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(共26张PPT)
第10讲
浓差电池的化学原理及应用
2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座
2025
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
一、知识重构
浓差电池，顾名思义，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有浓度差，由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同，从而产生不同的电势。
一、知识重构
1.电极浓差电池
由两个材料相同但浓度不同的金属电极或气压不同的气体电极构成，电解质溶液中相应离子的浓度相同。
(1)气体电极构成的浓差电池
两个负载有不同压力的氢气的Pt片插入一定浓度的酸性介质中构成的浓差电池：
Pt，H2 (p1)∣H＋ (aq)∣H2 (p2)，Pt (P1>P2)
负极(P1)：H2-2e－=2H+
正极(P2)：2H+ + 2e－=H2↑
电池总反应：H2(p1)→H2(p2)。表观上，高浓度氢气(P1)转化为低浓度氢气(P2)而产生电动势。
一、知识重构
1.电极浓差电池
(2)金属汞齐电极构成的浓差电池
两个浓度不同的金属钠汞齐材料插入一定熔融Na＋中也构成的浓差电池：
Na(a%)―Hg ∣Na＋(熔融)∣Na(b%)―Hg （a>b）
负极(a)：Na-e－=Na+
正极(b)：Na++e－=Na
电池反应：Na(a)→Na(b)。表观上，高浓度钠汞齐(a)转化为低浓度钠汞齐(b)而产生电动势。
一、知识重构
2.电解质浓差电池
电解质浓差电池由两个材料相同的金属或金属微溶盐，插入浓度不同的相同电解质溶液中构成。
（1）金属电极构成的电解质浓差电池
Ag∣AgNO3 (a1)‖AgNO3(a2)∣Ag
NO3－由高浓度(右)向低浓度（左）扩散
负极（A）：Ag-e－=Ag+
正极（B）：Ag++e－=Ag
反应的结果是浓溶液变稀，稀溶液浓度升高，最终趋于平衡。
一、知识重构
2.电解质浓差电池
（2）金属微溶电极构成的电解质浓差电池
Ag，AgCl (s)∣HCl (a1)‖HCl (a2)∣AgCl (s)，Ag
H+由高浓度(右)向低浓度（左）扩散
负极（B）：Ag-e－+Cl－=AgCl
正极（A）：AgCl+e－=Ag+Cl－
反应的结果是浓溶液变稀，稀溶液浓度升高，最终趋于平衡。
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
二、重温经典
甲室Cu为负极
负极： Cu - 2e－ +4NH3=[ Cu(NH3)4]2+
正极：Cu2+ + 2e－ = Cu
√
例1：（2023·山东卷）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：
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
解析
√
题型一.浓差电池
B. 原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行
D. NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[ Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，
二、重温经典
题型一.浓差电池
阴离子交换膜只允许阴离子通过，所以只能通过电极反应改变电解质溶液浓度，左侧电解质溶液浓度减小，右侧电解质溶液浓度增大，Ag(1)极上析出Ag，Ag(2)极上银溶解，由此推知，Ag(1)为正极，Ag(2)为负极。
负极：Ag - e- = Ag+
正极：Ag+ + e- = Ag
√
例2：（2024·海南·三模）利用一种电解质溶液浓度不同引起电势差的装置称为“浓差电池”，其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池。某浓差电池的模拟装置如图所示。已知：两电极银的质量均为300g。下列叙述正确的是
A．Ag（1）电极为负极，发生氧化反应
B．NO3-由右侧向左侧迁移
C．电池停止工作时两电极的质量差为432g
D．电池放电时将化学能全部转化成电能
解析
二、重温经典
题型一.浓差电池
×
例3：（2023·山东济宁·二模）某AgNO3浓差电池的装置如图所示，该电池使用前先将K与M连接一段时间，K再与N连接，当正负电极室中溶液的浓度相等时，电池将停止放电。下列说法错误的是
A．K与M连接时，当电路中转移0.1mol电子时，乙室溶液质量减少17g
B．K与N连接时，甲室的电极反应式为Ag - e- = Ag+
C．若换成阳离子交换膜，电池将不能正常使用
D．K分别与M、N连接时，NO3-在电解质溶液中的移动方向相反
解析
负极：Ag - e- = Ag+
正极：Ag+ + e- = Ag
K与M相连时，为电解池，左侧甲室内Ag为阳极，右侧乙室内Ag为阴极，阳极上Ag Ag+，阴极上Ag+ Ag，NO3-透过阴离子交换膜向阳极移动进入左侧，一段时间后，两池中浓度不同；然后将K与N相连，装置为原电池，左侧甲室内c(NO3-)大，Ag+氧化性强，则Ag+得电子发生还原反应，甲室内Ag为正极，则乙室Ag为负极，NO3-向负极移动进入乙室
二、重温经典
题型一.浓差电池
例4：（日照市2022届第一次模拟）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是
A．a电极的电极反应为2H2O+2e－=H2↑+2OH－
B．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得80gNaOH
C．电池放电过程中，Cu（l）电极上的电极反应为Cu2++2e－=Cu
D．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
原电池
电解池
SO42－
负极
正极
阳极
阴极
当原电池两侧浓度相等时，通过阴离子膜的硫酸根离子为2mol。根据电荷守恒：2molSO42-~4mole-~4NaOH
m(NaOH)=160g
制NaOH
制H2SO4
SO42－
Na+
×
解析
二、重温经典
题型一.浓差电池
例5：（2022广东模拟）物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯氧，测量侧气压调节到与参比测相同，接通电路，通过电势差大小可测出测量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是
A．参比侧为正极
B．负极的电极反应式为2O2－-4e－=O2↑
C．测量侧处于封闭环境时，初期的读数比较准确
D．相同压强下，电势差越大，测量侧气体中含氧量越高
参比侧O2浓度高为正极，测量侧为负极
正极：O2 + 4e－ = 2O2－
负极：2O2－ - 4e－ = O2↑
初期的读数与测量侧气体中含氧量有关，后期因为氧气的生成导致读数与测量侧气体中含氧量相差很大，所以初期的读数比较准确。
两侧浓度差越大，电势差越大。因此测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大。
×
解析
二、重温经典
题型一.浓差电池
左侧通入氢气为负极，右侧生成氢气为正极
负极：H2 - 2e－ +2OH－= 2H2O
正极：2H+ + 2e－ = H2↑
总反应为高浓度H2生成低浓度H2
×
例6：（2019浙江）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－=2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2=2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动
解析
二、重温经典
题型二.氧浓差腐蚀
如图所示，两块铁片浸在同一浓度的稀盐水中，其中一块铁片与通入的空气接触，另一块铁片与通入的氮气接触。
在这两块铁片上负电荷密度本来应该是相同的，但是由于溶液中含氧量不同，在发生下列反应时所进行的程度也不同：O2+4e－+2H2O=4OH－。在通入空气的铁电极上，氧气的还原反应较迅速，因而表面电子被中和，负电荷密度降低较多。在通入氮气的铁电极上，因氧气较少，还原反应难以进行，因此负电荷密度几乎没有什么变化。这样，由于溶液中氧气浓度的不同造成了电位差，产生了腐蚀电流。在上述电池中可观察到，与氮气接触的铁片发生了溶解，而与空气接触的铁片没有腐蚀。
二、重温经典
√
例1：（2024·广东揭阳二模）某同学进行以下实验：
下列说法正确的是
A．腐蚀过程中有生成H2
B．边缘处红色说明：Fe - 3e－ = Fe3+
C．反应后中心区域溶液的pH>7
D．反应过程中化学能完全转化为电能
解析
题型二.氧浓差腐蚀
负极：Fe-2e－=Fe2+
正极：O2+2H2O+4e－=4OH－
边缘处二价铁被空气中的氧气氧化为三价铁
二、重温经典
题型二.氧浓差腐蚀
例2：(2011浙江)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。导致现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是
A．液滴中的Cl–由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu-2e－=Cu2+
O2
O2
O2
O2
O2
负极
腐蚀区
正极
生锈区
正极
生锈区
负极：Fe-2e－=Fe2+
正极：O2+2H2O+4e－=4OH－
边缘区域氧气浓度高，正极
中心区域氧气浓度低，负极
Fe2++2OH－=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
铁板
a
b
b
√
解析
二、重温经典
题型二.氧浓差腐蚀
2011浙江考题图片
该题涉及的是一个早期进行的、经典的腐蚀实验,称为盐水滴实验,这也是一种局部腐蚀现象。盐水滴实验是在一块抛光、干净的钢片上滴上一滴含有少量酚酞和铁氰化钾并为空气所饱和的食盐水。在液滴覆盖的区域内很快就出现粉红色和蓝色的小斑点。再过几分钟,则液滴中心部分主要呈现蓝色,液滴边缘为一红色圆环,而在两者之间有一棕褐色环。
盐水滴实验现象
二、重温经典
题型二.氧浓差腐蚀
盐水滴实验现象
盐水滴：食盐水、酚酞、铁氰化钾
腐蚀区（负极，贫氧）：
Fe-2e－=Fe2+
3Fe2+ +2 [Fe(CN)6]3－ =Fe3[Fe(CN)6]2↓（蓝色沉淀）
（老人教）
Fe2+ +K++[Fe(CN)6]3－ =KFe[Fe(CN)6]↓（蓝色沉淀）
（新人教）
生锈区（正极，富氧）：
O2+2H2O+4e－=4OH－（酚酞变红）
Fe2++2OH－=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O（铁锈）
初始：不均匀微电池
阳离子移向正极
二、重温经典
例3：（2014福建）铁及其化合物与生产、生活关系密切，下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
题型二.氧浓差腐蚀
①该电化腐蚀称为_____。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_________(填字母)。
钢铁在海水(中性环境)中发生的应该是吸氧腐蚀。
A:O2浓度高，但缺少电解质
B:O2浓度高，有电解质，正极，为生锈区（需要氧气）
C:O2浓度低，负极，腐蚀区
D:深水区，O2浓度低，理论上作为负极，但远离正极，水电阻大，腐蚀并不严重
解析
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
三、模型建构
氧浓差电池腐蚀是金属常见的腐蚀现象。氧气浓度大为正极，氧气浓度低为负极。
负极反应：M-ne－→Mn+ （M代表金属单质）
正极反应：O2+2H2O+4e－→4OH－
远离水线以下的区域虽然氧气浓度低，但是由于水溶液的电阻大，腐蚀电流小，因而腐蚀并不严重，通常严重腐蚀区部位离水线并不远，故常称为水线腐蚀。
正极
负极
水线腐蚀示意图
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
四、名师导学
1.浓差电池仍然符合原电池的反应原理，负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。
2.原电池的构成条件并非一定需要两个活性不同的电极，如浓差电池。
四、名师导学
3.锂离子电池也可以看作锂离子浓差电池，放电时，高浓度锂离子由负极迁移到低浓度的正极。
Li1－xCoO2+LixCy
LiCoO2+Cy
放电
充电
负极
正极浓差电池的化学原理及应用
1.（2024·全国·模拟预测）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得、、和NaOH．下列说法错误的是
A．b电极的电极反应式为
B．电池放电过程中，Cu(1)电极为该电池的正极
C．电池从开始工作到停止放电，理论上可制得标准状况下44.8L气体
D．若开始前两铜电极的质量相同，当电路中转移0.2mol电子时，两铜电极的质量相差12.8g
2.（2024·广东·一模）钇稳定氧化锆浓差电池可用于测定待测环境中氧气的含量，在冶金、能源等领域应用广泛。其原理是利用空气与待测环境中氧气的浓度差对电压的影响，某工作状态如图所示。该电池工作时，下列说法不正确的是
电极A为正极
B．O2－由电极A向电极B迁移
C．电极B发生的反应为
D．理论上，电解质中O2－的总物质的量会增加
3.（2024·广东湛江第二十一中学模拟）低品质能源利用是指对热值较低、含杂物较高等特点的一类能源的利用。如图所示装置，可同时利用低温废热和含铜废液，并达到对含铜废液富集和产生电能的目的。起始时电极均为泡沫铜且质量相等，含铜废液的浓度为0.1mol/L，以2.5mol/L （NH4）2SO4溶液作为电解质溶液，向M极区液体中加入2mol/L 氨水开始反应。下列说法正确的是
A．向M极区液体中加入氨水可使M极电势高于N极电势
B．含铜废液Ⅰ、Ⅲ中的c（Cu2+）均高于含铜废液Ⅱ中的c（Cu2+）
C．电子由M极经导线移向N极
D．电极质量差为6.4g时，电路中通过0.2mol电子
4．（2024·河南许昌部分学校高考冲刺）铝-石墨双离子电池采用廉价且易得的石墨替代传统锂电池中的正极材料，全面提升了电池的能量密度。图甲和图乙表示该电池的充电或者放电时工作原理。X、Y表示可能为用电器或电源。已知充电时正极发生阴离子插层反应生成Cn（PF6），下列有关分析正确的是
A．图甲表示电池充电过程，电极a与电源的正极相连
B．图甲中电极b电极反应式为：
C．图乙中电极c电势高于电极d
D．图乙中当电路转移电子数为2mol时，理论上电极c质量减少14g
5．（2022浙江）pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-(0.1mol·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
6．由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池，当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示，下列说法中正确的是
A．铜电极I上发生氧化反应
B．从左极室透过隔膜移向右极室
C．电池工作一段时间后，右极室浓度增大
D．该电池工作时，电能转化为化学能
7．高分子有机物聚吡咯(PPy)是一种性能优异的光敏型半导体，其制成的纳米管在紫外光照射、关闭周期内会发生如下反应：+nH++H2。通过纳米管一端正电荷分布密度的变化，在电解质溶液中产生离子电流。某科研组使用PPy构建了一种浓差电池，用来提取天然水中的氢能，其构造如图所示。下列叙述正确的是
A．a为负极，b为正极
B．b极电极方程式为
C．纳米管道中的离子电流由PPy阳离子、的定向移动形成
D．照射一段时间后关闭光源，纳米管道中仍能存在微弱电流
8．某化学兴趣小组将两个完全相同的铜片分别放入体积相同、浓度不同的CuSO4溶液中形成浓差电池(如图所示)，当两极附近电解质溶液浓度相等时停止放电。下列说法正确的是
A．Cu(2)极发生还原反应
B．Cu(1)极附近Cu2+通过膜1向右迁移
C．放电过程中，两膜之间的c(CuSO4)理论上保持不变
D．当Cu(2)极附近c(CuSO4)变为1mol·L-1时，该电池停止放电
9．电解质浓度不同形成的浓差电池，称为离子浓差电池。以浓差电池为电源，以石墨为电极将NH3转化为高纯H2的装置如图所示。下列说法错误的是
A．Cu(1)为阳极，N为负极
B．M极电极反应为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C．工作时，左池SO从右侧经膜I移向左侧，右池OH-从右侧经膜Ⅱ移向左侧
D．当浓差电池停止放电时，理论上可得到22.4L标准状况下的H2(溶液体积变化忽略不计)
10．浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生的。锂离子浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列说法不正确的是
A．若Y电极材料为铁，也能实现如图转化
B．浓缩海水中锂离子浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度
C．X电极的反应为：2H++2e-=H2↑
D．右侧生成1molCl2时，左侧Li+增加2mol
11．下图是用“海水河水”浓差电池(不考虑溶解氧的影响)电镀铜的装置示意图，其中X、Y均为复合电极。下列说法错误的是
A．电子由X电极经导线流向镀件
B．Y的电极反应式为
C．电镀池可以用石墨电极作阳极
D．镀件增重，理论上X极区模拟海水的质量减少
12．利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品，缝隙处氧浓度比海水低，易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是
A．金属缝隙内表面为负极，外自由表面为正极
B．缝隙内溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率
C．为了维持电中性，海水中大量Cl-进入缝隙
D．正极的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-
13．硫含量是生铁质量的重要指标，精确测定铁水中硫含量是高炉炼铁过程中的重要任务，利用硫化物固体电解质浓差电池定硫工作原理如图所示，电池两边产生一定硫分压差时，两极会产生相应的电势，若已知某硫分压(p's2)，测定其电池电势，则可通过公式计算得出另一硫分压(p"s2)，从而确定铁水中的硫含量，N电极反应为S2(p"s2)＋2Mg2＋＋4e-=2MgS。下列有关该浓差电池说法正确的是
A．M极电势比N极电势高 B．该电池为电解池
C．M极上的电极反应式：2MgS-4e-=2Mg2＋+S2(p"s2) D．Mg2＋从左向右移动
试卷第1页，共3页
试卷第6页，共6页
第10讲-浓差电池的化学原理及应用答案及解析
1.【答案】C
【详解】浓差电池中，左侧溶液中Cu2+浓度大，离子的氧化性强，所以Cu (1)电极为正极，电极上发生得电子的还原反应，电极反应：Cu2++2e-=Cu，Cu (2)电极为负极，电极反应：Cu-2e-=Cu2+；则电解槽中a电极为阴极，b电极为阳极，阳极上水失电子生成O2和H+，电极反应：，阴极上水发生得电子的还原反应生成H2，电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则钠离子通过离子交换膜c进入左室，c为阳离子交换膜，硫酸根通过离子交换膜d进入右室，d为阴离子交换膜。A．根据上述分析知，b电极为阳极，电极反应式为，A正确；B．由分析知，浓差电池中，Cu (1)电极为正极，电极反应：Cu2++2e-=Cu，B正确；C．电池从开始工作到停止放电，溶液中Cu2+浓度变为1.5mol/L，根据Cu2+~Cu~2e-知，Cu (1)电极上析出n(Cu)=(2.5-1.5)mol/L×2 L=2mol，电路中转移了4mol电子，则a极产生了2mol H2，b极产生了1mol O2，共3mol气体，则理论上可制得标准状况下气体，C错误；D．当电路中转移0.2mol电子时，Cu (1)电极上析出的n(Cu)=0.1 mol，对应的m(Cu)=，Cu (2)电极上溶解的n(Cu)=0.1 mol，m(Cu)，则两铜电极的质量相差12.8g，D正确；
2.【答案】D
【详解】由题给信息可知，空气侧的铂电极为浓差电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧负离子，A电极为正极，反应式为O2+4e-=2O2-，测量侧的铂电极B为负极，氧负离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2--4e—=O2↑，相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大。A．由分析可知，空气侧的铂电极为正极，A正确；B．阴离子向负极移动，O2－由电极A向电极B迁移，B正确；C．测量侧的铂电极B为负极，氧负离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2--4e—=O2↑，C正确；D．结合得失电子守恒，理论上，电解质中O2－的总物质的量会不变，D错误；
3.【答案】C
【详解】A．向M极区液体中加入氨水用于产生电势差，使两侧铜离子浓度不同，M极是负极，Cu失去电子生成，与形成，N极是正极，得到电子生成Cu，正极电势高于负极电势，即N极电势高于M极电势，A错误；B．由图可知；含铜废液Ⅰ＞含铜废液Ⅱ＞含铜废液Ⅲ，B错误；C．电子由M极（负极）经导线移向N极（正极），C正确；D．电极质量差为6.4g时，M极质量减少3.2g（即0.05mol），N极质量增加3.2g，根据关系式Cu～2可知，电路中通过0.1mol电子，D错误；
4.【答案】D
【详解】由图中所给电极材料及电子转移方向判断，图乙是放电装置，电极c为原电池的负极，d为正极；图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，为电解池的阴极，电极b为阳极；
A．据分析，图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，A错误：B．图甲中电极b与电源正极连接，电极反应式为：，B错误；C．图乙中c是原电池负极，d是正极，因此电极d的电势高于电极c，C错误；D．图乙，c电极反应为，因此当电路转移电子数为2mol时即物质的量为2mol，理论上电极c上2mol Li参加反应，理论上电极c质量减少，D正确；
5．【答案】C
【详解】A． 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；
B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；
C．pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；
D． pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；
6．【答案】C
【详解】A．根据题意可知，铜电极I附近CuSO4浓度高，发生的反应是Cu2++2e-=Cu，是还原反应，A错误；
B．根据题意，当两极室离子浓度相等时放电完成，说明左侧硫酸铜浓度要降低，右侧硫酸铜浓度要升高，直至左右两侧硫酸铜浓度相等，则隔膜应为阴离子交换膜，硫酸根离子从左侧移向右侧，B错误；
C．铜电极II附近CuSO4浓度低，发生的反应是Cu-2e-=Cu2+，硫酸根离子从左侧移向右侧，导致右极室浓度增大，C正确；
D．该电池工作时，化学能转化为电能，D错误；
7．【答案】D
【详解】A．根据分析，b为负极，a为正极，A错误；
B．根据分析，b为负极，负极失电子发生氧化反应，B错误；
C．天然水是混合物，含有多种离子，因此除了PPy阳离子、之外还会有其它离子（如Na+等）在溶液中定向移动，C错误；
D．照射一段时间后关闭光源，则反应+nH++H2会逆向进行，导致纳米管道中仍能存在微弱电流，D正确；
8．【答案】C
【详解】A．铜(1)极附近硫酸铜溶液浓度大于铜(2)极，故铜(1)极的电解质浓度降低[即铜(1)极为正极]，铜(2)极为负极，发生氧化反应，电极反应为，A项错误；
B．铜(1)极的电极反应式为，为了维持电荷平衡，通过膜1向右迁移，B项错误；
C．理论上两膜之间的硫酸铜浓度基本保持不变，C项正确；
D．理论上正、负两极硫酸铜溶液浓度均为时，该电池停止放电，D项错误。
9．【答案】D
【详解】A．由分析知，Cu(1)为正极，N为阴极，A项正确；
B．电极M上，NH3失电子被氧化为N2，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，B项正确；
C．左池中，SO向电池负极移动，故SO经过阴离子交换膜I从右侧移向左侧，右池中，阴离子移向阳极，故OH-经过阴离子交换膜Ⅱ由右侧移向左侧，C项正确；
D．当浓差电池左右浓度相等时则停止放电，设负极放电使溶液中增加x mol Cu2+，则正极减少x mol Cu2+，当浓差电池停止放电时有：x+2L×0.5mol/L=2L×2.5mol/L-x，解得x=2mol，则此时电路中转移电子2×2mol=4mol，右池阴极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则此时生成H2物质的量=4mol×=2mol，标准状况下其体积为2mol×22.4L/mol=44.8L，D项错误；
10．【答案】A
【详解】A．据分析，Y电极是该电池的负极，若材料为铁，铁比Cl-跟易失去电子，故不能实现如图转化，A不正确；
B．据分析，浓缩海水中锂离子过离子导电体进入左槽，左槽加入的是稀盐酸，故其浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度，B正确；
C．据分析，X电极为该电池正极，反应为：2H++2e-=H2↑，C正确；
D．右侧生成1molCl2时，转移2mol电子，有2molLi+通过离子导电体，故左侧Li+增加2mol，D正确；
11．【答案】D
【详解】A．电镀铜的装置中镀件是阴极，X电极为负极，因此电子由X电极经导线流向镀件，故A正确；
B．Y电极为正极，得到电子，因此Y电极反应式为，故B正确；
C．电镀池中硫酸铜作电解液，铜离子在阴极得到电子变为铜单质镀在镀件上，因此可以用石墨电极作阳极，故C正确；
D．根据Cu2+＋2e－＝Cu，镀件增重即物质的量为0.1mol，转移0.2mol电子，正极电极反应式，有0.2mol Cl－消耗，0.2mol Na＋向正极移动，理论上X极区模拟海水减小0.2mol NaCl，其质量减少0.2mol×58.5g mol 1＝11.7g，故D错误。
12．【答案】B
【详解】A．根据氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以金属缝隙外自由表面为正极，金属缝隙内表面为负极，A正确；
B．金属缝隙外自由表面为正极，生成氢氧根离子，缝隙外溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率，B错误；
C．阴离子由正极向负极移动，所以大量Cl-进入缝隙维持电中性，C正确；
D．正极为氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-，D正确；
13．【答案】D
【详解】A．N极电势比M极电势高，A错误；
B．该电池是原电池，B错误；
C．M电极为原电池负极，发生氧化反应，根据图示可知，M极电极反应为：2MgS-4e-=2Mg2＋+S2(p's2)，C错误；
D．原电池中镁离子向正极移动，即向N极移动，D正确；
应式为：C2H4-12e-＋16OH-=10H2O＋2CO。
答案第1页，共2页
答案第4页，共4页第10讲-浓差电池的化学原理及应用
一、知识重构
浓差电池，顾名思义，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有浓度差，由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同，从而产生不同的电势。
1.电极浓差电池
由两个材料相同但浓度不同的金属电极或气压不同的气体电极构成，电解质溶液中相应离子的浓度相同。
(1)气体电极构成的浓差电池
两个负载有不同压力的氢气的Pt片插入一定浓度的酸性介质中构成的浓差电池：
Pt，H2 (p1)∣H＋ (aq)∣H2 (p2)，Pt
P1>P2，则左侧作 极，反应为 ；右侧作 极，反应为 。
电池总反应：H2(p1)→H2(p2)。表观上，高浓度氢气(P1)转化为低浓度氢气(P2)而产生电动势。
(2)金属汞齐电极构成的浓差电池
两个浓度不同的金属钠汞齐材料插入熔融的Na＋中也构成的浓差电池：
Na(a%)―Hg ∣Na＋(熔融)∣Na(b%)―Hg
a>b，则左侧作 极，反应为 ；右侧作 极，反应为 。
电池反应：Na(a)→Na(b)。表观上，高浓度钠汞齐(a)转化为低浓度钠汞齐(b)而产生电动势。
2.电解质浓差电池
电解质浓差电池由两个材料相同的金属或金属微溶盐，插入浓度不同的相同电解质溶液中构成。
（1）金属电极构成的电解质浓差电池
Ag∣AgNO3 (a1)‖AgNO3(a2)∣Ag
电极A作 极，反应为 ；电极B作 极，反应为 。硝酸根离子移向 极。
电池反应为：Ag＋(高)→Ag＋(低)。表观上，高浓度电解质离子Ag＋转化为低浓度电解质离子Ag＋而产生电动势。
金属微溶电极构成的电解质浓差电池
Ag，AgCl (s)∣HCl (a1)‖HCl (a2)∣AgCl (s)，Ag
电极A作 极，反应为 ；电极B作 极，反应为 。氢离子移向 极。
重温经典
题型一.浓差电池
例1：（2023·山东卷）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：
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【答案】CD
【解析】A. 向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，故A错误；B. 再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C. 左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确；D. 扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。
例2：（2024·海南·三模）利用一种电解质溶液浓度不同引起电势差的装置称为“浓差电池”，其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池。某浓差电池的模拟装置如图所示。已知：两电极银的质量均为300g。下列叙述正确的是
A．电极为负极，发生氧化反应
B．由右侧向左侧迁移
C．电池停止工作时两电极的质量差为432g
D．电池放电时将化学能全部转化成电能
【答案】C
【解析】浓差电池通过改变电解质溶液浓度实现放电，当浓度相等时停止放电。阴离子交换膜只允许阴离子通过，所以只能通过电极反应改变电解质溶液浓度，左侧电解质溶液浓度减小，右侧电解质溶液浓度增大，极上析出Ag，极上银溶解，由此推知，为正极，Ag(2)为负极。A．根据分析知，为正极，Ag(2)为负极，A错误；B．为了维持电荷守恒，左侧电解质溶液中向右侧迁移，B错误；C．当两电极所在电解质溶液浓度相等时达到平衡，停止放电，停止放电时mol L，即只转移2 mol电子，负极：，正极：，起始时，两电极的质量相等，停止放电时，正极增加2 mol Ag(216g)，负极减少2 mol Ag(216g)，两电极的质量差为432 g，C正确；D．电池放电时将化学能主要转化成电能，还有热能等，D错误；
例3：（2023·山东济宁·二模）某浓差电池的装置如图所示，该电池使用前先将K与M连接一段时间，K再与N连接，当正负电极室中溶液的浓度相等时，电池将停止放电。下列说法错误的是
A．K与M连接时，当电路中转移0.1mol电子时，乙室溶液质量减少17g
B．K与N连接时，甲室的电极反应式为
C．若换成阳离子交换膜，电池将不能正常使用
D．K分别与M、N连接时，在电解质溶液中的移动方向相反
【答案】B
【解析】浓度差电池是利用两极电势差实现两个氧化还原半反应，总反应类似扩散原理，最终两池电解质浓度将相等。该电池使用前先将K与M连接一段时间，开关与M相连时，为电解池，左侧甲室内Ag电极为阳极，右侧乙室内Ag电极为阴极，阳极上Ag失去电子转化为Ag+，阴极上Ag+得到电子转化为Ag，硝酸根透过阴离子交换膜向阳极移动进入左侧，一段时间后，两池中浓度不同；然后将K与N相连，装置为原电池，左侧甲室内硝酸银溶液浓度大，银离子氧化性强，则银离子得电子发生还原反应，左侧甲室内Ag电极为正极，则右侧乙室Ag电极为负极，硝酸根向负极移动进入乙室，据此回答；A． 据分析，K与M连接时，右侧乙室内、硝酸根迁出，当转移1mol电子时，乙室溶液质量减少(108+62)g=170g，则当电路中转移0.1mol电子时，乙室溶液质量减少17g，A正确；B．K与N连接时为原电池，甲室为正极区，电极反应式为，B不正确；C．若换成阳离子交换膜，若有1mol电子转移，阳极1mol Ag溶解、阴极析出1mol Ag，1mol Ag+透过阳离子交换膜进入乙室，则两池中Ag+浓度将相同，开关与N相连时，不会产生电流、将不能正常使用，因此应该选择阴离子交换膜电池，C正确；D．据分析，K分别与M、N连接时，在电解质溶液中的移动方向相反，D正确；
例4：（日照市2022届第一次模拟）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是
A．a电极的电极反应为2H2O+2e－=H2↑+2OH－
B．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得80gNaOH
C．电池放电过程中，Cu（l）电极上的电极反应为Cu2++2e－=Cu
D．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
【答案】B
【解析】A．电解槽中电极为阴极，水发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为，故A正确；B．电池从开始工作到停止放电，两侧溶液中Cu2+浓度相等，设两电极发生改变的Cu2+的物质的量为a，由两侧浓度相等可得2.5mol/L2L-a=0.5mol/L2L+a，解得a=2，根据电子守恒有Cu~2e-~2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量n(NaOH)=4mol，则n(NaOH)=4mol40g/mol=160g，故B错误；C．浓差电池中，电极为正极，正极上Cu2+得电子生成Cu，电极反应为，故C正确；D．电极为阴极，阴极反应为，b电极为阳极，阳极反应为，则a极附近生成NaOH，b极附近生成H2SO4，所以钠离子通过离子交换膜c生成NaOH，则c为阳离子交换膜，硫酸根通过离子交换膜d生成H2SO4，则d为阴离子交换膜，故D正确。
例5：物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯氧，测量侧气压调节到与参比测相同，接通电路，通过电势差大小可测出测量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是
A．参比侧为正极
B．负极的电极反应式为2O2－- 4e－=O2↑
C．测量侧处于封闭环境时，初期的读数比较准确
D．相同压强下，电势差越大，测量侧气体中含氧量越高
【答案】D
【解析】由题给信息可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧气，电极反应式为O2+4e－=2O2－，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－-4e－=O2↑，相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大。A．由分析可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，故A正确；B．由分析可知，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－-4e－=O2↑，故B正确；C．由分析可知，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，测量侧处于封闭环境时，初期的读数与测量侧气体中含氧量有关，后期因为氧气的生成导致读数与测量侧气体中含氧量相差很大，所以初期的读数比较准确，故C正确；D．由分析可知，相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大，故D错误。
例6：（2019浙江）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－=2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2=2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动
【答案】C
【解析】由电子的流动方向可以得知左边为负极，发生氧化反应；右边为正极，发生还原反应，故选项A、B正确；电池的总反应没有O2参与，总反应方程式不存在氧气，故C选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D选项正确。答案选C。A. 右边吸附层中发生了还原反应，A正确；B. 氢气在负极上发生氧化反应，电解质中有强碱，故负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－=2H2O，B正确；C. 没有氧气参与反应，C不正确；D. 电解质溶液中Na＋向右边的正极移动，ClO4－向左边的负极移动，D正确。
题型二.氧浓差腐蚀
如图所示，两块铁片浸在同一浓度的稀盐水中，其中一块铁片与通入的空气接触，另一块铁片与通入的氮气接触。
在这两块铁片上负电荷密度本来应该是相同的，但是由于溶液中含氧量不同，在发生下列反应时所进行的程度也不同：O2+4e－+2H2O=4OH－。在通入空气的铁电极上，氧气的还原反应较迅速，因而表面电子被中和，负电荷密度降低较多。在通入空气的铁电极上，氧气的还原反应较迅速，因而表面电子被中和，负电荷密度降低较多。在通入氮气的铁电极上，因氧气较少，还原反应难以进行，因此负电荷密度几乎没有什么变化。这样，由于溶液中氧气浓度的不同造成了电位差，产生了腐蚀电流。在上述电池中可观察到，与氮气接触的铁片发生了溶解，而与空气接触的铁片没有腐蚀
例1：（2024·广东揭阳二模）某同学进行以下实验：
操作 现象
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈
下列说法正确的是
A．腐蚀过程中有生成
B．边缘处红色说明：
C．反应后中心区域溶液的pH>7
D．反应过程中化学能完全转化为电能
【答案】C
【解析】A．取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和的食盐水，铁皮发生吸氧腐蚀，没有生成，A错误；B．铁片发生吸氧腐蚀，Fe电极方程式为：，边缘处红色得原因是二价铁被空气中的氧气氧化为三价铁，B错误；C．铁片发生吸氧腐蚀，反应后中心区域溶液呈碱性，pH>7，C正确；D．铁皮发生吸氧腐蚀得原理是原电池，但化学能不能完全转化为电能，D错误；
例2：(2011浙江)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。导致现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是（ ）
A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu-2e－=Cu2+
【答案】B
【解析】液滴边缘区域氧气浓度大，中心区域氧气浓度低。因此，边缘区域为正极，中心区域为负极。A．根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，阴离子Cl-应由b区向a区迁移，A错误；B．O2在液滴外沿反应，正极电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH－，发生还原反应，B正确；C．液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C错误；D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe-2e－=Fe2+，D错误；
例3：（2014福建）铁及其化合物与生产、生活关系密切，下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为__________________。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_________(填字母)。
【答案】吸氧腐蚀 B
【解析】①钢铁在海水(中性环境)中发生的应该是吸氧腐蚀。②在B点的海水中氧气浓度最大，发生的吸氧腐蚀最快，生成的铁锈最多。D点为深水区，O2浓度低，理论上作为负极，但远离正极，水电阻大，腐蚀并不严重。
三、模型建构
氧浓差电池腐蚀是金属常见的腐蚀现象。氧气浓度大为正极，氧气浓度低为负极。
负极反应：M-ne－→Mn+ （M代表金属单质）
正极反应：O2+2H2O+4e－→4OH－
远离水线以下的区域虽然氧气浓度低，但是由于水溶液的阻力大，腐蚀电流小，因而腐蚀并不严重，通常严重腐蚀区部位离水线并不远，故常称为水线腐蚀。
水线腐蚀示意图
四、名师导学
1.浓差电池仍然符合原电池的反应原理，负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。
2.原电池的构成条件并非一定需要两个活性不同的电极，如浓差电池。
3.锂离子电池也可以看作锂离子浓差电池，放电时，高浓度锂离子由负极迁移到低浓度的正极。

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