兩極，分析電極反應，離子移向和電子、電流方向等。
第三步：明確問題，分析出正確答案。
解析：選B。由題圖知，左側電極為負極，電極反應為Pb－2e－＋SO===PbSO4，Pb轉化為PbSO4，負極質量增大，A項錯誤；儲能過程為充電過程，電能轉化為化學能，B項正確；放電時陽離子向正極移動，左側H＋通過質子交換膜移向右側，C項錯誤；放電時總反應為Pb＋2Fe3＋＋SO===PbSO4＋2Fe2＋，則充電總反應為PbSO4＋2Fe2＋Pb＋2Fe3＋＋SO，D項錯誤。
【對點練】 2.(2021·河北高考)K O2電池結構如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是(　　)
A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過
B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極
C．產生1 Ah電量時，生成KO2的質量與消耗O2的質量比值約為2.22
D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9 g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9 g水
解析：選D。金屬性強的金屬鉀易與氧氣反應，為防止鉀與氧氣反應，電池所選擇隔膜應允許K＋通過，不允許O2通過，A正確；由分析可知，放電時，a為負極，b為正極，電流由b電極沿導線流向a電極，充電時，b電極應與直流電源的正極相連，作電解池的陽極，B正確；由分析可知，生成1 mol超氧化鉀時，消耗1 mol氧氣，兩者的質量比值為1 mol×71 g/mol∶1 mol×32 g/mol≈2.22∶1，C正確；鉛酸蓄電池充電時的總反應方程式為2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應消耗2 mol水，轉移2 mol電子，由得失電子數目守恒可知，消耗3.9 g鉀時，鉛酸蓄電池消耗水的質量為×18 g/mol＝1.8 g，D錯誤。
3．(2023·廣西統考三模)一種Al PbO2電池通過x和y兩種離子交換膜隔成M、R、N三個區域，三個區域的電解質分別為Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一種，結構如圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．a>b
B．放電時，R區域的電解質濃度逐漸增大
C．M區電解質為NaOH，放電時Na＋通過x膜移向R區
D．放電時，PbO2電極反應為PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
解析：選D。由圖可知，鋁極上鋁失去電子發生氧化反應，為負極，則PbO2極為正極；鋁極生成四羥基合鋁酸根離子，則M區電解質為氫氧化鈉，那么R區為硫酸鈉、N區為硫酸；放電時鋁極反應為Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，PbO2電極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，正極反應消耗硫酸，硫酸濃度減小，a>b，A正確、D錯誤；放電時，M區鈉離子、N區硫酸根離子均向R區域遷移，電解質硫酸鈉溶液濃度逐漸增大，B正確； M區電解質為NaOH，放電時Na＋通過x膜移向R區，C正確。
類型3　儲能電池
儲能電池主要是指使用于太陽能發電設備和風力發電設備以及可再生能源儲蓄能源用的蓄電池。儲能電池的正極材料一般為活性材料，儲能電池有兩個較大的儲液器，且有泵力系統形成循環回路。新型的儲能電池結構逐漸用無膜代替隔膜，電池由于無膜配置，該類電池具有很高的電壓效率。
例3.(2022·廣東高考)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(　　 )
A．充電時電極b是陰極 B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大 D．每生成1 mol Cl2，電極a質量理論上增加23 g
解析：選C。充電時，電極a得電子為陰極，電極b為陽極，故A錯誤；放電時，電極a為負極，電極反應式為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應式為Cl2＋2e－===2Cl－，NaCl溶液的濃度增大，溶液顯中性，pH不變，故B錯誤，C正確；每生成1 mol Cl2，電路中轉移2 mol電子，電極a質量理論上增加2 mol鈉離子，增加的質量為2 mol×23 g/mol＝46 g，故D錯誤。
【對點練】 4.(2023·廣西統考三模)高效儲能電池——鋰硫電池具有價格低廉、環境友好等特點，已經用于某些飛機，其原電池模型以及充、放電過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，化學能轉化為電能
B．碳添加劑是為了增強電極的導電性
C．充電時，陽極的總的電極反應式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋
D．放電時，1 mol Li2S8轉化為Li2S6得到2 mol電子
解析：選D。放電時，該電池是化學能轉化為電能，A正確；碳有很強的導電性，因此碳添加劑是為了增強電極的導電性，B正確；充電時，陽極Li2S中－2價硫變為0價S8，其總的電極反應式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋，C正確；放電時，3Li2S8＋2e－＋2Li＋===4Li2S6，則3 mol Li2S8轉化為Li2S6得到2 mol電子，D錯誤。
5．(2023·山西呂梁二模)液流電池是利用液態電解質的可逆氧化還原電化學反應實現循環的能量存儲和釋放，其工作原理如圖所示，全釩液流電池體系C(m＋1)＋為V3＋， Cm＋為V2＋， An＋為VO，A(n－1)＋為VO2＋，下列說法正確的是(　　 )
A．電池工作過程中電子由雙極板流向集流板
B．放電時正極反應式為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．液流電池的總反應為VO2＋＋V3＋＋H2OVO＋V2＋＋2H＋
D．電池充電時，陽極區附近溶液的pH增大
解析：選B。放電時，正極VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，負極V2＋－e－===V3＋，集流板為負極，雙極板為正極，電子由負極移動到正極，則由集流板流向雙極板，A錯誤、B正確；總電極反應式為VO＋V2＋＋2H＋VO2＋＋H2O＋V3＋，C錯誤；充電時，陽極發生反應VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，氫離子濃度增加，pH減小，D錯誤。
類型4　物質循環轉化型電池
例4.(2023·浙江金華模擬)我國科研團隊提出一種新型陰離子電極材料——Cu3(PO4)2的水系雙離子電池，該電池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2為電極，其工作原理如圖所示。下列有關敘述不正確的是(　　 )
A．充電時，電極a應接電源的正極
B．放電時，若電極a得到6.4 g Cu和1.44 g Cu2O，則電路中轉移0.22 mol電子
C．充電時，電極b的電極反應式為Na0.44－xMnO2＋xNa＋－xe－===Na0.44MnO2
D．第2次放電時，溶液堿性逐漸增強
【思路分析】　根據工作原理示意圖中物質轉化中的元素化合價變化或離子移動方向，判斷電池的正極、負極，然后依據選項問題分析解答。
解析：選C。放電時a電極上Cu3(PO4)2得到電子發生還原反應最終生成銅，a為正極，則b為負極，充電時電極a為陽極，應接電源的正極，A正確；放電時，電子轉移情況為：Cu～2e－、Cu2O～2e－，若電極a得到6.4 g Cu(為0.1 mol)和1.44 g Cu2O(為0.01 mol)，則電路中轉移0.1 mol×2＋0.01 mol×2＝0.22 mol電子，B正確；充電時，電極b為陰極，Na0.44－xMnO2得到電子發生還原反應生成Na0.44MnO2，電極反應式為Na0.44－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.44 MnO2，C錯誤；第2次放電時，Cu2O得到電子發生還原反應生成銅和氫氧根離子，Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－，溶液堿性逐漸增強，D正確。
【對點練】 6.(2024·遼寧實驗中學模擬)雙鹽Mg CoS2電池由Li＋替代了Mg2＋在正極材料中的嵌入，解決了Mg2＋擴散緩慢、鋰離子電池鋰枝晶生長等問題，其充、放電過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，CoS2電極的電勢高于Mg電極
B．放電時，每轉移2 mol e－，正極質量減少14 g
C．充電時，若充電電壓為2.0 V，可能造成電池性能衰減
D．充電時，充電電壓為2.75 V時，陽極反應為：Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋
解析：選B。放電時，Mg作負極，CoS2電極為正極，正極的電勢高于負極，則CoS2電極的電勢高于Mg電極，A正確；放電時，右側電極為正極，電極反應式為CoS2＋4Li＋＋4e－===Co＋2Li2S，每轉移2 mol e－，正極質量增加2 mol×7 g/mol＝14 g，B錯誤；由圖可知，若充電電壓為2.0 V，充電過程中Co會轉化為Co3S4，放電時Co3S4不能參與反應，故會造成電池性能衰減，C正確；由圖可知，若充電電壓為2.75 V，右側電極為陽極，電極反應式為Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋，D正確。
類型5　濃差電池
1．濃差電池的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質具有濃度差，離子均由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正極、負極，這是解答問題的關鍵。例如
①a極：Ag－e－===Ag＋(負極)；b極：Ag＋＋e－===Ag(正極)。
②NO通過交換膜移向a極。
2．離子交換膜
在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到離子交換膜。
(1)離子交換膜的分類
①陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。
②陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。
③質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。
④雙極膜，又稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在直流電場的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成OH－和H＋分別通過陰、陽膜，作為H＋和OH－的離子源。
(2)離子交換膜的作用
①能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
②能選擇性地通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)離子通過離子交換膜的定量關系
①通過隔膜的離子帶的電荷數等于電路中的電子轉移數。
②離子遷移：依據電荷守恒，通過隔膜的離子數不一定相等。
例5.(2023·山東高考改編)利用熱再生氨電池可實現CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是(　　)
A．甲室Cu電極為正極
B．隔膜為陽離子膜
C．電池總反應為：Cu2＋＋2NH3===[Cu(NH3)2]2＋
D．NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
解析：選D。據圖可知，甲室流出液經低溫熱解得到 CuSO4和NH3，則甲室中生成了[Cu(NH3)4]SO4，發生的反應為Cu －2e －＋4NH3===[Cu(NH3)4] 2＋，甲室Cu電極為負極，A錯誤；乙室Cu電極為正極，發生反應：Cu2＋＋2e－===Cu，消耗Cu2＋，為維持電解質溶液呈電中性，SO透過隔膜進入甲室，則隔膜為陰離子膜，B錯誤；根據負極反應式：Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正極反應式：Cu2＋＋2e－===Cu，可知電池總反應為Cu 2＋ ＋4NH3===[Cu(NH3)4] 2＋，C錯誤；NH3能與Cu 2＋反應生成[Cu(NH3)4] 2＋，因此若NH3擴散到乙室，則乙室Cu 2＋濃度減小，對電池電動勢有影響，D正確。
【對點練】 7.(2023·河北張家口一模)利用同種氣體在兩極濃度不同而產生電勢差可設計成氣體濃差電池，利用濃差電池可測定混合氣體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量的工作原理如圖所示，其中在參比電極上通入純氧氣，測量電極上通入空氣。下列說法錯誤的是(　　 )
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2－
B．工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極
C．工作時，用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確
D．相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越高
解析：選D。氧氣在反應中得到電子發生還原反應，則參比電極作正極，氧氣得電子轉化為O2－，負極O2－失電子生成氧氣，電子由負極經外電路流向正極，熔融金屬氧化物電離出的氧離子向負極定向移動可用于傳遞O2－，A正確； 電子由負極經外電路流向正極，故工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極，B正確；負極氧離子失去電子發生氧化反應會不斷生成氧氣，混合氣體氧氣濃度增大，故用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確，C正確；兩極氧氣濃度差越大，兩極電勢差越大，則相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越低，D錯誤。
8．如圖是一種濃差電池，陰、陽離子交換膜交替放置，中間的間隔交替充以河水和海水，選擇性透過Cl－和Na＋，在兩電極板形成電勢差，進而在外部產生電流。下列關于該電池的說法正確的是(　　 )
A．a電極為電池的正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
B．C為陰離子交換膜，A為陽離子交換膜
C．負極隔室的電中性溶液通過正極表面的還原作用維持
D．該電池的缺點是離子交換膜價格昂貴，電極產物也沒有經濟價值
解析：選A。依據電子的移動方向判斷b電極為負極，a電極為正極，氫離子得到電子在正極放電，電極反應式：2H＋＋2e－===H2↑，A正確；陽離子移向正極，Na＋移向a極，C為陽離子交換膜，Cl－移向b極，A為陰離子交換膜，B錯誤；負極隔室中Na＋透過C(陽離子交換膜)移入河水，維持負極隔室溶液的電中性，C錯誤；離子交換膜價格昂貴，但兩極產物氫氣、氯氣是工業制鹽酸等的原料，D錯誤。
鞏固練習二
選擇題(每題5分，共7題，共35分)
1．我國科學家發明的水溶液鋰電池為電動汽車發展掃除了障礙，裝置原理如圖所示，其中固體薄膜只允許Li＋通過。鋰離子電池的總反應為xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有關說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，Li＋穿過固體薄膜進入水溶液電解質中
B．放電時，正極反應為Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C．充電時，電極b為陽極，發生氧化反應
D．該電池的缺點是存在副反應2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：選D。Li為活潑金屬，放電時，發生氧化反應，故電極a為負極，陽離子從負極移向正極，即Li＋穿過固體薄膜進入水溶液電解質中，然后移向電極b，A、B項正確；充電時，電池正極接電源正極，發生氧化反應，是陽極，C項正確；由于固體薄膜只允許Li＋通過，水不能與Li接觸，故不存在Li與水的反應，D項錯誤。
2．(2023·遼寧沈陽二模)利用光電催化脫除SO2與制備H2O2相耦合，高效協同轉化過程如圖所示。(BPM可將水解離為H＋和OH－，向兩極移動)
已知：①2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq) 　ΔGθ＝＋233.6 kJ/mol
②2OH－(aq)＋SO2(g)＋O2(g)===SO(aq)＋H2O(l)ΔGθ＝－374.4 kJ/mol
下列分析中正確的是(　　)
A．α Fe2O3是負極，電勢更高
B.正極區每消耗22.4 L氧氣，轉移2 mol e－
C．當生成0.1 mol H2O2時，負極區溶液增加6.4 g
D．總反應為SO2(g)＋O2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O2(aq)，該過程為自發過程
解析：選D。由圖示信息可知α Fe2O3上二氧化硫失電子生成SO，α Fe2O3為負極，負極電勢低于正極電勢，故A錯誤；氣體未指明在標準狀況，不能根據氣體體積確定氣體的物質的量，故B錯誤；正極反應：2H＋＋O2＋2e－===H2O2，生成0.1 mol H2O2時，轉移0.2 mol電子，結合負極反應：4OH－＋SO2－2e－===SO＋2H2O，轉移0.2 mol電子時，負極吸收0.1 mol二氧化硫和0.4 mol OH－，負極區增加13.2 g，故C錯誤；根據蓋斯定律可知，總反應可由①＋②得到，總反應的ΔGθ＝ΔGθ(①)＋ΔGθ(②)＝＋(－374.4 kJ/mol)＝－257.6 kJ/mol，ΔGθ<0，反應可自發進行，故D正確。
3．LiPON薄膜鋰離子電池是目前研究最廣泛的全固態薄膜鋰離子電池。如圖為其工作示意圖，LiPON薄膜只允許Li＋通過，電池反應為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有關說法正確的是。(　　)
A．LiPON薄膜在充放電過程中質量發生變化
B．導電介質c可為Li2SO4溶液
C．放電時b極為正極，發生反應：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．充電時，當外電路通過0.2 mol電子時，非晶硅薄膜上質量減少1.4 g
解析：選C。LiPON薄膜在充放電過程中僅僅起到鹽橋的作用，并未參與電極反應，故其質量不發生變化，A錯誤；由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故導電介質c中不能有水，則不可為Li2SO4溶液，B錯誤；充電時，電極a為陰極，電極反應式為xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，則當外電路通過0.2 mol電子時，非晶硅薄膜上質量增重0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D錯誤。
4.(2023·安徽宣城二模)甲酸燃料電池工作原理如下圖所示，已知該半透膜只允許K＋通過。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．物質A是H2SO4
B．K＋經過半透膜自a極向b極遷移
C．a極電極半反應為：HCOO－＋2e－＋2OH－===HCO＋H2O
D．Fe3＋可以看作是該反應的催化劑，可以循環利用
解析：選C。鐵的兩種離子存在環境為酸性，且生成物為K2SO4，故物質A為H2SO4，A正確；陽離子K＋由負極流向正極，B正確；a極電極發生氧化反應，半反應為：HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，C錯誤；Fe3＋與Fe2＋可以進行循環，Fe3＋可看作是該反應的催化劑，D正確。
5．某科研團隊設計的酶—光電化學電池可同時在電池兩室分別實現兩種酶催化轉化，原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．該電池工作過程中實現了光能轉化為化學能
B．氫離子從ITO電極向Mo：BiVO4電極方向遷移
C．Mo：BiVO4電極上的反應式為：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
D．消耗1 mol同時生成1 mol
解析：選B。由電子移動的方向可知ITO電極為正極，Mo：BiVO4電極為負極，FMN(H2)在正極轉化為FMN，H2O在負極失去電子生成H2O2和H＋，工作過程中實現了光能轉化為化學能，A正確；原電池結構中，陽離子向正極移動，則氫離子從Mo：BiVO4電極向ITO電極移動，B錯誤；Mo：BiVO4電極為負極，H2O在負極失去電子生成H2O2和H＋，電極方程式為：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，C正確；由圖可知，正極和H2反應生成，負極和H2O2反應生成，而生成1 mol H2和1 mol H2O2轉移的電子數相等，則消耗1 mol 同時生成1 mol，D正確。
6．(2023·廣東汕頭聯考)鋅鐵液流電池由于安全、穩定、電解液成本低等優點成為電化學儲能熱點技術之一。如圖為以Zn(OH)/Zn和Fe(CN)/Fe(CN)作為電極氧化還原電對的堿性鋅鐵液流電池放電時工作原理示意圖。已知：聚苯并咪唑(PBI)膜允許OH－通過。
下列說法錯誤的是(　　 )
A．Fe(CN)含有配位鍵，電池放電總反應為2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)
B．放電過程中，左側池中溶液pH逐漸減小
C．充電過程中，陰極的電極反應為Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－
D．充電過程中，當2 mol OH－通過PBI膜時，導線中通過1 mol e－
解析：選D。Fe(CN)含有配位鍵， Zn是活潑電極，放電過程中Zn是負極，Zn失去電子生成Zn(OH)，電極反應式為：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)；惰性電極為正極，Fe(CN)得到電子生成Fe(CN)，電極反應式為：Fe(CN)＋e－===Fe(CN)；則放電過程中，總反應為2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)，A正確。放電過程中，左側惰性電極為正極，右側Zn是負極，負極電極反應式為：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，該過程需要的OH－由左側池經過聚苯并咪唑(PBI)膜進入右側池，左側池中溶液pH逐漸減小，B正確。充電過程中，Zn是陰極，電極反應式為：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，C正確。充電過程中，Zn是陰極，電極反應式為：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，該過程生成的OH－一半進入左側池，當2 mol OH－通過PBI膜時，導線中通過2 mol e－，D錯誤。
7．(2023·湖北統考一模)一種新型AC/LiMn2O4體系，在快速啟動、電動車等領域具有廣闊應用前景。其采用尖晶石結構的LiMn2O4作正極(可由Li2CO3和MnO2按物質的量比1∶2反應合成)，高比表面積活性炭AC(石墨顆粒組成)作負極，Li2SO4作電解液，充電、放電的過程如圖所示：
下列說法正確的是(　　)
A．合成LiMn2O4的過程中可能有O2產生
B．放電時正極的電極反應式為：LiMn2O4＋xe－===Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋
C．充電時AC極應與電源正極相連
D．可以用Na2SO4代替Li2SO4作電解液
解析：選A。Li2CO3和MnO2按物質的量比1∶2反應合成LiMn2O4，Mn元素化合價降低，根據得失電子守恒，氧元素化合價升高，可能有O2產生，A正確；放電時，鋰離子向正極移動，正極的電極反應式為Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，B錯誤；放電時AC作負極，充電時AC極應與電源負極相連，C錯誤；放電時，需要Li＋參與正極反應，所以不能用Na2SO4代替Li2SO4作電解液，D錯誤。
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第31講　原電池　化學電源
【備考目標】　1.理解原電池的構成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。3.能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式。
考點1　原電池工作原理及應用
1．原電池的構成條件
反應 能 的氧化還原反應
電極 兩極為導體，且存在活動性差異
溶液 兩極插入 溶液中
回路 形成閉合回路或兩極直接接觸
2.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)
電極名稱 負極 正極
電極材料 鋅片 銅片
電極反應 ； ；
反應類型 ； ；
電子流向 由Zn片(負極)沿導線流向Cu片(正極)
離子移向 電解質溶液中，SO移向 極，Zn2＋、Cu2＋移向 極
鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，K＋移向 極，Cl－移向 極
鹽橋作用 ①連接內電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產生電流
裝置Ⅱ與Ⅰ相比的優點 由于Zn(還原劑)與Cu2＋(氧化劑)不直接接觸，化學能更多地轉化為電能，減少能量損耗，故電流穩定，持續時間長
【提醒】　無論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。
[深化理解]
原電池中電極類型的判斷方法
[注意]　原電池的正極和負極既與電極材料的性質有關，又與電解質溶液有關，不要形成活潑金屬一定作負極的思維定勢。如Mg、Al、NaOH溶液組成的原電池中，Al為負極。
3．原電池原理的應用
(1)設計制作化學電源
【示例】 由離子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，設計制作化學電源。
①將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是：
負極：________________________________________________________________________。
正極：________________________________________________________________________。
②在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液：
不含鹽橋 含鹽橋
(2)加快氧化還原反應的速率：一個自發進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率加快。例如，Zn(含雜質銅)與稀H2SO4反應比純鋅與稀H2SO4反應產生H2的速率快。
(3)比較金屬活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性強的金屬，正極一般是活動性弱的金屬或能導電的非金屬，如石墨等。
【示例】 有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現象如下，由此可判斷這四種金屬的活動性順序。
實驗裝置
實驗現象 a極質量減少；b極質量增加 b極有氣體產生；c極無變化 d極溶解；c極有氣體產生 電流從a極流向d極
金屬活動性強弱 a b b c d c d a
(4)用于金屬的防護(犧牲陽極法)：例如要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)構成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬( )
(2)原電池裝置中，溶液中的陰離子移向正極，陽離子移向負極( )
(3)雙液原電池中，電解質溶液中的離子通過鹽橋移向兩極( )
(4)反應CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉化為電能( )
(5)由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池中，正極反應是Cu－2e－===Cu2＋( )
題組練習
一、原電池的工作原理
1．(2024·九省新高考適應性考試·吉林卷)如圖，b為H＋/H2標準氫電極，可發生還原反應(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反應(H2－2e－===2H＋)，a、c分別為AgCl/Ag、AgI/Ag電極。實驗發現：1與2相連a電極質量減小，2與3相連c電極質量增大。下列說法正確的是(　　 )
A．1與2相連，鹽橋1中陽離子向b電極移動
B．2與3相連，電池反應為2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1與3相連，a電極減小的質量等于c電極增大的質量
D．1與2、2與3相連，b電極均為e－流出極
2．某興趣小組同學利用氧化還原反應2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設計了如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質的物質的量濃度均為1 mol·L－1，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。回答下列問題：
(1)發生氧化反應的燒杯是____________(填“甲”或“乙”)。
(2)外電路的電流方向為從____________(填“a”或“b”，下同)到____________。
(3)電池工作時，鹽橋中的SO移向____(填“甲”或“乙”)燒杯。
(4)甲燒杯中發生的電極反應為______________________________________________。
二、電極的判斷及電極方程式的書寫
3．有下圖所示的三個裝置，回答相關問題：
(1)圖①中，Mg作________極。
(2)圖②中，Mg作________極，寫出負極反應式：_________________________，正極反應式：_______________________，總反應的離子方程式：_______________________________________。
(3)圖③中，一段時間后Fe作________極，寫出負極反應式：___________________，正極反應式：_______________________，總反應的化學方程式：___________________________________。
【規律方法】 　一般電極反應式的書寫
考點2　常見化學電源
1．一次電池(不能充電復原繼續使用)
(1)普通鋅錳電池
總反應：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl=== 。
(2)堿性鋅錳電池
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
負極： ；
正極： 。
(3)鋅銀電池
總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
負極： ；
正極： 。
2．二次電池(放電后能充電復原繼續使用)
(1)鉛酸蓄電池
總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
①放電時——原電池
負極： ；
正極： 。
②充電時——電解池
陰極： ；
陽極： 。
放電時原電池的負極作充電時電解池的 極。
(2)鋰離子電池
①電極反應
負極： ；
正極： ；
總反應： 。
②反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中；充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，Li＋往返于電池的正極、負極之間，完成化學能與電能的相互轉化。
(3)二次電池的充放電規律
①充電時電極的連接：負接負后作陰極，正接正后作陽極。
②工作時的電極反應式：同一電極的電極反應式、周圍溶液的pH變化趨勢，在充電與放電時，形式上恰好是相反的。
[注意]　可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應。
3．燃料電池
(1)氫氧燃料電池
種類 酸性 堿性
負極反應式 2H2－4e－===4H＋ ；
正極反應式 ； O2＋2H2O＋4e－===4OH－
電池總反應式 2H2＋O2===2H2O
備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用
(2)燃料電池電極反應式書寫的常用方法
第1步，寫出電池總反應式。
燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應，則總反應為加合后的反應。如甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的反應如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①＋②可得甲烷燃料電池的總反應式： 。
第2步，寫出電池的正極反應式。
根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質是O2，因電解質溶液不同，故其電極反應也會有所不同：
①酸性電解質： 。
②堿性電解質： 。
③固體電解質(高溫下能傳導O2－)： 。
④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第3步，由總反應和正極反應，寫出負極反應式。
總反應式－正極反應式＝負極反應式。
①酸性電解質： 。
②堿性電解質： 。
③固體電解質(高溫下能傳導O2－)： 。
④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)： 。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)鉛酸蓄電池放電時，正極與負極質量均增加( )
(2)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、可儲存時間長( )
(3)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能( )
(4)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區向負極區遷移( )
題組練習
一、傳統化學電源分析
1．(人教選擇性必修1 P103T6改編)普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，該電池工作時的總反應為Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是(　　)
A．當該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復原
B．電池負極反應式為2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原電池工作時，電子從負極通過外電路流向正極
D．外電路中每通過0.1 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g
2．銀鋅電池是一種常見化學電源，其反應原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意圖如下。下列說法不正確的是(　　 )
A．Zn電極是負極
B．Ag2O電極發生還原反應
C．Zn電極的電極反應式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放電前后電解質溶液的pH保持不變
二、新型二次電池
3．某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應為Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列關于該電池的說法不正確的是(　　 )
A．放電時，Li＋在電解質中由負極向正極遷移
B．放電時，負極的電極反應式為LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充電時，若轉移1 mol e－，石墨(C6)電極將增重7x g
D．充電時，陽極的電極反應式為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
4．Mg/LiFePO4電池的總反應為xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，該電池的裝置示意圖如圖所示。下列說法正確的是(　　 )
A．放電時，Li＋通過鋰離子導體膜向Mg極移動
B．充電時，陰極上的電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水電解質以提高電解質的導電效率
D．若負極減少12 g，則有NA個電子經電解質由負極流向正極
【知識深化】　充電電池放電時遵循原電池原理，充電時遵循電解原理，其工作原理特點如下：
如果已知總方程式，書寫較難寫的電極反應式時，可先寫出較易的電極反應式，然后用總反應式減去較易寫的電極反應式。
三、新型燃料電池
5．(2023·遼寧鞍山二模)甲酸鈉燃料電池是一種膜基堿性電池，提供電能的同時可以獲得燒堿，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．CEM隔膜為質子交換膜
B．甲為電池負極，電極反應為：HCOO－－e－＋H2O===H2CO3＋H＋
C．電池在工作時，乙極附近溶液pH增大
D．單位時間內甲極產生的H2CO3與乙極消耗的O2物質的量之比為4∶1
6．直接乙醇燃料電池(DEFC)具有很多優點，引起了人們的研究興趣。現有以下三種乙醇燃料電池。
(1)三種乙醇燃料電池中，正極反應物均為____________。
(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a上發生的電極反應式為________________________，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是_________________________________________________。
(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b上發生的電極反應式為__________________________。
(4)熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質，電池工作時，CO向電極______(填“a”或“b”)移動，電極b上發生的電極反應式為________________________________。
高考真題
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如下。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是( )
A．石墨作電池的負極材料 B．電池工作時，NH4+向負極方向移動
C．MnO2發生氧化反應 D．鋅筒發生的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋
2．(2024·江蘇卷，8，3分)堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是( )
A．電池工作時，MnO2發生氧化反應
B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動
C．環境溫度過低，不利于電池放電
D．反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為2×6.02×10-23
3．(2024·全國新課標卷，6，3分)一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)
電池工作時，下列敘述錯誤的是
A．電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅動下的遷移方向為b→a
4．(2024·全國甲卷，6，3分)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是( )
A．充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B．充電時，會發生反應Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020molMnOOH
5．(2024·安徽卷，11，3分)我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP (局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是( )
A．標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B．電池總反應為：I3-+ZnZn2++3I-
C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D 放電時，消耗0.65 g Zn，理論上轉移0.02 mol電子
6．(2024·河北卷，13，3分)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺()以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。
下列說法錯誤的是( )
A．放電時，電池總反應為Mg+2CO2= MgC2O4
B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移
D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2
7．(2023·廣東高考)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．Ag作原電池正極
B．電子由Ag經活性炭流向Pt
C．Pt表面發生的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
8．(2023·新課標卷)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質的電池，其示意圖如下所示。放電時，Zn2＋可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時V2O5為正極
B．放電時Zn2＋由負極向正極遷移
C．充電總反應：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充電陽極反應：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
鞏固練習一
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、電流表、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結論錯誤的是(　　 )
A．原電池是將化學能轉化成電能的裝置
B．原電池由電極、電解質溶液和導線等組成
C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導線中會產生電流
D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片
2．某原電池總反應為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實現該反應的原電池是(　　 )
A B C D
電極材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
3．鋅錳堿性干電池是依據原電池原理制成的化學電源。電池中負極與電解質溶液接觸直接反應會降低電池的能量轉化效率，稱為自放電現象。
下列關于原電池和干電池的說法不正確的是(　　)
A．兩者正極材料不同
B．MnO2的放電產物可能是KMnO4
C．兩者負極反應式均為Zn失電子
D．原電池中Zn與稀H2SO4存在自放電現象
4．直接煤 空氣燃料電池原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．隨著反應的進行，氧化物電解質的量不變
B．負極上發生的反應有C＋2CO－4e－===3CO2↑、CO2＋O2－===CO
C．電極X為正極，O2－向X極遷移
D．直接煤 空氣燃料電池的能量效率比煤燃燒發電的能量效率高
5．由我國科學家研發成功的鋁錳電池是一種比能量很高的新型干電池，以氯化鈉和稀氨水混合溶液為電解質，鋁和二氧化錳－石墨為兩極，其電池反應為Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有關該電池放電時的說法不正確的是(　　 )
A．二氧化錳－石墨為電池正極
B．負極反應式為Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不斷由負極向正極移動
D．每生成1 mol MnOOH轉移1 mol電子
6．某燃料電池主要構成要素如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．電池可用于乙醛的制備
B．b電極為正極
C．電池工作時，a電極附近pH降低
D．a電極的反應式為O2－4e－＋4H＋===2H2O
7．(2024·江蘇蘇州模擬)纖維電池的發明為可穿戴電子設備的發展奠定了基礎。一種纖維狀鈉離子電池放電時的總反應為： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，其結構簡圖如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，SO向乙電極移動
B．放電時乙電極的電極反應式為：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3
C.該電池充電時甲電極應該與電源負極相連
D．該電池充電過程中Mn元素的化合價降低
8．(2023·河南新鄉二模)基于H2O、H2O2、O2自循環的生物混合光電化學電池，在單個單元中實現可持續太陽能－燃料－電能的轉換，工作原理如圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，電子由電極N經導線流向電極M
B．負極的電極反應式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
C．自循環過程中存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．該電池的有效開發和利用可減少碳排放
9．(2023·湖北武漢二中二模)某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽極會發生如下副反應：2Mn3＋＋2H2O===Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可將MnO2還原為Mn2＋，提高電池的能量密度和穩定性。下列說法正確的是(　　)
A．放電時，Cd電極為負極，發生還原反應
B．放電時，Cd2＋通過質子交換膜，向石墨電極移動
C．加入少量Br－后，經多次充放電，正極可能會發生3個以上不同的還原反應
D．加入少量Br－后，充電時，陽極生成Mn3＋和陰極生成Cd的物質的量之比為2∶1
10．(2023·遼寧丹東一模)我國科學家研究出一種新型水系Zn C2H2電池(結構如圖)，發電的同時實現乙炔加氫，下列說法正確的是(　　)
A．b為電池的正極
B．右側電極室中c(KOH)增大
C．a極的電極反應式為C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－
D．外電路中每轉移0.2 mol e－時有0.1 mol OH－通過陰離子交換膜
二、非選擇題(共2題，共40分)
11．(18分)(1)利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O構成電池的方法，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減輕環境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。
①A電極的電極反應式為___________________________________________________。(3分)
②下列關于該電池的說法正確的是______。(2分)
A．電子從右側電極經過負載后流向左側電極
B．為使電池持續放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜
C．電池工作一段時間，溶液的pH不變
D．當有4.48 L NO2被處理時，轉移電子的物質的量為0.8 mol
(2)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：
①B極上的電極反應式為__________________________________________________。(3分)
②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6 L(標準狀況)氣體時，消耗甲烷的體積為______L(標準狀況下)。(3分)
(3)利用“Na CO2”電池將CO2變廢為寶。我國科研人員研制出的可充電“ Na CO2”電池，以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料，總反應為4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放電時該電池“吸入”CO2，其工作原理如圖所示：
①放電時，正極的電極反應式為_______________________________________________________。(3分)
②選用高氯酸鈉—四甘醇二甲醚做電解液的優點是__________________________________(至少寫兩點)。(4分)
導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發
12．(22分)(1)將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理如圖1所示。電極b作______________極，表面發生的電極反應為________________________________________。(5分)
(2)濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的原理如圖2所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。
①X為________極，Y極反應式為____________________________________________。(5分)
②Y極生成1 mol Cl2時，______mol Li＋移向____(填“X”或“Y”)極。(4分)
(3)微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉化成電能的裝置。已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質溶液為酸性，示意圖如圖3：
①該電池中外電路電子的流動方向為__________(填“從A到B”或“從B到A”)。(2分)
②工作結束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將________(填“增大”“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計)。(3分)
③A電極附近甲醇發生的電極反應為_________________________________________________。(3分)
熱點題型(七)　形式各異的新型化學電池
新型化學電池的命題材料主要來源于最新科技成果，陌生度高、綜合性強。此類試題的命題情境從電解質方面可分為單液電池、雙液電池、固體電解質電池等；從電子轉移角度分類，有常規的直接電池和新型的間接電池；從反應物質分類，有常規的無機電池，也有新型的有機電池等。新型化學電池的主要考查方向有電池電極類型的判斷、電子(或離子)轉移方向分析、電極方程式書寫、電解質溶液或電極材料的變化分析、利用得失電子守恒規律進行簡單計算等內容。這些試題，既能體現化學的實用性，又能體現化學命題的時代性、新穎性。此類試題在考查電化學基礎知識的同時，又能較好地考查學生的遷移應用能力和思維創新能力，有助于培養“科學探究與創新意識、證據推理與模型認知”的化學學科核心素養。
類型1　單液電池
例1.(2023·全國卷乙)室溫鈉 硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉 硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：
S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx。
下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時Na＋從鈉電極向硫電極遷移
B．放電時外電路電子流動的方向是a→b
C．放電時正極反應為：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
【思維建模】　單液電池分析流程
【對點練】 1.“熱電池”在航空航天領域有廣泛應用。某熱電池工作原理如圖所示，電池放電時，1 mol FeS2完全反應時轉移4 mol電子。下列說法錯誤的是(　　 )
A．電子流向：Li(Al)極→用電器→FeS2極
B．負極質量減少27 g時理論上有3 mol陰離子向負極遷移
C．正極的電極反應式為FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．如果用Li(Si)替代Li(Al)，電極反應和電池反應都不變化
類型2　雙液(多液)電池
例2.(2023·遼寧高考)某低成本儲能電池原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
【思路分析】　雙液電池分析的步驟
第一步：分析兩極材料和兩液的成分或兩極區域中粒子的轉化關系等，確定正負極。
第二步：根據確定的兩極，分析電極反應，離子移向和電子、電流方向等。
第三步：明確問題，分析出正確答案。
【對點練】 2.(2021·河北高考)K O2電池結構如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是(　　)
A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過
B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極
C．產生1 Ah電量時，生成KO2的質量與消耗O2的質量比值約為2.22
D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9 g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9 g水
3．(2023·廣西統考三模)一種Al PbO2電池通過x和y兩種離子交換膜隔成M、R、N三個區域，三個區域的電解質分別為Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一種，結構如圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．a>b
B．放電時，R區域的電解質濃度逐漸增大
C．M區電解質為NaOH，放電時Na＋通過x膜移向R區
D．放電時，PbO2電極反應為PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
類型3　儲能電池
儲能電池主要是指使用于太陽能發電設備和風力發電設備以及可再生能源儲蓄能源用的蓄電池。儲能電池的正極材料一般為活性材料，儲能電池有兩個較大的儲液器，且有泵力系統形成循環回路。新型的儲能電池結構逐漸用無膜代替隔膜，電池由于無膜配置，該類電池具有很高的電壓效率。
例3.(2022·廣東高考)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(　　 )
A．充電時電極b是陰極 B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大 D．每生成1 mol Cl2，電極a質量理論上增加23 g
【對點練】 4.(2023·廣西統考三模)高效儲能電池——鋰硫電池具有價格低廉、環境友好等特點，已經用于某些飛機，其原電池模型以及充、放電過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，化學能轉化為電能
B．碳添加劑是為了增強電極的導電性
C．充電時，陽極的總的電極反應式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋
D．放電時，1 mol Li2S8轉化為Li2S6得到2 mol電子
5．(2023·山西呂梁二模)液流電池是利用液態電解質的可逆氧化還原電化學反應實現循環的能量存儲和釋放，其工作原理如圖所示，全釩液流電池體系C(m＋1)＋為V3＋， Cm＋為V2＋， An＋為VO，A(n－1)＋為VO2＋，下列說法正確的是(　　 )
A．電池工作過程中電子由雙極板流向集流板
B．放電時正極反應式為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．液流電池的總反應為VO2＋＋V3＋＋H2OVO＋V2＋＋2H＋
D．電池充電時，陽極區附近溶液的pH增大
類型4　物質循環轉化型電池
例4.(2023·浙江金華模擬)我國科研團隊提出一種新型陰離子電極材料——Cu3(PO4)2的水系雙離子電池，該電池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2為電極，其工作原理如圖所示。下列有關敘述不正確的是(　　 )
A．充電時，電極a應接電源的正極
B．放電時，若電極a得到6.4 g Cu和1.44 g Cu2O，則電路中轉移0.22 mol電子
C．充電時，電極b的電極反應式為Na0.44－xMnO2＋xNa＋－xe－===Na0.44MnO2
D．第2次放電時，溶液堿性逐漸增強
【對點練】 6.(2024·遼寧實驗中學模擬)雙鹽Mg CoS2電池由Li＋替代了Mg2＋在正極材料中的嵌入，解決了Mg2＋擴散緩慢、鋰離子電池鋰枝晶生長等問題，其充、放電過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，CoS2電極的電勢高于Mg電極
B．放電時，每轉移2 mol e－，正極質量減少14 g
C．充電時，若充電電壓為2.0 V，可能造成電池性能衰減
D．充電時，充電電壓為2.75 V時，陽極反應為：Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋
類型5　濃差電池
1．濃差電池的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質具有濃度差，離子均由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正極、負極，這是解答問題的關鍵。例如
①a極：Ag－e－===Ag＋(負極)；b極：Ag＋＋e－===Ag(正極)。
②NO通過交換膜移向a極。
2．離子交換膜
在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到離子交換膜。
(1)離子交換膜的分類
①陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。
②陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。
③質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。
④雙極膜，又稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在直流電場的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成OH－和H＋分別通過陰、陽膜，作為H＋和OH－的離子源。
(2)離子交換膜的作用
①能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
②能選擇性地通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)離子通過離子交換膜的定量關系
①通過隔膜的離子帶的電荷數等于電路中的電子轉移數。
②離子遷移：依據電荷守恒，通過隔膜的離子數不一定相等。
例5.(2023·山東高考改編)利用熱再生氨電池可實現CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是(　　)
A．甲室Cu電極為正極
B．隔膜為陽離子膜
C．電池總反應為：Cu2＋＋2NH3===[Cu(NH3)2]2＋
D．NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
【對點練】 7.(2023·河北張家口一模)利用同種氣體在兩極濃度不同而產生電勢差可設計成氣體濃差電池，利用濃差電池可測定混合氣體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量的工作原理如圖所示，其中在參比電極上通入純氧氣，測量電極上通入空氣。下列說法錯誤的是(　　 )
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2－
B．工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極
C．工作時，用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確
D．相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越高
8．如圖是一種濃差電池，陰、陽離子交換膜交替放置，中間的間隔交替充以河水和海水，選擇性透過Cl－和Na＋，在兩電極板形成電勢差，進而在外部產生電流。下列關于該電池的說法正確的是(　　 )
A．a電極為電池的正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
B．C為陰離子交換膜，A為陽離子交換膜
C．負極隔室的電中性溶液通過正極表面的還原作用維持
D．該電池的缺點是離子交換膜價格昂貴，電極產物也沒有經濟價值
鞏固練習二
選擇題(每題5分，共7題，共35分)
1．我國科學家發明的水溶液鋰電池為電動汽車發展掃除了障礙，裝置原理如圖所示，其中固體薄膜只允許Li＋通過。鋰離子電池的總反應為xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有關說法錯誤的是(　　 )
A．放電時，Li＋穿過固體薄膜進入水溶液電解質中
B．放電時，正極反應為Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C．充電時，電極b為陽極，發生氧化反應
D．該電池的缺點是存在副反應2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
2．(2023·遼寧沈陽二模)利用光電催化脫除SO2與制備H2O2相耦合，高效協同轉化過程如圖所示。(BPM可將水解離為H＋和OH－，向兩極移動)
已知：①2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq) 　ΔGθ＝＋233.6 kJ/mol
②2OH－(aq)＋SO2(g)＋O2(g)===SO(aq)＋H2O(l)ΔGθ＝－374.4 kJ/mol
下列分析中正確的是(　　)
A．α Fe2O3是負極，電勢更高
B.正極區每消耗22.4 L氧氣，轉移2 mol e－
C．當生成0.1 mol H2O2時，負極區溶液增加6.4 g
D．總反應為SO2(g)＋O2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O2(aq)，該過程為自發過程
3．LiPON薄膜鋰離子電池是目前研究最廣泛的全固態薄膜鋰離子電池。如圖為其工作示意圖，LiPON薄膜只允許Li＋通過，電池反應為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有關說法正確的是。(　　)
A．LiPON薄膜在充放電過程中質量發生變化
B．導電介質c可為Li2SO4溶液
C．放電時b極為正極，發生反應：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．充電時，當外電路通過0.2 mol電子時，非晶硅薄膜上質量減少1.4 g
4.(2023·安徽宣城二模)甲酸燃料電池工作原理如下圖所示，已知該半透膜只允許K＋通過。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．物質A是H2SO4
B．K＋經過半透膜自a極向b極遷移
C．a極電極半反應為：HCOO－＋2e－＋2OH－===HCO＋H2O
D．Fe3＋可以看作是該反應的催化劑，可以循環利用
5．某科研團隊設計的酶—光電化學電池可同時在電池兩室分別實現兩種酶催化轉化，原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．該電池工作過程中實現了光能轉化為化學能
B．氫離子從ITO電極向Mo：BiVO4電極方向遷移
C．Mo：BiVO4電極上的反應式為：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
D．消耗1 mol同時生成1 mol
6．(2023·廣東汕頭聯考)鋅鐵液流電池由于安全、穩定、電解液成本低等優點成為電化學儲能熱點技術之一。如圖為以Zn(OH)/Zn和Fe(CN)/Fe(CN)作為電極氧化還原電對的堿性鋅鐵液流電池放電時工作原理示意圖。已知：聚苯并咪唑(PBI)膜允許OH－通過。
下列說法錯誤的是(　　 )
A．Fe(CN)含有配位鍵，電池放電總反應為2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)
B．放電過程中，左側池中溶液pH逐漸減小
C．充電過程中，陰極的電極反應為Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－
D．充電過程中，當2 mol OH－通過PBI膜時，導線中通過1 mol e－
7．(2023·湖北統考一模)一種新型AC/LiMn2O4體系，在快速啟動、電動車等領域具有廣闊應用前景。其采用尖晶石結構的LiMn2O4作正極(可由Li2CO3和MnO2按物質的量比1∶2反應合成)，高比表面積活性炭AC(石墨顆粒組成)作負極，Li2SO4作電解液，充電、放電的過程如圖所示：
下列說法正確的是(　　)
A．合成LiMn2O4的過程中可能有O2產生
B．放電時正極的電極反應式為：LiMn2O4＋xe－===Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋
C．充電時AC極應與電源正極相連
D．可以用Na2SO4代替Li2SO4作電解液
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