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第34讲　原电池　常见化学电源
【复习目标】　1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
考点一　原电池工作原理及应用
1.概念
原电池是把化学能转化为电能的装置。
2.构成条件
(1)反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)电极：一般是金属活动性不同的两电极(燃料电池除外)。
(3)闭合回路：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。
【微思考1】　下列装置不能构成原电池的是　　　　(填序号)。
提示：①③④⑤⑥
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
【微思考2】　盐桥的组成和作用
(1)盐桥的组成：　　　　　　　。
(2)盐桥的作用：①　　　　　　　；
②　　　　　　　。
(3)盐桥中离子移向：阴离子移向　　极，阳离子移向　　极。
提示：(1)盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，K＋、Cl－可在其中自由移动　(2)①连接内电路，形成闭合回路　②平衡电荷，使原电池不断产生电流　(3)负　正
学生用书 第197页
原电池及其工作原理
1.某同学为探究Ag＋和Fe2＋的反应，按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，发现电压表指针偏移。电子由石墨经导线流向银。放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。则电压表指针逆向偏移后，银为　　　(填“正”或“负”)极。由实验得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式是　　　　　　　。
答案：负　Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag
2.构成原电池的条件有很多，当电解质中某离子的浓度越大时其氧化性或还原性越强。某化学实验小组用如图所示的装置实验，发现电流表指针发生偏转。
(1)电极A作　　　　极，电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。
(2)电极B作　　　　极，电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。
(3)硝酸根离子移向　　　　(填“A”或“B”)极。
(4)由此得出的结论是，原电池反应的发生不仅与电极材料和电解质的性质有关，还与电解质的　　　　有关。
答案：(1)负　Ag－e－Ag＋
(2)正　Ag＋＋e－Ag　(3)A　(4)浓度
原电池的工作原理简图
原电池原理的应用
3.根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是(　　)
A.2Ag(s)＋Cd2＋(aq)2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B.Co2＋(aq)＋Cd(s)Co(s)＋Cd2＋(aq)
C.2Ag＋(aq)＋Cd(s)2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D.2Ag＋(aq)＋Co(s)2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案：A
解析：由第一个原电池装置中正、负极的标注可知，该装置在反应过程中Cd失去电子作负极，发生氧化反应，则Co电极在反应过程中就要发生还原反应，则Cd的金属性强于Co；由第二个原电池装置中正、负极的标注可知，Co在反应过程中失去电子，则Ag电极就要在反应过程中得到电子，说明Co的金属性强于Ag；综上可知三者的金属性强弱顺序为Cd＞Co＞Ag。再根据在氧化还原反应中，由活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知，A项错误。
4.根据反应2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2设计原电池，在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液，写出电极反应式。
①不含盐桥 ②含盐桥
负极：___________________ 正极：___________________
答案：
①不含盐桥 ②含盐桥
负极：Cu－2e－Cu2＋ 正极：2Fe3＋＋2e－2Fe2＋
画原电池装置图常见失分点 失分点一：不注明电极材料名称或元素符号。 失分点二：不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 失分点三：误把盐桥画成导线。 失分点四：不能连成闭合回路。
5.把适合题意图像的对应字母填在横线上。
学生用书 第198页
(1)向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是　　　。
(2)向过量的两份锌粉a、b中分别加入等量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是　　　。
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是　　　。
答案：(1)A　(2)B　(3)C
解析：加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小，所以A项正确；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多，所以B项正确；(3)当把(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。
原电池原理的四大应用 1.比较金属的活动性强弱：原电池中，一般是活动性较强的金属作负极 (注意电解质溶液对电极反应的影响)。 2.加快化学反应速率：反应形成原电池时，反应速率加快。 3.用于金属的防护。 4.设计制作化学电源 (1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。 (2)根据原电池工作原理，结合两个半反应选择正、负电极材料以及电解质溶液。
考点二　常见化学电源
1.一次电池
碱性锌锰干电池 负极材料：Zn。 负极反应：Zn＋2OH——2e－Zn(OH)2。 正极材料：MnO2。 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－2MnO(OH)＋2OH－。 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
纽扣式锌银电池 总反应：Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。 电解质溶液：KOH溶液。 负极材料：Zn。 负极反应：Zn＋2OH——2e－Zn(OH)2。 正极材料：Ag2O。 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。
2.二次电池——可充电电池或蓄电池
铅酸蓄电池总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(1)放电时
负极：Pb＋S－2e－PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O。
放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗2 mol H2SO4。
(2)充电时
阴极：PbSO4＋2e－Pb＋S；
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋S。
充电时电极的连接：正接正作阳极，负接负作阴极。
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N－NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
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(2)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
电池 酸性 碱性或中性
负极反应式 2H2－4e－4H＋ 2H2－4e－＋4OH－4H2O
正极反应式 O2＋4e－＋4H＋2H2O O2＋4e－＋2H2O4OH－
总反应式 2H2＋O22H2O
备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
【微思考】　
以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
(1)酸性溶液(或含质子交换膜)
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)碱性溶液
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)熔融碳酸盐(C)
正极(通入CO2)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示：(1)O2＋4e－＋4H＋2H2O
CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
(2)O2＋4e－＋2H2O4OH－
CH3OH－6e－＋8OH－C＋6H2O
(3)O2＋4e－2O2－
CH3OH－6e－＋3O2－CO2↑＋2H2O
(4)O2＋4e－＋2CO22C
CH3OH－6e－＋3C4CO2↑＋2H2O
多样化的燃料电池
1.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　)
A.通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移
B.负极反应式：C2H6＋18OH－＋14e－2C＋12H2O
C.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强
D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能
答案：C
解析：气体所处的状态未知，不能计算5.6 L O2的物质的量，故A错误；乙烷燃料电池中，负极上乙烷失去电子发生氧化反应，电解质溶液呈碱性，则其电极反应式为C2H6＋18OH——14e－2C＋12H2O，故B错误；该电池工作时，正极反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，生成OH－，正极附近溶液的碱性增强，故C正确；燃料的化学能不能全部转化为电能，还转化为热能等其他形式的能量，故D错误。
2.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　)
A.电池内的O2－由电极乙移向电极甲
B.电池总反应为N2H4＋2O22NO＋2H2O
C.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
答案：A
解析：该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，无法计算O2的体积，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。
解答燃料电池题目的三个关键点 1.要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 2.通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极。 3.通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时考虑该离子参与移向电极的电极反应。
电极的判断和电极反应式的书写
3.原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)
s
A.(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B.(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－6OH－＋3H2↑
C.(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋
D.(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑
答案：B
解析：(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀。
4.根据电池总反应书写电极反应式。
(1)碱性铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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(2)一种锂电池的总反应为CoO2＋LiC6LiCoO2＋C6，Li原子嵌入电池负极材料碳(C6)中。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应式：2AgCl＋MgMg2＋＋2Ag＋2Cl－。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案：(1)Zn－2e－＋2OH－Zn(OH)2
Fe＋4H2O＋3e－Fe(OH)3＋5OH－
(2)LiC6－e－Li＋＋C6
CoO2＋Li＋＋e－LiCoO2
(3)Mg－2e－Mg2＋
AgCl＋e－Ag＋Cl－
电极反应式的书写方法 1.电极反应式书写的一般方法 2.已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法 (1)首先写出较简单的电极反应式。 (2)复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。 (3)注意得失电子守恒。
1.(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
答案：B
解析：分析题图可知，Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，最多去除2 mol Cl－，D错误。
2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.电池工作时，MnO2发生氧化反应
B.电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低，不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
答案：C
解析：Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O，MnO2为正极，电极反应式为MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－。电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；电池工作时，OH－通过隔膜向负极移动，故B错误；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；由电极反应式MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－可知，反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为6.02×1023，故D错误。
3.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应：Pb＋S＋2Fe3＋PbSO4＋2Fe2＋
答案：B
解析：放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋Pb＋S＋2Fe3＋，D错误。
4.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动；血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时，下列叙述错误的是(　　)
A.电池总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
答案：C
解析：由题中信息可知，b电极为原电池负极，发生反应Cu2O－2e－＋2OH－2CuO＋H2O，然后再发生反应C6H12O6＋2CuOC6H12O7＋Cu2O；a电极为原电池正极，发生反应O2＋4e－＋2H2O4OH－，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7，A正确；b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后自身被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；根据反应2C6H12O6＋O22C6H12O7可知，1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子，18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中阳离子从负极向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。
课时测评34　原电池　常见化学电源
(时间：45分钟　满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－11题，每小题4分，共44分。
1.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－E、N－2e－N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)
A.P＞M＞N＞E　　　 B.E＞N＞M＞P
C.P＞N＞M＞E D.E＞P＞M＞N
答案：A
解析：由①知，还原性：M＞N；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故还原性：P＞M；③N、E构成的原电池中，N作负极，故还原性：N＞E；综合上述分析可知，还原性：P＞M＞N＞E，A正确。
2.新型化学电池Zn-K2FeO4，能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染。下列关于其放电时的说法错误的是(　　)
A.负极发生失电子的氧化反应
B.将化学能转化为电能
C.K2FeO4在正极得电子
D.阳离子向负极移动
答案：D
解析：原电池放电时，负极发生失电子的氧化反应，A正确；原电池放电过程是将化学能转化为电能，B正确；新型化学电池Zn-K2FeO4中，Zn作负极，K2FeO4在正极得电子，C正确；原电池放电时，电解质中的阳离子向正极移动，D错误。
3.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是(　　)
A.甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应
B.甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快
C.甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移
D.乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率
答案：D
解析：甲不是原电池，故A错误；甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故乙生成气泡的速率更快，B错误。
4.(2025·保定定州检测)镁－空气电池广泛应用于海洋探索等领域。该电池在工作时，下列说法不正确的是(　　)
A.空气中的O2是正极反应物
B.Mg电极的电极反应式为Mg－2e－Mg2＋
C.电子的移动方向：镁电极→导线→正极
D.当外电路转移4NA电子时，理论上有22.4 L空气参与反应
答案：D
解析：空气中的O2在正极得到电子，是正极反应物，A项正确；Mg在负极失电子生成Mg2＋，电极反应式为Mg－2e－Mg2＋，B项正确；电子从负极经过导线流向正极，C项正确；由正极电极反应式O2＋2H2O＋4e－4OH－有O2～4OH－～4e－，当外电路中转移4 mol电子时，消耗氧气1 mol，即22.4 L(标准状况下)，但空气中氧气只占21％，所需空气不止22.4 L，故D错误。
5.铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.电池放电时，负极质量减轻
B.电池放电时，c(H＋)减小
C.电池充电时总反应为2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4
D.铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低
答案：A
解析：放电时，负极Pb失去电子转化为PbSO4，负极质量增加，A项错误；放电过程中消耗H2SO4，溶液中c(H＋)减小，B项正确。
6.海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂－海水电池构造示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂－海水电池属于一次电池
答案：B
解析：锂－海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O24LiOH，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M极为负极，电极反应为Li－e－Li＋，N极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－，故B错误；海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
7.根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是(　　)
A.a电极为原电池的正极
B.外电路电流方向是a→b
C.b电极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋H2O2
D.a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H＋为2 mol
答案：C
解析：根据题图可知，a极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。
8.K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池下列说法错误的是(　　)
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
答案：D
解析：金属性强的钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比为(1 mol×71 g·mol－1)∶(1 mol×32 g·mol－1)≈2.22∶1，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g·mol－1＝1.8 g，故D错误。
9.我国科学家发明了一种“可固氮”的镁－氮二次电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A.固氮时，电池的总反应为3Mg＋N2Mg3N2
B.脱氮时，钌复合电极的电极反应式为
Mg3N2－6e－3Mg2＋＋N2↑
C.固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极
D.当无水LiCl-MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
答案：C
解析：固氮时该装置为原电池，镁为活泼金属，作负极，被氧化成Mg2＋，钌复合电极为正极，氮气在电极上发生还原反应生成N3－，与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2，所以总反应为3Mg＋N2Mg3N2，故A正确；脱氮时，－3价的氮被氧化，Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应：Mg3N2－6e－3Mg2＋＋N2↑，故B正确；固氮时，镁电极为负极，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C错误；无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D正确。
10.沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图。下列说法中错误的是(　　)
A.碳棒b极电势比碳棒a极电势高
B.光照强度对电池的输出功率无影响
C.碳棒b电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O
D.酸性增强不利于菌落存活，工作一段时间后，电池效率降低
答案：B
解析：根据氢离子的流向可知碳棒b为正极，光合菌产生的O2得电子结合H＋得到H2O，碳棒a为负极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子。b极为正极，a极为负极，正极的电势高于负极，A正确；光照强度越强，光合作用越强，产生的氧气越多，电池的输出功率越大，即光照强度对电池的输出功率有影响，B错误；b为正极，光合菌产生的O2得电子结合H＋得到H2O，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极发生失电子的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
11.以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　)
A.放电过程中，K＋均向负极移动
B.放电过程中，KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案：C
解析：放电过程为原电池，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2的放电量分别是×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。
12.(8分)(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能净化水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
甲的电极反应式为　　　　　　　，
电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为　　　　L。
答案：(1)NO2＋N－e－N2O5
(2)CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2↑＋N2↑＋6H＋33.6
解析：(1)该燃料电池中，通入O2的石墨Ⅱ电极为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－4N，则石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋N－e－N2O5。(2)根据题图可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O22CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗标准状况下O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
13.(8分)利用电化学原理既能合成有机物，又能输出电能。如图所示装置可合成苯胺，反应进行一段时间，负极质量减轻7.8 g，D出口溶液增重0.19 g。
(1)电流的方向为　　　　(填“A→B”或“B→A”)。
(2)生成目标产物的电极反应式为　　　　　　
　　　　　　　。
(3)电流效率η＝　　　　％(η＝×100％，计算结果保留小数点后1位)。
答案：(1)A→B
(2)＋6H＋＋6e－＋2H2O
(3)79.2
解析：(1)由题图可知，Zn为活泼金属，作原电池的负极，多孔惰性电极为正极，电流由正极流向负极，即A→B。(2)在正极得电子被还原为，其中N元素由＋3价降低到－3价，得到6个电子，对应电极反应式为＋6H＋＋6e－＋2H2O。(3)由负极质量减轻7.8 g，结合负极反应：Zn－2e－Zn2＋知，转移电子总数为×2＝0.24 mol，由正极电极反应式知，正极溶液最终增加的质量等于生成苯胺消耗的H＋的质量，即生成苯胺消耗0.19 g H＋，则生成苯胺得到的电子数为＝0.19 mol，则电流效率为×100％≈79.2％。
学生用书 第201页(共71张PPT)
第34讲　原电池　常见化学电源
第八章　化学反应与能量
1.理解原电池的构成、工作原理及应用。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
复习目标
考点一　原电池工作原理及应用
考点二　常见化学电源
课时测评
内容索引
考点一
原电池工作原理及应用
1.概念
原电池是把______能转化为____能的装置。
2.构成条件
(1)反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)电极：一般是金属活动性不同的两电极(燃料电池除外)。
(3)闭合回路：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。
必备知识 整合
化学
电
1
下列装置不能构成原电池的是　　 　　(填序号)。
①③④⑤⑥
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
2
盐桥的组成和作用
(1)盐桥的组成：__________________________________________
____________　　　　。
(2)盐桥的作用：①　　　　　 　　；
②　　　 　　　　。
(3)盐桥中离子移向：阴离子移向　　极，阳离子移向　　极。
盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，K＋、Cl－可
在其中自由移动
连接内电路，形成闭合回路
平衡电荷，使原电池不断产生电流
负
正
考向1 原电池及其工作原理
1.某同学为探究Ag＋和Fe2＋的反应，按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，发现电压表指针偏移。电子由石墨经导线流向银。放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。则电压表指针逆向偏移后，银为　　　(填“正”或“负”)极。由实验得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式是　　　　　 　　。
关键能力 提升
负
Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag
2.构成原电池的条件有很多，当电解质中某离子的浓度越大时其氧化性或还原性越强。某化学实验小组用如图所示的装置实验，发现电流表指针发生偏转。
(1)电极A作　　　　极，电极反应式为__________________　。
(2)电极B作　　　　极，电极反应式为__________________　。
(3)硝酸根离子移向　　　　(填“A”或“B”)极。
(4)由此得出的结论是，原电池反应的发生不仅与电极材料和电解质的性质有关，还与电解质的　　　　有关。
负
Ag－e－Ag＋
正
Ag＋＋e－Ag
A
浓度
原电池的工作原理简图
练后归纳
考向2 原电池原理的应用
3.根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是
A.2Ag(s)＋Cd2＋(aq)2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B.Co2＋(aq)＋Cd(s)Co(s)＋Cd2＋(aq)
C.2Ag＋(aq)＋Cd(s)2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D.2Ag＋(aq)＋Co(s)2Ag(s)＋Co2＋(aq)
√
由第一个原电池装置中正、负极的标注可知，该装置在反应过程中Cd失去电子作负极，发生氧化反应，则Co电极在反应过程中就要发生还原反应，则Cd的金属性强于Co；由第二个原电池装置中正、负极的标注可知，Co在反应过程中失去电子，则Ag电极就要在反应过程中得到电子，说明Co的金属性强于Ag；综上可知三者的金属性强弱顺序为Cd＞Co＞Ag。再根据在氧化还原反应中，由活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知，A项错误。
4.根据反应2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2设计原电池，在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液，写出电极反应式。
①不含盐桥 ②含盐桥

负极：___________________ 正极：___________________ Cu－2e－Cu2＋
2Fe3＋＋2e－2Fe2＋
画原电池装置图常见失分点
失分点一：不注明电极材料名称或元素符号。
失分点二：不画出电解质溶液(或画出但不标注)。
失分点三：误把盐桥画成导线。
失分点四：不能连成闭合回路。
特别提醒
5.把适合题意图像的对应字母填在横线上。
(1)向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是　　　。
A
加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，a中Zn减少，H2体积减小，所以A项正确；
(2)向过量的两份锌粉a、b中分别加入等量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是　　　。
B
加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多，所以B项正确；
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是　　　。
C
加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，当把(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。
原电池原理的四大应用
1.比较金属的活动性强弱：原电池中，一般是活动性较强的金属作负极 (注意电解质溶液对电极反应的影响)。
2.加快化学反应速率：反应形成原电池时，反应速率加快。
3.用于金属的防护。
4.设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2)根据原电池工作原理，结合两个半反应选择正、负电极材料以及电解质溶液。
练后归纳
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考点二
常见化学电源
1.一次电池
必备知识 整合
碱性锌锰干电池
纽扣式锌银电池
Zn
Zn＋2OH——2e－Zn(OH)2
MnO2
Zn＋2MnO2＋2H2O2MnO(OH)＋Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－
2.二次电池——可充电电池或蓄电池
铅酸蓄电池总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(1)放电时
负极：__________________________；
正极：____________________________________________。
放电时，当外电路上有2 mol e－通过时，溶液中消耗___ mol H2SO4。
Pb＋S－2e－PbSO4
PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O
2
(2)充电时
阴极：PbSO4＋2e－Pb＋S；
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋S。
充电时电极的连接：正接正作阳极，负接负作阴极。
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N－NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。
(2)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。
电池 酸性 碱性或中性
负极 反应式 _____________________________
正极反 应式 ___________________________
总反 应式 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 2H2－4e－＋4OH－4H2O
O2＋4e－＋4H＋2H2O
以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
(1)酸性溶液(或含质子交换膜)
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)碱性溶液
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
O2＋4e－＋4H＋2H2O
CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
O2＋4e－＋2H2O4OH－
CH3OH－6e－＋8OH－C＋6H2O
(3)固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)熔融碳酸盐(C)
正极(通入CO2)：　　　　　　　　　　　　　　　　　，
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
O2＋4e－2O2－
CH3OH－6e－＋3O2－CO2↑＋2H2O
O2＋4e－＋2CO22C
CH3OH－6e－＋3C4CO2↑＋2H2O
考向1 多样化的燃料电池
1.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是
A.通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移
B.负极反应式：C2H6＋18OH－＋14e－2C＋12H2O
C.该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强
D.燃料电池的优点之一是燃料反应时化学能全部转化为电能
关键能力 提升
√
气体所处的状态未知，不能计算5.6 L O2的物质的量，故A错误；乙烷燃料电池中，负极上乙烷失去电子发生氧化反应，电解质溶液呈碱性，则其电极反应式为C2H6＋18OH——14e－2C＋12H2O，故B错误；该电池工作时，正极反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，生成OH－，正极附近溶液的碱性增强，故C正确；燃料的化学能不能全部转化为电能，还转化为热能等其他形式的能量，故D错误。
2.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是
A.电池内的O2－由电极乙移向电极甲
B.电池总反应为N2H4＋2O22NO＋2H2O
C.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
√
该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明是否处于标准状况，无法计算O2的体积，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。
解答燃料电池题目的三个关键点
1.要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
2.通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极。
3.通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时考虑该离子参与移向电极的电极反应。
归纳总结
考向2 电极的判断和电极反应式的书写
3.原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是
A.(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B.(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－6OH－＋3H2↑
C.(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋
D.(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑
√
(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀。
4.根据电池总反应书写电极反应式。
(1)碱性铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)一种锂电池的总反应为CoO2＋LiC6LiCoO2＋C6，Li原子嵌入电池负极材料碳(C6)中。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Zn－2e－＋2OH－Zn(OH)2
Fe＋4H2O＋3e－Fe(OH)3＋5OH－
LiC6－e－Li＋＋C6
CoO2＋Li＋＋e－LiCoO2
(3)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应式：2AgCl＋MgMg2＋＋2Ag＋2Cl－。
负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Mg－2e－Mg2＋
AgCl＋e－Ag＋Cl－
电极反应式的书写方法
1.电极反应式书写的一般方法
练后归纳
2.已知总反应式的复杂电极反应式的书写方法
(1)首先写出较简单的电极反应式。
(2)复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。
(3)注意得失电子守恒。
练后归纳
1.(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
高考真题 感悟
√
分析题图可知，Cl－在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，最多去除2 mol Cl－，D错误。
2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是
A.电池工作时，MnO2发生氧化反应
B.电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低，不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
√
Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－ZnO＋H2O，MnO2为正极，电极反应式为MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－。电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；电池工作时，OH－通过隔膜向负极移动，故B错误；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；由电极反应式MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－可知，反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为6.02×1023，故D错误。
3.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应：Pb＋S＋2Fe3＋PbSO4＋2Fe2＋
√
放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋Pb＋S＋2Fe3＋，D错误。
4.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动；血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时，下列叙述错误的是
A.电池总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
√
由题中信息可知，b电极为原电池负极，发生反应Cu2O－
2e－＋2OH－2CuO＋H2O，然后再发生反应C6H12O6＋
2CuOC6H12O7＋Cu2O；a电极为原电池正极，发生反
应O2＋4e－＋2H2O4OH－，在这个过程中发生的总反
应为2C6H12O6＋O22C6H12O7，A正确；b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后自身被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；根据反应2C6H12O6＋O22C6H12O7可知，1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子，18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中阳离子从负极向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。
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课 时 测 评
1.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－E、N－2e－N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
A.P＞M＞N＞E　　　 B.E＞N＞M＞P
C.P＞N＞M＞E D.E＞P＞M＞N
由①知，还原性：M＞N；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故还原性：P＞M；③N、E构成的原电池中，N作负极，故还原性：N＞E；综合上述分析可知，还原性：P＞M＞N＞E，A正确。
√
2.新型化学电池Zn-K2FeO4，能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染。下列关于其放电时的说法错误的是
A.负极发生失电子的氧化反应
B.将化学能转化为电能
C.K2FeO4在正极得电子
D.阳离子向负极移动
原电池放电时，负极发生失电子的氧化反应，A正确；原电池放电过程是将化学能转化为电能，B正确；新型化学电池Zn-K2FeO4中，Zn作负极，K2FeO4在正极得电子，C正确；原电池放电时，电解质中的阳离子向正极移动，D错误。
√
3.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是
A.甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应
B.甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快
C.甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移
D.乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率
√
甲不是原电池，故A错误；甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故乙生成气泡的速率更快，B错误。
4.(2025·保定定州检测)镁－空气电池广泛应用于海洋探索等领域。该电池在工作时，下列说法不正确的是
A.空气中的O2是正极反应物
B.Mg电极的电极反应式为Mg－2e－Mg2＋
C.电子的移动方向：镁电极→导线→正极
D.当外电路转移4NA电子时，理论上有22.4 L空气参与反应
√
空气中的O2在正极得到电子，是正极反应物，A项正确；Mg在负极失电子生成Mg2＋，电极反应式为Mg－2e－Mg2＋，B项正确；电子从负极经过导线流向正极，C项正确；由正极电极反应式O2＋2H2O＋4e－4OH－有O2～4OH－～4e－，当外电路中转移4 mol电子时，消耗氧气1 mol，即22.4 L(标准状况下)，但空气中氧气只占21％，所需空气不止22.4 L，故D错误。
5.铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是
A.电池放电时，负极质量减轻
B.电池放电时，c(H＋)减小
C.电池充电时总反应为2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4
D.铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低
放电时，负极Pb失去电子转化为PbSO4，负极质量增加，A项错误；放电过程中消耗H2SO4，溶液中c(H＋)减小，B项正确。
√
6.海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂－海水电池构造示意图如图所示。下列说法错误的是
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂－海水电池属于一次电池
√
锂－海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O24LiOH，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M极为负极，电极反应为Li－e－Li＋，N极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－，故B错误；海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
7.根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是
A.a电极为原电池的正极
B.外电路电流方向是a→b
C.b电极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋H2O2
D.a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H＋为2 mol
√
根据题图可知，a极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。
8.K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池下列说法错误的是
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
√
金属性强的钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，
电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故
A正确；放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极
沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比为(1 mol×71 g·mol－1)∶(1 mol×32 g·mol－1)≈2.22∶1，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子守恒可知，
消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g·mol－1＝1.8 g，故D错误。
9.我国科学家发明了一种“可固氮”的镁－氮二次电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是
A.固氮时，电池的总反应为3Mg＋N2Mg3N2
B.脱氮时，钌复合电极的电极反应式为
Mg3N2－6e－3Mg2＋＋N2↑
C.固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极
D.当无水LiCl-MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
√
固氮时该装置为原电池，镁为活泼金属，作负极，
被氧化成Mg2＋，钌复合电极为正极，氮气在电极
上发生还原反应生成N3－，与熔融电解质中镁离子
生成Mg3N2，所以总反应为3Mg＋N2Mg3N2，故A正确；脱氮时，－3价的氮被氧化，Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应：Mg3N2－6e－3Mg2＋＋N2↑，故B正确；固氮时，镁电极为负极，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C错误；无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D正确。
10.沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图。下列说法中错误的是
A.碳棒b极电势比碳棒a极电势高
B.光照强度对电池的输出功率无影响
C.碳棒b电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O
D.酸性增强不利于菌落存活，工作一段时间后，电池效率降低
√
根据氢离子的流向可知碳棒b为正极，光合菌产
生的O2得电子结合H＋得到H2O，碳棒a为负极，
FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧
化菌的作用下被氧化为硫酸根离子。b极为正极，a极为负极，正极的电势高于负极，A正确；光照强度越强，光合作用越强，产生的氧气越多，电池的输出功率越大，即光照强度对电池的输出功率有影响，B错误；b为正极，光合菌产生的O2得电子结合H＋得到H2O，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极发生失电子的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
11.以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是
A.放电过程中，K＋均向负极移动
B.放电过程中，KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
√
放电过程为原电池，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和
(CH3)2NNH2的放电量分别是×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；
根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。
12.(8分)(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为____________
________________。
NO2＋N
－e－N2O5
该燃料电池中，通入O2的石墨Ⅱ电极为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－4N，则石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋N－e－N2O5。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能净化水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
甲的电极反应式为　　　　 　　　，
电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为
　　　　L。
CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2↑＋N2↑＋6H＋
33.6
根据题图可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O22CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗标准状况下O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
13.(8分)利用电化学原理既能合成有机物，又能输出电能。如图所示装置可合成苯胺，反应进行一段时间，负极质量减轻7.8 g，D出口溶液增重0.19 g。
(1)电流的方向为　　　　(填“A→B”或“B→A”)。
A→B
由题图可知，Zn为活泼金属，作原电池的负极，多孔惰性电极为正极，电流由正极流向负极，即A→B。
(2)生成目标产物的电极反应式为__________________________________。
在正极得电子被还原为 ，其中N元素由＋3价降低到－3价，得到6个电子，对应电极反应式为 ＋6H＋＋6e－＋2H2O。
＋6H＋＋6e－＋2H2O
(3)电流效率η＝　　　　％(η＝×100％，计算结果保留小数点后1位)。
由负极质量减轻7.8 g，结合负极反应：Zn－2e－Zn2＋知，转移电子总数为
×2＝0.24 mol，由正极电极反应式知，正极溶液最终增加的质量等于生
成苯胺消耗的H＋的质量，即生成苯胺消耗0.19 g H＋，则生成苯胺得到的电子数为
＝0.19 mol，则电流效率为×100％≈79.2％。
79.2
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