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第31讲　原电池　化学电源
【备考目标】　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点1　原电池工作原理及应用
1．原电池的构成条件
反应 能自发进行的氧化还原反应
电极 两极为导体，且存在活动性差异
溶液 两极插入电解质溶液中
回路 形成闭合回路或两极直接接触
2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由Zn片(负极)沿导线流向Cu片(正极)
离子移向 电解质溶液中，SO移向负极，Zn2＋、Cu2＋移向正极
盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，K＋移向正极，Cl－移向负极
盐桥作用 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
装置Ⅱ与Ⅰ相比的优点 由于Zn(还原剂)与Cu2＋(氧化剂)不直接接触，化学能更多地转化为电能，减少能量损耗，故电流稳定，持续时间长
【提醒】　无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
[深化理解]
原电池中电极类型的判断方法
[注意]　原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼金属一定作负极的思维定势。如Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池中，Al为负极。
3．原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源
【示例】 由离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，设计制作化学电源。
①将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
②在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
不含盐桥 含盐桥
答案：①Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
②
不含盐桥 含盐桥
(2)加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，Zn(含杂质铜)与稀H2SO4反应比纯锌与稀H2SO4反应产生H2的速率快。
(3)比较金属活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性强的金属，正极一般是活动性弱的金属或能导电的非金属，如石墨等。
【示例】 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序。
实验装置
实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
金属活动性强弱 a＞b b＞c d＞c d＞a
(4)用于金属的防护(牺牲阳极法)：例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(× )
(2)原电池装置中，溶液中的阴离子移向正极，阳离子移向负极(× )
(3)双液原电池中，电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极(× )
(4)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能(× )
(5)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应是Cu－2e－===Cu2＋(× )
题组练习
一、原电池的工作原理
1．(2024·九省新高考适应性考试·吉林卷)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是(　　 )
A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B．2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量
D．1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
解析：选B。1与2相连，左侧两池构成原电池，a电极质量减小，AgCl转化为Ag，说明a为正极，b为负极，b极反应为H2－2e－===2H＋；2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量增大，Ag转化为AgI，说明c为负极，b为正极，b极反应为：2H＋＋2e－===H2↑。1与2相连，a为正极，b为负极，盐桥1中阳离子向a电极移动，A错误； 1与3相连，由于AgI更难溶，AgCl转化为AgI，a极为正极，AgCl转化为Ag，a极质量减小，c极为负极，Ag转化为AgI，c极质量增加，a电极减小的质量小于c电极增大的质量，C错误； 1与2相连，b为负极，b电极为e－流出极，2与3相连，c为负极，c电极为e－流出极，D错误。
2．某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1)发生氧化反应的烧杯是____________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从____________(填“a”或“b”，下同)到____________。
(3)电池工作时，盐桥中的SO移向____(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为______________________________________________。
解析：根据题给氧化还原反应可知，甲烧杯中石墨作正极，发生还原反应，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中石墨作负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；外电路的电流方向从正极流向负极，即从a到b；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，即SO移向乙烧杯。
答案：(1)乙　(2)a　b　(3)乙　(4)MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O
二、电极的判断及电极方程式的书写
3．有下图所示的三个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg作________极。
(2)图②中，Mg作________极，写出负极反应式：_______________________，正极反应式：_________________________，总反应的离子方程式：_______________________________________。
(3)图③中，一段时间后Fe作________极，写出负极反应式：___________________，正极反应式：_________________________，总反应的化学方程式：___________________________________。
答案：(1)负　(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(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
【规律方法】 　一般电极反应式的书写
考点2　常见化学电源
1．一次电池(不能充电复原继续使用)
(1)普通锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)。
(2)碱性锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－。
(3)锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
2．二次电池(放电后能充电复原继续使用)
(1)铅酸蓄电池
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
①放电时——原电池
负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
②充电时——电解池
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===__PbO2＋4H＋＋SO。
放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。
(2)锂离子电池
①电极反应
负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy；
正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2；
总反应：LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。
②反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，Li＋往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。
(3)二次电池的充放电规律
①充电时电极的连接：负接负后作阴极，正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式：同一电极的电极反应式、周围溶液的pH变化趋势，在充电与放电时，形式上恰好是相反的。
[注意]　可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
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
(2)燃料电池电极反应式书写的常用方法
第1步，写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第2步，写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
①酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
②碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
③固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第3步，由总反应和正极反应，写出负极反应式。
总反应式－正极反应式＝负极反应式。
①酸性电解质：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。
②碱性电解质：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
③固体电解质(高温下能传导O2－)：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(√ )
(2)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(× )
(3)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(× )
(4)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移(× )
题组练习
一、传统化学电源分析
1．(人教选择性必修1 P103T6改编)普通锌锰干电池的简图如图所示，该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
解析：选C。普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol e－，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。
2．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如下。下列说法不正确的是(　　 )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析：选D。反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。
二、新型二次电池
3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　 )
A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析：选C。原电池中阳离子由负极向正极迁移，A正确；放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正确；充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重7 g，C错误；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D正确。
4．Mg/LiFePO4电池的总反应为xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，该电池的装置示意图如图所示。下列说法正确的是(　　 )
A．放电时，Li＋通过锂离子导体膜向Mg极移动
B．充电时，阴极上的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水电解质以提高电解质的导电效率
D．若负极减少12 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
解析：选B。放电时为原电池，Li1－xFePO4/LiFePO4极为原电池正极、Mg为负极，阳离子移向正极，即Li＋通过锂离子导体膜向Li1－xFePO4/LiFePO4极移动，故A错误；原电池负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，充电时原电池负极与外加电源负极相接，为阴极，阴极反应与原电池负极反应相反，即Mg2＋＋2e－===Mg，故B正确；Mg是活泼金属，能与磷酸反应，发生自损耗现象，即不能用磷酸溶液代替非水电解质，故C错误；负极减少12 g Mg，物质的量为＝0.5 mol，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，电路中转移电子0.5 mol×2＝1 mol，但电子不能进入电解质中，故D错误。
【知识深化】　充电电池放电时遵循原电池原理，充电时遵循电解原理，其工作原理特点如下：
如果已知总方程式，书写较难写的电极反应式时，可先写出较易的电极反应式，然后用总反应式减去较易写的电极反应式。
三、新型燃料电池
5．(2023·辽宁鞍山二模)甲酸钠燃料电池是一种膜基碱性电池，提供电能的同时可以获得烧碱，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　)
A．CEM隔膜为质子交换膜
B．甲为电池负极，电极反应为：HCOO－－e－＋H2O===H2CO3＋H＋
C．电池在工作时，乙极附近溶液pH增大
D．单位时间内甲极产生的H2CO3与乙极消耗的O2物质的量之比为4∶1
解析：选C。该装置同时可以获得烧碱，则钠离子应与氢氧根离子结合，若为质子交换膜(只允许氢离子自由通过)，则钠离子与正极生成的氢氧根离子不能接触，无法得到NaOH，A错误；由装置信息可知乙电极上氧气得电子，则甲电极上HCOONa失电子生成碳酸，电极反应为：HCOO－－2e－＋H2O===H2CO3＋H＋，B错误；电池在工作时，乙极发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电极附近溶液氢氧根离子浓度增大，pH增大，C正确；由电极反应可知转移4 mol电子正极消耗1 mol氧气，负极生成2 mol碳酸，则单位时间内甲极产生的H2CO3与乙极消耗的O2物质的量之比为2∶1，D错误。
6．直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。
(1)三种乙醇燃料电池中，正极反应物均为____________。
(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为________________________，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是__________________________________________。
(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为__________________________。
(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向电极______(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为________________________________。
解析：(1)三种乙醇燃料电池中由于正极发生还原反应，所以正极反应物均为氧气。(2)碱性乙醇燃料电池中，乙醇中的C转化为CO，电极a上发生的电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，其上发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(4)熔融盐乙醇燃料电池中，若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向负极(电极a)移动，电极b上发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：(1)氧气　(2)C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O　空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH　
(3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(4)a　O2＋2CO2＋4e－===2CO
高考真题
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
答案：D
解析：A项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B项，原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；C项，MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；D项，锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D正确；故选D。
2．(2024·江苏卷，8，3分)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+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1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
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-+H2O= MnOOH+OH-。A项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B项，电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；C项，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；D项，由电极反应式MnO2+ e-+H2O= MnOOH+OH-可知，反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D错误；故选C。
3．(2024·全国新课标卷，6，3分)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+O2=2C6H12O7
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18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol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电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生C6H12O6+2CuO= C6H12O7+Cu2O；a电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A项，由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；b电极为电池负极， Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正确；B项，b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为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；C项，根据反应2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1mol 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；D项，原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。故选C。
4．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH
答案：C
解析：Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。A项，充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A不正确；B项，放电时，负极的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C项，放电时MnO2电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正确；D项，放电时，Zn电极质量减少0.65g(物质的量为0.010mol)，电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020mol，但是正极上还有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物质的量小于0.020mol，D不正确；故选C。
5．(2024·安徽卷，11，3分)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
答案：C
解析：由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn；正极上发生3I3-+2e-=3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-=I3-。A项，标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；B项，该电池总反应为I3-+ZnZn2++3I-，B正确；C项，充电时，阴极电极反应式为Zn2++2e-=Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；D项，放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01mol)，理论上转移0.02 mol电子，D正确；故选C。
6．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2
答案：C
解析：放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：
电极 过程 电极反应式
Mg电极 放电 Mg-2e-=Mg2+
充电 Mg2++2e-= Mg
多孔碳纳米管电极 放电 Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4
充电 MgC2O4-2e-= Mg2++2CO2↑
A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO2= MgC2O4，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每转移2mol电子，有2mol CO2参与反应，因此每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2，D正确；故选C。
7．(2023·广东高考)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－
解析：选B。O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，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，转移电子2 mol，故最多去除2 mol Cl－，D错误。
8．(2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　)
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
解析：选C。由题中信息可知，放电时该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O。A.由题中信息可知，放电时，Zn 2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；B.Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn 2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn 2＋由负极向正极迁移，B说法正确；C.电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C说法错误；D.充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe －===xZn 2＋＋V2O5＋nH2O，D说法正确；综上所述，本题选C。
巩固练习一
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　 )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。
2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　 )
A B C D
电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
解析：选D。由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。
3．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法不正确的是(　　)
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
解析：选B。左图为干电池，干电池的正极材料是MnO2和碳粉，右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同， A正确；干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低， B错误；所给装置中Zn为负极，Zn失去电子， C正确；根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象， D正确。
4．直接煤 空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不变
B．负极上发生的反应有C＋2CO－4e－===3CO2↑、CO2＋O2－===CO
C．电极X为正极，O2－向X极迁移
D．直接煤 空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
解析：选C。该燃料电池中电极Y为正极，反应为O2＋4e－===2O2－；电极X是负极，反应为C＋2CO－4e－===3CO2↑，CO2＋O2－===CO。A项，总反应式为C＋O2===CO2，因此氧化物电解质的量不会减少，正确；C项，电极X为负极，原电池内部的阴离子向负极移动，错误；D项，该燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，故该燃料电池的能量效率更高，正确。
5．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰－石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　 )
A．二氧化锰－石墨为电池正极
B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不断由负极向正极移动
D．每生成1 mol MnOOH转移1 mol电子
解析：选C。由电池反应式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，C错误；由反应中锰元素价态变化知，D正确。
6．某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．电池可用于乙醛的制备
B．b电极为正极
C．电池工作时，a电极附近pH降低
D．a电极的反应式为O2－4e－＋4H＋===2H2O
解析：选A。由图可知，该电池将乙烯和水转化为乙醛，可用于乙醛的制备，A正确；乙烯发生氧化反应，故b电极为负极，B错误；a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，氢离子浓度降低，pH升高，C错误、D错误。
7．(2024·江苏苏州模拟)纤维电池的发明为可穿戴电子设备的发展奠定了基础。一种纤维状钠离子电池放电时的总反应为： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，其结构简图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，SO向乙电极移动
B．放电时乙电极的电极反应式为：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3
C.该电池充电时甲电极应该与电源负极相连
D．该电池充电过程中Mn元素的化合价降低
解析：选A。离子电池放电时的总反应为： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，Na0.44MnO2发生氧化，所以甲作负极，乙作正极。阴离子向负极移动，所以SO向甲电极移动，A错误；放电时乙电极作正极，电极反应式为：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3，B正确；甲作负极，充电时甲电极应该与电源负极相连，C正确；充电时化学反应式为放电时的逆反应，所以充电过程中Mn元素的化合价降低，D正确。
8．(2023·河南新乡二模)基于H2O、H2O2、O2自循环的生物混合光电化学电池，在单个单元中实现可持续太阳能－燃料－电能的转换，工作原理如图。下列说法错误的是(　　)
A．电池工作时，电子由电极N经导线流向电极M
B．负极的电极反应式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
C．自循环过程中存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．该电池的有效开发和利用可减少碳排放
解析：选A。电池工作时，M极H2O失电子反应生成H2O2或O2等，N极O2得电子反应生成H2O2或H2O，所以M极为负极，N极为正极，电子由电极M经导线流向电极N，A错误；在负极，有H2O失电子反应生成H2O2，则电极反应式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，B正确；自循环过程中，在正极，O2得电子反应生成H2O2或H2O，则存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正确；该电池的有效开发和利用，实现了可持续太阳能－燃料－电能的转换，整个过程中不涉及含碳物质，可减少碳排放，D正确。
9．(2023·湖北武汉二中二模)某液流电池工作原理如图。充电过程中，阳极会发生如下副反应：2Mn3＋＋2H2O===Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可将MnO2还原为Mn2＋，提高电池的能量密度和稳定性。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Cd电极为负极，发生还原反应
B．放电时，Cd2＋通过质子交换膜，向石墨电极移动
C．加入少量Br－后，经多次充放电，正极可能会发生3个以上不同的还原反应
D．加入少量Br－后，充电时，阳极生成Mn3＋和阴极生成Cd的物质的量之比为2∶1
解析：选C。放电时，Cd失电子做负极，化合价升高发生氧化反应，A错误；质子交换膜只允许氢离子通过，Cd2＋不能通过质子交换膜，B错误；加入溴离子后经多次充放电，正极可能发生Mn3＋正极放电、自身歧化的还原反应，可能发生溴离子还原二氧化锰的反应，生成的溴单质也可能发生还原反应，C正确；由转移电子守恒可知，若无其他反应的干扰，充电时二者比例为2∶1，但是由于溴离子等的干扰，则二者比例不一定为2∶1，D错误。
10．(2023·辽宁丹东一模)我国科学家研究出一种新型水系Zn C2H2电池(结构如图)，发电的同时实现乙炔加氢，下列说法正确的是(　　)
A．b为电池的正极
B．右侧电极室中c(KOH)增大
C．a极的电极反应式为C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－
D．外电路中每转移0.2 mol e－时有0.1 mol OH－通过阴离子交换膜
解析：选C。放电时Zn转化为ZnO，则b极上Zn失电子被氧化，为电池的负极， a极为正极，正极上C2H2得电子产生C2H4，电极总反应式为C2H2＋Zn＋H2O===C2H4＋ZnO，A错误；右侧电极室发生电极反应Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，消耗OH－，c(KOH)减小，B错误； a极为正极，正极上C2H2得电子产生C2H4，电极反应式为C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－，C正确；每转移0.2 mol e－，则有0.2 mol OH－通过阴离子交换膜，D错误。
二、非选择题(共2题，共40分)
11．(18分)(1)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。
①A电极的电极反应式为______________________________________________________。(3分)
②下列关于该电池的说法正确的是______。(2分)
A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电池工作一段时间，溶液的pH不变
D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子的物质的量为0.8 mol
(2)以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：
①B极上的电极反应式为_______________________________________________________。(3分)
②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到5.6 L(标准状况)气体时，消耗甲烷的体积为______L(标准状况下)。(3分)
(3)利用“Na CO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“ Na CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为_______________________________________________________。(3分)
②选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚做电解液的优点是__________________________________(至少写两点)。(4分)
解析：(1)①根据电池反应的化学方程式可知氨气中N元素的化合价升高，被氧化，所以通入氨气的一极为负极，发生的反应是氨气失去电子生成氮气，因为电解质溶液为KOH溶液，所以氨气失去电子与氢氧根离子反应生成N2和水，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。②A项，电子从负极(左侧)流出经过负载后流向正极(右侧)，故A错误；B项，溶液中的OH－从右侧移动到左侧，参与负极的电极反应，为使电池持续放电，则必须用阴离子交换膜，同时防止二氧化氮与碱反应，生成硝酸盐与亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故B正确；C项，总反应生成水，溶液pH改变，故C项错误；D项，未知4.48 L NO2是否为标准状况下测得的数据，无法利用标准状况下气体摩尔体积计算，故D错误。
(2)①由阴离子移动方向可知B为负极，负极发生氧化反应，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，电极方程式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到5.6 L(标准状况)氧气时，反应转移1 mol 电子，由得失电子数目守恒可知消耗甲烷的物质的量为0.125 mol，则甲烷的体积为0.125 mol×22.4 mol/L＝2.8 L。
(3)根据总反应方程式，正极是CO2得电子变成C，电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C；不选择水做溶剂，而选择有机物做溶剂，是因为Na不和有机物发生反应，此外可以根据电解质溶液的作用来答题，电解质溶液要有导电性好，难挥发等性质。
答案：(1)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O　B(2)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O　2.8
(3)3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C
导电性好、与金属钠不反应、难挥发
12．(22分)(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理如图1所示。电极b作______________极，表面发生的电极反应为________________________________________。(5分)
(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图2所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X为________极，Y极反应式为____________________________________________。(5分)
②Y极生成1 mol Cl2时，______mol Li＋移向____(填“X”或“Y”)极。(4分)
(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如图3：
①该电池中外电路电子的流动方向为__________(填“从A到B”或“从B到A”)。(2分)
②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将________(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。(3分)
③A电极附近甲醇发生的电极反应为_________________________________________________。(3分)
解析：(1)从图1可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。(2)根据图2可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。(3)①甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②有水生成，pH变大。③CH3OH失电子，生成CO2和H＋，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。
答案：(1)正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH　(2)①正　2Cl－－2e－===Cl2↑　②2　X
(3)①从A到B　②增大　③CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑
热点题型(七)　形式各异的新型化学电池
新型化学电池的命题材料主要来源于最新科技成果，陌生度高、综合性强。此类试题的命题情境从电解质方面可分为单液电池、双液电池、固体电解质电池等；从电子转移角度分类，有常规的直接电池和新型的间接电池；从反应物质分类，有常规的无机电池，也有新型的有机电池等。新型化学电池的主要考查方向有电池电极类型的判断、电子(或离子)转移方向分析、电极方程式书写、电解质溶液或电极材料的变化分析、利用得失电子守恒规律进行简单计算等内容。这些试题，既能体现化学的实用性，又能体现化学命题的时代性、新颖性。此类试题在考查电化学基础知识的同时，又能较好地考查学生的迁移应用能力和思维创新能力，有助于培养“科学探究与创新意识、证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。
类型1　单液电池
例1.(2023·全国卷乙)室温钠 硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠 硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx。
下列叙述错误的是(　　)
A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析：选A。由题给硫电极上发生的反应，可知放电时硫电极为正极，钠电极为负极，则充电时硫电极为阳极，钠电极为阴极，据此解答。充电时，阳离子Na＋应向阴极钠电极迁移，A错误；放电时，Na失去的电子经外电路流向正极，即电子流向是a→b，B正确；将题给硫电极发生的反应依次标号为①②③，由×①＋×②＋③可得正极总反应，C正确；炭化纤维素纸具有良好的导电性，使用炭化纤维素纸可以增强硫电极的导电性能，D正确。
【思维建模】　单液电池分析流程
【对点练】 1.“热电池”在航空航天领域有广泛应用。某热电池工作原理如图所示，电池放电时，1 mol FeS2完全反应时转移4 mol电子。下列说法错误的是(　　 )
A．电子流向：Li(Al)极→用电器→FeS2极
B．负极质量减少27 g时理论上有3 mol阴离子向负极迁移
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．如果用Li(Si)替代Li(Al)，电极反应和电池反应都不变化
解析：选B。观察题图可知，锂铝合金电极为负极，二硫化亚铁电极为正极，电池放电时，电子由负极流出，经外电路流向正极，A正确；锂比铝活泼，放电时锂优先发生氧化反应，Li－e－===Li＋，n(Li)＝n(e－)＝≈4 mol，B错误；锂硅合金作负极，仍然是锂发生氧化反应，D正确。
类型2　双液(多液)电池
例2.(2023·辽宁高考)某低成本储能电池原理如图所示。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＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
【思路分析】　双液电池分析的步骤
第一步：分析两极材料和两液的成分或两极区域中粒子的转化关系等，确定正负极。
第二步：根据确定的两极，分析电极反应，离子移向和电子、电流方向等。
第三步：明确问题，分析出正确答案。
解析：选B。由题图知，左侧电极为负极，电极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，Pb转化为PbSO4，负极质量增大，A项错误；储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确；放电时阳离子向正极移动，左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误；放电时总反应为Pb＋2Fe3＋＋SO===PbSO4＋2Fe2＋，则充电总反应为PbSO4＋2Fe2＋Pb＋2Fe3＋＋SO，D项错误。
【对点练】 2.(2021·河北高考)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
解析：选D。金属性强的金属钾易与氧气反应，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，A正确；由分析可知，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，B正确；由分析可知，生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比值为1 mol×71 g/mol∶1 mol×32 g/mol≈2.22∶1，C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g/mol＝1.8 g，D错误。
3．(2023·广西统考三模)一种Al PbO2电池通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一种，结构如图。下列说法错误的是(　　)
A．a>b
B．放电时，R区域的电解质浓度逐渐增大
C．M区电解质为NaOH，放电时Na＋通过x膜移向R区
D．放电时，PbO2电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
解析：选D。由图可知，铝极上铝失去电子发生氧化反应，为负极，则PbO2极为正极；铝极生成四羟基合铝酸根离子，则M区电解质为氢氧化钠，那么R区为硫酸钠、N区为硫酸；放电时铝极反应为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，PbO2电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，正极反应消耗硫酸，硫酸浓度减小，a>b，A正确、D错误；放电时，M区钠离子、N区硫酸根离子均向R区域迁移，电解质硫酸钠溶液浓度逐渐增大，B正确； M区电解质为NaOH，放电时Na＋通过x膜移向R区，C正确。
类型3　储能电池
储能电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。储能电池的正极材料一般为活性材料，储能电池有两个较大的储液器，且有泵力系统形成循环回路。新型的储能电池结构逐渐用无膜代替隔膜，电池由于无膜配置，该类电池具有很高的电压效率。
例3.(2022·广东高考)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　 )
A．充电时电极b是阴极 B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大 D．每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g
解析：选C。充电时，电极a得电子为阴极，电极b为阳极，故A错误；放电时，电极a为负极，电极反应式为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，NaCl溶液的浓度增大，溶液显中性，pH不变，故B错误，C正确；每生成1 mol Cl2，电路中转移2 mol电子，电极a质量理论上增加2 mol钠离子，增加的质量为2 mol×23 g/mol＝46 g，故D错误。
【对点练】 4.(2023·广西统考三模)高效储能电池——锂硫电池具有价格低廉、环境友好等特点，已经用于某些飞机，其原电池模型以及充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．放电时，化学能转化为电能
B．碳添加剂是为了增强电极的导电性
C．充电时，阳极的总的电极反应式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋
D．放电时，1 mol Li2S8转化为Li2S6得到2 mol电子
解析：选D。放电时，该电池是化学能转化为电能，A正确；碳有很强的导电性，因此碳添加剂是为了增强电极的导电性，B正确；充电时，阳极Li2S中－2价硫变为0价S8，其总的电极反应式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋，C正确；放电时，3Li2S8＋2e－＋2Li＋===4Li2S6，则3 mol Li2S8转化为Li2S6得到2 mol电子，D错误。
5．(2023·山西吕梁二模)液流电池是利用液态电解质的可逆氧化还原电化学反应实现循环的能量存储和释放，其工作原理如图所示，全钒液流电池体系C(m＋1)＋为V3＋， Cm＋为V2＋， An＋为VO，A(n－1)＋为VO2＋，下列说法正确的是(　　 )
A．电池工作过程中电子由双极板流向集流板
B．放电时正极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．液流电池的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OVO＋V2＋＋2H＋
D．电池充电时，阳极区附近溶液的pH增大
解析：选B。放电时，正极VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，负极V2＋－e－===V3＋，集流板为负极，双极板为正极，电子由负极移动到正极，则由集流板流向双极板，A错误、B正确；总电极反应式为VO＋V2＋＋2H＋VO2＋＋H2O＋V3＋，C错误；充电时，阳极发生反应VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，氢离子浓度增加，pH减小，D错误。
类型4　物质循环转化型电池
例4.(2023·浙江金华模拟)我国科研团队提出一种新型阴离子电极材料——Cu3(PO4)2的水系双离子电池，该电池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2为电极，其工作原理如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　 )
A．充电时，电极a应接电源的正极
B．放电时，若电极a得到6.4 g Cu和1.44 g Cu2O，则电路中转移0.22 mol电子
C．充电时，电极b的电极反应式为Na0.44－xMnO2＋xNa＋－xe－===Na0.44MnO2
D．第2次放电时，溶液碱性逐渐增强
【思路分析】　根据工作原理示意图中物质转化中的元素化合价变化或离子移动方向，判断电池的正极、负极，然后依据选项问题分析解答。
解析：选C。放电时a电极上Cu3(PO4)2得到电子发生还原反应最终生成铜，a为正极，则b为负极，充电时电极a为阳极，应接电源的正极，A正确；放电时，电子转移情况为：Cu～2e－、Cu2O～2e－，若电极a得到6.4 g Cu(为0.1 mol)和1.44 g Cu2O(为0.01 mol)，则电路中转移0.1 mol×2＋0.01 mol×2＝0.22 mol电子，B正确；充电时，电极b为阴极，Na0.44－xMnO2得到电子发生还原反应生成Na0.44MnO2，电极反应式为Na0.44－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.44 MnO2，C错误；第2次放电时，Cu2O得到电子发生还原反应生成铜和氢氧根离子，Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－，溶液碱性逐渐增强，D正确。
【对点练】 6.(2024·辽宁实验中学模拟)双盐Mg CoS2电池由Li＋替代了Mg2＋在正极材料中的嵌入，解决了Mg2＋扩散缓慢、锂离子电池锂枝晶生长等问题，其充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．放电时，CoS2电极的电势高于Mg电极
B．放电时，每转移2 mol e－，正极质量减少14 g
C．充电时，若充电电压为2.0 V，可能造成电池性能衰减
D．充电时，充电电压为2.75 V时，阳极反应为：Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋
解析：选B。放电时，Mg作负极，CoS2电极为正极，正极的电势高于负极，则CoS2电极的电势高于Mg电极，A正确；放电时，右侧电极为正极，电极反应式为CoS2＋4Li＋＋4e－===Co＋2Li2S，每转移2 mol e－，正极质量增加2 mol×7 g/mol＝14 g，B错误；由图可知，若充电电压为2.0 V，充电过程中Co会转化为Co3S4，放电时Co3S4不能参与反应，故会造成电池性能衰减，C正确；由图可知，若充电电压为2.75 V，右侧电极为阳极，电极反应式为Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋，D正确。
类型5　浓差电池
1．浓差电池的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质具有浓度差，离子均由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正极、负极，这是解答问题的关键。例如
①a极：Ag－e－===Ag＋(负极)；b极：Ag＋＋e－===Ag(正极)。
②NO通过交换膜移向a极。
2．离子交换膜
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到离子交换膜。
(1)离子交换膜的分类
①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
④双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成OH－和H＋分别通过阴、阳膜，作为H＋和OH－的离子源。
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
②能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)离子通过离子交换膜的定量关系
①通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中的电子转移数。
②离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。
例5.(2023·山东高考改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　)
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：Cu2＋＋2NH3===[Cu(NH3)2]2＋
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
解析：选D。据图可知，甲室流出液经低温热解得到 CuSO4和NH3，则甲室中生成了[Cu(NH3)4]SO4，发生的反应为Cu －2e －＋4NH3===[Cu(NH3)4] 2＋，甲室Cu电极为负极，A错误；乙室Cu电极为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，SO透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B错误；根据负极反应式：Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，可知电池总反应为Cu 2＋ ＋4NH3===[Cu(NH3)4] 2＋，C错误；NH3能与Cu 2＋反应生成[Cu(NH3)4] 2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu 2＋浓度减小，对电池电动势有影响，D正确。
【对点练】 7.(2023·河北张家口一模)利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池，利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示，其中在参比电极上通入纯氧气，测量电极上通入空气。下列说法错误的是(　　 )
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2－
B．工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极
C．工作时，用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确
D．相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越高
解析：选D。氧气在反应中得到电子发生还原反应，则参比电极作正极，氧气得电子转化为O2－，负极O2－失电子生成氧气，电子由负极经外电路流向正极，熔融金属氧化物电离出的氧离子向负极定向移动可用于传递O2－，A正确； 电子由负极经外电路流向正极，故工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极，B正确；负极氧离子失去电子发生氧化反应会不断生成氧气，混合气体氧气浓度增大，故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确，C正确；两极氧气浓度差越大，两极电势差越大，则相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越低，D错误。
8．如图是一种浓差电池，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法正确的是(　　 )
A．a电极为电池的正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．C为阴离子交换膜，A为阳离子交换膜
C．负极隔室的电中性溶液通过正极表面的还原作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值
解析：选A。依据电子的移动方向判断b电极为负极，a电极为正极，氢离子得到电子在正极放电，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，A正确；阳离子移向正极，Na＋移向a极，C为阳离子交换膜，Cl－移向b极，A为阴离子交换膜，B错误；负极隔室中Na＋透过C(阳离子交换膜)移入河水，维持负极隔室溶液的电中性，C错误；离子交换膜价格昂贵，但两极产物氢气、氯气是工业制盐酸等的原料，D错误。
巩固练习二
选择题(每题5分，共7题，共35分)
1．我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有关说法错误的是(　　 )
A．放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中
B．放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C．充电时，电极b为阳极，发生氧化反应
D．该电池的缺点是存在副反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：选D。Li为活泼金属，放电时，发生氧化反应，故电极a为负极，阳离子从负极移向正极，即Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中，然后移向电极b，A、B项正确；充电时，电池正极接电源正极，发生氧化反应，是阳极，C项正确；由于固体薄膜只允许Li＋通过，水不能与Li接触，故不存在Li与水的反应，D项错误。
2．(2023·辽宁沈阳二模)利用光电催化脱除SO2与制备H2O2相耦合，高效协同转化过程如图所示。(BPM可将水解离为H＋和OH－，向两极移动)
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
下列分析中正确的是(　　)
A．α Fe2O3是负极，电势更高
B.正极区每消耗22.4 L氧气，转移2 mol e－
C．当生成0.1 mol H2O2时，负极区溶液增加6.4 g
D．总反应为SO2(g)＋O2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O2(aq)，该过程为自发过程
解析：选D。由图示信息可知α Fe2O3上二氧化硫失电子生成SO，α Fe2O3为负极，负极电势低于正极电势，故A错误；气体未指明在标准状况，不能根据气体体积确定气体的物质的量，故B错误；正极反应：2H＋＋O2＋2e－===H2O2，生成0.1 mol H2O2时，转移0.2 mol电子，结合负极反应：4OH－＋SO2－2e－===SO＋2H2O，转移0.2 mol电子时，负极吸收0.1 mol二氧化硫和0.4 mol OH－，负极区增加13.2 g，故C错误；根据盖斯定律可知，总反应可由①＋②得到，总反应的ΔGθ＝ΔGθ(①)＋ΔGθ(②)＝＋(－374.4 kJ/mol)＝－257.6 kJ/mol，ΔGθ<0，反应可自发进行，故D正确。
3．LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是。(　　)
A．LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化
B．导电介质c可为Li2SO4溶液
C．放电时b极为正极，发生反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．充电时，当外电路通过0.2 mol电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4 g
解析：选C。LiPON薄膜在充放电过程中仅仅起到盐桥的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B错误；充电时，电极a为阴极，电极反应式为xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，则当外电路通过0.2 mol电子时，非晶硅薄膜上质量增重0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D错误。
4.(2023·安徽宣城二模)甲酸燃料电池工作原理如下图所示，已知该半透膜只允许K＋通过。下列有关说法错误的是(　　)
A．物质A是H2SO4
B．K＋经过半透膜自a极向b极迁移
C．a极电极半反应为：HCOO－＋2e－＋2OH－===HCO＋H2O
D．Fe3＋可以看作是该反应的催化剂，可以循环利用
解析：选C。铁的两种离子存在环境为酸性，且生成物为K2SO4，故物质A为H2SO4，A正确；阳离子K＋由负极流向正极，B正确；a极电极发生氧化反应，半反应为：HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，C错误；Fe3＋与Fe2＋可以进行循环，Fe3＋可看作是该反应的催化剂，D正确。
5．某科研团队设计的酶—光电化学电池可同时在电池两室分别实现两种酶催化转化，原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．该电池工作过程中实现了光能转化为化学能
B．氢离子从ITO电极向Mo：BiVO4电极方向迁移
C．Mo：BiVO4电极上的反应式为：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
D．消耗1 mol同时生成1 mol
解析：选B。由电子移动的方向可知ITO电极为正极，Mo：BiVO4电极为负极，FMN(H2)在正极转化为FMN，H2O在负极失去电子生成H2O2和H＋，工作过程中实现了光能转化为化学能，A正确；原电池结构中，阳离子向正极移动，则氢离子从Mo：BiVO4电极向ITO电极移动，B错误；Mo：BiVO4电极为负极，H2O在负极失去电子生成H2O2和H＋，电极方程式为：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，C正确；由图可知，正极和H2反应生成，负极和H2O2反应生成，而生成1 mol H2和1 mol H2O2转移的电子数相等，则消耗1 mol 同时生成1 mol，D正确。
6．(2023·广东汕头联考)锌铁液流电池由于安全、稳定、电解液成本低等优点成为电化学储能热点技术之一。如图为以Zn(OH)/Zn和Fe(CN)/Fe(CN)作为电极氧化还原电对的碱性锌铁液流电池放电时工作原理示意图。已知：聚苯并咪唑(PBI)膜允许OH－通过。
下列说法错误的是(　　 )
A．Fe(CN)含有配位键，电池放电总反应为2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)
B．放电过程中，左侧池中溶液pH逐渐减小
C．充电过程中，阴极的电极反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－
D．充电过程中，当2 mol OH－通过PBI膜时，导线中通过1 mol e－
解析：选D。Fe(CN)含有配位键， Zn是活泼电极，放电过程中Zn是负极，Zn失去电子生成Zn(OH)，电极反应式为：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)；惰性电极为正极，Fe(CN)得到电子生成Fe(CN)，电极反应式为：Fe(CN)＋e－===Fe(CN)；则放电过程中，总反应为2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)，A正确。放电过程中，左侧惰性电极为正极，右侧Zn是负极，负极电极反应式为：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，该过程需要的OH－由左侧池经过聚苯并咪唑(PBI)膜进入右侧池，左侧池中溶液pH逐渐减小，B正确。充电过程中，Zn是阴极，电极反应式为：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，C正确。充电过程中，Zn是阴极，电极反应式为：Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，该过程生成的OH－一半进入左侧池，当2 mol OH－通过PBI膜时，导线中通过2 mol e－，D错误。
7．(2023·湖北统考一模)一种新型AC/LiMn2O4体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极，Li2SO4作电解液，充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A．合成LiMn2O4的过程中可能有O2产生
B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4＋xe－===Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋
C．充电时AC极应与电源正极相连
D．可以用Na2SO4代替Li2SO4作电解液
解析：选A。Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成LiMn2O4，Mn元素化合价降低，根据得失电子守恒，氧元素化合价升高，可能有O2产生，A正确；放电时，锂离子向正极移动，正极的电极反应式为Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，B错误；放电时AC作负极，充电时AC极应与电源负极相连，C错误；放电时，需要Li＋参与正极反应，所以不能用Na2SO4代替Li2SO4作电解液，D错误。
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第31讲　原电池　化学电源
【备考目标】　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。3.能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点1　原电池工作原理及应用
1．原电池的构成条件
反应 能 的氧化还原反应
电极 两极为导体，且存在活动性差异
溶液 两极插入 溶液中
回路 形成闭合回路或两极直接接触
2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 ； ；
反应类型 ； ；
电子流向 由Zn片(负极)沿导线流向Cu片(正极)
离子移向 电解质溶液中，SO移向 极，Zn2＋、Cu2＋移向 极
盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，K＋移向 极，Cl－移向 极
盐桥作用 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
装置Ⅱ与Ⅰ相比的优点 由于Zn(还原剂)与Cu2＋(氧化剂)不直接接触，化学能更多地转化为电能，减少能量损耗，故电流稳定，持续时间长
【提醒】　无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
[深化理解]
原电池中电极类型的判断方法
[注意]　原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼金属一定作负极的思维定势。如Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池中，Al为负极。
3．原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源
【示例】 由离子方程式2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，设计制作化学电源。
①将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
②在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
不含盐桥 含盐桥
(2)加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，Zn(含杂质铜)与稀H2SO4反应比纯锌与稀H2SO4反应产生H2的速率快。
(3)比较金属活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性强的金属，正极一般是活动性弱的金属或能导电的非金属，如石墨等。
【示例】 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序。
实验装置
实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
金属活动性强弱 a b b c d c d a
(4)用于金属的防护(牺牲阳极法)：例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属( )
(2)原电池装置中，溶液中的阴离子移向正极，阳离子移向负极( )
(3)双液原电池中，电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极( )
(4)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能( )
(5)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，正极反应是Cu－2e－===Cu2＋( )
题组练习
一、原电池的工作原理
1．(2024·九省新高考适应性考试·吉林卷)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是(　　 )
A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B．2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量
D．1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
2．某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计了如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1)发生氧化反应的烧杯是____________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为从____________(填“a”或“b”，下同)到____________。
(3)电池工作时，盐桥中的SO移向____(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为______________________________________________。
二、电极的判断及电极方程式的书写
3．有下图所示的三个装置，回答相关问题：
(1)图①中，Mg作________极。
(2)图②中，Mg作________极，写出负极反应式：_________________________，正极反应式：_______________________，总反应的离子方程式：_______________________________________。
(3)图③中，一段时间后Fe作________极，写出负极反应式：___________________，正极反应式：_______________________，总反应的化学方程式：___________________________________。
【规律方法】 　一般电极反应式的书写
考点2　常见化学电源
1．一次电池(不能充电复原继续使用)
(1)普通锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl=== 。
(2)碱性锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
负极： ；
正极： 。
(3)锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
负极： ；
正极： 。
2．二次电池(放电后能充电复原继续使用)
(1)铅酸蓄电池
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
①放电时——原电池
负极： ；
正极： 。
②充电时——电解池
阴极： ；
阳极： 。
放电时原电池的负极作充电时电解池的 极。
(2)锂离子电池
①电极反应
负极： ；
正极： ；
总反应： 。
②反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，Li＋往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。
(3)二次电池的充放电规律
①充电时电极的连接：负接负后作阴极，正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式：同一电极的电极反应式、周围溶液的pH变化趋势，在充电与放电时，形式上恰好是相反的。
[注意]　可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ ；
正极反应式 ； O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
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
(2)燃料电池电极反应式书写的常用方法
第1步，写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式： 。
第2步，写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
①酸性电解质： 。
②碱性电解质： 。
③固体电解质(高温下能传导O2－)： 。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第3步，由总反应和正极反应，写出负极反应式。
总反应式－正极反应式＝负极反应式。
①酸性电解质： 。
②碱性电解质： 。
③固体电解质(高温下能传导O2－)： 。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)： 。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)铅酸蓄电池放电时，正极与负极质量均增加( )
(2)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长( )
(3)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能( )
(4)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移( )
题组练习
一、传统化学电源分析
1．(人教选择性必修1 P103T6改编)普通锌锰干电池的简图如图所示，该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
2．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如下。下列说法不正确的是(　　 )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
二、新型二次电池
3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　 )
A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
4．Mg/LiFePO4电池的总反应为xMg2＋＋2LiFePO4xMg＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋，该电池的装置示意图如图所示。下列说法正确的是(　　 )
A．放电时，Li＋通过锂离子导体膜向Mg极移动
B．充电时，阴极上的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
C．可以用磷酸溶液代替非水电解质以提高电解质的导电效率
D．若负极减少12 g，则有NA个电子经电解质由负极流向正极
【知识深化】　充电电池放电时遵循原电池原理，充电时遵循电解原理，其工作原理特点如下：
如果已知总方程式，书写较难写的电极反应式时，可先写出较易的电极反应式，然后用总反应式减去较易写的电极反应式。
三、新型燃料电池
5．(2023·辽宁鞍山二模)甲酸钠燃料电池是一种膜基碱性电池，提供电能的同时可以获得烧碱，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　)
A．CEM隔膜为质子交换膜
B．甲为电池负极，电极反应为：HCOO－－e－＋H2O===H2CO3＋H＋
C．电池在工作时，乙极附近溶液pH增大
D．单位时间内甲极产生的H2CO3与乙极消耗的O2物质的量之比为4∶1
6．直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。
(1)三种乙醇燃料电池中，正极反应物均为____________。
(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为________________________，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是_________________________________________________。
(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为__________________________。
(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向电极______(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为________________________________。
高考真题
1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
2．(2024·江苏卷，8，3分)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+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1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
3．(2024·全国新课标卷，6，3分)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+O2=2C6H12O7
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18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol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
4．(2024·全国甲卷，6，3分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH
5．(2024·安徽卷，11，3分)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：I3-+ZnZn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
6．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO2
7．(2023·广东高考)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－
8．(2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　)
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
巩固练习一
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　 )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　 )
A B C D
电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
3．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法不正确的是(　　)
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
4．直接煤 空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不变
B．负极上发生的反应有C＋2CO－4e－===3CO2↑、CO2＋O2－===CO
C．电极X为正极，O2－向X极迁移
D．直接煤 空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
5．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰－石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnOOH＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　 )
A．二氧化锰－石墨为电池正极
B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH
C．OH－不断由负极向正极移动
D．每生成1 mol MnOOH转移1 mol电子
6．某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．电池可用于乙醛的制备
B．b电极为正极
C．电池工作时，a电极附近pH降低
D．a电极的反应式为O2－4e－＋4H＋===2H2O
7．(2024·江苏苏州模拟)纤维电池的发明为可穿戴电子设备的发展奠定了基础。一种纤维状钠离子电池放电时的总反应为： Na0.44MnO2＋NaTi2(PO4)3===Na0.44－xMnO2＋Na1＋xTi2(PO4)3，其结构简图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，SO向乙电极移动
B．放电时乙电极的电极反应式为：NaTi2(PO4)3＋xe－＋xNa＋===Na1＋xTi2(PO4)3
C.该电池充电时甲电极应该与电源负极相连
D．该电池充电过程中Mn元素的化合价降低
8．(2023·河南新乡二模)基于H2O、H2O2、O2自循环的生物混合光电化学电池，在单个单元中实现可持续太阳能－燃料－电能的转换，工作原理如图。下列说法错误的是(　　)
A．电池工作时，电子由电极N经导线流向电极M
B．负极的电极反应式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
C．自循环过程中存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．该电池的有效开发和利用可减少碳排放
9．(2023·湖北武汉二中二模)某液流电池工作原理如图。充电过程中，阳极会发生如下副反应：2Mn3＋＋2H2O===Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可将MnO2还原为Mn2＋，提高电池的能量密度和稳定性。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Cd电极为负极，发生还原反应
B．放电时，Cd2＋通过质子交换膜，向石墨电极移动
C．加入少量Br－后，经多次充放电，正极可能会发生3个以上不同的还原反应
D．加入少量Br－后，充电时，阳极生成Mn3＋和阴极生成Cd的物质的量之比为2∶1
10．(2023·辽宁丹东一模)我国科学家研究出一种新型水系Zn C2H2电池(结构如图)，发电的同时实现乙炔加氢，下列说法正确的是(　　)
A．b为电池的正极
B．右侧电极室中c(KOH)增大
C．a极的电极反应式为C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－
D．外电路中每转移0.2 mol e－时有0.1 mol OH－通过阴离子交换膜
二、非选择题(共2题，共40分)
11．(18分)(1)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。
①A电极的电极反应式为___________________________________________________。(3分)
②下列关于该电池的说法正确的是______。(2分)
A．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电池工作一段时间，溶液的pH不变
D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子的物质的量为0.8 mol
(2)以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：
①B极上的电极反应式为__________________________________________________。(3分)
②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到5.6 L(标准状况)气体时，消耗甲烷的体积为______L(标准状况下)。(3分)
(3)利用“Na CO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“ Na CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为_______________________________________________________。(3分)
②选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚做电解液的优点是__________________________________(至少写两点)。(4分)
导电性好、与金属钠不反应、难挥发
12．(22分)(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理如图1所示。电极b作______________极，表面发生的电极反应为________________________________________。(5分)
(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图2所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X为________极，Y极反应式为____________________________________________。(5分)
②Y极生成1 mol Cl2时，______mol Li＋移向____(填“X”或“Y”)极。(4分)
(3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如图3：
①该电池中外电路电子的流动方向为__________(填“从A到B”或“从B到A”)。(2分)
②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将________(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。(3分)
③A电极附近甲醇发生的电极反应为_________________________________________________。(3分)
热点题型(七)　形式各异的新型化学电池
新型化学电池的命题材料主要来源于最新科技成果，陌生度高、综合性强。此类试题的命题情境从电解质方面可分为单液电池、双液电池、固体电解质电池等；从电子转移角度分类，有常规的直接电池和新型的间接电池；从反应物质分类，有常规的无机电池，也有新型的有机电池等。新型化学电池的主要考查方向有电池电极类型的判断、电子(或离子)转移方向分析、电极方程式书写、电解质溶液或电极材料的变化分析、利用得失电子守恒规律进行简单计算等内容。这些试题，既能体现化学的实用性，又能体现化学命题的时代性、新颖性。此类试题在考查电化学基础知识的同时，又能较好地考查学生的迁移应用能力和思维创新能力，有助于培养“科学探究与创新意识、证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。
类型1　单液电池
例1.(2023·全国卷乙)室温钠 硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠 硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2e－―→Na2Sx。
下列叙述错误的是(　　)
A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
【思维建模】　单液电池分析流程
【对点练】 1.“热电池”在航空航天领域有广泛应用。某热电池工作原理如图所示，电池放电时，1 mol FeS2完全反应时转移4 mol电子。下列说法错误的是(　　 )
A．电子流向：Li(Al)极→用电器→FeS2极
B．负极质量减少27 g时理论上有3 mol阴离子向负极迁移
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．如果用Li(Si)替代Li(Al)，电极反应和电池反应都不变化
类型2　双液(多液)电池
例2.(2023·辽宁高考)某低成本储能电池原理如图所示。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＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
【思路分析】　双液电池分析的步骤
第一步：分析两极材料和两液的成分或两极区域中粒子的转化关系等，确定正负极。
第二步：根据确定的两极，分析电极反应，离子移向和电子、电流方向等。
第三步：明确问题，分析出正确答案。
【对点练】 2.(2021·河北高考)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
3．(2023·广西统考三模)一种Al PbO2电池通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一种，结构如图。下列说法错误的是(　　)
A．a>b
B．放电时，R区域的电解质浓度逐渐增大
C．M区电解质为NaOH，放电时Na＋通过x膜移向R区
D．放电时，PbO2电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
类型3　储能电池
储能电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。储能电池的正极材料一般为活性材料，储能电池有两个较大的储液器，且有泵力系统形成循环回路。新型的储能电池结构逐渐用无膜代替隔膜，电池由于无膜配置，该类电池具有很高的电压效率。
例3.(2022·广东高考)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　 )
A．充电时电极b是阴极 B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大 D．每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g
【对点练】 4.(2023·广西统考三模)高效储能电池——锂硫电池具有价格低廉、环境友好等特点，已经用于某些飞机，其原电池模型以及充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．放电时，化学能转化为电能
B．碳添加剂是为了增强电极的导电性
C．充电时，阳极的总的电极反应式是8Li2S－16e－===S8＋16Li＋
D．放电时，1 mol Li2S8转化为Li2S6得到2 mol电子
5．(2023·山西吕梁二模)液流电池是利用液态电解质的可逆氧化还原电化学反应实现循环的能量存储和释放，其工作原理如图所示，全钒液流电池体系C(m＋1)＋为V3＋， Cm＋为V2＋， An＋为VO，A(n－1)＋为VO2＋，下列说法正确的是(　　 )
A．电池工作过程中电子由双极板流向集流板
B．放电时正极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．液流电池的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OVO＋V2＋＋2H＋
D．电池充电时，阳极区附近溶液的pH增大
类型4　物质循环转化型电池
例4.(2023·浙江金华模拟)我国科研团队提出一种新型阴离子电极材料——Cu3(PO4)2的水系双离子电池，该电池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2为电极，其工作原理如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　 )
A．充电时，电极a应接电源的正极
B．放电时，若电极a得到6.4 g Cu和1.44 g Cu2O，则电路中转移0.22 mol电子
C．充电时，电极b的电极反应式为Na0.44－xMnO2＋xNa＋－xe－===Na0.44MnO2
D．第2次放电时，溶液碱性逐渐增强
【对点练】 6.(2024·辽宁实验中学模拟)双盐Mg CoS2电池由Li＋替代了Mg2＋在正极材料中的嵌入，解决了Mg2＋扩散缓慢、锂离子电池锂枝晶生长等问题，其充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．放电时，CoS2电极的电势高于Mg电极
B．放电时，每转移2 mol e－，正极质量减少14 g
C．充电时，若充电电压为2.0 V，可能造成电池性能衰减
D．充电时，充电电压为2.75 V时，阳极反应为：Co＋2Li2S－4e－===CoS2＋4Li＋
类型5　浓差电池
1．浓差电池的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质具有浓度差，离子均由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正极、负极，这是解答问题的关键。例如
①a极：Ag－e－===Ag＋(负极)；b极：Ag＋＋e－===Ag(正极)。
②NO通过交换膜移向a极。
2．离子交换膜
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到离子交换膜。
(1)离子交换膜的分类
①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
④双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成OH－和H＋分别通过阴、阳膜，作为H＋和OH－的离子源。
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
②能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)离子通过离子交换膜的定量关系
①通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中的电子转移数。
②离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。
例5.(2023·山东高考改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　)
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：Cu2＋＋2NH3===[Cu(NH3)2]2＋
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【对点练】 7.(2023·河北张家口一模)利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池，利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示，其中在参比电极上通入纯氧气，测量电极上通入空气。下列说法错误的是(　　 )
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2－
B．工作时，电子由测量电极经外电路流向参比电极
C．工作时，用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确
D．相同压强下，电势差越大，空气中氧气含量越高
8．如图是一种浓差电池，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法正确的是(　　 )
A．a电极为电池的正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．C为阴离子交换膜，A为阳离子交换膜
C．负极隔室的电中性溶液通过正极表面的还原作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值
巩固练习二
选择题(每题5分，共7题，共35分)
1．我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li＋通过。锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4。下列有关说法错误的是(　　 )
A．放电时，Li＋穿过固体薄膜进入水溶液电解质中
B．放电时，正极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4
C．充电时，电极b为阳极，发生氧化反应
D．该电池的缺点是存在副反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
2．(2023·辽宁沈阳二模)利用光电催化脱除SO2与制备H2O2相耦合，高效协同转化过程如图所示。(BPM可将水解离为H＋和OH－，向两极移动)
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
下列分析中正确的是(　　)
A．α Fe2O3是负极，电势更高
B.正极区每消耗22.4 L氧气，转移2 mol e－
C．当生成0.1 mol H2O2时，负极区溶液增加6.4 g
D．总反应为SO2(g)＋O2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O2(aq)，该过程为自发过程
3．LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是。(　　)
A．LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化
B．导电介质c可为Li2SO4溶液
C．放电时b极为正极，发生反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．充电时，当外电路通过0.2 mol电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4 g
4.(2023·安徽宣城二模)甲酸燃料电池工作原理如下图所示，已知该半透膜只允许K＋通过。下列有关说法错误的是(　　)
A．物质A是H2SO4
B．K＋经过半透膜自a极向b极迁移
C．a极电极半反应为：HCOO－＋2e－＋2OH－===HCO＋H2O
D．Fe3＋可以看作是该反应的催化剂，可以循环利用
5．某科研团队设计的酶—光电化学电池可同时在电池两室分别实现两种酶催化转化，原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．该电池工作过程中实现了光能转化为化学能
B．氢离子从ITO电极向Mo：BiVO4电极方向迁移
C．Mo：BiVO4电极上的反应式为：2H2O－2e－===H2O2＋2H＋
D．消耗1 mol同时生成1 mol
6．(2023·广东汕头联考)锌铁液流电池由于安全、稳定、电解液成本低等优点成为电化学储能热点技术之一。如图为以Zn(OH)/Zn和Fe(CN)/Fe(CN)作为电极氧化还原电对的碱性锌铁液流电池放电时工作原理示意图。已知：聚苯并咪唑(PBI)膜允许OH－通过。
下列说法错误的是(　　 )
A．Fe(CN)含有配位键，电池放电总反应为2Fe(CN)＋Zn＋4OH－===Zn(OH)＋2Fe(CN)
B．放电过程中，左侧池中溶液pH逐渐减小
C．充电过程中，阴极的电极反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－
D．充电过程中，当2 mol OH－通过PBI膜时，导线中通过1 mol e－
7．(2023·湖北统考一模)一种新型AC/LiMn2O4体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极，Li2SO4作电解液，充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A．合成LiMn2O4的过程中可能有O2产生
B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4＋xe－===Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋
C．充电时AC极应与电源正极相连
D．可以用Na2SO4代替Li2SO4作电解液
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