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(共57張PPT)
第四章　化學反應與電能
提升課時 　化學電源在高考中的考查
8
1.了解化學電源在高考中的考查方式和特點。2.結合原電池的工作原理，明確解答化學電源類考題的方法策略。
學習目標
四維度突破常考化學電源
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
四維度突破常考化學電源
“新型化學電源”是高中化學的熱點， 也是電化學部分的重難點知識。可從“一極、二式、三向、四變”四維度來把握化學電源的重難點，即明晰電源的電極，正確書寫電極反應式， 準確判斷移動方向， 深入解析工作變化。
(一)“一極”——明晰電極
“一極”， 即明晰化學電源的電極，也是分析化學電源的首要內容， 可以通過電極材料、電極反應類型、粒子移動方向等內容來確定電極名稱。以電極的正、負極判斷為例，可以構建電極與元素化合價升降、氧化還原反應之間的關聯。
【例1】　(湖南卷改編)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A.放電時，N極為正極
B.放電時，M極為負極
C.充電時，M極的電極反應式為
Zn2＋＋2e－===Zn
D.隔膜只允許陽離子通過
D
解析　由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2＋2e－===2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側，同時鋅離子通過交換膜進入右側，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，N電極與直流電源的正極相連。放電時，N電極為電池的正極，M極為負極，所以A和B均正確；充電時，M電極與直流電源的負極相連，鋅離子得到電子發生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn，C正確；放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變，D錯誤。
【題后歸納】　判斷電池(電源)正、負極的5種方法
1.科學家研發了一種新型短路膜電池，利用這種電池可以消除空氣中的CO2，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
C
(二)“二式”——書寫反應式
“二式”， 即書寫電極反應式， 基本策略為明確電極反應類型、根據參與反應物、結合電荷守恒定律， 因此學習時需要總結相應的書寫規律。以“放電”時的正、負極書寫為例， 首先確定物質得失電子情形， 然后結合電解質溶液來確定反應的生成物， 最后結合守恒定律書寫電極反應式。而對于較為復雜的電極反應， 則可以采用“差減”法來拆解。
下列說法錯誤的是(　　)
A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高
B.充電時與電源正極相連的電極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C.放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D.放電過程中OH－通過隔膜從負極區移向正極區
D
解析　該電池采用的三維多孔海綿狀Zn具有較大的表面積，可以高效沉積ZnO，且所沉積的ZnO分散度高，A正確；根據題干中總反應可知該電池充電時，Ni(OH)2與電源正極相連，發生氧化反應生成NiOOH，其電極反應式為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正確；放電時Zn在負極發生氧化反應生成ZnO，電極反應式為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正確；電池放電過程中，OH－等陰離子通過隔膜從正極區移向負極區，D錯誤。
【題后歸納】　電極反應式書寫中5個常設錯誤
(1)電極反應類型錯誤，如被氧化寫成被還原。
(2)電極反應式中得失電子情況錯誤，如負極反應式中出現得電子。
(3)書寫電極反應式時，未關注電解質情況，如水溶液中出現O2－，酸性溶液中出現OH－，堿性溶液中出現H＋，熔融碳酸鹽電解質中出現OH－或H＋。
(4)電極反應式中反應物或產物判斷錯誤。
(5)總反應式書寫錯誤。
2.DBFC是一種新型硼氫化鈉燃料電池，其工作原理如圖所示，下列說法中不正確的是(　　)
D
3.利用O2輔助的Al－CO2電池電容量大，工作原理如圖所示，能有效地將CO2轉化成化工原料草酸鋁Al2(C2O4)3，下列說法不正確的是(　　)
B
(三)“三向”——判斷移向
“三向”， 即判斷移動方向， 包括電子移向和離子移向， 分析時需要把握電池的充放電過程， 利用相應的原理加以判斷。以放電過程為例， 電子移向為： 負極→外電路→正極； 離子移動方向為：陽離子→正極， 陰離子→負極。對于涉及離子交換膜的裝置， 陽離子將透過陽離子交換膜， 陰離子將透過陰離子交換膜。
【例3】　(全國卷Ⅲ)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是(　　)
D
【題后歸納】　
電子流動或離子移動方向錯誤在該類題目中經常出現，主要表現為：
(1)電子流動方向錯誤或電子流過電解質溶液，如例3中選項B即為電子流動方向錯誤。
(2)離子移動方向錯誤，如例3中選項C為充電時離子移動方向錯誤，例2中選項D為放電時離子移動方向錯誤。
4.鈉碘電池的兩極材料之一是聚2乙烯吡啶(簡寫為P2VP)與I2的復合物，采用碘化鈉電解液，放電時電池總反應為2Na＋P2VP·nI2===P2VP·(n－1)I2＋2NaI。下列說法正確的是(　　)
A.碘化鈉電解液由碘化鈉固體溶于水得到
B.該電池放電時，鈉電極發生還原反應
C.該電池放電時，碘離子移向復合物電極
D.正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2e－＋2Na＋===P2VP·(n－1)I2＋2NaI
D
解析　由總反應可知，鈉碘電池的正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2Na＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2NaI，故復合物電極為正極；鈉較為活潑，失去電子發生氧化反應為負極，負極反應式為2Na－2e－===2Na＋，電極材料必須能夠導電，原電池中陰離子移向負極、陽離子移向正極；鈉為活潑金屬，會和水反應，故不能溶于水形成電解液，A錯誤； 該電池放電時，鈉電極發生氧化反應，B錯誤；該電池放電時，碘離子移向負極鈉電極，C錯誤；正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2Na＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2NaI，D正確。
5.電化學鋰介導的氮還原反應(Li—NRR)使NH3生產技術更簡單、規模更靈活，其原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
C
解析　該電池為原電池，H2在A極放電，說明電極A為負極，發生氧化反應，電極B為正極，發生還原反應，A項錯誤；制氨過程中，帶正電的原子團向正極移動，B項錯誤；電極B的反應式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N，C項正確；電流由電極B經外電路流向電極A，D項錯誤。
(四)“四變”——解析變化
“四變”， 即電池工作時的物質變化， 需要深入分析電極質量變化和溶液的 pH 變化。電池在充放電過程中，電極上會發生氧化還原反應，可能存在物質聚集或缺失，分析時需要結合相應的守恒定理來加以計算。對于電解質溶液的pH變化，則需要關注電極反應時溶液中OH－和 H＋的濃度變化。
B
【題后歸納】　
(1)電極質量的變化
依據電極反應分析電極質量的變化。如鉛蓄電池放電時Pb→PbSO4，PbO2→PbSO4，PbSO4在兩極上生成，當有1 mol電子通過時，負極增重48 g，正極增重32 g。
(2)溶液pH的變化
依據電極反應分析溶液的變化。如果c(OH－)增大或c(H＋)減小則pH變大，反之則pH變小。如果n(OH－)或n(H＋)不變但溶液體積減小則pH也變大或變小。
6.從NaHPbO2溶液中回收Pb的原電池裝置如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.a極為原電池的正極
B.溶液中Na＋從b極區遷移至a極區
C.b極區的電極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O
D.該原電池工作一段時間后，a極區溶液的pH減小
D
(只允許陽離子通過)
D
課后鞏固訓練
C
2.HCOOH燃料電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
C
解析　由該工作原理圖可知，左側是由HCOOH和KOH轉化為KHCO3，C的化合價由＋2價升高為＋4價，被氧化，故左側為負極，右側通入O2為正極。原電池中電解質溶液中的陽離子移向原電池的正極，故放電時K＋通過隔膜向右遷移，A錯誤；燃料電池正極為O2得電子產物與電解質反應生成水，則電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B錯誤；從圖中可以看出，右側流出K2SO4，K＋來自負極的遷移，則X中含有硫酸根離子，右側不斷為反應提供H＋，所以放電過程中需補充的物質X為H2SO4，C正確；未指明溫度和壓強，無法計算，D錯誤。
A.電池工作時，正極的電極反應式：O2＋
2e－＋2Li＋===Li2O2
B.放電時，B極消耗22.4 L的O2，外電路中
通過2 mol電子
C.充電時，B電極上的電勢比A電極上的高
D.充電時，A極接電源的負極
B
解析　電池工作時為原電池，正極得電子發生還原反應，根據總反應可知應是O2得電子結合遷移到正極的Li＋生成Li2O2，電極反應為O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，A正確；未注明是否為標準狀況，無法確定22.4 L氧氣的物質的量，B錯誤；放電時，Li電極發生氧化反應，為負極，則充電時A電極與電源負極相連，B電極與電源正極相連，B極的電勢高于A極，C正確；充電時，A電極連接電源的負極，D正確。
4.(2024·重慶巴蜀中學高二月考)中科院研究了一款獨特的鋰氮(Li—N)電池，電解質溶液為可傳導Li＋的有機溶液，該電池可實現氮氣的循環，并對外提供電能。充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li。下說法不正確的是(　　)
A.鋰-氮電池為綠色固氮提供了一種可能的途徑
B.放電時，Li被N2氧化
C.放電時，乙電極發生的反應為N2－6e－===2N3－
D.理論上，該電池每完成一個充、放電周期，電池的總質量不會發生改變
C
解析　鋰－氮電池放電時消耗N2，充電時釋放N2，實現了N2的循環，為綠色固氮提供了一種可能的途徑，A正確；充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li，則放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，Li被N2氧化為Li3N，B正確；放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，乙為正極，電極方程式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N，C錯誤；電池充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li，放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，理論上，該電池每完成一個充、放電周期，電池的總質量不會發生改變，D正確。
5.一氧化氮－空氣質子交換膜燃料電池將化學能轉化成電能的同時，實現了制硝酸、發電、環保三位一體的結合，其原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
C
6.鹽酸羥胺(化學式為NH3OHCl，其中N為－1價)是一種常見的還原劑和顯像劑，其化學性質類似NH4Cl。工業上主要采用如圖1所示的方法制備，其電池裝置中含Fe的催化電極的電極反應機理如圖2所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.含Fe的催化電極為正極
B.圖2中，A為H＋，B為NH3OH＋
C.電池工作時，每消耗2.24 L NO(標準狀況下)，左室溶液質量增加3.0 g
D.電池工作時，H＋從右室穿過氫離子交換膜向左室遷移
C
解析　根據圖示，含Fe的催化電極通入NO生成NH3OHCl，N元素化合價降低，含Fe的催化電極為正極，電極反應為NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，A正確；圖2中NH2OH和A反應生成B，則A為H＋，B為NH3OH＋，B正確；根據NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，電池工作時，每消耗2.24 L NO(標準狀況下)，電路中轉移0.3 mol電子，有0.3 mol H＋由右室移入左室，所以左室溶液質量增加0.1 mol×30 g/mol＋0.3 g＝3.3 g，C錯誤；原電池中，H＋從右室穿過氫離子交換膜向左室遷移，D正確。
7.科學家設想利用圖示裝置進行CO2的固定，同時產生電能，該裝置工作時，生成的碳附著在電極上，下列說法錯誤的是(　　)
A.多孔催化劑電極為正極，放電時發
生還原反應
B.采用多孔催化劑電極有利于CO2擴
散到電極表面
C.導線中流過2 mol e－，理論上就有
2 mol Li＋由負極區進入正極區
D.負極區可以選用LiCl水溶液作電解質溶液
D
(只允許陽離子通過)
A
9.熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質的無水LiCl—KCl混合物一旦受熱熔融，電池瞬間即可輸出電能。該電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，關于該電池的下列有關說法正確的是(　　)
A.正極電極反應式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
B.放電過程中Li＋向鈣電極移動
C.若將電解質改為LiCl—KCl溶液，對電池無影響
D.每轉移0.1 mol電子，理論上生成10.35 g Pb
D
10.我國科學家最近發明了一種Zn—PbO2電池，電解質為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開，形成A、B、C三個電解質溶液區域。
回答下列問題：
(1)電池中，Zn為________極，B區域的電解
質為________(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。
(2)電池正極反應的方程式為
__________________________________________。
(3)陽離子交換膜為圖中的________膜(填“a”或“b”)。
負
K2SO4
a
(4)此電池中，消耗6.5 g Zn，理論上導線中轉移________ mol電子。
(5)已知E為電池電動勢[電池電動勢即電池的理論電壓，是兩個電極電位之差，E＝E(＋)－E(－)]，則該電池與傳統鉛酸蓄電池相比較，EZn—PbO2________ EPb—PbO2(填“>”“＝”或“<”)。
0.2
>
解析　(4)該電池中，1個鋅原子失2個電子生成鋅離子，則消耗6.5 g Zn，理論上導線中轉移0.2 mol電子。(5)鋅活潑性強于鉛，所以鋅電極的電極電位比鉛電極的低，二者正極材料相同，根據電池電動勢定義可知，該電池與傳統鉛酸蓄電池相比較EZn—PbO2>EPb—PbO2。提升課時8　化學電源在高考中的考查
學習目標　1.了解化學電源在高考中的考查方式和特點。2.結合原電池的工作原理，明確解答化學電源類考題的方法策略。
四維度突破常考化學電源
“新型化學電源”是高中化學的熱點， 也是電化學部分的重難點知識。可從“一極、二式、三向、四變”四維度來把握化學電源的重難點，即明晰電源的電極，正確書寫電極反應式， 準確判斷移動方向， 深入解析工作變化。
(一)“一極”——明晰電極
“一極”， 即明晰化學電源的電極，也是分析化學電源的首要內容， 可以通過電極材料、電極反應類型、粒子移動方向等內容來確定電極名稱。以電極的正、負極判斷為例，可以構建電極與元素化合價升降、氧化還原反應之間的關聯。
【例1】　(湖南卷改編)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A.放電時，N極為正極
B.放電時，M極為負極
C.充電時，M極的電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn
D.隔膜只允許陽離子通過
聽課筆記　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【題后歸納】　判斷電池(電源)正、負極的5種方法
1.科學家研發了一種新型短路膜電池，利用這種電池可以消除空氣中的CO2，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.甲電極為正極，發生氧化反應
B.乙電極的電極反應式為H2＋2HCO＋2e－===2H2O＋2CO2
C.電子流向：負極→電解質→正極
D.乙電極為負極，發生還原反應
(二)“二式”——書寫反應式
“二式”， 即書寫電極反應式， 基本策略為明確電極反應類型、根據參與反應物、結合電荷守恒定律， 因此學習時需要總結相應的書寫規律。以“放電”時的正、負極書寫為例， 首先確定物質得失電子情形， 然后結合電解質溶液來確定反應的生成物， 最后結合守恒定律書寫電極反應式。而對于較為復雜的電極反應， 則可以采用“差減”法來拆解。
【例2】　(全國卷Ⅲ改編)為提升電池循環效率和穩定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D－Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3D－Zn—NiOOH二次電池，結構如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列說法錯誤的是(　　)
A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高
B.充電時與電源正極相連的電極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C.放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D.放電過程中OH－通過隔膜從負極區移向正極區
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【題后歸納】　電極反應式書寫中5個常設錯誤
(1)電極反應類型錯誤，如被氧化寫成被還原。
(2)電極反應式中得失電子情況錯誤，如負極反應式中出現得電子。
(3)書寫電極反應式時，未關注電解質情況，如水溶液中出現O2－，酸性溶液中出現OH－，堿性溶液中出現H＋，熔融碳酸鹽電解質中出現OH－或H＋。
(4)電極反應式中反應物或產物判斷錯誤。
(5)總反應式書寫錯誤。
2.DBFC是一種新型硼氫化鈉燃料電池，其工作原理如圖所示，下列說法中不正確的是(　　)
A.硼氫化鈉中H為－1價，過氧化氫中O也為－1價
B.外電路中電子由a極移向b極
C.該電池不適宜在高溫環境下工作
D.a極的電極反應方程式為BH－8e－＋2H2O===BO＋8H＋
3.利用O2輔助的Al－CO2電池電容量大，工作原理如圖所示，能有效地將CO2轉化成化工原料草酸鋁Al2(C2O4)3，下列說法不正確的是(　　)
A.多孔碳電極為電池的正極，發生還原反應
B.氧氣在反應過程中作為氧化劑，最終轉化為C2O
C.電池的負極反應式為Al－3e－===Al3＋
D.電池的正極反應可以表示為2CO2＋2e－===C2O
(三)“三向”——判斷移向
“三向”， 即判斷移動方向， 包括電子移向和離子移向， 分析時需要把握電池的充放電過程， 利用相應的原理加以判斷。以放電過程為例， 電子移向為： 負極→外電路→正極； 離子移動方向為：陽離子→正極， 陰離子→負極。對于涉及離子交換膜的裝置， 陽離子將透過陽離子交換膜， 陰離子將透過陰離子交換膜。
【例3】　(全國卷Ⅲ)一種可充電鋰－空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是(　　)
A.放電時，多孔碳材料電極為負極
B.放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極
C.充電時，電解質溶液中Li＋向多孔碳材料區遷移
D.充電時，電池總反應為Li2O2－x===2Li＋(1－)O2
【題后歸納】　
電子流動或離子移動方向錯誤在該類題目中經常出現，主要表現為：
(1)電子流動方向錯誤或電子流過電解質溶液，如例3中選項B即為電子流動方向錯誤。
(2)離子移動方向錯誤，如例3中選項C為充電時離子移動方向錯誤，例2中選項D為放電時離子移動方向錯誤。
4.鈉碘電池的兩極材料之一是聚2－乙烯吡啶(簡寫為P2VP)與I2的復合物，采用碘化鈉電解液，放電時電池總反應為2Na＋P2VP·nI2===P2VP·(n－1)I2＋2NaI。下列說法正確的是(　　)
A.碘化鈉電解液由碘化鈉固體溶于水得到
B.該電池放電時，鈉電極發生還原反應
C.該電池放電時，碘離子移向復合物電極
D.正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2e－＋2Na＋===P2VP·(n－1)I2＋2NaI
5.電化學鋰介導的氮還原反應(Li—NRR)使NH3生產技術更簡單、規模更靈活，其原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
A.電極B為負極，發生氧化反應
B.制氨過程中向A極移動
C.電極B的反應式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N
D.制氨過程中，電流由電極A經外電路流向電極B
(四)“四變”——解析變化
“四變”， 即電池工作時的物質變化， 需要深入分析電極質量變化和溶液的 pH 變化。電池在充放電過程中，電極上會發生氧化還原反應，可能存在物質聚集或缺失，分析時需要結合相應的守恒定理來加以計算。對于電解質溶液的pH變化，則需要關注電極反應時溶液中OH－和 H＋的濃度變化。
【例4】　(全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)－空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發生反應：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
該電池工作時，下列說法錯誤的是(　　)
A.負載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標準狀況)O2參與反應
B.正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高
C.電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D.電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【題后歸納】　
(1)電極質量的變化
依據電極反應分析電極質量的變化。如鉛蓄電池放電時Pb→PbSO4，PbO2→PbSO4，PbSO4在兩極上生成，當有1 mol電子通過時，負極增重48 g，正極增重32 g。
(2)溶液pH的變化
依據電極反應分析溶液的變化。如果c(OH－)增大或c(H＋)減小則pH變大，反之則pH變小。如果n(OH－)或n(H＋)不變但溶液體積減小則pH也變大或變小。
6.從NaHPbO2溶液中回收Pb的原電池裝置如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.a極為原電池的正極
B.溶液中Na＋從b極區遷移至a極區
C.b極區的電極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O
D.該原電池工作一段時間后，a極區溶液的pH減小
7.(2023·山東師大附中高二月考)Licht等科學家設計的Al—MnO電池原理如圖所示，電池總反應為Al＋2H2O＋MnO===[Al(OH)4]－＋MnO2，下列說法正確的是(　　)
(只允許陽離子通過)
A.電池工作時，K＋向Al極區移動
B.該電池工作過程中，Al極區KOH溶液濃度增大
C.正極的電極反應式為MnO＋4H＋＋3e－===MnO2＋2H2O
D.理論上電路中每通過1 mol電子，負極質量減小9 g
：課后完成　第四章　提升課時8提升課時8　化學電源在高考中的考查
學習目標　1.了解化學電源在高考中的考查方式和特點。2.結合原電池的工作原理，明確解答化學電源類考題的方法策略。
四維度突破常考化學電源
“新型化學電源”是高中化學的熱點， 也是電化學部分的重難點知識。可從“一極、二式、三向、四變”四維度來把握化學電源的重難點，即明晰電源的電極，正確書寫電極反應式， 準確判斷移動方向， 深入解析工作變化。
(一)“一極”——明晰電極
“一極”， 即明晰化學電源的電極，也是分析化學電源的首要內容， 可以通過電極材料、電極反應類型、粒子移動方向等內容來確定電極名稱。以電極的正、負極判斷為例，可以構建電極與元素化合價升降、氧化還原反應之間的關聯。
【例1】　(湖南卷改編)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A.放電時，N極為正極
B.放電時，M極為負極
C.充電時，M極的電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn
D.隔膜只允許陽離子通過
答案　D
解析　由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2＋2e－===2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側，同時鋅離子通過交換膜進入右側，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，N電極與直流電源的正極相連。放電時，N電極為電池的正極，M極為負極，所以A和B均正確；充電時，M電極與直流電源的負極相連，鋅離子得到電子發生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn，C正確；放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變，D錯誤。
【題后歸納】　判斷電池(電源)正、負極的5種方法
1.科學家研發了一種新型短路膜電池，利用這種電池可以消除空氣中的CO2，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.甲電極為正極，發生氧化反應
B.乙電極的電極反應式為H2＋2HCO＋2e－===2H2O＋2CO2
C.電子流向：負極→電解質→正極
D.乙電極為負極，發生還原反應
答案　C
解析　由圖可知乙電極通入的是氫氣，失去電子發生氧化反應是負極，甲電極一端通入的是二氧化碳，發生還原反應是正極，短路膜中可以移動的有電子和離子。甲電極為正極，發生還原反應，乙電極為負極，發生氧化反應，所以A和D均錯誤；乙電極為負極發生失電子反應，電極反應式為H2＋2HCO－2e－===2H2O＋2CO2，B錯誤；從示意圖可知，電子可以通過短路膜，因此電子流向：負極→電解質→正極，C正確。
(二)“二式”——書寫反應式
“二式”， 即書寫電極反應式， 基本策略為明確電極反應類型、根據參與反應物、結合電荷守恒定律， 因此學習時需要總結相應的書寫規律。以“放電”時的正、負極書寫為例， 首先確定物質得失電子情形， 然后結合電解質溶液來確定反應的生成物， 最后結合守恒定律書寫電極反應式。而對于較為復雜的電極反應， 則可以采用“差減”法來拆解。
【例2】　(全國卷Ⅲ改編)為提升電池循環效率和穩定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3DZn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3DZn—NiOOH二次電池，結構如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列說法錯誤的是(　　)
A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高
B.充電時與電源正極相連的電極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C.放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D.放電過程中OH－通過隔膜從負極區移向正極區
答案　D
解析　該電池采用的三維多孔海綿狀Zn具有較大的表面積，可以高效沉積ZnO，且所沉積的ZnO分散度高，A正確；根據題干中總反應可知該電池充電時，Ni(OH)2與電源正極相連，發生氧化反應生成NiOOH，其電極反應式為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正確；放電時Zn在負極發生氧化反應生成ZnO，電極反應式為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正確；電池放電過程中，OH－等陰離子通過隔膜從正極區移向負極區，D錯誤。
【題后歸納】　電極反應式書寫中5個常設錯誤
(1)電極反應類型錯誤，如被氧化寫成被還原。
(2)電極反應式中得失電子情況錯誤，如負極反應式中出現得電子。
(3)書寫電極反應式時，未關注電解質情況，如水溶液中出現O2－，酸性溶液中出現OH－，堿性溶液中出現H＋，熔融碳酸鹽電解質中出現OH－或H＋。
(4)電極反應式中反應物或產物判斷錯誤。
(5)總反應式書寫錯誤。
2.DBFC是一種新型硼氫化鈉燃料電池，其工作原理如圖所示，下列說法中不正確的是(　　)
A.硼氫化鈉中H為－1價，過氧化氫中O也為－1價
B.外電路中電子由a極移向b極
C.該電池不適宜在高溫環境下工作
D.a極的電極反應方程式為BH－8e－＋2H2O===BO＋8H＋
答案　D
解析　由化合價代數和為0可知，硼氫化鈉中氫元素的化合價為－1價，過氧化氫中氧元素的化合價也為－1價，故A正確；由圖可知，a電極為燃料電池的負極，堿性條件下四氫合硼酸根離子在負極失去電子發生氧化反應生成偏硼酸根離子和水，電極反應式為BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O，b電極為正極，過氧化氫在正極得到電子發生還原反應生成氫氧根離子，電極反應式為H2O2＋2e－===2OH－。則燃料電池工作時，外電路中電子由a極移向b極，B正確；過氧化氫受熱易發生分解反應，所以該電池不適宜在高溫環境下工作，C正確。
3.利用O2輔助的Al－CO2電池電容量大，工作原理如圖所示，能有效地將CO2轉化成化工原料草酸鋁Al2(C2O4)3，下列說法不正確的是(　　)
A.多孔碳電極為電池的正極，發生還原反應
B.氧氣在反應過程中作為氧化劑，最終轉化為C2O
C.電池的負極反應式為Al－3e－===Al3＋
D.電池的正極反應可以表示為2CO2＋2e－===C2O
答案　B
解析　在多孔碳電極上氧氣得電子被還原，所以多孔碳電極為正極，發生還原反應，A正確；O2＋4e－===2O2－，繼續發生反應2O2－＋4CO2===O2＋2C2O，可見氧氣為反應的催化劑，B錯誤；Al元素價態升高失電子，故鋁電極為負極，電極反應式為Al－3e－===Al3＋，C正確；正極反應為O2＋4e－===2O2－，繼續發生反應2O2－＋4CO2===O2＋2C2O，正極反應可以表示為2CO2＋2e－===C2O，D正確。
(三)“三向”——判斷移向
“三向”， 即判斷移動方向， 包括電子移向和離子移向， 分析時需要把握電池的充放電過程， 利用相應的原理加以判斷。以放電過程為例， 電子移向為： 負極→外電路→正極； 離子移動方向為：陽離子→正極， 陰離子→負極。對于涉及離子交換膜的裝置， 陽離子將透過陽離子交換膜， 陰離子將透過陰離子交換膜。
【例3】　(全國卷Ⅲ)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是(　　)
A.放電時，多孔碳材料電極為負極
B.放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極
C.充電時，電解質溶液中Li＋向多孔碳材料區遷移
D.充電時，電池總反應為Li2O2－x===2Li＋(1－)O2
答案　D
解析　放電時，O2與Li＋在多孔碳電極處反應，說明電池內，Li＋向多孔碳電極移動，因為陽離子移向正極，所以多孔碳電極為正極，A錯誤。因為多孔碳電極為正極，外電路電子應該由鋰電極流向多孔碳電極(由負極流向正極)，B錯誤。充電和放電時電池中離子的移動方向應該相反，放電時，Li＋向多孔碳電極移動，充電時向鋰電極移動，C錯誤。根據圖示和上述分析，電池的正極反應應該是O2與Li＋得電子轉化為Li2O2－x，電池的負極反應應該是單質Li失電子轉化為Li＋，所以總反應為：2Li＋(1－)O2===Li2O2－x，充電的反應與放電的反應相反，所以為Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D正確。
【題后歸納】　
電子流動或離子移動方向錯誤在該類題目中經常出現，主要表現為：
(1)電子流動方向錯誤或電子流過電解質溶液，如例3中選項B即為電子流動方向錯誤。
(2)離子移動方向錯誤，如例3中選項C為充電時離子移動方向錯誤，例2中選項D為放電時離子移動方向錯誤。
4.鈉碘電池的兩極材料之一是聚2乙烯吡啶(簡寫為P2VP)與I2的復合物，采用碘化鈉電解液，放電時電池總反應為2Na＋P2VP·nI2===P2VP·(n－1)I2＋2NaI。下列說法正確的是(　　)
A.碘化鈉電解液由碘化鈉固體溶于水得到
B.該電池放電時，鈉電極發生還原反應
C.該電池放電時，碘離子移向復合物電極
D.正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2e－＋2Na＋===P2VP·(n－1)I2＋2NaI
答案　D
解析　由總反應可知，鈉碘電池的正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2Na＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2NaI，故復合物電極為正極；鈉較為活潑，失去電子發生氧化反應為負極，負極反應式為2Na－2e－===2Na＋，電極材料必須能夠導電，原電池中陰離子移向負極、陽離子移向正極；鈉為活潑金屬，會和水反應，故不能溶于水形成電解液，A錯誤； 該電池放電時，鈉電極發生氧化反應，B錯誤；該電池放電時，碘離子移向負極鈉電極，C錯誤；正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2Na＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2NaI，D正確。
5.電化學鋰介導的氮還原反應(Li—NRR)使NH3生產技術更簡單、規模更靈活，其原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
A.電極B為負極，發生氧化反應
B.制氨過程中向A極移動
C.電極B的反應式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N
D.制氨過程中，電流由電極A經外電路流向電極B
答案　C
解析　該電池為原電池，H2在A極放電，說明電極A為負極，發生氧化反應，電極B為正極，發生還原反應，A項錯誤；制氨過程中，帶正電的原子團向正極移動，B項錯誤；電極B的反應式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N，C項正確；電流由電極B經外電路流向電極A，D項錯誤。
(四)“四變”——解析變化
“四變”， 即電池工作時的物質變化， 需要深入分析電極質量變化和溶液的 pH 變化。電池在充放電過程中，電極上會發生氧化還原反應，可能存在物質聚集或缺失，分析時需要結合相應的守恒定理來加以計算。對于電解質溶液的pH變化，則需要關注電極反應時溶液中OH－和 H＋的濃度變化。
【例4】　(全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發生反應：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
該電池工作時，下列說法錯誤的是(　　)
A.負載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標準狀況)O2參與反應
B.正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高
C.電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D.電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極
答案　B
解析　由題給信息知VB2電極上發生失電子的氧化反應，則VB2電極為負極，復合碳電極為正極，正極發生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，則電路中通過0.04 mol e－時，正極有0.01 mol O2參加反應，其在標準狀況下的體積為0.224 L，A項正確；由正、負極的電極反應式可知，該電池工作時，負極區溶液的pH降低，正極區溶液的pH升高，B項錯誤；電池的總反應方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C項正確；電流與電子的流動方向相反，電流從正極出發，沿負載流向負極，再經過溶液最終回到正極，D項正確。
【題后歸納】　
(1)電極質量的變化
依據電極反應分析電極質量的變化。如鉛蓄電池放電時Pb→PbSO4，PbO2→PbSO4，PbSO4在兩極上生成，當有1 mol電子通過時，負極增重48 g，正極增重32 g。
(2)溶液pH的變化
依據電極反應分析溶液的變化。如果c(OH－)增大或c(H＋)減小則pH變大，反之則pH變小。如果n(OH－)或n(H＋)不變但溶液體積減小則pH也變大或變小。
6.從NaHPbO2溶液中回收Pb的原電池裝置如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.a極為原電池的正極
B.溶液中Na＋從b極區遷移至a極區
C.b極區的電極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O
D.該原電池工作一段時間后，a極區溶液的pH減小
答案　D
解析　NaHPbO2回收Pb，化合價降低，在正極反應，a極為原電池的正極，A正確；原電池溶液中陽離子可透過陽離子交換膜移向正極，b極為負極，a極為正極，B正確；b極氫氣放電，電解質為氫氧化鈉，電極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O，C正確；a極區HPbO＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－，該原電池工作一段時間后，a極區溶液的pH增大，D錯誤。
7.(2023·山東師大附中高二月考)Licht等科學家設計的Al—MnO電池原理如圖所示，電池總反應為Al＋2H2O＋MnO===[Al(OH)4]－＋MnO2，下列說法正確的是(　　)
(只允許陽離子通過)
A.電池工作時，K＋向Al極區移動
B.該電池工作過程中，Al極區KOH溶液濃度增大
C.正極的電極反應式為MnO＋4H＋＋3e－===MnO2＋2H2O
D.理論上電路中每通過1 mol電子，負極質量減小9 g
答案　D
解析　根據電池總反應分析，鋁為電池的負極，失去電子生成四羥基合鋁酸根離子，高錳酸根離子在正極得到電子生成二氧化錳。則圖中左側鋁為負極，右側多孔鎳為正極。電池中陽離子向正極移動，即溶液中的鉀離子通過陽離子交換膜進入右室，A錯誤；電池工作時，鋁失去電子結合氫氧根離子生成四羥基合鋁酸根離子，故鋁電極附近氫氧化鉀的濃度減小，B錯誤；正極的電極反應式為MnO＋2H2O＋3e－===MnO2＋4OH－，C錯誤；1 mol鋁反應轉移3 mol電子，故理論上電路中通過1 mol電子，負極有 mol鋁反應，質量減少9 g，D正確。
1.一種新型的高性能、低成本的鋰鋁－石墨雙離子電池。該電池放電時的總反應為AlLi＋CxPF6===Al＋xC＋Li＋＋PF。關于放電正確的是(　　)
A.AlLi合金為負極，發生還原反應
B.Li＋向負極移動
C.CxPF6發生的電極反應為CxPF6＋e－===xC＋PF
D.正極和負極的質量變化相等
答案　C
解析　AlLi為合金，元素化合價為零價，在放電總反應中Li轉化為Li＋，失電子化合價升高，發生氧化反應，A錯誤；在原電池中陽離子向正極移動，Li＋應向正極移動，B錯誤；放電總反應中Li轉化為Li＋，失電子化合價升高，AlLi合金為負極，CxPF6為正極，正極發生得電子還原反應，電極反應為CxPF6＋e－===xC＋PF，C正確；每轉移1 mol電子，負極Li轉化為Li＋，進入電解質，負極質量減少7 g，正極CxPF6＋e－===xC＋PF，PF進入電解質，正極質量減少145 g，正極和負極的質量變化不相等，D錯誤。
2.HCOOH燃料電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.放電時K＋通過離子交換膜向左遷移
B.正極的電極反應為HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O
C.放電過程中需補充的物質X為H2SO4
D.每轉移0.4 mol電子，理論上消耗1.12 L O2
答案　C
解析　由該工作原理圖可知，左側是由HCOOH和KOH轉化為KHCO3，C的化合價由＋2價升高為＋4價，被氧化，故左側為負極，右側通入O2為正極。原電池中電解質溶液中的陽離子移向原電池的正極，故放電時K＋通過隔膜向右遷移，A錯誤；燃料電池正極為O2得電子產物與電解質反應生成水，則電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B錯誤；從圖中可以看出，右側流出K2SO4，K＋來自負極的遷移，則X中含有硫酸根離子，右側不斷為反應提供H＋，所以放電過程中需補充的物質X為H2SO4，C正確；未指明溫度和壓強，無法計算，D錯誤。
3.(2023·寧德高二期末)鋰空氣充電電池有望成為電池行業的“明日之星”，其放電時的工作原理如圖所示。已知電池反應：2Li＋O2Li2O2。下列說法錯誤的是(　　)
A.電池工作時，正極的電極反應式：O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2
B.放電時，B極消耗22.4 L的O2，外電路中通過2 mol電子
C.充電時，B電極上的電勢比A電極上的高
D.充電時，A極接電源的負極
答案　B
解析　電池工作時為原電池，正極得電子發生還原反應，根據總反應可知應是O2得電子結合遷移到正極的Li＋生成Li2O2，電極反應為O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，A正確；未注明是否為標準狀況，無法確定22.4 L氧氣的物質的量，B錯誤；放電時，Li電極發生氧化反應，為負極，則充電時A電極與電源負極相連，B電極與電源正極相連，B極的電勢高于A極，C正確；充電時，A電極連接電源的負極，D正確。
4.(2024·重慶巴蜀中學高二月考)中科院研究了一款獨特的鋰氮(Li—N)電池，電解質溶液為可傳導Li＋的有機溶液，該電池可實現氮氣的循環，并對外提供電能。充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li。下說法不正確的是(　　)
A.鋰氮電池為綠色固氮提供了一種可能的途徑
B.放電時，Li被N2氧化
C.放電時，乙電極發生的反應為N2－6e－===2N3－
D.理論上，該電池每完成一個充、放電周期，電池的總質量不會發生改變
答案　C
解析　鋰－氮電池放電時消耗N2，充電時釋放N2，實現了N2的循環，為綠色固氮提供了一種可能的途徑，A正確；充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li，則放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，Li被N2氧化為Li3N，B正確；放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，乙為正極，電極方程式為N2＋6e－＋6Li＋===2Li3N，C錯誤；電池充電時發生的反應為2Li3N===N2＋6Li，放電時發生反應N2＋6Li===2Li3N，理論上，該電池每完成一個充、放電周期，電池的總質量不會發生改變，D正確。
5.一氧化氮－空氣質子交換膜燃料電池將化學能轉化成電能的同時，實現了制硝酸、發電、環保三位一體的結合，其原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.Pt2電極的電勢高于Pt1電極的電勢
B.燃料電池總反應為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
C.Pt1電極附近發生的反應為NO＋2H2O＋3e－===NO＋4H＋
D.該電池放電時H＋從Pt1電極通過質子交換膜向Pt2電極移動
答案　C
解析　根據NO和水變為硝酸，化合價升高，說明Pt1電極為負極，因此Pt2電極的電勢高于Pt1電極的電勢，A正確；根據正極反應式和負極反應式得到燃料電池總反應為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故B正確；Pt1電極NO變為硝酸，則負極附近發生的反應為NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋，故C錯誤；原電池“同性相吸”，則該電池放電時H＋從Pt1電極通過質子交換膜向Pt2電極移動，D正確。
6.鹽酸羥胺(化學式為NH3OHCl，其中N為－1價)是一種常見的還原劑和顯像劑，其化學性質類似NH4Cl。工業上主要采用如圖1所示的方法制備，其電池裝置中含Fe的催化電極的電極反應機理如圖2所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.含Fe的催化電極為正極
B.圖2中，A為H＋，B為NH3OH＋
C.電池工作時，每消耗2.24 L NO(標準狀況下)，左室溶液質量增加3.0 g
D.電池工作時，H＋從右室穿過氫離子交換膜向左室遷移
答案　C
解析　根據圖示，含Fe的催化電極通入NO生成NH3OHCl，N元素化合價降低，含Fe的催化電極為正極，電極反應為NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，A正確；圖2中NH2OH和A反應生成B，則A為H＋，B為NH3OH＋，B正確；根據NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，電池工作時，每消耗2.24 L NO(標準狀況下)，電路中轉移0.3 mol電子，有0.3 mol H＋由右室移入左室，所以左室溶液質量增加0.1 mol×30 g/mol＋0.3 g＝3.3 g，C錯誤；原電池中，H＋從右室穿過氫離子交換膜向左室遷移，D正確。
7.科學家設想利用圖示裝置進行CO2的固定，同時產生電能，該裝置工作時，生成的碳附著在電極上，下列說法錯誤的是(　　)
(只允許陽離子通過)
A.多孔催化劑電極為正極，放電時發生還原反應
B.采用多孔催化劑電極有利于CO2擴散到電極表面
C.導線中流過2 mol e－，理論上就有2 mol Li＋由負極區進入正極區
D.負極區可以選用LiCl水溶液作電解質溶液
答案　D
解析　由鋰離子的移動方向可知，電解板(Li)為原電池的負極，鋰在負極失去電子發生氧化反應生成鋰離子，電極反應式為Li－e－===Li＋，多孔催化劑電極為正極，二氧化碳在正極得到電子發生還原反應生成碳酸根離子和碳，電極反應式為3CO2＋4e－===2CO＋C。由分析可知，多孔催化劑電極為正極，二氧化碳在正極得到電子發生還原反應生成碳酸根離子和碳，A正確；多孔催化劑電極可以增大電極的表面積，有利于二氧化碳擴散到電極表面參與放電，B正確；導線中流過2 mol電子，負極生成2 mol的鋰離子通過陽離子交換膜由負極區進入正極區，C正確；鋰能與水反應生成氫氧化鋰和氫氣，則負極區不能選用水溶液作電解質溶液，D錯誤。
8.一種新型電池是利用催化劑Ag@AgBr/mp—TiO2光降解2萘酚()，將其處理成無害物，裝置如圖。下列說法正確的是(　　)
A.工作時的負極發生反應：－46e－＋23O2－===10CO2↑＋4H2O
B.裝置只是將化學能轉化為電能
C.工作時，O2－從負極遷移到正極
D.b極電勢高于a極
答案　A
解析　b極為負極，電極反應式為－46e－＋23O2－===10CO2↑＋4H2O，A正確；該裝置為原電池，由圖可知，光能和化學能轉化為電能，B錯誤；原電池工作時，O2－(陰離子)從正極遷移到負極，C錯誤；a極為正極，b極為負極，a極電勢高于b極，D錯誤。
9.熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質的無水LiCl—KCl混合物一旦受熱熔融，電池瞬間即可輸出電能。該電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，關于該電池的下列有關說法正確的是(　　)
A.正極電極反應式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
B.放電過程中Li＋向鈣電極移動
C.若將電解質改為LiCl—KCl溶液，對電池無影響
D.每轉移0.1 mol電子，理論上生成10.35 g Pb
答案　D
解析　鈣電極為熱激活電池的負極，鈣失去電子發生氧化反應生成鈣離子，電極反應式為Ca－2e－===Ca2＋，A錯誤；鈣電極為熱激活電池的負極，硫酸鉛為正極，放電過程中，陽離子鋰離子向硫酸鉛電極移動，B錯誤；鈣能與水反應生成氫氧化鈣和氫氣，則將電解質改為LiCl—KCl溶液，鈣電極被損耗，無法形成原電池，C錯誤；由電池總反應可知，反應生成1 mol鉛，反應轉移2 mol電子，則轉移0.1 mol電子，理論上生成鉛的質量為0.1 mol××207 g/mol＝10.35 g，D正確。
10.我國科學家最近發明了一種Zn—PbO2電池，電解質為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開，形成A、B、C三個電解質溶液區域。
回答下列問題：
(1)電池中，Zn為________極，B區域的電解質為________(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。
(2)電池正極反應的方程式為____________________________________
__________________________________________________________。
(3)陽離子交換膜為圖中的________膜(填“a”或“b”)。
(4)此電池中，消耗6.5 g Zn，理論上導線中轉移________ mol電子。
(5)已知E為電池電動勢[電池電動勢即電池的理論電壓，是兩個電極電位之差，E＝E(＋)－E(－)]，則該電池與傳統鉛酸蓄電池相比較，EZn—PbO2________EPb—PbO2(填“>”“＝”或“<”)。
答案　(1)負　K2SO4　(2)PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O　(3)a　(4)0.2　(5)>
解析　該電池為Zn—PbO2電池，從圖中可知，Zn發生氧化反應轉化為[Zn(OH)4]2－，故鋅極為負極、PbO2極為正極，則A區為KOH，B區為K2SO4，C區為H2SO4；放電時正極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，負極反應為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，為了使溶液維持電中性，A區鉀離子進入B，C區硫酸根離子進入B，故a為陽離子交換膜、b為陰離子交換膜。(1)由分析可知，鋅失去電子，為原電池的負極，電池中PbO2正極；A區域電解質為KOH，C區域的電解質為H2SO4，B區域的電解質為K2SO4。(2)該電池的正極二氧化鉛得電子生成硫酸鉛，其電極反應式為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。(3)正極消耗氫離子，負極消耗氫氧根離子，為了使溶液維持電中性，A區鉀離子進入B，C區硫酸根離子進入B，故a為陽離子交換膜、b為陰離子交換膜。(4)該電池中，1個鋅原子失2個電子生成鋅離子，則消耗6.5 g Zn，理論上導線中轉移0.2 mol電子。(5)鋅活潑性強于鉛，所以鋅電極的電極電位比鉛電極的低，二者正極材料相同，根據電池電動勢定義可知，該電池與傳統鉛酸蓄電池相比較EZn—PbO2>EPb—PbO2。

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