資源簡(jiǎn)介

第28講　原電池　化學(xué)電源
[課程標(biāo)準(zhǔn)]　1.了解原電池及常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理。2.能分析、解釋原電池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池和電解池。3.能列舉常見(jiàn)的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。
考點(diǎn)一　原電池的工作原理
1．概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
2．構(gòu)成條件
(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。
(2)二看兩電極：一般是金屬活動(dòng)性不同的兩電極。
(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個(gè)條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液。
3．工作原理(以銅鋅原電池為例)
學(xué)生用書(shū)?第132頁(yè)
(1)原理分析
電極名稱 負(fù)極 正極
電極材料 鋅片 銅片
電極反應(yīng) Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)
電子流向 由Zn沿導(dǎo)線流向Cu
鹽橋中離子移向 鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極
(2)兩種裝置比較
①鹽橋作用：a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢(shì)差(中和電荷)，使電池能持續(xù)提供電流。
②裝置Ⅰ中有部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，使電池效率降低；裝置Ⅱ中使Zn與Cu2＋隔離，電池效率提高，電流穩(wěn)定。
4．原電池原理的應(yīng)用
(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)。
(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。
(3)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。
(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源
①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。
②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)，選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。
[正誤辨析]
(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極(　　)
(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路(　　)
(3)在鋅銅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生(　　)
(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極(　　)
(5)一般來(lái)說(shuō)，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高(　　)
答案：　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
一、原電池電極的判斷及工作原理
1．(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為 極，活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為 極。
(2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由 極流向 極；電子由 極流向 極。
(3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向 極，陰離子移向 極。
(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷。原電池的 極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其 極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。
(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下，溶解的一極為 極，增重或有氣體逸出的一極為 極。
答案：　(1)負(fù)　正　(2)正　負(fù)　負(fù)　正　(3)正　負(fù)　(4)負(fù)　正　(5)負(fù)　正
2．分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，按要求回答問(wèn)題。
(1)裝置①中， 作負(fù)極，該電極反應(yīng)式為 。
答案：　Mg　Mg－2e－===Mg2＋
(2)裝置②中 作負(fù)極，該電極反應(yīng)式為 ，正極反應(yīng)式為 。
答案：　Al　2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
(3)裝置③中， 作正極，負(fù)極反應(yīng)式為 。
答案：　Fe　Cu－2e－===Cu2＋
(4)裝置④中， 作負(fù)極，正極反應(yīng)式為 。
答案：Fe　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
原電池正、負(fù)極判斷的一般方法
　　
學(xué)生用書(shū)?第133頁(yè)
二、可逆反應(yīng)原電池原理的分析
3．控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，負(fù)極為 中的石墨(填“甲”或“乙”)，電極反應(yīng)式為 。
(2)電流表讀數(shù)為 時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。
(3)當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，在甲中加入FeCl2固體，此時(shí)負(fù)極為 中的石墨(填“甲”或“乙”)，電極反應(yīng)式為 。
答案：　(1)乙　2I－－2e－===I2
(2)零
(3)甲　2Fe2＋－2e－===2Fe3＋
4．某同學(xué)為探究Ag＋和Fe2＋的反應(yīng)，按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng))，發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏移。電子由石墨經(jīng)導(dǎo)線流向銀。放置一段時(shí)間后，向甲燒杯中逐漸加入濃Fe2(SO4)3溶液，發(fā)現(xiàn)電壓表指針的變化依次為偏移減小→回到零點(diǎn)→逆向偏移。則電壓表指針逆向偏移后，銀為 (填“正”或“負(fù)”)極。由實(shí)驗(yàn)得出Ag＋和Fe2＋反應(yīng)的離子方程式是 。
答案：　負(fù)　Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag
原電池的工作原理簡(jiǎn)圖
注意：①電子移動(dòng)方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極，電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。
②若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽(yáng)離子移向正極區(qū)。
③若有交換膜，離子可選擇性通過(guò)交換膜，如陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極。　　
三、原電池原理的應(yīng)用
5．用A、B、C、D、E五塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
(1)A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，A極為負(fù)極，活動(dòng)性 ；
(2)C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導(dǎo)線→C，活動(dòng)性 ；
(3)A、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡，活動(dòng)性 ；
(4)B、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)，活動(dòng)性 ；
(5)用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出，活動(dòng)性 。
綜上所述，這五種金屬的活動(dòng)性從強(qiáng)到弱的順序?yàn)? 。
答案：　(1)A＞B　(2)C＞D　(3)A＞C　(4)D＞B　(5)B＞E　A＞C＞D＞B＞E
6．請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極 ，正極 ，并在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。
答案：　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
畫(huà)原電池裝置圖常見(jiàn)失分點(diǎn)
失分點(diǎn)一：不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。
失分點(diǎn)二：不畫(huà)出電解質(zhì)溶液(或畫(huà)出但不標(biāo)注)。
失分點(diǎn)三：誤把鹽橋畫(huà)成導(dǎo)線。
失分點(diǎn)四：不能連成閉合回路。　　
學(xué)生用書(shū)?第134頁(yè)
7.把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)
(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是 。
(2)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入等量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是 。
(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是 。
解析：　加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應(yīng)速率，(1)a中Zn減少，H2體積減小，所以A正確；(2)中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多，所以B項(xiàng)正確；(3)當(dāng)把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時(shí)，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)減少，反應(yīng)速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，所以C項(xiàng)正確。
答案：　(1)A　(2)B　(3)C
考點(diǎn)二　常見(jiàn)化學(xué)電源
一、一次電池——干電池
1．堿性鋅錳干電池
總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
負(fù)極材料：Zn。
電極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正極材料：碳棒。
電極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－。
2．紐扣式鋅銀電池
總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
電解質(zhì)溶液是KOH溶液。
負(fù)極材料：Zn。
電極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正極材料：Ag2O。
電極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
二、二次電池——可充電電池或蓄電池
　鉛酸蓄電池總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
[微提醒]　可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正、負(fù)極連接方式：
提示：
三、“高效、環(huán)境友好”的燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。
學(xué)生用書(shū)?第135頁(yè)
電池 酸性 堿性或中性
負(fù)極反應(yīng)式 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正極反應(yīng)式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
總反應(yīng)式 2H2＋O2===2H2O
備注 燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用
[正誤辨析]　
(1)鉛酸蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加(　　)
(2)手機(jī)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(　　)
(3)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進(jìn)行，可用鋅鐵作電極材料(　　)
(4)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)(　　)
(5)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(　　)
(6)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H2－4e－===4H＋(　　)
答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
一、一次電池
1．酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程中產(chǎn)生Mn2O3。
(1)該電池的正極反應(yīng)式為 ，
電池總反應(yīng)的離子方程式為 。
(2)維持電流強(qiáng)度為0.5 A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅 g。(已知F＝96 500 C·mol－1)
解析：　(2)電池工作5分鐘，通過(guò)的電量Q＝0.5 A×5 min×60 s·min－1＝150 C，則理論上消耗Zn的質(zhì)量m(Zn)＝×65 g·mol－1≈0.05 g。
答案：　(1)2MnO2＋2e－＋2NH===Mn2O3＋2NH3＋H2O
Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O　(2)0.05
二、二次電池
2.鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正、負(fù)極是惰性材料，電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO 2PbSO4＋2H2O。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題(不考慮氫、氧的氧化還原)：
(1)放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是
；
電解液中H2SO4的濃度將變 (填“大”或“小”)；當(dāng)外電路通過(guò)1 mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加 g。
(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按如圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成 ，B電極上生成 ，此時(shí)鉛蓄電池的正極、負(fù)極的極性將 。
解析：　(1)原電池正極上得電子，負(fù)極上失電子。根據(jù)電池總反應(yīng)式可得負(fù)極反應(yīng)式為
Pb＋SO－2e－===PbSO4　　質(zhì)量增加
　 　 　　　2 mol　　　　　　 96 g
　 　　 1 mol　　　　　 　Δm
求得Δm＝48 g。
(2)電解池中與電源正極相連的電極(陽(yáng)極)上失電子，與電源負(fù)極相連的電極(陰極)上得電子。則陽(yáng)極反應(yīng)為PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；陰極反應(yīng)為PbSO4＋2e－===Pb＋SO。根據(jù)圖示，電解一段時(shí)間后，原PbO2極變成Pb，原Pb極變成PbO2，即鉛蓄電池的正、負(fù)極的極性對(duì)換。
答案：　(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O　小　48　(2)Pb　PbO2　對(duì)換
3．一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池(如圖所示)的碳電極。該電池的電解質(zhì)溶液為6 mol·L－1的KOH溶液。
(1)寫(xiě)出放電時(shí)的正、負(fù)極電極反應(yīng)式： 。
(2)寫(xiě)出充電時(shí)的陰、陽(yáng)極電極反應(yīng)式： 。
答案：　(1)負(fù)極：H2－2e－＋2OH－===2H2O；
正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
(2)陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
陽(yáng)極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O
三、燃料電池
4．以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法。
(1)酸性條件
總反應(yīng)式： ；
正極反應(yīng)式： ；
負(fù)極反應(yīng)式： 。
(2)堿性條件
總反應(yīng)式： ；
正極反應(yīng)式： ；
負(fù)極反應(yīng)式： 。
學(xué)生用書(shū)?第136頁(yè)
(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)
總反應(yīng)式： ；
正極反應(yīng)式： ；
負(fù)極反應(yīng)式： 。
(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下
總反應(yīng)式： ；
正極反應(yīng)式： ；
負(fù)極反應(yīng)式： 。
答案：　(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－===4CO
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
解答燃料電池題目的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
1．要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。
2．通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。
3．通過(guò)介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。　　
近幾年高考中的新型電池種類繁多，“儲(chǔ)氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等，這些新型電池常以選擇題的形式呈現(xiàn)。解析這類考題，首先要理解常見(jiàn)的化學(xué)電源種類及原電池的工作原理，其次會(huì)判斷正、負(fù)電極或陰、陽(yáng)極，以及會(huì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式等。
應(yīng)用1.Li O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來(lái)科學(xué)家研究了一種光照充電Li O2電池(如圖所示)。光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li＋＋e－===Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對(duì)電池進(jìn)行充電。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．充電時(shí)，電池的總反應(yīng)Li2O2===2Li＋O2
B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)
C．放電時(shí)，Li＋從正極穿過(guò)離子交換膜向負(fù)極遷移
D．放電時(shí)，正極發(fā)生反應(yīng)O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
C　[充電時(shí)光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li＋＋e－===Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，則充電時(shí)總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2===2Li＋O2，結(jié)合題圖，充電時(shí)金屬Li電極為陰極，光催化電極為陽(yáng)極；則放電時(shí)金屬Li電極為負(fù)極，光催化電極為正極；據(jù)此作答。A.光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行充電，結(jié)合陰極反應(yīng)式和陽(yáng)極反應(yīng)式，充電時(shí)電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2===2Li＋O2，A正確；B.充電時(shí)，光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，陰極反應(yīng)與電子有關(guān)，陽(yáng)極反應(yīng)與空穴有關(guān)，故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)，B正確；C.放電時(shí)，金屬Li電極為負(fù)極，光催化電極為正極，Li＋從負(fù)極穿過(guò)離子交換膜向正極遷移，C錯(cuò)誤；D.放電時(shí)總反應(yīng)為2Li＋O2===Li2O2，正極反應(yīng)為O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正確。]
應(yīng)用2.海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰 海水電池構(gòu)造示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．海水起電解質(zhì)溶液作用
B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能
D．該鋰 海水電池屬于一次電池
B　[鋰 海水電池的總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑， M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則M電極為負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e－===Li＋，N極為正極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，同時(shí)氧氣也可以在N極得電子，電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。A.海水中含有豐富的電解質(zhì)，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質(zhì)溶液，故A正確；B.由上述分析可知，N為正極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑和反應(yīng)O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B錯(cuò)誤；C.Li為活潑金屬，易與水反應(yīng)，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應(yīng)，并能傳導(dǎo)離子，故C正確；D.該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確。]
應(yīng)用3.科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無(wú)需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為：
NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．充電時(shí)電極b是陰極
B．放電時(shí)NaCl溶液的pH減小
C．放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1 mol Cl2，電極a質(zhì)量理論上增加23 g
C　[A.由充電時(shí)電極a的反應(yīng)式可知，充電時(shí)電極a發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽(yáng)極，故A錯(cuò)誤；B.放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反，則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯(cuò)誤；C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)為Cl2＋2e－===2Cl－，反應(yīng)后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大，故C正確；D.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1 mol Cl2，電極a質(zhì)量理論上增加23 g/mol×2 mol＝46 g，故D錯(cuò)誤。]
學(xué)生用書(shū)?第137頁(yè)
應(yīng)用4.全釩液流儲(chǔ)能電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能系統(tǒng)(工作原理如圖，電解液含硫酸)。該電池負(fù)載工作時(shí)，左罐顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色。
離子種類 VO VO2＋ V3＋ V2＋
顏色 黃色 藍(lán)色 綠色 紫色
下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．該電池工作原理為VO＋V2＋＋2H＋ VO2＋＋V3＋＋H2O
B．a(chǎn)和b接用電器時(shí)，左罐電動(dòng)勢(shì)小于右罐，電解液中的H＋通過(guò)離子交換膜向左罐移動(dòng)
C．電池儲(chǔ)能時(shí)，電池負(fù)極溶液顏色變?yōu)樽仙?br/>D．電池?zé)o論是負(fù)載還是儲(chǔ)能，每轉(zhuǎn)移1 mol電子，均消耗1 mol氧化劑
B　[該電池負(fù)載工作時(shí)，左罐顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色，即左罐溶液主要含有VO，放電時(shí)，VO得電子生成VO2＋，正極上的反應(yīng)為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，負(fù)極反應(yīng)為V2＋－e－===V3＋，所以電池總反應(yīng)為VO＋V2＋＋2H＋===VO2＋＋V3＋＋H2O，原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)離子交換膜移向正極；充電時(shí)電解池總反應(yīng)、陰陽(yáng)極反應(yīng)與原電池的總反應(yīng)、負(fù)正極恰好相反；據(jù)此解答。A.由以上分析可知，該電池的總反應(yīng)是VO和V2＋在酸性環(huán)境下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，總反應(yīng)為VO＋V2＋＋2H＋VO2＋＋V3＋＋H2O，故A正確；B.a和b接用電器時(shí)，為原電池，左罐為正極，右罐為負(fù)極，則左罐電動(dòng)勢(shì)大于右罐，電解液中的H＋通過(guò)離子交換膜向左罐移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；C.電池儲(chǔ)能時(shí)，充電過(guò)程為電解池，負(fù)極作陰極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為V3＋＋e－===V2＋，則電池負(fù)極溶液顏色變?yōu)樽仙蔆正確；D.該電池的總反應(yīng)為VO＋V2＋＋2H＋VO2＋＋V3＋＋H2O，電池是負(fù)載時(shí)為原電池，氧化劑是VO，電極反應(yīng)為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，儲(chǔ)能時(shí)是電解池，氧化劑是V3＋，電極反應(yīng)為V3＋＋e－===V2＋，他們轉(zhuǎn)移電子數(shù)都為1，所以電池?zé)o論是負(fù)載還是儲(chǔ)能，每轉(zhuǎn)移1 mol電子，均消耗1 mol氧化劑，故D正確。]
應(yīng)用5.科學(xué)家報(bào)道了一種新型可充電Na/Fe二次電池，其工作原理如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)
A．充電時(shí)，X極為陰極，發(fā)生了氧化反應(yīng)
B．充電時(shí)，Y極的電極反應(yīng)式為CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充電時(shí)，可用乙醇代替有機(jī)電解質(zhì)溶液
D．電極材料中，單位質(zhì)量金屬放出的電能：Na＞Li
B　[根據(jù)原電池工作原理圖可知，負(fù)極X上Na發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為Na－e－===Na＋，正極Y上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，正極反應(yīng)式為CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋0.5Na2O，充電時(shí)為電解池，原電池的負(fù)極連接電源的負(fù)極，陰陽(yáng)極的電極反應(yīng)和放電時(shí)的負(fù)正極反應(yīng)相反，據(jù)此分析解答。A.放電時(shí)，X極上Na失電子、發(fā)生氧化反應(yīng)、為負(fù)極，則充電時(shí)，X極為陰極，發(fā)生了還原反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B.充電時(shí)，Y極作陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為CaFeO2.5＋0.5Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，故B正確；C.乙醇是非電解質(zhì)，不能導(dǎo)電，不能作電解質(zhì)溶液，故C錯(cuò)誤；D.若Na和Li都失去1 mol電子，則電極材料中消耗Na的質(zhì)量為23 g、Li的質(zhì)量為7 g，所以單位質(zhì)量金屬放出的電能：Li＞Na，故D錯(cuò)誤。]
應(yīng)用6.科學(xué)家預(yù)言，被稱為“黑金”的“新材料之王石墨烯”將“徹底改變21世紀(jì)”。我國(guó)關(guān)于石墨烯的專利總數(shù)世界排名第一。如圖是我國(guó)研發(fā)的某種石墨烯電池有關(guān)原理示意圖，左邊裝置工作時(shí)的電極反應(yīng)為L(zhǎng)i1－xC6＋xLi＋＋xe－===LiC6，Li[GS/Si]O2－xe－===Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．a(chǎn)與d電極上發(fā)生的反應(yīng)類型相同
B．左右兩個(gè)裝置中的離子交換膜均為陽(yáng)離子交換膜
C．電池放電時(shí)，正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1－x[GS/Si]O2＋xLi＋＋xe－===Li[GS/Si]O2
D．若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等，則轉(zhuǎn)移0.1 mol電子后兩個(gè)電極質(zhì)量相差0.7 g
D　[A.由題裝置圖可推出a為陰極，b為陽(yáng)極，c為負(fù)極，d為正極，a與d電極上均發(fā)生還原反應(yīng)，故A正確； B．從裝置圖中可以看出，為保持溶液呈電中性，離子交換膜允許Li＋通過(guò)，應(yīng)該使用陽(yáng)離子交換膜，故B正確；C.d電極為正極，其電極反應(yīng)相當(dāng)于充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的逆過(guò)程，根據(jù)題干中信息可知，正極(d 電極)反應(yīng)為：Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋＋xe－===Li[GS/Si]O2，故C正確；D.若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等，則根據(jù)電極反應(yīng)，轉(zhuǎn)移0.1 mol電子時(shí)，c極減少0.1 mol Li＋，質(zhì)量減少0.7 g, d極增加0.1 mol Li＋，質(zhì)量增大0.7 g，兩個(gè)電極質(zhì)量相差1.4 g，故D錯(cuò)誤。]
應(yīng)用7.下面是最近研發(fā)的Ca LiFePO4可充電電池的工作示意圖，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li＋通過(guò)，電池反應(yīng)為：xCa2＋＋ 2LiFePO4xCa ＋ 2Li1－xFePO4＋2xLi＋ ，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)iFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋
B．充電時(shí)，Li1－xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li＋脫嵌，放電時(shí)發(fā)生Li＋嵌入
C．充電時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，理論上左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕2.6 g
D．LiPF6 LiAsF6為非水電解質(zhì)，其與Li2SO4溶液的主要作用都是傳遞離子
A　[由總反應(yīng)式可知，放電時(shí)為原電池反應(yīng)，Ca化合價(jià)升高被氧化為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Ca－2e－===Ca2＋，Li1－xFePO4被還原，為原電池正極反應(yīng)，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，充電是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程，陽(yáng)極反應(yīng)和原電池正極相反，陰極反應(yīng)和原電池負(fù)極相反，以此解答該題。A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Ca－2e－===Ca2＋，使左室中正電荷數(shù)目增多，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li＋通過(guò)，使LiPF6 LiAsF6電解質(zhì)中的Li＋通過(guò)鋰離子導(dǎo)體膜移入右室，正極反應(yīng)為：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，電極發(fā)生Li＋嵌入，A錯(cuò)誤：B.充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生：LiFePO4－xe－=== xLi＋＋Li1－xFePO4，電極發(fā)生Li＋脫嵌，陰極發(fā)生： Ca2＋＋2e－===Ca，轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，有0.2 mol Li＋從右室通過(guò)鋰離子導(dǎo)體膜移入左室，左室電解質(zhì)中有0.1 mol Ca2＋得電子生成Ca沉積在鈣電極上，故左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕40×0.1 g －7×0.2 g＝2.6 g，B正確，C正確；D.鈣與水能夠劇烈反應(yīng)，所以，左室中的LiPF6 LiAsF6電解質(zhì)一定為非水電解質(zhì)，Li2SO4溶液為右室中的電解質(zhì)溶液，它們的主要作用都是傳遞離子，形成電流，構(gòu)成閉合回路，D正確。]
學(xué)生用書(shū)?第138頁(yè)
應(yīng)用8.某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了負(fù)載有Ru納米顆粒且具有三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯基電極，負(fù)極為Na箔，電解質(zhì)溶液為添加了乙二胺的有機(jī)溶劑，構(gòu)成了Na SO2電池，其簡(jiǎn)單示意圖如圖。下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是(　　)
A．放電時(shí)，正極上的電極反應(yīng)式為2Na＋＋2SO2＋2e－===Na2S2O4
B．充電時(shí)，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，在陽(yáng)極可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體2.24 L
C．組裝電池時(shí)，可將乙二胺的有機(jī)溶劑電解液改為乙二胺的水溶液
D．該電池使用多孔石墨烯電極有利于氣體、電極和電解液的充分接觸
C　[根據(jù)題意，負(fù)極為Na箔，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Na－e－===Na＋，結(jié)合圖示放電時(shí)SO2在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成Na2S2O4，正極反應(yīng)式為2SO2＋2e－＋2Na＋===Na2S2O4，放電時(shí)電池總反應(yīng)為2Na＋2SO2===Na2S2O4，據(jù)此分析作答。A.根據(jù)圖示，放電時(shí)SO2在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成Na2S2O4，正極上的反應(yīng)式為2SO2＋2e－＋2Na＋===Na2S2O4，A正確；B.根據(jù)圖示，充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Na2S2O4－2e－===2Na＋＋2SO2，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，陽(yáng)極生成0.1 mol SO2氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.1 mol×22.4 L/mol＝2.24 L，B正確；C.該電池的負(fù)極為Na箔，由于Na能與水發(fā)生反應(yīng)：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，故組裝電池時(shí)不能將乙二胺的有機(jī)溶劑電解液改為乙二胺的水溶液，C錯(cuò)誤；D.多孔石墨烯電極具有較大的表面積，故使用多孔石墨烯電極有利于氣體、電極和電解液的充分接觸，D正確。]
應(yīng)用9.水系鈉離子電池有成本低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望代替鋰離子電池和鉛酸電池。一種水系鈉離子電池放電和充電的工作原理示意圖如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．放電時(shí)，電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì)
B．放電時(shí)，若導(dǎo)線中流過(guò)2 mol e－，理論上有2 mol Na＋移入M電極區(qū)
C．充電時(shí)，光可以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移
D．充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為3I－－2e－===I
B　[由圖中信息知，放電時(shí)，電極N為正極，I得電子變成I－，反應(yīng)式為：I＋2e－===3I－；電極M為負(fù)極，S2－失去電子變?yōu)镾，電極反應(yīng)式為：4S2－－6e－===S；Na＋從M極向N極移動(dòng)；充電時(shí)陽(yáng)極的反應(yīng)為：3I－－2e－===I；陰極反應(yīng)為：S＋6e－===4S2－；光照可促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移，據(jù)此分析。A.由上述分析可知，放電時(shí)，電極N為正極，電極M為負(fù)極，電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì)，A正確；B.由分析可知，放電時(shí)，Na＋由M電極區(qū)移入N電極區(qū)，B錯(cuò)誤；C.充電時(shí)，光可以促進(jìn)I－在TiO2光電極上轉(zhuǎn)移電子，C正確；D.充電時(shí)，陽(yáng)極上I－失電子轉(zhuǎn)化為I，電極反應(yīng)式為3I－－2e－===I，D正確。]
應(yīng)用10.鉀元素資源豐富、價(jià)格低廉并且具有與鋰相近的氧化還原電勢(shì)，因此鉀離子電池(PIBs)具有很大的應(yīng)用潛力。某教授課題組利用靜電紡絲技術(shù)，制備了一種VN納米粒子組裝的中空微球/N摻雜碳納米纖維(VN NPs/N CNFs)復(fù)合材料。基于此，設(shè)計(jì)了以VN NPs/N CNFs和普魯士藍(lán)鉀納米粒子的鉀離子電池(PIBs)，充電時(shí)在VN NPs/N CNFs復(fù)合材料的Cu電極發(fā)生的電極反應(yīng)為V＋K3N－3e－―→VN＋3K＋，下列有關(guān)說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　)
A．放電時(shí)，在Cu電極區(qū)發(fā)生的是還原反應(yīng)
B．該電池的溶劑為有機(jī)溶劑
C．放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的K＋向Al電極區(qū)移動(dòng)
D．VN納米粒子組裝的中空微球縮短了K＋的傳輸路徑，減輕了體積膨脹
C　[A.放電時(shí)銅電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；B.該電池有金屬鉀參與反應(yīng)，不能為水溶液，應(yīng)該為有機(jī)溶劑，B正確；C.放電時(shí)，Al電極為負(fù)極，K＋向正極移動(dòng)，C錯(cuò)誤；D.K＋可以在VN納米粒子組裝的中空微球中傳輸，縮短了傳輸路徑，減輕了體積膨脹，提高了傳輸效率，D正確。]
應(yīng)用11.風(fēng)力發(fā)電輸出功率的波動(dòng)性導(dǎo)致其直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)不良影響，需要連接儲(chǔ)能電池裝置，通過(guò)儲(chǔ)能電池對(duì)電能的存儲(chǔ)、匯集，再集中供電來(lái)提高并網(wǎng)性能，如圖是水系鋁離子儲(chǔ)能電池工作機(jī)理，下列有關(guān)其說(shuō)法不正確的是(　　)
A．單位質(zhì)量的鋁放出的電量高，并且價(jià)格低廉，儲(chǔ)量豐富
B．鋁儲(chǔ)能電池是二次電池
C．放電時(shí)，Al3＋從正極材料的空隙中脫出進(jìn)入電解液，再以單質(zhì)鋁的形式沉積負(fù)極材料表面
D．該電池中金屬鋁電極易形成致密的氧化鋁鈍化膜，阻斷鋁離子的傳輸從而降低電池效能
D　[A.鋁在地殼中的含量豐富，且單位質(zhì)量的鋁放出的電量高，可以用于制造水系鋁離子儲(chǔ)能電池，故A正確；B.根據(jù)題意，儲(chǔ)能電池通過(guò)對(duì)電能的存儲(chǔ)、匯集，再集中供電，說(shuō)明鋁儲(chǔ)能電池是二次電池，故B正確；C.放電時(shí)，鋁失去電子變成Al3＋，鋁為負(fù)極，石墨為正極，Al3＋從正極材料的空隙中脫出進(jìn)入電解液，再以單質(zhì)鋁的形式沉積負(fù)極材料表面，故C正確；D.該電池中沒(méi)有氧氣產(chǎn)生，金屬鋁電極表面不會(huì)形成致密的氧化鋁鈍化膜，故D錯(cuò)誤。]
學(xué)生用書(shū)?第139頁(yè)
真題演練　明確考向
1．(2021·山東，10)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH O2、N2H4 O2、(CH3)2NNH2 O2清潔燃料電池，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．放電過(guò)程中，K＋均向負(fù)極移動(dòng)
B．放電過(guò)程中，KOH物質(zhì)的量均減小
C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2 O2燃料電池的理論放電量最大
D．消耗1 mol O2時(shí)，理論上N2H4 O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2 L
C　[放電過(guò)程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；堿性環(huán)境下，N2H4 O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O，其總反應(yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知，KOH的物質(zhì)的量均減小，B錯(cuò)誤；理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān)，設(shè)消耗燃料的質(zhì)量均為m g，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達(dá)式)分別是×6、×4、×16，通過(guò)比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可知，消耗1 mol O2生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1 mol ，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4 L，D錯(cuò)誤。]
2．(2020·山東，10)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化。現(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖處理有機(jī)廢水(含CH3COO－的溶液為例)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1為陽(yáng)離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5 g
D．電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1
B　[由裝置示意圖可知，負(fù)極區(qū)CH3COO－發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H＋，A項(xiàng)正確；隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽(yáng)離子交換膜，才能使模擬海水中的氯離子移向負(fù)極，鈉離子移向正極，達(dá)到海水淡化的目的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電路中有1 mol電子通過(guò)，則電解質(zhì)溶液中有1 mol鈉離子移向正極，1 mol氯離子移向負(fù)極，C項(xiàng)正確；負(fù)極產(chǎn)生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正極產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)電荷守恒，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項(xiàng)正確。]
3．(2021·浙江6月選考，22)某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時(shí)Li＋得電子成為L(zhǎng)i嵌入該薄膜材料中；電極B為L(zhǎng)iCoO2薄膜；集流體起導(dǎo)電作用。下列說(shuō)法不正確的是(　　)
A．充電時(shí)，集流體A與外接電源的負(fù)極相連
B．放電時(shí)，外電路通過(guò)a mol 電子時(shí)，LiPON薄膜電解質(zhì)損失a mol Li＋
C．放電時(shí)，電極B為正極，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
B　[結(jié)合充電時(shí)Li＋得電子成為L(zhǎng)i嵌入電極A的薄膜材料中知，充電時(shí)電極A為陰極，故充電時(shí)集流體A應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連，A說(shuō)法正確；放電時(shí)，外電路通過(guò)a mol電子時(shí)，內(nèi)電路中有a mol Li＋通過(guò)LiPON薄膜電解質(zhì)從負(fù)極遷移到正極，但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒(méi)有損失Li＋，B說(shuō)法不正確；放電時(shí)，電極B為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C說(shuō)法正確；電池放電時(shí)，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iCoO2，故電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D說(shuō)法正確。]
4．(2021·廣東，9)火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為火星探測(cè)器供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極，碳納米管為正極，放電時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)
B．CO2在正極上得電子
C．陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極
D．將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B　[根據(jù)題干信息可知，放電時(shí)總反應(yīng)為4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放電時(shí)負(fù)極上Na發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成Na＋，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)正極上CO2得到電子生成C，故B正確；放電時(shí)陽(yáng)離子移向正極，故C錯(cuò)誤；放電時(shí)裝置為原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò)誤。]
5．(2021·河北，9)K O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．隔膜允許K＋通過(guò)，不允許O2通過(guò)
B．放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽(yáng)極
C．產(chǎn)生1 Ah電量時(shí)，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22
D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9 g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9 g水
D　[金屬性強(qiáng)的鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許K＋通過(guò)，不允許O2通過(guò)，故A正確；放電時(shí)，a為負(fù)極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時(shí)，b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，作電解池的陽(yáng)極，故B正確；生成1 mol超氧化鉀時(shí)，消耗1 mol氧氣，兩者的質(zhì)量比為(1 mol×71 g·mol－1)∶(1 mol×32 g·mol－1)≈2.22∶1，故C正確；鉛酸蓄電池充電時(shí)的總反應(yīng)為2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應(yīng)消耗2 mol水，轉(zhuǎn)移2 mol電子，由得失電子守恒可知，消耗3.9 g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為×18 g·mol－1＝1.8 g，故D錯(cuò)誤。]
課時(shí)精練(二十八)　原電池　化學(xué)電源
(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書(shū)中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)
1．新型化學(xué)電池Zn K2FeO4、能量密度大、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染。下列關(guān)于其放電時(shí)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)
B．將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
C．K2FeO4在正極得電子
D．陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)
D　[A.原電池放電時(shí)，負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，A正確；B.原電池放電過(guò)程是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；C.新型化學(xué)電池Zn K2FeO4中，Zn作負(fù)極，K2FeO4在正極得電子，C正確；D.原電池放電時(shí)，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。]
2．M、N、P、E四種金屬，已知：①M(fèi)＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是(　　)
A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P
C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N
A　[由①知，金屬活動(dòng)性：M＞N；M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說(shuō)明M作原電池的正極，故金屬活動(dòng)性：P＞M；N、E構(gòu)成的原電池中，N作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：N＞E；綜合上述分析可知，金屬活動(dòng)性：P＞M＞N＞E，A正確。]
3．市售一種可充電電池，由LaLi5H6、NiO(OH)、KOH溶液組成。
LaNi5H6＋6NiO(OH) LaNi5＋6Ni(OH)2有關(guān)該電池的敘述正確的是(　　)
A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)aNi5H6＋6OH－－6e－===LaNi5＋6H2O
B．放電時(shí)，負(fù)極材料是Ni(OH)2
C．充電時(shí)，陰極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
D．充電時(shí)，電池負(fù)極接充電器電源的正極
A　[放電時(shí)為原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，LaNi5H6＋6OH－－6e－===LaNi5＋6H2O，A正確；放電時(shí)，負(fù)極材料是LaNi5H6，B錯(cuò)誤；充電時(shí)為電解池，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，LaNi5＋6H2O＋6e－===LaNi5H6＋6OH－，C錯(cuò)誤；充電時(shí)電解池的陰極應(yīng)與電源的負(fù)極相連，即電池負(fù)極接充電器電源的負(fù)極，D錯(cuò)誤。]
4．幾位同學(xué)用相同大小的銅片和鋅片為電極研究水果電池，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示，下列說(shuō)法不正確的是(　　)
實(shí)驗(yàn)編號(hào) 水果種類 電極間距離/cm 電流大小/μA
① 西紅杮 1 98.7
② 西紅杮 2 72.5
③ 蘋果 2 7.2
A．該實(shí)驗(yàn)的目的是探究水果種類和電極間距離對(duì)水果電池電流大小的影響
B．能表明水果種類對(duì)電流大小有影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是②和③
C．上述裝置中，鋅片作負(fù)極，電極反應(yīng)為：Zn＋2e－===Zn2＋
D．其他條件相同時(shí)，改變電極插入水果的深度可能影響水果電池電流大小
C　[A項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)①和②都是西紅杮，電極間距離不同，電流大小不同，實(shí)驗(yàn)②和③電極間距離相同，水果種類不同，電流大小也不同，所以該實(shí)驗(yàn)的目的是探究水果種類和電極間距離對(duì)水果電池電流大小的影響，正確；B項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)②和③電極間距離相同，水果種類不同，電流大小不同，表明水果種類對(duì)電流大小有影響，正確；C項(xiàng)，鋅比銅活潑，鋅作負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，其他條件相同時(shí)，改變電極插入水果的深度，改變了電極和電解質(zhì)溶液的接觸面積，可能影響水果電池電流的大小，正確。]
5．根據(jù)下圖判斷，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－===Fe2＋
B．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽(yáng)離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng)
D．放電過(guò)程中，裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大
D　[裝置Ⅰ中的負(fù)極為Zn，A項(xiàng)錯(cuò)誤；裝置Ⅱ中的正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，裝置Ⅰ中陽(yáng)離子向左側(cè)燒杯移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。]
6．如圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)的，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．①中鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B．②中電子由a電極經(jīng)導(dǎo)線流向b電極
C．③中外電路中電流由A電極流向B電極
D．④中LixC6做負(fù)極
C　[在原電池中陰離子移向負(fù)極，所以③中A電極為負(fù)極，則外電路中電流應(yīng)由B電極流向A電極。]
7．如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置，下列敘述中正確的是(　　)
A．電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng)，作原電池的負(fù)極
B．電極Ⅱ的電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu
C．該原電池的總反應(yīng)為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子
C　[電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng)，作原電池的正極，電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故A不正確；電極Ⅱ?yàn)樵姵氐呢?fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，故B不正確；該原電池的總反應(yīng)為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，故C正確；鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞離子，使溶液保持電中性，故D不正確。]
8．乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200 ℃左右時(shí)供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是(　　)
A．電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移
B．電池工作時(shí)，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極
C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2↑＋12H＋
D．b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
B　[通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí)，陽(yáng)離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，A項(xiàng)不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，B項(xiàng)正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，C項(xiàng)不正確；因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷愘|(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－，D項(xiàng)不正確。]
9．沉積物微生物燃料電池可處理含硫廢水，其工作原理如圖。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　)
A．碳棒b極電勢(shì)比碳棒a極電勢(shì)高
B．光照強(qiáng)度對(duì)電池的輸出功率無(wú)影響
C．碳棒b電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．酸性增強(qiáng)不利于菌落存活，工作一段時(shí)間后，電池效率降低
B　[根據(jù)氫離子的流向可知碳棒b為正極，光合菌產(chǎn)生的O2得電子結(jié)合H＋得到H2O，碳棒a為負(fù)極，F(xiàn)eSx在硫氧化菌的作用下被氧化為S，S在硫氧化菌的作用下被氧化為硫酸根離子。由以上分析可知b極為正極，a極為負(fù)極，正極的電勢(shì)高于負(fù)極，A正確；光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的氧氣越多，電池的輸出功率越大，即光照強(qiáng)度對(duì)電池的輸出功率有影響，B錯(cuò)誤；b為正極，光合菌產(chǎn)生的O2得電子結(jié)合H＋得到H2O，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正確；酸性增強(qiáng)不利于菌落存活，負(fù)極失電子發(fā)生的氧化反應(yīng)會(huì)減慢，故工作一段時(shí)間后，電池效率降低，D正確。]
10．一種新型鎂硫電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．使用堿性電解質(zhì)水溶液
B．放電時(shí)，正極反應(yīng)包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2
C．使用的隔膜是陽(yáng)離子交換膜
D．充電時(shí)，電子從Mg電極流出
C　[Mg為活潑金屬，所以放電時(shí)Mg被氧化，Mg電極為負(fù)極，聚合物電極為正極。堿性電解質(zhì)水溶液中負(fù)極生成的Mg2＋會(huì)生成Mg(OH)2沉淀，降低電池效率，A錯(cuò)誤；放電時(shí)為原電池，原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－===4MgS2，B錯(cuò)誤；據(jù)題圖可知Mg2＋要通過(guò)隔膜移向正極參與電極反應(yīng)，所以使用的隔膜是陽(yáng)離子交換膜，C正確；放電時(shí)Mg電極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時(shí)Mg電極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即電子流入Mg電極，D錯(cuò)誤。]
11．我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了Zn NO電池系統(tǒng)，該電池同時(shí)具有合成氨和對(duì)外供電的功能，其工作原理如圖所示，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　)
A．電極電勢(shì)：Zn/ZnO電極＜MoS2電極
B．Zn/ZnO電極的反應(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
C．電池工作一段時(shí)間后，正極區(qū)溶液的pH減小
D．電子流向：Zn/ZnO電極→負(fù)載→MoS2電極
C　[A項(xiàng)，Zn/ZnO電極為負(fù)極，MoS2電極為正極，正極電勢(shì)高于負(fù)極電勢(shì)，A正確；B項(xiàng)，Zn/ZnO電極的反應(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，B正確；C項(xiàng)，MoS2電極區(qū)NO＋5e－＋5H＋===NH3＋H2O消耗的H＋源于雙極膜解離出的H＋，且產(chǎn)生的NH3會(huì)部分溶解，所以正極區(qū)溶液的pH不會(huì)降低，C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，電子流向：負(fù)極→負(fù)載→正極，D正確。]
12．某興趣小組為了探究鋁電極在電池中的作用，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果記錄如下：
編號(hào) 電極材料 電解質(zhì)溶液 電流計(jì)指針偏移方向
1 Mg、Al 稀鹽酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀鹽酸 偏向Cu
3 Al、C(石墨) 稀鹽酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
5 Al、Cu 濃硝酸 偏向Al
注：①實(shí)驗(yàn)均為常溫下完成；②電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)檎龢O方向。試根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完成下列問(wèn)題：
(1)實(shí)驗(yàn)1、2中Al所作的電極(指正極或負(fù)極) (填“相同”或“不同”)。
(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)3完成下列填空：
①Al為 極，電極反應(yīng)式為 。
②石墨為 極，電極反應(yīng)式為 。
③電池總反應(yīng)式為 。
(3)實(shí)驗(yàn)4中Al作 極，理由是 。
(4)解釋實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)偏向Al的原因 。
(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出影響鋁在電池中作正極或負(fù)極的因素有 。
解析：　根據(jù)金屬活潑性與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，若兩種金屬都反應(yīng)，則活潑性強(qiáng)的為負(fù)極，若兩種金屬中只有一種金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，則反應(yīng)的金屬為負(fù)極。
答案：　(1)不同　(2)①負(fù)　Al－3e－===Al3＋　②正　2H＋＋2e－===H2↑　③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑　(3)負(fù)　Mg和NaOH溶液不反應(yīng)，Al和NaOH溶液反應(yīng)，因此Al為負(fù)極　(4)Al與濃硝酸發(fā)生鈍化　(5)金屬活潑性和電解質(zhì)溶液
13．應(yīng)用電化學(xué)原理，回答下列問(wèn)題。
(1)上述三個(gè)裝置中，負(fù)極反應(yīng)物化學(xué)性質(zhì)上的共同特點(diǎn)是 。
(2)甲中電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)時(shí)，鹽橋(裝有含KCl飽和溶液的瓊脂)中離子移動(dòng)的方向是 。
(3)乙中正極反應(yīng)式為 ；
若將H2換成CH4，則負(fù)極反應(yīng)式為 。
(4)丙中鉛蓄電池放電一段時(shí)間后，進(jìn)行充電時(shí)，要將外接電源的負(fù)極與鉛蓄電池 極相連接。
(5)應(yīng)用原電池反應(yīng)可以探究氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向和程度。現(xiàn)連接如圖丁裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng))，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
丁
ⅰ.K閉合時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。放置一段時(shí)間后，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)減小。
ⅱ.隨后向U形管左側(cè)逐漸加入濃Fe2(SO4)3溶液，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針的變化依次為偏轉(zhuǎn)減小→回到零點(diǎn)→逆向偏轉(zhuǎn)。
①實(shí)驗(yàn)ⅰ中銀作 極。
②綜合實(shí)驗(yàn)ⅰ、ⅱ的現(xiàn)象，得出Ag＋和Fe2＋反應(yīng)的離子方程式是 。
解析：　(1)負(fù)極反應(yīng)物中有元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，相應(yīng)物質(zhì)本身具有還原性，即負(fù)極反應(yīng)物化學(xué)性質(zhì)上的共同特點(diǎn)是易失電子被氧化，具有還原性。(2)原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，則鹽橋中的鉀離子會(huì)移向硫酸銅溶液，氯離子移向硫酸鋅溶液。(3)乙中裝置為堿性氫氧燃料電池，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－；若將H2換成CH4，則負(fù)極反應(yīng)式為CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(4)丙中鉛蓄電池放電一段時(shí)間后，進(jìn)行充電時(shí)，要將負(fù)極中的硫酸鉛變成單質(zhì)鉛，發(fā)生還原反應(yīng)，所以應(yīng)作電解池的陰極，則與電源的負(fù)極相連。(5)①亞鐵離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以石墨電極作負(fù)極，銀作正極；②綜合實(shí)驗(yàn)ⅰ、ⅱ的現(xiàn)象，可知Ag＋和Fe2＋的反應(yīng)可逆，故得出Ag＋和Fe2＋反應(yīng)的離子方程式：Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag。
答案：　(1)易失電子被氧化，具有還原性　(2)鉀離子移向硫酸銅溶液，氯離子移向硫酸鋅溶液　(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(4)負(fù)　(5)①正　②Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag
14．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見(jiàn)圖1，石墨Ⅰ為電池的 極；該電池在使用過(guò)程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為 。
(2)化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示：
回答下列問(wèn)題：
電池中的負(fù)極為 (填“甲”或“乙”)，甲的電極反應(yīng)式為 ，
電池工作時(shí)，理論上每?jī)艋? mol尿素，消耗O2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)約為 L。
解析：　(1)該燃料電池中，正極上通入O2，石墨Ⅱ?yàn)檎龢O，電極反應(yīng)式為O2＋2N2O5＋4e－===4NO，負(fù)極上通入NO2，石墨Ⅰ為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO2＋NO－e－===N2O5。(2)根據(jù)圖示可知，甲電極上CO(NH2)2反應(yīng)生成二氧化碳和氮?dú)猓琋元素化合價(jià)升高，失電子，為電源的負(fù)極，電解質(zhì)溶液為酸性，則其電極反應(yīng)式為CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，該反應(yīng)的總方程式為2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根據(jù)關(guān)系式2CO(NH2)2～3O2可知，電池工作時(shí)，理論上每?jī)艋? mol尿素，消耗O2的體積為1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。
答案：　(1)負(fù)　NO2＋NO－e－===N2O5
(2)甲　CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋　33.6
學(xué)生用書(shū)?第140頁(yè)

展開(kāi)更多......

收起↑