資源簡介

(共26張PPT)
第10講
濃差電池的化學原理及應用
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
一、知識重構
濃差電池，顧名思義，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有濃度差，由于濃度差導致半電池上發生的氧化還原反應程度不同，從而產生不同的電勢。
一、知識重構
1.電極濃差電池
由兩個材料相同但濃度不同的金屬電極或氣壓不同的氣體電極構成，電解質溶液中相應離子的濃度相同。
(1)氣體電極構成的濃差電池
兩個負載有不同壓力的氫氣的Pt片插入一定濃度的酸性介質中構成的濃差電池：
Pt，H2 (p1)∣H＋ (aq)∣H2 (p2)，Pt (P1>P2)
負極(P1)：H2-2e－=2H+
正極(P2)：2H+ + 2e－=H2↑
電池總反應：H2(p1)→H2(p2)。表觀上，高濃度氫氣(P1)轉化為低濃度氫氣(P2)而產生電動勢。
一、知識重構
1.電極濃差電池
(2)金屬汞齊電極構成的濃差電池
兩個濃度不同的金屬鈉汞齊材料插入一定熔融Na＋中也構成的濃差電池：
Na(a%)―Hg ∣Na＋(熔融)∣Na(b%)―Hg （a>b）
負極(a)：Na-e－=Na+
正極(b)：Na++e－=Na
電池反應：Na(a)→Na(b)。表觀上，高濃度鈉汞齊(a)轉化為低濃度鈉汞齊(b)而產生電動勢。
一、知識重構
2.電解質濃差電池
電解質濃差電池由兩個材料相同的金屬或金屬微溶鹽，插入濃度不同的相同電解質溶液中構成。
（1）金屬電極構成的電解質濃差電池
Ag∣AgNO3 (a1)‖AgNO3(a2)∣Ag
NO3－由高濃度(右)向低濃度（左）擴散
負極（A）：Ag-e－=Ag+
正極（B）：Ag++e－=Ag
反應的結果是濃溶液變稀，稀溶液濃度升高，最終趨于平衡。
一、知識重構
2.電解質濃差電池
（2）金屬微溶電極構成的電解質濃差電池
Ag，AgCl (s)∣HCl (a1)‖HCl (a2)∣AgCl (s)，Ag
H+由高濃度(右)向低濃度（左）擴散
負極（B）：Ag-e－+Cl－=AgCl
正極（A）：AgCl+e－=Ag+Cl－
反應的結果是濃溶液變稀，稀溶液濃度升高，最終趨于平衡。
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
二、重溫經典
甲室Cu為負極
負極： Cu - 2e－ +4NH3=[ Cu(NH3)4]2+
正極：Cu2+ + 2e－ = Cu
√
例1：（2023·山東卷）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：
D．NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
解析
√
題型一.濃差電池
B. 原電池內電路中陽離子向正極移動，若隔膜為陽離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側移動，通入氨氣要消耗銅離子，顯然左側陽離子不斷減小，明顯不利于電池反應正常進行
D. NH3擴散到乙室會與銅離子反應生成[ Cu(NH3)4]2+，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對電池電動勢產生影響，
二、重溫經典
題型一.濃差電池
陰離子交換膜只允許陰離子通過，所以只能通過電極反應改變電解質溶液濃度，左側電解質溶液濃度減小，右側電解質溶液濃度增大，Ag(1)極上析出Ag，Ag(2)極上銀溶解，由此推知，Ag(1)為正極，Ag(2)為負極。
負極：Ag - e- = Ag+
正極：Ag+ + e- = Ag
√
例2：（2024·海南·三模）利用一種電解質溶液濃度不同引起電勢差的裝置稱為“濃差電池”，其原理是高濃度溶液向低濃度溶液擴散而引發的一類電池。某濃差電池的模擬裝置如圖所示。已知：兩電極銀的質量均為300g。下列敘述正確的是
A．Ag（1）電極為負極，發生氧化反應
B．NO3-由右側向左側遷移
C．電池停止工作時兩電極的質量差為432g
D．電池放電時將化學能全部轉化成電能
解析
二、重溫經典
題型一.濃差電池
×
例3：（2023·山東濟寧·二模）某AgNO3濃差電池的裝置如圖所示，該電池使用前先將K與M連接一段時間，K再與N連接，當正負電極室中溶液的濃度相等時，電池將停止放電。下列說法錯誤的是
A．K與M連接時，當電路中轉移0.1mol電子時，乙室溶液質量減少17g
B．K與N連接時，甲室的電極反應式為Ag - e- = Ag+
C．若換成陽離子交換膜，電池將不能正常使用
D．K分別與M、N連接時，NO3-在電解質溶液中的移動方向相反
解析
負極：Ag - e- = Ag+
正極：Ag+ + e- = Ag
K與M相連時，為電解池，左側甲室內Ag為陽極，右側乙室內Ag為陰極，陽極上Ag Ag+，陰極上Ag+ Ag，NO3-透過陰離子交換膜向陽極移動進入左側，一段時間后，兩池中濃度不同；然后將K與N相連，裝置為原電池，左側甲室內c(NO3-)大，Ag+氧化性強，則Ag+得電子發生還原反應，甲室內Ag為正極，則乙室Ag為負極，NO3-向負極移動進入乙室
二、重溫經典
題型一.濃差電池
例4：（日照市2022屆第一次模擬）相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池，放電時兩個電極區的濃度差會逐漸減小，當兩個電極區硫酸銅溶液的濃度完全相等時放電停止。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是
A．a電極的電極反應為2H2O+2e－=H2↑+2OH－
B．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得80gNaOH
C．電池放電過程中，Cu（l）電極上的電極反應為Cu2++2e－=Cu
D．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜
原電池
電解池
SO42－
負極
正極
陽極
陰極
當原電池兩側濃度相等時，通過陰離子膜的硫酸根離子為2mol。根據電荷守恒：2molSO42-~4mole-~4NaOH
m(NaOH)=160g
制NaOH
制H2SO4
SO42－
Na+
×
解析
二、重溫經典
題型一.濃差電池
例5：（2022廣東模擬）物質有從濃度大的區域向濃度小的區域擴散的趨勢，利用該趨勢可設計濃差電池。如圖所示裝置可測定氧氣的含量，參比側通入純氧，測量側氣壓調節到與參比測相同，接通電路，通過電勢差大小可測出測量側氣體的含氧量。下列說法不正確的是
A．參比側為正極
B．負極的電極反應式為2O2－-4e－=O2↑
C．測量側處于封閉環境時，初期的讀數比較準確
D．相同壓強下，電勢差越大，測量側氣體中含氧量越高
參比側O2濃度高為正極，測量側為負極
正極：O2 + 4e－ = 2O2－
負極：2O2－ - 4e－ = O2↑
初期的讀數與測量側氣體中含氧量有關，后期因為氧氣的生成導致讀數與測量側氣體中含氧量相差很大，所以初期的讀數比較準確。
兩側濃度差越大，電勢差越大。因此測量側氣體中氧氣含量越低，濃差電池的電勢差越大。
×
解析
二、重溫經典
題型一.濃差電池
左側通入氫氣為負極，右側生成氫氣為正極
負極：H2 - 2e－ +2OH－= 2H2O
正極：2H+ + 2e－ = H2↑
總反應為高濃度H2生成低濃度H2
×
例6：（2019浙江）最近，科學家研發了“全氫電池”，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是
A．右邊吸附層中發生了還原反應
B．負極的電極反應是H2－2e－＋2OH－=2H2O
C．電池的總反應是2H2＋O2=2H2O
D．電解質溶液中Na＋向右移動，ClO4－向左移動
解析
二、重溫經典
題型二.氧濃差腐蝕
如圖所示，兩塊鐵片浸在同一濃度的稀鹽水中，其中一塊鐵片與通入的空氣接觸，另一塊鐵片與通入的氮氣接觸。
在這兩塊鐵片上負電荷密度本來應該是相同的，但是由于溶液中含氧量不同，在發生下列反應時所進行的程度也不同：O2+4e－+2H2O=4OH－。在通入空氣的鐵電極上，氧氣的還原反應較迅速，因而表面電子被中和，負電荷密度降低較多。在通入氮氣的鐵電極上，因氧氣較少，還原反應難以進行，因此負電荷密度幾乎沒有什么變化。這樣，由于溶液中氧氣濃度的不同造成了電位差，產生了腐蝕電流。在上述電池中可觀察到，與氮氣接觸的鐵片發生了溶解，而與空氣接觸的鐵片沒有腐蝕。
二、重溫經典
√
例1：（2024·廣東揭陽二模）某同學進行以下實驗：
下列說法正確的是
A．腐蝕過程中有生成H2
B．邊緣處紅色說明：Fe - 3e－ = Fe3+
C．反應后中心區域溶液的pH>7
D．反應過程中化學能完全轉化為電能
解析
題型二.氧濃差腐蝕
負極：Fe-2e－=Fe2+
正極：O2+2H2O+4e－=4OH－
邊緣處二價鐵被空氣中的氧氣氧化為三價鐵
二、重溫經典
題型二.氧濃差腐蝕
例2：(2011浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發現液滴覆蓋的圓圈中心區（a）已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環（b），如圖所示。導致現象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是
A．液滴中的Cl–由a區向b區遷移
B．液滴邊緣是正極區，發生的電極反應為：O2+2H2O+4e－=4OH－C．液滴下的Fe因發生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2+由a區向b區遷移，與b區的OH－形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹
D．若改用嵌有一銅螺絲釘的鐵板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發生的電極反應為：Cu-2e－=Cu2+
O2
O2
O2
O2
O2
負極
腐蝕區
正極
生銹區
正極
生銹區
負極：Fe-2e－=Fe2+
正極：O2+2H2O+4e－=4OH－
邊緣區域氧氣濃度高，正極
中心區域氧氣濃度低，負極
Fe2++2OH－=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
鐵板
a
b
b
√
解析
二、重溫經典
題型二.氧濃差腐蝕
2011浙江考題圖片
該題涉及的是一個早期進行的、經典的腐蝕實驗,稱為鹽水滴實驗,這也是一種局部腐蝕現象。鹽水滴實驗是在一塊拋光、干凈的鋼片上滴上一滴含有少量酚酞和鐵氰化鉀并為空氣所飽和的食鹽水。在液滴覆蓋的區域內很快就出現粉紅色和藍色的小斑點。再過幾分鐘,則液滴中心部分主要呈現藍色,液滴邊緣為一紅色圓環,而在兩者之間有一棕褐色環。
鹽水滴實驗現象
二、重溫經典
題型二.氧濃差腐蝕
鹽水滴實驗現象
鹽水滴：食鹽水、酚酞、鐵氰化鉀
腐蝕區（負極，貧氧）：
Fe-2e－=Fe2+
3Fe2+ +2 [Fe(CN)6]3－ =Fe3[Fe(CN)6]2↓（藍色沉淀）
（老人教）
Fe2+ +K++[Fe(CN)6]3－ =KFe[Fe(CN)6]↓（藍色沉淀）
（新人教）
生銹區（正極，富氧）：
O2+2H2O+4e－=4OH－（酚酞變紅）
Fe2++2OH－=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O（鐵銹）
初始：不均勻微電池
陽離子移向正極
二、重溫經典
例3：（2014福建）鐵及其化合物與生產、生活關系密切，下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。
題型二.氧濃差腐蝕
①該電化腐蝕稱為_____。
②圖中A、B、C、D四個區域，生成鐵銹最多的是_________(填字母)。
鋼鐵在海水(中性環境)中發生的應該是吸氧腐蝕。
A:O2濃度高，但缺少電解質
B:O2濃度高，有電解質，正極，為生銹區（需要氧氣）
C:O2濃度低，負極，腐蝕區
D:深水區，O2濃度低，理論上作為負極，但遠離正極，水電阻大，腐蝕并不嚴重
解析
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
三、模型建構
氧濃差電池腐蝕是金屬常見的腐蝕現象。氧氣濃度大為正極，氧氣濃度低為負極。
負極反應：M-ne－→Mn+ （M代表金屬單質）
正極反應：O2+2H2O+4e－→4OH－
遠離水線以下的區域雖然氧氣濃度低，但是由于水溶液的電阻大，腐蝕電流小，因而腐蝕并不嚴重，通常嚴重腐蝕區部位離水線并不遠，故常稱為水線腐蝕。
正極
負極
水線腐蝕示意圖
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
四、名師導學
1.濃差電池仍然符合原電池的反應原理，負極失去電子，發生氧化反應；正極得到電子，發生還原反應。
2.原電池的構成條件并非一定需要兩個活性不同的電極，如濃差電池。
四、名師導學
3.鋰離子電池也可以看作鋰離子濃差電池，放電時，高濃度鋰離子由負極遷移到低濃度的正極。
Li1－xCoO2+LixCy
LiCoO2+Cy
放電
充電
負極
正極濃差電池的化學原理及應用
1.（2024·全國·模擬預測）相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。如圖所示裝置是利用濃差電池電解溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得、、和NaOH．下列說法錯誤的是
A．b電極的電極反應式為
B．電池放電過程中，Cu(1)電極為該電池的正極
C．電池從開始工作到停止放電，理論上可制得標準狀況下44.8L氣體
D．若開始前兩銅電極的質量相同，當電路中轉移0.2mol電子時，兩銅電極的質量相差12.8g
2.（2024·廣東·一模）釔穩定氧化鋯濃差電池可用于測定待測環境中氧氣的含量，在冶金、能源等領域應用廣泛。其原理是利用空氣與待測環境中氧氣的濃度差對電壓的影響，某工作狀態如圖所示。該電池工作時，下列說法不正確的是
電極A為正極
B．O2－由電極A向電極B遷移
C．電極B發生的反應為
D．理論上，電解質中O2－的總物質的量會增加
3.（2024·廣東湛江第二十一中學模擬）低品質能源利用是指對熱值較低、含雜物較高等特點的一類能源的利用。如圖所示裝置，可同時利用低溫廢熱和含銅廢液，并達到對含銅廢液富集和產生電能的目的。起始時電極均為泡沫銅且質量相等，含銅廢液的濃度為0.1mol/L，以2.5mol/L （NH4）2SO4溶液作為電解質溶液，向M極區液體中加入2mol/L 氨水開始反應。下列說法正確的是
A．向M極區液體中加入氨水可使M極電勢高于N極電勢
B．含銅廢液Ⅰ、Ⅲ中的c（Cu2+）均高于含銅廢液Ⅱ中的c（Cu2+）
C．電子由M極經導線移向N極
D．電極質量差為6.4g時，電路中通過0.2mol電子
4．（2024·河南許昌部分學校高考沖刺）鋁-石墨雙離子電池采用廉價且易得的石墨替代傳統鋰電池中的正極材料，全面提升了電池的能量密度。圖甲和圖乙表示該電池的充電或者放電時工作原理。X、Y表示可能為用電器或電源。已知充電時正極發生陰離子插層反應生成Cn（PF6），下列有關分析正確的是
A．圖甲表示電池充電過程，電極a與電源的正極相連
B．圖甲中電極b電極反應式為：
C．圖乙中電極c電勢高于電極d
D．圖乙中當電路轉移電子數為2mol時，理論上電極c質量減少14g
5．（2022浙江）pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl電極)和另一Ag—AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數)/0.059。下列說法正確的是
A．如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極反應式為：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-(0.1mol·L-1)
B．玻璃膜內外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化
C．分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH
D．pH計工作時，電能轉化為化學能
6．由于存在離子濃度差而產生電動勢的電池稱為離子濃差電池，當兩極室離子濃度相等時放電完成。某離子濃差電池的工作原理如圖所示，下列說法中正確的是
A．銅電極I上發生氧化反應
B．從左極室透過隔膜移向右極室
C．電池工作一段時間后，右極室濃度增大
D．該電池工作時，電能轉化為化學能
7．高分子有機物聚吡咯(PPy)是一種性能優異的光敏型半導體，其制成的納米管在紫外光照射、關閉周期內會發生如下反應：+nH++H2。通過納米管一端正電荷分布密度的變化，在電解質溶液中產生離子電流。某科研組使用PPy構建了一種濃差電池，用來提取天然水中的氫能，其構造如圖所示。下列敘述正確的是
A．a為負極，b為正極
B．b極電極方程式為
C．納米管道中的離子電流由PPy陽離子、的定向移動形成
D．照射一段時間后關閉光源，納米管道中仍能存在微弱電流
8．某化學興趣小組將兩個完全相同的銅片分別放入體積相同、濃度不同的CuSO4溶液中形成濃差電池(如圖所示)，當兩極附近電解質溶液濃度相等時停止放電。下列說法正確的是
A．Cu(2)極發生還原反應
B．Cu(1)極附近Cu2+通過膜1向右遷移
C．放電過程中，兩膜之間的c(CuSO4)理論上保持不變
D．當Cu(2)極附近c(CuSO4)變為1mol·L-1時，該電池停止放電
9．電解質濃度不同形成的濃差電池，稱為離子濃差電池。以濃差電池為電源，以石墨為電極將NH3轉化為高純H2的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是
A．Cu(1)為陽極，N為負極
B．M極電極反應為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C．工作時，左池SO從右側經膜I移向左側，右池OH-從右側經膜Ⅱ移向左側
D．當濃差電池停止放電時，理論上可得到22.4L標準狀況下的H2(溶液體積變化忽略不計)
10．濃差電池是由于電池中存在濃度差而產生的。鋰離子濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列說法不正確的是
A．若Y電極材料為鐵，也能實現如圖轉化
B．濃縮海水中鋰離子濃度大于左側LiCl溶液中的鋰離子濃度
C．X電極的反應為：2H++2e-=H2↑
D．右側生成1molCl2時，左側Li+增加2mol
11．下圖是用“海水河水”濃差電池(不考慮溶解氧的影響)電鍍銅的裝置示意圖，其中X、Y均為復合電極。下列說法錯誤的是
A．電子由X電極經導線流向鍍件
B．Y的電極反應式為
C．電鍍池可以用石墨電極作陽極
D．鍍件增重，理論上X極區模擬海水的質量減少
12．利用物質由高濃度向低濃度自發擴散的能量可制成濃差電池。在海水中的不銹鋼制品，縫隙處氧濃度比海水低，易形成濃差電池而發生縫隙腐蝕?？p隙處腐蝕機理如圖所示。下列說法不正確的是
A．金屬縫隙內表面為負極，外自由表面為正極
B．縫隙內溶液pH增大，加快了縫隙內腐蝕速率
C．為了維持電中性，海水中大量Cl-進入縫隙
D．正極的電極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-
13．硫含量是生鐵質量的重要指標，精確測定鐵水中硫含量是高爐煉鐵過程中的重要任務，利用硫化物固體電解質濃差電池定硫工作原理如圖所示，電池兩邊產生一定硫分壓差時，兩極會產生相應的電勢，若已知某硫分壓(p's2)，測定其電池電勢，則可通過公式計算得出另一硫分壓(p"s2)，從而確定鐵水中的硫含量，N電極反應為S2(p"s2)＋2Mg2＋＋4e-=2MgS。下列有關該濃差電池說法正確的是
A．M極電勢比N極電勢高 B．該電池為電解池
C．M極上的電極反應式：2MgS-4e-=2Mg2＋+S2(p"s2) D．Mg2＋從左向右移動
試卷第1頁，共3頁
試卷第6頁，共6頁
第10講-濃差電池的化學原理及應用答案及解析
1.【答案】C
【詳解】濃差電池中，左側溶液中Cu2+濃度大，離子的氧化性強，所以Cu (1)電極為正極，電極上發生得電子的還原反應，電極反應：Cu2++2e-=Cu，Cu (2)電極為負極，電極反應：Cu-2e-=Cu2+；則電解槽中a電極為陰極，b電極為陽極，陽極上水失電子生成O2和H+，電極反應：，陰極上水發生得電子的還原反應生成H2，電極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，則鈉離子通過離子交換膜c進入左室，c為陽離子交換膜，硫酸根通過離子交換膜d進入右室，d為陰離子交換膜。A．根據上述分析知，b電極為陽極，電極反應式為，A正確；B．由分析知，濃差電池中，Cu (1)電極為正極，電極反應：Cu2++2e-=Cu，B正確；C．電池從開始工作到停止放電，溶液中Cu2+濃度變為1.5mol/L，根據Cu2+~Cu~2e-知，Cu (1)電極上析出n(Cu)=(2.5-1.5)mol/L×2 L=2mol，電路中轉移了4mol電子，則a極產生了2mol H2，b極產生了1mol O2，共3mol氣體，則理論上可制得標準狀況下氣體，C錯誤；D．當電路中轉移0.2mol電子時，Cu (1)電極上析出的n(Cu)=0.1 mol，對應的m(Cu)=，Cu (2)電極上溶解的n(Cu)=0.1 mol，m(Cu)，則兩銅電極的質量相差12.8g，D正確；
2.【答案】D
【詳解】由題給信息可知，空氣側的鉑電極為濃差電池的正極，氧氣在正極得到電子發生還原反應生成氧負離子，A電極為正極，反應式為O2+4e-=2O2-，測量側的鉑電極B為負極，氧負離子在負極失去電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為2O2--4e—=O2↑，相同壓強下，測量側氣體中氧氣含量越低，濃差電池的電勢差越大。A．由分析可知，空氣側的鉑電極為正極，A正確；B．陰離子向負極移動，O2－由電極A向電極B遷移，B正確；C．測量側的鉑電極B為負極，氧負離子在負極失去電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為2O2--4e—=O2↑，C正確；D．結合得失電子守恒，理論上，電解質中O2－的總物質的量會不變，D錯誤；
3.【答案】C
【詳解】A．向M極區液體中加入氨水用于產生電勢差，使兩側銅離子濃度不同，M極是負極，Cu失去電子生成，與形成，N極是正極，得到電子生成Cu，正極電勢高于負極電勢，即N極電勢高于M極電勢，A錯誤；B．由圖可知；含銅廢液Ⅰ＞含銅廢液Ⅱ＞含銅廢液Ⅲ，B錯誤；C．電子由M極（負極）經導線移向N極（正極），C正確；D．電極質量差為6.4g時，M極質量減少3.2g（即0.05mol），N極質量增加3.2g，根據關系式Cu～2可知，電路中通過0.1mol電子，D錯誤；
4.【答案】D
【詳解】由圖中所給電極材料及電子轉移方向判斷，圖乙是放電裝置，電極c為原電池的負極，d為正極；圖甲為充電裝置，電極a與電源負極連接，為電解池的陰極，電極b為陽極；
A．據分析，圖甲為充電裝置，電極a與電源負極連接，A錯誤：B．圖甲中電極b與電源正極連接，電極反應式為：，B錯誤；C．圖乙中c是原電池負極，d是正極，因此電極d的電勢高于電極c，C錯誤；D．圖乙，c電極反應為，因此當電路轉移電子數為2mol時即物質的量為2mol，理論上電極c上2mol Li參加反應，理論上電極c質量減少，D正確；
5．【答案】C
【詳解】A． 如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極為負極、負極發生氧化反應而不是還原反應，A錯誤；
B．已知：pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數)/0.059，則玻璃膜內外氫離子濃度的差異會引起電動勢的變化，B錯誤；
C．pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數)/0.059，則分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH，C正確；
D． pH計工作時，利用原電池原理，則化學能轉化為電能，D錯誤；
6．【答案】C
【詳解】A．根據題意可知，銅電極I附近CuSO4濃度高，發生的反應是Cu2++2e-=Cu，是還原反應，A錯誤；
B．根據題意，當兩極室離子濃度相等時放電完成，說明左側硫酸銅濃度要降低，右側硫酸銅濃度要升高，直至左右兩側硫酸銅濃度相等，則隔膜應為陰離子交換膜，硫酸根離子從左側移向右側，B錯誤；
C．銅電極II附近CuSO4濃度低，發生的反應是Cu-2e-=Cu2+，硫酸根離子從左側移向右側，導致右極室濃度增大，C正確；
D．該電池工作時，化學能轉化為電能，D錯誤；
7．【答案】D
【詳解】A．根據分析，b為負極，a為正極，A錯誤；
B．根據分析，b為負極，負極失電子發生氧化反應，B錯誤；
C．天然水是混合物，含有多種離子，因此除了PPy陽離子、之外還會有其它離子（如Na+等）在溶液中定向移動，C錯誤；
D．照射一段時間后關閉光源，則反應+nH++H2會逆向進行，導致納米管道中仍能存在微弱電流，D正確；
8．【答案】C
【詳解】A．銅(1)極附近硫酸銅溶液濃度大于銅(2)極，故銅(1)極的電解質濃度降低[即銅(1)極為正極]，銅(2)極為負極，發生氧化反應，電極反應為，A項錯誤；
B．銅(1)極的電極反應式為，為了維持電荷平衡，通過膜1向右遷移，B項錯誤；
C．理論上兩膜之間的硫酸銅濃度基本保持不變，C項正確；
D．理論上正、負兩極硫酸銅溶液濃度均為時，該電池停止放電，D項錯誤。
9．【答案】D
【詳解】A．由分析知，Cu(1)為正極，N為陰極，A項正確；
B．電極M上，NH3失電子被氧化為N2，電極反應式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，B項正確；
C．左池中，SO向電池負極移動，故SO經過陰離子交換膜I從右側移向左側，右池中，陰離子移向陽極，故OH-經過陰離子交換膜Ⅱ由右側移向左側，C項正確；
D．當濃差電池左右濃度相等時則停止放電，設負極放電使溶液中增加x mol Cu2+，則正極減少x mol Cu2+，當濃差電池停止放電時有：x+2L×0.5mol/L=2L×2.5mol/L-x，解得x=2mol，則此時電路中轉移電子2×2mol=4mol，右池陰極反應為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，則此時生成H2物質的量=4mol×=2mol，標準狀況下其體積為2mol×22.4L/mol=44.8L，D項錯誤；
10．【答案】A
【詳解】A．據分析，Y電極是該電池的負極，若材料為鐵，鐵比Cl-跟易失去電子，故不能實現如圖轉化，A不正確；
B．據分析，濃縮海水中鋰離子過離子導電體進入左槽，左槽加入的是稀鹽酸，故其濃度大于左側LiCl溶液中的鋰離子濃度，B正確；
C．據分析，X電極為該電池正極，反應為：2H++2e-=H2↑，C正確；
D．右側生成1molCl2時，轉移2mol電子，有2molLi+通過離子導電體，故左側Li+增加2mol，D正確；
11．【答案】D
【詳解】A．電鍍銅的裝置中鍍件是陰極，X電極為負極，因此電子由X電極經導線流向鍍件，故A正確；
B．Y電極為正極，得到電子，因此Y電極反應式為，故B正確；
C．電鍍池中硫酸銅作電解液，銅離子在陰極得到電子變為銅單質鍍在鍍件上，因此可以用石墨電極作陽極，故C正確；
D．根據Cu2+＋2e－＝Cu，鍍件增重即物質的量為0.1mol，轉移0.2mol電子，正極電極反應式，有0.2mol Cl－消耗，0.2mol Na＋向正極移動，理論上X極區模擬海水減小0.2mol NaCl，其質量減少0.2mol×58.5g mol 1＝11.7g，故D錯誤。
12．【答案】B
【詳解】A．根據氧氣得電子發生還原反應生成氫氧根離子，所以金屬縫隙外自由表面為正極，金屬縫隙內表面為負極，A正確；
B．金屬縫隙外自由表面為正極，生成氫氧根離子，縫隙外溶液pH增大，加快了縫隙內腐蝕速率，B錯誤；
C．陰離子由正極向負極移動，所以大量Cl-進入縫隙維持電中性，C正確；
D．正極為氧氣得電子發生還原反應生成氫氧根離子，電極反應為O2+2H2O+4e-═4OH-，D正確；
13．【答案】D
【詳解】A．N極電勢比M極電勢高，A錯誤；
B．該電池是原電池，B錯誤；
C．M電極為原電池負極，發生氧化反應，根據圖示可知，M極電極反應為：2MgS-4e-=2Mg2＋+S2(p's2)，C錯誤；
D．原電池中鎂離子向正極移動，即向N極移動，D正確；
應式為：C2H4-12e-＋16OH-=10H2O＋2CO。
答案第1頁，共2頁
答案第4頁，共4頁第10講-濃差電池的化學原理及應用
一、知識重構
濃差電池，顧名思義，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有濃度差，由于濃度差導致半電池上發生的氧化還原反應程度不同，從而產生不同的電勢。
1.電極濃差電池
由兩個材料相同但濃度不同的金屬電極或氣壓不同的氣體電極構成，電解質溶液中相應離子的濃度相同。
(1)氣體電極構成的濃差電池
兩個負載有不同壓力的氫氣的Pt片插入一定濃度的酸性介質中構成的濃差電池：
Pt，H2 (p1)∣H＋ (aq)∣H2 (p2)，Pt
P1>P2，則左側作 極，反應為 ；右側作 極，反應為 。
電池總反應：H2(p1)→H2(p2)。表觀上，高濃度氫氣(P1)轉化為低濃度氫氣(P2)而產生電動勢。
(2)金屬汞齊電極構成的濃差電池
兩個濃度不同的金屬鈉汞齊材料插入熔融的Na＋中也構成的濃差電池：
Na(a%)―Hg ∣Na＋(熔融)∣Na(b%)―Hg
a>b，則左側作 極，反應為 ；右側作 極，反應為 。
電池反應：Na(a)→Na(b)。表觀上，高濃度鈉汞齊(a)轉化為低濃度鈉汞齊(b)而產生電動勢。
2.電解質濃差電池
電解質濃差電池由兩個材料相同的金屬或金屬微溶鹽，插入濃度不同的相同電解質溶液中構成。
（1）金屬電極構成的電解質濃差電池
Ag∣AgNO3 (a1)‖AgNO3(a2)∣Ag
電極A作 極，反應為 ；電極B作 極，反應為 。硝酸根離子移向 極。
電池反應為：Ag＋(高)→Ag＋(低)。表觀上，高濃度電解質離子Ag＋轉化為低濃度電解質離子Ag＋而產生電動勢。
金屬微溶電極構成的電解質濃差電池
Ag，AgCl (s)∣HCl (a1)‖HCl (a2)∣AgCl (s)，Ag
電極A作 極，反應為 ；電極B作 極，反應為 。氫離子移向 極。
重溫經典
題型一.濃差電池
例1：（2023·山東卷）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：
D．NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
【答案】CD
【解析】A. 向甲室加入足量氨水后電池開始工作，則甲室電極溶解，變為銅離子與氨氣形成，因此甲室電極為負極，故A錯誤；B. 再原電池內電路中陽離子向正極移動，若隔膜為陽離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側移動，通入氨氣要消耗銅離子，顯然左側陽離子不斷減小，明顯不利于電池反應正常進行，故B錯誤；C. 左側負極是，正極是，則電池總反應為：，故C正確；D. 擴散到乙室會與銅離子反應生成，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對電池電動勢產生影響，故D正確。
例2：（2024·海南·三模）利用一種電解質溶液濃度不同引起電勢差的裝置稱為“濃差電池”，其原理是高濃度溶液向低濃度溶液擴散而引發的一類電池。某濃差電池的模擬裝置如圖所示。已知：兩電極銀的質量均為300g。下列敘述正確的是
A．電極為負極，發生氧化反應
B．由右側向左側遷移
C．電池停止工作時兩電極的質量差為432g
D．電池放電時將化學能全部轉化成電能
【答案】C
【解析】濃差電池通過改變電解質溶液濃度實現放電，當濃度相等時停止放電。陰離子交換膜只允許陰離子通過，所以只能通過電極反應改變電解質溶液濃度，左側電解質溶液濃度減小，右側電解質溶液濃度增大，極上析出Ag，極上銀溶解，由此推知，為正極，Ag(2)為負極。A．根據分析知，為正極，Ag(2)為負極，A錯誤；B．為了維持電荷守恒，左側電解質溶液中向右側遷移，B錯誤；C．當兩電極所在電解質溶液濃度相等時達到平衡，停止放電，停止放電時mol L，即只轉移2 mol電子，負極：，正極：，起始時，兩電極的質量相等，停止放電時，正極增加2 mol Ag(216g)，負極減少2 mol Ag(216g)，兩電極的質量差為432 g，C正確；D．電池放電時將化學能主要轉化成電能，還有熱能等，D錯誤；
例3：（2023·山東濟寧·二模）某濃差電池的裝置如圖所示，該電池使用前先將K與M連接一段時間，K再與N連接，當正負電極室中溶液的濃度相等時，電池將停止放電。下列說法錯誤的是
A．K與M連接時，當電路中轉移0.1mol電子時，乙室溶液質量減少17g
B．K與N連接時，甲室的電極反應式為
C．若換成陽離子交換膜，電池將不能正常使用
D．K分別與M、N連接時，在電解質溶液中的移動方向相反
【答案】B
【解析】濃度差電池是利用兩極電勢差實現兩個氧化還原半反應，總反應類似擴散原理，最終兩池電解質濃度將相等。該電池使用前先將K與M連接一段時間，開關與M相連時，為電解池，左側甲室內Ag電極為陽極，右側乙室內Ag電極為陰極，陽極上Ag失去電子轉化為Ag+，陰極上Ag+得到電子轉化為Ag，硝酸根透過陰離子交換膜向陽極移動進入左側，一段時間后，兩池中濃度不同；然后將K與N相連，裝置為原電池，左側甲室內硝酸銀溶液濃度大，銀離子氧化性強，則銀離子得電子發生還原反應，左側甲室內Ag電極為正極，則右側乙室Ag電極為負極，硝酸根向負極移動進入乙室，據此回答；A． 據分析，K與M連接時，右側乙室內、硝酸根遷出，當轉移1mol電子時，乙室溶液質量減少(108+62)g=170g，則當電路中轉移0.1mol電子時，乙室溶液質量減少17g，A正確；B．K與N連接時為原電池，甲室為正極區，電極反應式為，B不正確；C．若換成陽離子交換膜，若有1mol電子轉移，陽極1mol Ag溶解、陰極析出1mol Ag，1mol Ag+透過陽離子交換膜進入乙室，則兩池中Ag+濃度將相同，開關與N相連時，不會產生電流、將不能正常使用，因此應該選擇陰離子交換膜電池，C正確；D．據分析，K分別與M、N連接時，在電解質溶液中的移動方向相反，D正確；
例4：（日照市2022屆第一次模擬）相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池，放電時兩個電極區的濃度差會逐漸減小，當兩個電極區硫酸銅溶液的濃度完全相等時放電停止。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是
A．a電極的電極反應為2H2O+2e－=H2↑+2OH－
B．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得80gNaOH
C．電池放電過程中，Cu（l）電極上的電極反應為Cu2++2e－=Cu
D．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜
【答案】B
【解析】A．電解槽中電極為陰極，水發生得電子的還原反應生成氫氣，電極反應為，故A正確；B．電池從開始工作到停止放電，兩側溶液中Cu2+濃度相等，設兩電極發生改變的Cu2+的物質的量為a，由兩側濃度相等可得2.5mol/L2L-a=0.5mol/L2L+a，解得a=2，根據電子守恒有Cu~2e-~2NaOH，電解池理論上生成NaOH的物質的量n(NaOH)=4mol，則n(NaOH)=4mol40g/mol=160g，故B錯誤；C．濃差電池中，電極為正極，正極上Cu2+得電子生成Cu，電極反應為，故C正確；D．電極為陰極，陰極反應為，b電極為陽極，陽極反應為，則a極附近生成NaOH，b極附近生成H2SO4，所以鈉離子通過離子交換膜c生成NaOH，則c為陽離子交換膜，硫酸根通過離子交換膜d生成H2SO4，則d為陰離子交換膜，故D正確。
例5：物質有從濃度大的區域向濃度小的區域擴散的趨勢，利用該趨勢可設計濃差電池。如圖所示裝置可測定氧氣的含量，參比側通入純氧，測量側氣壓調節到與參比測相同，接通電路，通過電勢差大小可測出測量側氣體的含氧量。下列說法不正確的是
A．參比側為正極
B．負極的電極反應式為2O2－- 4e－=O2↑
C．測量側處于封閉環境時，初期的讀數比較準確
D．相同壓強下，電勢差越大，測量側氣體中含氧量越高
【答案】D
【解析】由題給信息可知，參比側的鉑電極為濃差電池的正極，氧氣在正極得到電子發生還原反應生成氧氣，電極反應式為O2+4e－=2O2－，測量側的鉑電極為負極，氧離子在負極失去電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為2O2－-4e－=O2↑，相同壓強下，測量側氣體中氧氣含量越低，濃差電池的電勢差越大。A．由分析可知，參比側的鉑電極為濃差電池的正極，故A正確；B．由分析可知，測量側的鉑電極為負極，氧離子在負極失去電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為2O2－-4e－=O2↑，故B正確；C．由分析可知，測量側的鉑電極為負極，氧離子在負極失去電子發生氧化反應生成氧氣，測量側處于封閉環境時，初期的讀數與測量側氣體中含氧量有關，后期因為氧氣的生成導致讀數與測量側氣體中含氧量相差很大，所以初期的讀數比較準確，故C正確；D．由分析可知，相同壓強下，測量側氣體中氧氣含量越低，濃差電池的電勢差越大，故D錯誤。
例6：（2019浙江）最近，科學家研發了“全氫電池”，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是
A．右邊吸附層中發生了還原反應
B．負極的電極反應是H2－2e－＋2OH－=2H2O
C．電池的總反應是2H2＋O2=2H2O
D．電解質溶液中Na＋向右移動，ClO4－向左移動
【答案】C
【解析】由電子的流動方向可以得知左邊為負極，發生氧化反應；右邊為正極，發生還原反應，故選項A、B正確；電池的總反應沒有O2參與，總反應方程式不存在氧氣，故C選項不正確；在原電池中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，故D選項正確。答案選C。A. 右邊吸附層中發生了還原反應，A正確；B. 氫氣在負極上發生氧化反應，電解質中有強堿，故負極的電極反應是H2－2e－＋2OH－=2H2O，B正確；C. 沒有氧氣參與反應，C不正確；D. 電解質溶液中Na＋向右邊的正極移動，ClO4－向左邊的負極移動，D正確。
題型二.氧濃差腐蝕
如圖所示，兩塊鐵片浸在同一濃度的稀鹽水中，其中一塊鐵片與通入的空氣接觸，另一塊鐵片與通入的氮氣接觸。
在這兩塊鐵片上負電荷密度本來應該是相同的，但是由于溶液中含氧量不同，在發生下列反應時所進行的程度也不同：O2+4e－+2H2O=4OH－。在通入空氣的鐵電極上，氧氣的還原反應較迅速，因而表面電子被中和，負電荷密度降低較多。在通入空氣的鐵電極上，氧氣的還原反應較迅速，因而表面電子被中和，負電荷密度降低較多。在通入氮氣的鐵電極上，因氧氣較少，還原反應難以進行，因此負電荷密度幾乎沒有什么變化。這樣，由于溶液中氧氣濃度的不同造成了電位差，產生了腐蝕電流。在上述電池中可觀察到，與氮氣接觸的鐵片發生了溶解，而與空氣接觸的鐵片沒有腐蝕
例1：（2024·廣東揭陽二模）某同學進行以下實驗：
操作 現象
取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴1滴含酚酞和的食鹽水 放置一段時間后，生鐵片上出現如圖所示“斑痕”。其邊緣處為紅色，中心區域為藍色，在兩色環交界處出現鐵銹
下列說法正確的是
A．腐蝕過程中有生成
B．邊緣處紅色說明：
C．反應后中心區域溶液的pH>7
D．反應過程中化學能完全轉化為電能
【答案】C
【解析】A．取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴1滴含酚酞和的食鹽水，鐵皮發生吸氧腐蝕，沒有生成，A錯誤；B．鐵片發生吸氧腐蝕，Fe電極方程式為：，邊緣處紅色得原因是二價鐵被空氣中的氧氣氧化為三價鐵，B錯誤；C．鐵片發生吸氧腐蝕，反應后中心區域溶液呈堿性，pH>7，C正確；D．鐵皮發生吸氧腐蝕得原理是原電池，但化學能不能完全轉化為電能，D錯誤；
例2：(2011浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發現液滴覆蓋的圓圈中心區（a）已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環（b），如圖所示。導致現象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是（ ）
A．液滴中的Cl－由a區向b區遷移
B．液滴邊緣是正極區，發生的電極反應為：O2+2H2O+4e－=4OH－
C．液滴下的Fe因發生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2+由a區向b區遷移，與b區的OH－形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹
D．若改用嵌有一銅螺絲釘的鐵板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發生的電極反應為：Cu-2e－=Cu2+
【答案】B
【解析】液滴邊緣區域氧氣濃度大，中心區域氧氣濃度低。因此，邊緣區域為正極，中心區域為負極。A．根據在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極的規律，陰離子Cl-應由b區向a區遷移，A錯誤；B．O2在液滴外沿反應，正極電極反應為：O2+2H2O+4e－=4OH－，發生還原反應，B正確；C．液滴下的Fe因發生氧化反應而被腐蝕，C錯誤；D．若改用嵌有一銅螺絲釘的鐵板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，由于Fe的金屬活動性比銅強，Fe仍為負極，負極發生的電極反應為：Fe-2e－=Fe2+，D錯誤；
例3：（2014福建）鐵及其化合物與生產、生活關系密切，下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。
①該電化腐蝕稱為__________________。
②圖中A、B、C、D四個區域，生成鐵銹最多的是_________(填字母)。
【答案】吸氧腐蝕 B
【解析】①鋼鐵在海水(中性環境)中發生的應該是吸氧腐蝕。②在B點的海水中氧氣濃度最大，發生的吸氧腐蝕最快，生成的鐵銹最多。D點為深水區，O2濃度低，理論上作為負極，但遠離正極，水電阻大，腐蝕并不嚴重。
三、模型建構
氧濃差電池腐蝕是金屬常見的腐蝕現象。氧氣濃度大為正極，氧氣濃度低為負極。
負極反應：M-ne－→Mn+ （M代表金屬單質）
正極反應：O2+2H2O+4e－→4OH－
遠離水線以下的區域雖然氧氣濃度低，但是由于水溶液的阻力大，腐蝕電流小，因而腐蝕并不嚴重，通常嚴重腐蝕區部位離水線并不遠，故常稱為水線腐蝕。
水線腐蝕示意圖
四、名師導學
1.濃差電池仍然符合原電池的反應原理，負極失去電子，發生氧化反應；正極得到電子，發生還原反應。
2.原電池的構成條件并非一定需要兩個活性不同的電極，如濃差電池。
3.鋰離子電池也可以看作鋰離子濃差電池，放電時，高濃度鋰離子由負極遷移到低濃度的正極。

展開更多......

收起↑