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第23講 化學電源
1.證據推理與模型認知：通過對常見化學電源的分析，建立對原電池過程系統認識的思維模型，提高對原電池本質的認識。
2.科學態度與社會責任：增強科技意識，不斷研發新型電池，滿足人類社會發展的需求。積極回收利用廢舊電池，減少其對環境的污染。
一、化學電源概述　一次電池
1．化學電源概述
(1)化學電源的分類
原電池是各種化學電源的雛形，常分為如下三類：
①一次電池：也叫做干電池，放電后不可再充電的電池。
②二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，放電后可以再充電而反復使用的電池。
③燃料電池：一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。
(2)判斷電池優劣的主要標準
①比能量：單位質量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
②比功率：單位質量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。
③電池可儲存時間的長短。
(3)化學電池的回收利用
使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬、酸和堿等有害物質，隨處丟棄會對生態環境和人體健康造成危害。廢棄電池要進行回收利用。
(4)化學電源的發展方向
小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如鎳氫電池、鋰離子電池等。
2．一次電池：鋅錳干電池
普通鋅錳干電池 堿性鋅錳干電池
示意圖
構造 負極：鋅筒 正極：石墨棒 電解質溶液：氯化銨和氯化鋅 負極反應物：鋅粉 正極反應物：二氧化錳 電解質溶液：氫氧化鉀
工作原理 負極：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正極：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 總反應：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
二、二次電池
1．鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電過程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(1)負極是Pb，正極是PbO2，電解質溶液是H2SO4溶液。
(2)放電反應原理
①負極反應式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
②正極反應式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放電過程中，負極質量的變化是增大，H2SO4溶液的濃度減小。
(3)充電反應原理
①陰極(還原反應)反應式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
②陽極(氧化反應)反應式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
③充電時，鉛蓄電池正極與直流電源正極相連，負極與直流電源負極相連。即“負極接負極，正極接正極”。
鉛酸蓄電池的充電過程與其放電過程相反。
2．鋰離子電池
電極 電極反應
負極 嵌鋰石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正極 鈷酸鋰(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
總反應 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間完成化學能與電能的相互轉化。
【歸納總結】化學電源電極反應式的書寫
(1)根據電源總反應式或裝置確定正、負極的反應物；原電池的正極大多數只起導電作用，而化學電源的正極材料得電子參與電極反應。
(2)根據電源總反應式的產物或裝置中微粒的種類確定穩定的產物。特別注意溶液的酸堿性和離子共存問題。
(3)利用氧化還原配平方法配平電極反應式，運用原子守恒和電荷守恒進行檢查。
三、燃料電池
1．燃料電池
燃料電池是一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。電極本身不包含活性物質，只是一個催化轉化元件。
2．氫氧燃料電池
(1)基本構造
(2)工作原理
酸性電解質(H2SO4) 堿性電解質(KOH)
負極反應 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正極反應 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
總反應 2H2＋O2===2H2O
3.能量轉換
所有的燃燒均為放熱反應，若能量以電的形式向外釋放，則形成燃料電池，所以燃料電池的總方程式類似燃燒的總方程式，條件不同。
理論上來說，所有的燃燒反應均可設計成燃料電池，所以燃料電池的燃料除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體，且能量轉化率超高。
4．燃料電池電極反應式的書寫方法
負極為燃料失電子發生氧化反應。
正極為O2得電子發生還原反應。
如CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應式的書寫方法：
第一步：確定生成物
CH4
第二步：確定電子轉移和變價元素原子守恒
H4－8e－―→O＋H2O；
第三步：依據電解質性質，用OH－使電荷守恒
CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O；
第四步：依據氫原子守恒配平H2O的化學計量數
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
【歸納總結】常見燃料電池
(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤氣等均可作為燃料電池的燃料。
(2)電解液可以是酸(如H2SO4)、堿(如KOH)也可以是熔融鹽(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。
(3)燃料電池電極反應式的書寫與電解質溶液有密切關系，酸性溶液中電極反應式不能出現OH－，堿性溶液中電極反應式不能出現H＋
四、新型化學電源
1．常見考查方向
①電極的判斷，②電子或電流的流向，③溶液中離子的流向，④電極的反應類型，⑤pH的變化，⑥電子的轉移數目，⑦電極反應式的書寫。
2．正、負極的判斷
(1)根據裝置圖判斷：①電子流向或電流流向，②電解質溶液中離子流向，③加入或生成物質的化合價變化。
(2)根據總方程式判斷：根據化合價變化，化合價升高的為負極，化合價降低的為正極。
3．電極反應式的書寫
(1)放電時電極反應式的書寫
根據電極反應中化合價變化的物質，找出反應物和生成物，然后利用氧化還原反應的配平方法，寫出電極反應式。
(2)充電時的電極反應式，利用放電時電極反應的逆方向書寫。
4．常見新型化學電源類型
(1)新型燃料電池，如肼、Li Cu空氣電池、有機物等。
(2)新型熔融鹽電池。
(3)新型元素形成的電池，如B、V。
(4)濃差電池。
考點01 一次電池
【例1】堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，其結構示意圖如圖所示，電池總反應式為：。下列說法中不正確的是
A．電池工作時，電子轉移方向是由經外電路流向
B．電池正極反應式為
C．電池工作時，不參與反應
D．電池工作時，發生氧化反應，發生還原反應
【答案】C
【解析】A．失電子的一極是負極，電子從負極流向正極，負極是金屬鋅失電子，電子轉移方向是由Zn經外電路流向MnO2，故A正確；
B．正極上得電子，發生還原反應，所以正極的電極反應式為：，故B正確；
C．電池工作時，KOH電離出離子，增大溶液的導電性，KOH不參與反應，但是能提高溶液的導電性，故C錯誤；
D．負極上鋅失電子，Zn發生氧化反應，正極得電子，發生還原反應，則MnO2發生還原反應，故D正確；
故選：C。
【變式1-1】下列有關化學電源的描述正確的是
①一次電池也叫干電池，其活性物質被消耗后不能再生
②二次電池也叫可充電電池，通過充電可使其活性物質再生
③任何電池都是依據原電池的原理制造的
④化學電源與其他能源相比，具有攜帶方便，可制成各種形狀等優點
⑤比能量與比功率，是判斷電池優劣的主要標準
A．①②③④⑤ B．①②④⑤ C．③④⑤ D．①②③⑤
【答案】B
【解析】①一次電池中電解質溶液為膠狀，無法流動，故也叫做干電池，干電池中發生氧化還原反應的活性物質被消耗到一定程度時，電池就不能繼續使用了，故正確；
②二次電池放電后可以再充電，使活性物質獲得再生，故正確；
③有些電池不是依據原電池的原理制造的，如太陽能電池，故錯誤；
④化學電源可以制成各種形狀、大小不同的電池，與其他能源相比，具有攜帶方便，故正確；
⑤比能量與比功率越大說明電池單位質量或單位體積所能輸出的電能越大或者輸出功率越大，比能量與比功率是判斷電池優劣的主要標準，故正確；
①②④⑤正確，故選B。
【變式1-2】下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是(　　)

A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞
C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2 mol電子，負極質量減輕207 g
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
【答案】C
【解析】A．干電池是一次性電池，鉛蓄電池是可充電電池屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，A選項正確；
B．在干電池中，Zn作負極，被氧化，因此長時間使用后，鋅筒被破壞，B選項正確；
C．鉛蓄電池工作過程中，硫酸鉛在負極上析出，該極質量應該增加而非減小，C選項錯誤；
D．氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內，且工作的最終產物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源，D選項正確；
答案選C。
考點02 二次電池
【例2】關于鉛蓄電池的說法正確的是
A．在放電時，電池的正極材料是鉛板
B．在放電時，電池的負極材料質量減小
C．在放電時，向正極遷移
D．在放電時，正極發生的反應是：
【答案】D
【分析】鉛蓄電池中，放電過程為原電池原理。Pb作負極，發生失電子的氧化反應；PbO2作正極，發生得電子的還原反應，放電的總反應方程式為：，據此結合二次電池的工作原理分析解答。
【解析】A．在放電時，電池的正極材料是PbO2，A錯誤；
B．在放電時，電池的負極材料Pb放電轉化為，電極質量增大，B錯誤；
C．上述鉛蓄電池放電時，陰離子移向負極，所以向負極遷移，C錯誤；
D．在放電時，正極PbO2發生得電子的還原反應轉化為，其電極反應式為：，D正確；
故選D。
【變式2-1】某科研團隊提出了一種堿—酸Zn-—混合充放電電池，其放電時的工作原理如圖所示，下列說法正確的是
A．放電時，M極為正極
B．放電時，從中間室移向左極室
C．充電時，N極發生的電極反應式為
D．充電時，M極質量每增加32.5g，外電路中通過2mol電子
【答案】C
【分析】由圖可知，放電時，M極為原電池的負極，堿性條件下鋅失去電子發生氧化反應生成四羥基合鋅離子，電極反應式為Zn—2e—+4OH—=Zn(OH)，N電極為正極，酸性條件下二氧化鉛在正極得到電子發生還原反應生成硫酸鉛和水PbO2+2e—+SO+4H+=PbSO4+2H2O，充電時，與直流電源負極相連的M極為陰極，N電極為陽極。
【解析】A．由分析可知，放電時，M極為原電池的負極，故A錯誤；
B．由分析可知，放電時，M極為原電池的負極，N電極為正極，則陽離子鉀離子從中間室移向右極室，故B錯誤；
C．由分析可知，充電時，N極為陽極，水分子作用下硫酸鉛在陽極失去電子發生氧化反應生成二氧化鉛、硫酸根離子和氫離子，電極反應式為，故C正確；
D．由分析可知，充電時，與直流電源負極相連的M極為陰極，N電極為陽極，當M極質量每增加32.5g，外電路中通過電子的物質的量為×2=1mol，故D錯誤；
故選C。
【變式2-2】電池是一種二次電池。將溶于有機溶劑作為電解液，和負載碳納米管的網分別作電極材料，結構如圖所示。電池的總反應：，下列說法正確的是
A．放電時，向正極移動
B．放電時，作電池的負極
C．放電時，電子從負極經電解液回到正極
D．充電時，陽極反應為：
【答案】B
【解析】A．放電時，Na失電子作負極、Ni作正極，電解質溶液中陰離子向負極移動，所以向負極移動，A錯誤；
B．放電時，Na失電子作負極、Ni作正極，B正確；
C．放電時，電子從負極經導線回到正極，不能流經電解液，C錯誤；
D．充電時，原來的正極Ni作電解池的陽極，Na作電解池陰極，則陽極發生的反應為原來正極反應式的逆反應：，D錯誤；
答案選B。
考點03 燃料電池
【例3】一種燃料電池中發生的化學反應為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的反應是
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】該燃料電池的總反應為2CH3OH＋3O2=4H2O＋2CO2①
正極反應為O2＋4H＋＋4e-=2H2O②
①-②×3得：2CH3OH＋2H2O-12e-=2CO2＋12H＋，即CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H＋。故C正確；
故選C。
【變式3-1】HCOOH燃料電池的裝置如圖，兩電極間用陽離子交換膜隔開。下列說法正確的是
A．電池工作時，電子由a電極經外電路流向b電極
B．負極的電極反應式為
C．若X為，通入發生的反應為
D．理論上每消耗標準狀況下22.4 L ，有2 mol 通過陽離子交換膜
【答案】A
【分析】根據圖示可知，該燃料電池的a極區HCOOH在KOH環境被氧化為，說明a極失去電子，是負極；b極區Fe3+得到電子生成Fe2+，Fe2+通過外循環被O2氧化又生成Fe3+，b是正極；負極區的K+通過陽離子交換膜進入正極區，構成回路。
【解析】A．據分析，a極是負極，b極是正極，電池工作時，電子由a電極(負極)經外電路流向b電極(正極)，A正確；
B．據分析，該電池負極是在KOH環境，負極的電極反應式為，B錯誤；
C．據分析，Fe2+通過外循環被O2氧化生成Fe3+，若X為，通入發生的反應為，C錯誤；
D．理論上每消耗標準狀況下22.4 L ，物質的量是1mol，則有4mol電子發生轉移，有4 mol 通過陽離子交換膜，D錯誤；
故選A。
【變式3-2】某甲烷燃料電池的構造如圖所示，a、b為電極，C、D為選擇性離子交換膜，只允許一種離子通過。下列說法正確的是
A．b是電池負極
B．電流由b沿導線流向a，再由a通過電解質溶液流回b
C．出口Y中KOH的質量分數小于ω%
D．a電極的電極反應式為：CH4 8e－+8OH－＝CO2+6H2O
【答案】B
【分析】某甲烷燃料電池的構造如圖所示，根據圖中分析甲烷是還原劑，因此a為原電池負極，氧氣為氧化劑，因此b為原電池正極。
【解析】A．根據前面分析b是電池正極，a是電池負極，故A錯誤；
B．電流由正極經導線流向負極即電流由b沿導線流向a，再由a通過電解質溶液流回b，故B正確；
C．KOH溶液中的鉀離子穿過D膜向b移動，氧氣變為氫氧根離子，因此出口Y中KOH的質量分數大于ω%，故C錯誤；
D．a電極上甲烷變為碳酸根，其電極反應式為：CH4 8e－+10OH－＝+7H2O，故D錯誤。
綜上所述，答案為B。
考點04 新型電池
【例4】科學家研發了一種以Al和Pd@石墨烯為電極的Al-電池，電池以離子液體作電解質，放電時在提供能量的同時實現了人工固氮，示意圖如下。下列說法不正確的是
A．充電時Al電極是陰極
B．放電時離子濃度增大，離子濃度減少
C．放電時正極反應為
D．放電時電路中每通過6mol ，電池總質量理論上增加28g
【答案】B
【解析】A．充電時，Al電極發生反應是，8+6e-=2Al+14，發生還原反應，故作為陰極，A正確；
B．放電時，Al作為負極，發生氧化反應，電極反應是2Al+14-6e－=8。正極發生反應是，總反應是2Al+N2=2AlN，，濃度均不變，B錯誤；
C．放電時，正極發生反應是，C正確；
D．由以上電極反應可知，放電時電池總質量增加相當于是增加了N2，每通過6mol電子，參加反應N2是1mol，增加質量是28g/mol×1mol=28g，D正確；
故選B。
【變式4-1】氨不僅應用于化肥生產，也可以應用于能源領域，與氫氧燃料電池比，氨氧燃料電池有其獨特優勢，某研究小組設計的氨氧燃料電池裝置如圖，下列有關說法正確的是
A．電極2為負極，發生氧化反應
B．電極1的電極反應式為：2NH3-6e-=N2↑+6H+
C．放電過程中溶液中的OH-朝正極移動
D．標準狀況下，2.24 LO2參加反應，轉移電子數為0.4NA
【答案】D
【解析】A．根據圖示可知：在電極1上NH3失去電子變為N2、H2O，則電極1為負極；在電極2上O2得到電子發生還原反應，電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，故電極2為正極，A錯誤；
B．電解質溶液顯堿性，不可能大量存在H+，B錯誤；
C．在放電過程中溶液中的OH-向正電荷較多的負極移動，C錯誤；
D．標準狀況下，2.24 LO2的物質的量是0.1 mol，若其參加反應，電子轉移的物質的量是0.1 mol×4=0.4 mol，則轉移的電子數目是0.4NA，D正確；
故合理選項是D。
【變式4-2】科學家利用垃圾滲透液研發出新型環保電池，實現發電、環保二位一體化結合的裝置如圖。
當該裝置工作時，下列說法正確的是
A．鹽橋中K+向X極移動，Cl-向Y極移動
B．電路中流過3.75 mol電子時，產生N2的體積為22.4 L(標準狀況)
C．電流由X極沿導線流向Y極
D．Y極反應式為2+10e-+12H+=N2↑+6H2O
【答案】B
【解析】A．在X電極上NH3失去電子被氧化變為N2，所以X為負極；在Y電極上得到電子被還原變為N2，所以Y電極為正極。根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，可知鹽橋中K+向負電荷較多的Y極移動，Cl-向正電荷較多的X極移動，A錯誤；
B．根據氧化還原反應中電子守恒可知反應方程式：5NH3+3=4N2+6H2O+3OH-，轉移15 mol電子，反應產生4 mol N2，若轉移3.75 mol電子，則反應產生N2的物質的量n(N2)=，其在標準狀況下的體積V=1 mol×22.4 L/mol=22.4 L，B正確；
C．電子由負極X經導線流向正極Y，電流方向是正電荷的移動方向，所以電流是由正極Y極沿導線流向負極X極，C錯誤；
D．電解質溶液顯堿性，不可能含有大量H+，Y電極的電極反應式為：2+10e-+6H2O =N2↑+12OH-，D錯誤；
故合理選項是B。
1．下列有關化學電池的說法中正確的是
A．化學電池只能將化學能轉化為電能
B．燃料電池能將全部化學能轉化為電能
C．鋅銀電池比能量大，電壓穩定，儲存時間長
D．一次電池包括干電池和蓄電池
【答案】C
【解析】A．蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)，故A錯誤；
B．燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換，故B錯誤；
C．鋅銀電池具有比能量大，電壓穩定，儲存時間長等特點，故C正確；
D．蓄電池可重復使用，屬于二次電池，故D錯誤。
答案選C。
2．下列說法正確的是(　　)
A．堿性鋅錳電池是二次電池
B．鉛蓄電池是一次電池
C．二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質獲得再生
D．燃料電池的活性物質大量儲存在電池內部
【答案】C
【解析】A.鋅錳干電池只能放電不能充電，所以屬于一次電池，故A錯誤；
B.鉛蓄電池是二次電池，故B錯誤；
C.蓄電池是二次電池放電后可以充電重新使用，使活性物質獲得再生，故C正確；
D.燃料在兩個電極上發生氧化還原反應把化學能轉化為電能，不是在電池內部燃燒，故D錯誤；
故答案為C。
3．化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法正確的是
A．圖甲：鋰電池放電時，電解質溶液中向鋰電極遷移
B．圖乙：鋅筒作正極
C．圖丙：負極的電極反應為：
D．圖丙：電池放電過程中，溶液的pH增大
【答案】D
【解析】A．原電池放電時，陽離子從負極流向正極，該裝置中多孔碳材料是正極、鋰是負極，所以放電時溶液中Li+從鋰電極向多孔碳材料電極遷移，故A錯誤；
B．該裝置中Zn易失電子作負極，故B錯誤；
C．PbSO4為難溶于水的鹽，故負極的電極反應式為Pb+SO-2e-=PbSO4，故C錯誤；
D．放電時，電池反應式為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)，消耗硫酸且生成水，導致反應后硫酸濃度減小，故D正確；
故選D。
4．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，總反應式為Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列說法中不正確的是
A．工作時，正極上發生反應的物質是Ag2O
B．負極發生的反應是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
C．工作時，負極區溶液c(OH-)減小
D．溶液中OH-向正極移動，K+、H+向負極移動
【答案】D
【解析】A．Ag2O中Ag化合價降低，發生還原反應，在正極反應，故A正確；
B．Zn在負極上失電子，電解質溶液為KOH溶液，所以負極反應為Zn+2OH 2e =Zn(OH)2，故B正確；
C．負極發生反應Zn+2OH－-2e－=Zn(OH)2，消耗氫氧根離子，因此負極c(OH-)減小，故C正確；
D．原電池原理中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，因此放電時，電解質溶液中OH－向負極移動，K＋、H＋向正極移動，故D錯誤；
故選D。
5．一種電化學裝置的工作原理：首先，太陽能轉化為電能，先對堿性鎳鐵二次電池充電，實現電能儲存；當鎳鐵電池充電完成后，過剩的電能再接著用于電解水，實現氫能儲存。下列說法不正確的是
A．鎳鐵電池充電時，從B電極移向A電極
B．鎳鐵電池充電完成后，繼續通電所產生的氣體I為
C．鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH，則Fe失去電子數為
D．鎳鐵電池放電時，正極反應為：
【答案】C
【分析】由題意可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應式為NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，B電極為負極，堿性條件下鐵在負極失去電子發生氧化反應生成氫氧化亞鐵；電極反應式為Fe—2e—+2OH—=Fe(OH)2，充電時，與光伏電池的正極相連的A電極為電解池的陽極，堿性條件下Ni(OH)2在陽極失去電子發生氧化反應生成NiOOH和水，B電極為陰極，在水分子作用下氫氧化亞鐵在陰極得到電子發生還原反應生成鐵和氫氧根離子，當鎳鐵電池充電完成后，繼續通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發生氧化反應生成氧氣和水，水在陰極A電極上得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子。
【解析】A．由分析可知，鎳鐵電池充電時，A電極為電解池的陽極，B電極為陰極，氫氧根離子從陰極B電極移向陽極A電極，故A正確；
B．由分析可知，當鎳鐵電池充電完成后，繼續通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發生氧化反應生成氧氣和水，則繼續通電所產生的氣體I為氧氣，故B正確；
C．由得失電子數目守恒可知，鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH時，鐵失去電子數為0.1NA,故C錯誤；
D．由分析可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應式為NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，故D正確；
故選C。
6．我國科研人員研制出一種可充電電池，該電池中鋰箔作負極，多孔碳布作正極，玻璃纖維作隔板，其電池結構如圖所示，電池總反應為。下列說法錯誤的是
A．該電池屬于二次電池
B．放電時正極反應式為
C．正、負極室均可用鋰鹽水溶液作電解質溶液
D．該電池的放電過程是一種固氮過程
【答案】C
【解析】A．該電池為可充電電池，屬于二次電池，故A正確；
B．放電時，得到電子，參與反應，電極反應式為，故B正確；
C．Li作負極，能與水發生反應，則負極室不可用鋰鹽水溶液作電解質溶液，故C錯誤；
D．放電時，電極反應式為，屬于固氮過程，故D正確；
故選C。
7．鋰離子蓄電池放電時的反應如下：Li1-xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2(x<1)，下列說法正確的是
A．放電時，在電解質中由正極向負極遷移
B．放電時，Li1-xCoO2中元素的化合價不發生變化
C．充電時，陰極電極反應式為：6C+xLi++xe—=LixC6
D．充電時，陽極發生還原反應
【答案】C
【分析】由放電時的反應方程式可知，放電時，LixC6為蓄電池的負極，LixC6在負極失去電子發生氧化反應生成鋰離子和碳，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發生還原反應生成LiCoO2，充電時，LixC6與直流電源的負極相連做電解池的陰極，Li1-xCoO2與正極相連做陽極。
【解析】A．放電時，陽離子鋰離子在電解質中由負極向正極遷移，故A錯誤；
B．由分析可知，放電時，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發生還原反應生成LiCoO2，鈷元素的化合價降低，故B錯誤；
C．由分析可知，充電時，LixC6與直流電源的負極相連做電解池的陰極，電極反應式為6C+xLi++xe—=LixC6，故C正確；
D．充電時，Li1-xCoO2與正極相連做陽極，陽極發生氧化反應，故D錯誤；
故選C。
8．燃料電池裝置如圖所示，下列說法錯誤的是
A．該燃料電池是將化學能轉化為電能的裝置
B．電極a是負極
C．發生還原反應
D．電極b上的電極反應式為
【答案】C
【分析】由圖可知，電極a上NH3發生失電子的氧化反應生成N2，電極b上O2發生得電子的還原反應生成OH-，則電極a為負極，電極b為正極，正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，負極反應式為2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，原電池工作時陽離子移向正極，陰離子移向負極，據此分析解答。
【解析】A．原電池是將化學能轉化為電能的裝置，則該燃料電池能量之間的轉化是由化學能轉化為電能，A正確；
B．該原電池中，電極a為負極，B正確；
C．該原電池中，電極a上NH3發生失電子的氧化反應生成N2，C錯誤；
D．該原電池中，電極b為正極，正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，D正確；
答案選C。
9．燃料電池具有能量轉化率高、對環境友好等優點。一種甲醇燃料電池工作原理分別如圖所示：
則有關說法正確的是
A．放電時CH3OH參與反應的電極為正極
B．放電時負極的電極反應式為CH3OH+8OH-_6e-=CO+6H2O
C．標準狀況下，通入5.6 L O2并完全反應后，有0.5 mol電子轉移
D．放電一段時間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低
【答案】B
【解析】A．放電時CH3OH失電子，故為負極，故A錯誤；
B．負極CH3OH失去電子被氧化轉化為CO，負極反應式為CH3OH+8OH--6e-= CO+6H2O，故B正確；
C．標準狀況下，5.6L氧氣的物質的量為，根據O2+4e-+2H2O=4OH-，轉移電子的物質的量為1mol，故C錯誤；
D．通入氧氣的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，氫氧根濃度增大，故pH升高，故D錯誤；
故選B。
10．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是
A．該電池在高溫下進行效率更高
B．電子的移動方向由 b經外電路到a
C．若該電池中有0.2 mol O2參加反應，則有0.8molH 向b遷移
D．b電極發生的反應為O2+4e-+2H2O=4OH-
【答案】C
【分析】由圖可知硫酸鹽還原菌可以將有機物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子，所以兩種細菌存在，就會循環把有機物氧化成CO2 放出電子，負極上HS-在硫氧化菌作用下轉化為SO，失電子發生氧化反應，電極反應式是HS-+4H2O-8e-=SO+9H+；正極上是氧氣得電子的還原反應4H++O2+4e-=2H2O。
【解析】A． 高溫使硫化菌失去活性，該電池不宜在高溫下進行，故A錯誤；
B． b是電池的正極，a是負極，所以電子從a流出經外電路流向b，故B錯誤；
C． 正極上是氧氣得電子的還原反應4H++O2+4e-=2H2O，根據電子守恒，若該電池中有0.2 mol O2參加反應，則有0.8molH 向b遷移，故C正確；
D． b電極發生的反應為4H++O2+4e-=2H2O，故D錯誤；
故選C。
11．一種酸性生物燃料電池應用的原理如圖所示，下列說法錯誤的是
A．Ca2+、Mg2+透過離子交換膜X移向a極
B．負極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+
C．1molC6H12O6轉化為CO2，遷移到正極區的離子總數為12NA
D．該裝置可用于硬水軟化，同時還可產生電能
【答案】A
【分析】根據電子流向可知，a為負極、b為正極；
【解析】A．原電池中陽離子向正極移動，則Ca2+、Mg2+透過離子交換膜Y移向b極，A錯誤；
B．負極中C6H12O6得到電子發生氧化反應生成二氧化碳，反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，B正確；
C．由B電極式可知，1molC6H12O6轉化為CO2，則會有24mol氯離子遷移到負極區；鈣離子、鎂離子均帶2個單位正電荷，根據電荷守恒可知，遷移到正極區的離子總數為12NA，C正確；
D．該裝置為化學能轉化為電能的裝置，且得到軟水，故可用于硬水軟化，同時還可產生電能，D正確；
故選A。
12．一種利用金屬氟化物的HF溶液作電解質的氫氧燃料電池裝置如圖所示，裝置工作時，下列說法正確的是
A．b極發生氧化反應
B．電子從a極失去，經過導線到達b極，再經過電解質溶液回到a極
C．理論上導線上每通過4mol電子，則需消耗22.4LO2
D．負極電極反應式為H2-2e-+8(HF)2F-=6(HF)3F-
【答案】D
【分析】該裝置為燃料電池，利用原電池工作原理進行分析，通燃料一極為負極，即a極為負極，通氧氣一極為正極，即b極為正極，據此分析；
【解析】A．b極通入氧氣，該電極為正極，根據原電池工作原理，正極上得電子，化合價降低，發生還原反應，故A說法錯誤；
B．根據原電池工作原理，電子從負極經外電路流向正極，電解質溶液中只有陰陽離子的定向移動，電子不經過電解質溶液，故B說法錯誤；
C．題中沒有指明是否是標準狀況，因此無法直接運用22.4L/mol進行計算，故C說法錯誤；
D．根據裝置圖，負極反應式為H2-2e-+8(HF)2F-=6(HF)3F-，故D說法正確；
答案為D。
13．我國科學家開發了FeCo-NSC催化劑，設計一種新型鋅-空氣電池，裝置如圖所示。
放電時，下列說法錯誤的是
A．“FeCo-NSC”能降低正極反應的活化能
B．正極反應式為
C．向Zn極附近遷移
D．右側電極電勢比左側電極高
【答案】D
【分析】由新型鋅-空氣電池裝置可知，該反應的負極反應式為2Zn+4OH--4e-=2ZnO+2H2O；正極反應式為，總反應為2Zn+O2=2ZnO。
【解析】A．“FeCo-NSC”催化劑能降低正極反應的活化能，加快反應速率，A正確；
B．正極反應式為，B正確；
C．向負極Zn附近遷移，C正確；
D．原電池中，正極電勢高于負極電勢即左側電極電勢比右側電極高，D錯誤；
故選D。
14．有一種紙電池只需滴上兩滴水即可激活，為一個帶有 LED 的鬧鐘供電 1 小時。如圖所示，該電池的紙片上分布著氯化鈉晶體，正面印有含有石墨薄片的油墨，反面印有含鋅粉的油墨。以下說法錯誤的是
A．石墨上發生還原反應
B．電流從石墨經鬧鐘流向鋅
C．NaCl不損耗
D．該電池有質量小、柔韌性好、可重復利用的優點
【答案】D
【分析】由題干信息可知，正面石墨薄片為正極，發生的電極反應為：O2+4e-+2H2O=4OH-，反面上的鋅粉為負極，電極反應為：Zn-2e-+4OH-=，據此分析解題。
【解析】A．由分析可知，石墨為正極，電極反應為：O2+2e-+2H2O=4OH-，即石墨上發生還原反應，A正確；
B．由分析可知，石墨為正極，鋅粉電極為負極，故電流從石墨經鬧鐘流向鋅，B正確；
C．由分析可知，反應過程中NaCl僅為電解質，參與導電，并未參與反應，故NaCl不損耗，C正確；
D．該電池有質量小、柔韌性好的優點，但由于上述反應不可逆，故不可重復利用，D錯誤；
故答案為：D。
15．我國科學家發明了一種新型短路膜電池，利用清除。這種短路膜承擔了電子遷移和離子遷移的雙重功能，裝置及反應原理示意圖如下。下列說法不正確的是
A．電池工作時，在電極上發生的反應為：
B．消耗標準狀況下時，理論上需要轉移電子
C．電池工作時，電子由負極經短路膜移向正極
D．無的空氣在正極獲得
【答案】A
【分析】由圖可知，通入空氣的一極作正極，正極電極反應式為O2+CO2+4e-=2；通入氫氣的一極作負極，負極電極反應式為H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2。
【解析】A．由分析可知，通入氫氣的一極作負極，負極電極反應式為：H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2，A錯誤；
B．標準狀況下22.4LO2的物質的量為1mol，根據氧元素化合價變化結合電子守恒可知，O2 4e-，則理論上需要轉移4mol電子，B正確；
C．根據題給信息知，短路膜具有電子遷移和離子遷移的雙重功能，則電池工作時，電子由負極經短路膜移向正極，C正確；
D．根據分析，通入空氣的一極作正極，正極電極反應式為O2+CO2+4e-=2，則無的空氣在正極獲得，D正確；
故選A。
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第23講 化學電源
1.證據推理與模型認知：通過對常見化學電源的分析，建立對原電池過程系統認識的思維模型，提高對原電池本質的認識。
2.科學態度與社會責任：增強科技意識，不斷研發新型電池，滿足人類社會發展的需求。積極回收利用廢舊電池，減少其對環境的污染。
一、化學電源概述　一次電池
1．化學電源概述
(1)化學電源的分類
是各種化學電源的雛形，常分為如下三類：
①一次電池：也叫做 ，放電后不可再充電的電池。
②二次電池：又稱 或 ，放電后可以再充電而反復使用的電池。
③燃料電池：一種連續地將 和 的化學能直接轉化為電能的化學電源。
(2)判斷電池優劣的主要標準
①比能量： 或 所能輸出 的多少，單位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
②比功率： 或 所能輸出 的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。
③電池可儲存時間的長短。
(3)化學電池的回收利用
使用后的廢棄電池中含有大量的 、酸和堿等有害物質，隨處丟棄會對生態環境和人體健康造成危害。廢棄電池要進行 利用。
(4)化學電源的發展方向
小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如 電池、 電池等。
2．一次電池：鋅錳干電池
普通鋅錳干電池 堿性鋅錳干電池
示意圖
構造 負極： 正極： 電解質溶液：氯化銨和氯化鋅 負極反應物： 正極反應物： 電解質溶液：
工作原理 負極： 正極： 總反應： Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 負極： 正極： 總反應： Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
二、二次電池
1．鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電過程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(1)負極是 ，正極是 ，電解質溶液是 。
(2)放電反應原理
①負極反應式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
②正極反應式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放電過程中，負極質量的變化是 ，H2SO4溶液的濃度 。
(3)充電反應原理
①陰極(還原反應)反應式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
②陽極(氧化反應)反應式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
③充電時，鉛蓄電池正極與直流電源 相連，負極與直流電源 相連。即“負極接負極，正極接正極”。
鉛酸蓄電池的充電過程與其放電過程相反。
2．鋰離子電池
電極 電極反應
負極 嵌鋰石墨(LixCy)：
正極 鈷酸鋰(LiCoO2)：
總反應 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反應過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向 ，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從 晶體中脫嵌，由 極回到 極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間完成化學能與電能的相互轉化。
【歸納總結】化學電源電極反應式的書寫
(1)根據電源總反應式或裝置確定正、負極的反應物；原電池的正極大多數只起導電作用，而化學電源的正極材料得電子參與電極反應。
(2)根據電源總反應式的產物或裝置中微粒的種類確定穩定的產物。特別注意溶液的酸堿性和離子共存問題。
(3)利用氧化還原配平方法配平電極反應式，運用原子守恒和電荷守恒進行檢查。
三、燃料電池
1．燃料電池
燃料電池是一種連續地將 和 的化學能直接轉化為 的化學電源。電極本身不包含 ，只是一個催化轉化元件。
2．氫氧燃料電池
(1)基本構造
(2)工作原理
酸性電解質(H2SO4) 堿性電解質(KOH)
負極反應
正極反應
總反應 2H2＋O2===2H2O
3.能量轉換
所有的燃燒均為放熱反應，若能量以電的形式向外釋放，則形成燃料電池，所以燃料電池的總方程式類似燃燒的總方程式，條件不同。
理論上來說，所有的燃燒反應均可設計成燃料電池，所以燃料電池的燃料除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體，且能量轉化率超高。
4．燃料電池電極反應式的書寫方法
負極為燃料失電子發生氧化反應。
正極為O2得電子發生還原反應。
如CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應式的書寫方法：
第一步：確定生成物
CH4
第二步：確定電子轉移和變價元素原子守恒
H4－8e－―→O＋H2O；
第三步：依據電解質性質，用OH－使電荷守恒
CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O；
第四步：依據氫原子守恒配平H2O的化學計量數
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
【歸納總結】常見燃料電池
(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤氣等均可作為燃料電池的燃料。
(2)電解液可以是酸(如H2SO4)、堿(如KOH)也可以是熔融鹽(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。
(3)燃料電池電極反應式的書寫與電解質溶液有密切關系，酸性溶液中電極反應式不能出現OH－，堿性溶液中電極反應式不能出現H＋
四、新型化學電源
1．常見考查方向
①電極的判斷，②電子或電流的流向，③溶液中離子的流向，④電極的反應類型，⑤pH的變化，⑥電子的轉移數目，⑦電極反應式的書寫。
2．正、負極的判斷
(1)根據裝置圖判斷：①電子流向或電流流向，②電解質溶液中離子流向，③加入或生成物質的化合價變化。
(2)根據總方程式判斷：根據化合價變化，化合價升高的為負極，化合價降低的為正極。
3．電極反應式的書寫
(1)放電時電極反應式的書寫
根據電極反應中化合價變化的物質，找出反應物和生成物，然后利用氧化還原反應的配平方法，寫出電極反應式。
(2)充電時的電極反應式，利用放電時電極反應的逆方向書寫。
4．常見新型化學電源類型
(1)新型燃料電池，如肼、Li Cu空氣電池、有機物等。
(2)新型熔融鹽電池。
(3)新型元素形成的電池，如B、V。
(4)濃差電池。
考點01 一次電池
【例1】堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，其結構示意圖如圖所示，電池總反應式為：。下列說法中不正確的是
A．電池工作時，電子轉移方向是由經外電路流向
B．電池正極反應式為
C．電池工作時，不參與反應
D．電池工作時，發生氧化反應，發生還原反應
【答案】C
【解析】A．失電子的一極是負極，電子從負極流向正極，負極是金屬鋅失電子，電子轉移方向是由Zn經外電路流向MnO2，故A正確；
B．正極上得電子，發生還原反應，所以正極的電極反應式為：，故B正確；
C．電池工作時，KOH電離出離子，增大溶液的導電性，KOH不參與反應，但是能提高溶液的導電性，故C錯誤；
D．負極上鋅失電子，Zn發生氧化反應，正極得電子，發生還原反應，則MnO2發生還原反應，故D正確；
故選：C。
【變式1-1】下列有關化學電源的描述正確的是
①一次電池也叫干電池，其活性物質被消耗后不能再生
②二次電池也叫可充電電池，通過充電可使其活性物質再生
③任何電池都是依據原電池的原理制造的
④化學電源與其他能源相比，具有攜帶方便，可制成各種形狀等優點
⑤比能量與比功率，是判斷電池優劣的主要標準
A．①②③④⑤ B．①②④⑤ C．③④⑤ D．①②③⑤
【答案】B
【解析】①一次電池中電解質溶液為膠狀，無法流動，故也叫做干電池，干電池中發生氧化還原反應的活性物質被消耗到一定程度時，電池就不能繼續使用了，故正確；
②二次電池放電后可以再充電，使活性物質獲得再生，故正確；
③有些電池不是依據原電池的原理制造的，如太陽能電池，故錯誤；
④化學電源可以制成各種形狀、大小不同的電池，與其他能源相比，具有攜帶方便，故正確；
⑤比能量與比功率越大說明電池單位質量或單位體積所能輸出的電能越大或者輸出功率越大，比能量與比功率是判斷電池優劣的主要標準，故正確；
①②④⑤正確，故選B。
【變式1-2】下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是(　　)

A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞
C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2 mol電子，負極質量減輕207 g
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
【答案】C
【解析】A．干電池是一次性電池，鉛蓄電池是可充電電池屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，A選項正確；
B．在干電池中，Zn作負極，被氧化，因此長時間使用后，鋅筒被破壞，B選項正確；
C．鉛蓄電池工作過程中，硫酸鉛在負極上析出，該極質量應該增加而非減小，C選項錯誤；
D．氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內，且工作的最終產物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源，D選項正確；
答案選C。
考點02 二次電池
【例2】關于鉛蓄電池的說法正確的是
A．在放電時，電池的正極材料是鉛板
B．在放電時，電池的負極材料質量減小
C．在放電時，向正極遷移
D．在放電時，正極發生的反應是：
【答案】D
【分析】鉛蓄電池中，放電過程為原電池原理。Pb作負極，發生失電子的氧化反應；PbO2作正極，發生得電子的還原反應，放電的總反應方程式為：，據此結合二次電池的工作原理分析解答。
【解析】A．在放電時，電池的正極材料是PbO2，A錯誤；
B．在放電時，電池的負極材料Pb放電轉化為，電極質量增大，B錯誤；
C．上述鉛蓄電池放電時，陰離子移向負極，所以向負極遷移，C錯誤；
D．在放電時，正極PbO2發生得電子的還原反應轉化為，其電極反應式為：，D正確；
故選D。
【變式2-1】某科研團隊提出了一種堿—酸Zn-—混合充放電電池，其放電時的工作原理如圖所示，下列說法正確的是
A．放電時，M極為正極
B．放電時，從中間室移向左極室
C．充電時，N極發生的電極反應式為
D．充電時，M極質量每增加32.5g，外電路中通過2mol電子
【答案】C
【分析】由圖可知，放電時，M極為原電池的負極，堿性條件下鋅失去電子發生氧化反應生成四羥基合鋅離子，電極反應式為Zn—2e—+4OH—=Zn(OH)，N電極為正極，酸性條件下二氧化鉛在正極得到電子發生還原反應生成硫酸鉛和水PbO2+2e—+SO+4H+=PbSO4+2H2O，充電時，與直流電源負極相連的M極為陰極，N電極為陽極。
【解析】A．由分析可知，放電時，M極為原電池的負極，故A錯誤；
B．由分析可知，放電時，M極為原電池的負極，N電極為正極，則陽離子鉀離子從中間室移向右極室，故B錯誤；
C．由分析可知，充電時，N極為陽極，水分子作用下硫酸鉛在陽極失去電子發生氧化反應生成二氧化鉛、硫酸根離子和氫離子，電極反應式為，故C正確；
D．由分析可知，充電時，與直流電源負極相連的M極為陰極，N電極為陽極，當M極質量每增加32.5g，外電路中通過電子的物質的量為×2=1mol，故D錯誤；
故選C。
【變式2-2】電池是一種二次電池。將溶于有機溶劑作為電解液，和負載碳納米管的網分別作電極材料，結構如圖所示。電池的總反應：，下列說法正確的是
A．放電時，向正極移動
B．放電時，作電池的負極
C．放電時，電子從負極經電解液回到正極
D．充電時，陽極反應為：
【答案】B
【解析】A．放電時，Na失電子作負極、Ni作正極，電解質溶液中陰離子向負極移動，所以向負極移動，A錯誤；
B．放電時，Na失電子作負極、Ni作正極，B正確；
C．放電時，電子從負極經導線回到正極，不能流經電解液，C錯誤；
D．充電時，原來的正極Ni作電解池的陽極，Na作電解池陰極，則陽極發生的反應為原來正極反應式的逆反應：，D錯誤；
答案選B。
考點03 燃料電池
【例3】一種燃料電池中發生的化學反應為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的反應是
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】該燃料電池的總反應為2CH3OH＋3O2=4H2O＋2CO2①
正極反應為O2＋4H＋＋4e-=2H2O②
①-②×3得：2CH3OH＋2H2O-12e-=2CO2＋12H＋，即CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H＋。故C正確；
故選C。
【變式3-1】HCOOH燃料電池的裝置如圖，兩電極間用陽離子交換膜隔開。下列說法正確的是
A．電池工作時，電子由a電極經外電路流向b電極
B．負極的電極反應式為
C．若X為，通入發生的反應為
D．理論上每消耗標準狀況下22.4 L ，有2 mol 通過陽離子交換膜
【答案】A
【分析】根據圖示可知，該燃料電池的a極區HCOOH在KOH環境被氧化為，說明a極失去電子，是負極；b極區Fe3+得到電子生成Fe2+，Fe2+通過外循環被O2氧化又生成Fe3+，b是正極；負極區的K+通過陽離子交換膜進入正極區，構成回路。
【解析】A．據分析，a極是負極，b極是正極，電池工作時，電子由a電極(負極)經外電路流向b電極(正極)，A正確；
B．據分析，該電池負極是在KOH環境，負極的電極反應式為，B錯誤；
C．據分析，Fe2+通過外循環被O2氧化生成Fe3+，若X為，通入發生的反應為，C錯誤；
D．理論上每消耗標準狀況下22.4 L ，物質的量是1mol，則有4mol電子發生轉移，有4 mol 通過陽離子交換膜，D錯誤；
故選A。
【變式3-2】某甲烷燃料電池的構造如圖所示，a、b為電極，C、D為選擇性離子交換膜，只允許一種離子通過。下列說法正確的是
A．b是電池負極
B．電流由b沿導線流向a，再由a通過電解質溶液流回b
C．出口Y中KOH的質量分數小于ω%
D．a電極的電極反應式為：CH4 8e－+8OH－＝CO2+6H2O
【答案】B
【分析】某甲烷燃料電池的構造如圖所示，根據圖中分析甲烷是還原劑，因此a為原電池負極，氧氣為氧化劑，因此b為原電池正極。
【解析】A．根據前面分析b是電池正極，a是電池負極，故A錯誤；
B．電流由正極經導線流向負極即電流由b沿導線流向a，再由a通過電解質溶液流回b，故B正確；
C．KOH溶液中的鉀離子穿過D膜向b移動，氧氣變為氫氧根離子，因此出口Y中KOH的質量分數大于ω%，故C錯誤；
D．a電極上甲烷變為碳酸根，其電極反應式為：CH4 8e－+10OH－＝+7H2O，故D錯誤。
綜上所述，答案為B。
考點04 新型電池
【例4】科學家研發了一種以Al和Pd@石墨烯為電極的Al-電池，電池以離子液體作電解質，放電時在提供能量的同時實現了人工固氮，示意圖如下。下列說法不正確的是
A．充電時Al電極是陰極
B．放電時離子濃度增大，離子濃度減少
C．放電時正極反應為
D．放電時電路中每通過6mol ，電池總質量理論上增加28g
【答案】B
【解析】A．充電時，Al電極發生反應是，8+6e-=2Al+14，發生還原反應，故作為陰極，A正確；
B．放電時，Al作為負極，發生氧化反應，電極反應是2Al+14-6e－=8。正極發生反應是，總反應是2Al+N2=2AlN，，濃度均不變，B錯誤；
C．放電時，正極發生反應是，C正確；
D．由以上電極反應可知，放電時電池總質量增加相當于是增加了N2，每通過6mol電子，參加反應N2是1mol，增加質量是28g/mol×1mol=28g，D正確；
故選B。
【變式4-1】氨不僅應用于化肥生產，也可以應用于能源領域，與氫氧燃料電池比，氨氧燃料電池有其獨特優勢，某研究小組設計的氨氧燃料電池裝置如圖，下列有關說法正確的是
A．電極2為負極，發生氧化反應
B．電極1的電極反應式為：2NH3-6e-=N2↑+6H+
C．放電過程中溶液中的OH-朝正極移動
D．標準狀況下，2.24 LO2參加反應，轉移電子數為0.4NA
【答案】D
【解析】A．根據圖示可知：在電極1上NH3失去電子變為N2、H2O，則電極1為負極；在電極2上O2得到電子發生還原反應，電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，故電極2為正極，A錯誤；
B．電解質溶液顯堿性，不可能大量存在H+，B錯誤；
C．在放電過程中溶液中的OH-向正電荷較多的負極移動，C錯誤；
D．標準狀況下，2.24 LO2的物質的量是0.1 mol，若其參加反應，電子轉移的物質的量是0.1 mol×4=0.4 mol，則轉移的電子數目是0.4NA，D正確；
故合理選項是D。
【變式4-2】科學家利用垃圾滲透液研發出新型環保電池，實現發電、環保二位一體化結合的裝置如圖。
當該裝置工作時，下列說法正確的是
A．鹽橋中K+向X極移動，Cl-向Y極移動
B．電路中流過3.75 mol電子時，產生N2的體積為22.4 L(標準狀況)
C．電流由X極沿導線流向Y極
D．Y極反應式為2+10e-+12H+=N2↑+6H2O
【答案】B
【解析】A．在X電極上NH3失去電子被氧化變為N2，所以X為負極；在Y電極上得到電子被還原變為N2，所以Y電極為正極。根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，可知鹽橋中K+向負電荷較多的Y極移動，Cl-向正電荷較多的X極移動，A錯誤；
B．根據氧化還原反應中電子守恒可知反應方程式：5NH3+3=4N2+6H2O+3OH-，轉移15 mol電子，反應產生4 mol N2，若轉移3.75 mol電子，則反應產生N2的物質的量n(N2)=，其在標準狀況下的體積V=1 mol×22.4 L/mol=22.4 L，B正確；
C．電子由負極X經導線流向正極Y，電流方向是正電荷的移動方向，所以電流是由正極Y極沿導線流向負極X極，C錯誤；
D．電解質溶液顯堿性，不可能含有大量H+，Y電極的電極反應式為：2+10e-+6H2O =N2↑+12OH-，D錯誤；
故合理選項是B。
1．下列有關化學電池的說法中正確的是
A．化學電池只能將化學能轉化為電能
B．燃料電池能將全部化學能轉化為電能
C．鋅銀電池比能量大，電壓穩定，儲存時間長
D．一次電池包括干電池和蓄電池
【答案】C
【解析】A．蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)，故A錯誤；
B．燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換，故B錯誤；
C．鋅銀電池具有比能量大，電壓穩定，儲存時間長等特點，故C正確；
D．蓄電池可重復使用，屬于二次電池，故D錯誤。
答案選C。
2．下列說法正確的是(　　)
A．堿性鋅錳電池是二次電池
B．鉛蓄電池是一次電池
C．二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質獲得再生
D．燃料電池的活性物質大量儲存在電池內部
【答案】C
【解析】A.鋅錳干電池只能放電不能充電，所以屬于一次電池，故A錯誤；
B.鉛蓄電池是二次電池，故B錯誤；
C.蓄電池是二次電池放電后可以充電重新使用，使活性物質獲得再生，故C正確；
D.燃料在兩個電極上發生氧化還原反應把化學能轉化為電能，不是在電池內部燃燒，故D錯誤；
故答案為C。
3．化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法正確的是
A．圖甲：鋰電池放電時，電解質溶液中向鋰電極遷移
B．圖乙：鋅筒作正極
C．圖丙：負極的電極反應為：
D．圖丙：電池放電過程中，溶液的pH增大
【答案】D
【解析】A．原電池放電時，陽離子從負極流向正極，該裝置中多孔碳材料是正極、鋰是負極，所以放電時溶液中Li+從鋰電極向多孔碳材料電極遷移，故A錯誤；
B．該裝置中Zn易失電子作負極，故B錯誤；
C．PbSO4為難溶于水的鹽，故負極的電極反應式為Pb+SO-2e-=PbSO4，故C錯誤；
D．放電時，電池反應式為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)，消耗硫酸且生成水，導致反應后硫酸濃度減小，故D正確；
故選D。
4．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，總反應式為Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列說法中不正確的是
A．工作時，正極上發生反應的物質是Ag2O
B．負極發生的反應是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
C．工作時，負極區溶液c(OH-)減小
D．溶液中OH-向正極移動，K+、H+向負極移動
【答案】D
【解析】A．Ag2O中Ag化合價降低，發生還原反應，在正極反應，故A正確；
B．Zn在負極上失電子，電解質溶液為KOH溶液，所以負極反應為Zn+2OH 2e =Zn(OH)2，故B正確；
C．負極發生反應Zn+2OH－-2e－=Zn(OH)2，消耗氫氧根離子，因此負極c(OH-)減小，故C正確；
D．原電池原理中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，因此放電時，電解質溶液中OH－向負極移動，K＋、H＋向正極移動，故D錯誤；
故選D。
5．一種電化學裝置的工作原理：首先，太陽能轉化為電能，先對堿性鎳鐵二次電池充電，實現電能儲存；當鎳鐵電池充電完成后，過剩的電能再接著用于電解水，實現氫能儲存。下列說法不正確的是
A．鎳鐵電池充電時，從B電極移向A電極
B．鎳鐵電池充電完成后，繼續通電所產生的氣體I為
C．鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH，則Fe失去電子數為
D．鎳鐵電池放電時，正極反應為：
【答案】C
【分析】由題意可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應式為NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，B電極為負極，堿性條件下鐵在負極失去電子發生氧化反應生成氫氧化亞鐵；電極反應式為Fe—2e—+2OH—=Fe(OH)2，充電時，與光伏電池的正極相連的A電極為電解池的陽極，堿性條件下Ni(OH)2在陽極失去電子發生氧化反應生成NiOOH和水，B電極為陰極，在水分子作用下氫氧化亞鐵在陰極得到電子發生還原反應生成鐵和氫氧根離子，當鎳鐵電池充電完成后，繼續通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發生氧化反應生成氧氣和水，水在陰極A電極上得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子。
【解析】A．由分析可知，鎳鐵電池充電時，A電極為電解池的陽極，B電極為陰極，氫氧根離子從陰極B電極移向陽極A電極，故A正確；
B．由分析可知，當鎳鐵電池充電完成后，繼續通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發生氧化反應生成氧氣和水，則繼續通電所產生的氣體I為氧氣，故B正確；
C．由得失電子數目守恒可知，鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH時，鐵失去電子數為0.1NA,故C錯誤；
D．由分析可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應式為NiOOH+e—+H2O= Ni(OH)2+OH—，故D正確；
故選C。
6．我國科研人員研制出一種可充電電池，該電池中鋰箔作負極，多孔碳布作正極，玻璃纖維作隔板，其電池結構如圖所示，電池總反應為。下列說法錯誤的是
A．該電池屬于二次電池
B．放電時正極反應式為
C．正、負極室均可用鋰鹽水溶液作電解質溶液
D．該電池的放電過程是一種固氮過程
【答案】C
【解析】A．該電池為可充電電池，屬于二次電池，故A正確；
B．放電時，得到電子，參與反應，電極反應式為，故B正確；
C．Li作負極，能與水發生反應，則負極室不可用鋰鹽水溶液作電解質溶液，故C錯誤；
D．放電時，電極反應式為，屬于固氮過程，故D正確；
故選C。
7．鋰離子蓄電池放電時的反應如下：Li1-xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2(x<1)，下列說法正確的是
A．放電時，在電解質中由正極向負極遷移
B．放電時，Li1-xCoO2中元素的化合價不發生變化
C．充電時，陰極電極反應式為：6C+xLi++xe—=LixC6
D．充電時，陽極發生還原反應
【答案】C
【分析】由放電時的反應方程式可知，放電時，LixC6為蓄電池的負極，LixC6在負極失去電子發生氧化反應生成鋰離子和碳，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發生還原反應生成LiCoO2，充電時，LixC6與直流電源的負極相連做電解池的陰極，Li1-xCoO2與正極相連做陽極。
【解析】A．放電時，陽離子鋰離子在電解質中由負極向正極遷移，故A錯誤；
B．由分析可知，放電時，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發生還原反應生成LiCoO2，鈷元素的化合價降低，故B錯誤；
C．由分析可知，充電時，LixC6與直流電源的負極相連做電解池的陰極，電極反應式為6C+xLi++xe—=LixC6，故C正確；
D．充電時，Li1-xCoO2與正極相連做陽極，陽極發生氧化反應，故D錯誤；
故選C。
8．燃料電池裝置如圖所示，下列說法錯誤的是
A．該燃料電池是將化學能轉化為電能的裝置
B．電極a是負極
C．發生還原反應
D．電極b上的電極反應式為
【答案】C
【分析】由圖可知，電極a上NH3發生失電子的氧化反應生成N2，電極b上O2發生得電子的還原反應生成OH-，則電極a為負極，電極b為正極，正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，負極反應式為2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，原電池工作時陽離子移向正極，陰離子移向負極，據此分析解答。
【解析】A．原電池是將化學能轉化為電能的裝置，則該燃料電池能量之間的轉化是由化學能轉化為電能，A正確；
B．該原電池中，電極a為負極，B正確；
C．該原電池中，電極a上NH3發生失電子的氧化反應生成N2，C錯誤；
D．該原電池中，電極b為正極，正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，D正確；
答案選C。
9．燃料電池具有能量轉化率高、對環境友好等優點。一種甲醇燃料電池工作原理分別如圖所示：
則有關說法正確的是
A．放電時CH3OH參與反應的電極為正極
B．放電時負極的電極反應式為CH3OH+8OH-_6e-=CO+6H2O
C．標準狀況下，通入5.6 L O2并完全反應后，有0.5 mol電子轉移
D．放電一段時間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低
【答案】B
【解析】A．放電時CH3OH失電子，故為負極，故A錯誤；
B．負極CH3OH失去電子被氧化轉化為CO，負極反應式為CH3OH+8OH--6e-= CO+6H2O，故B正確；
C．標準狀況下，5.6L氧氣的物質的量為，根據O2+4e-+2H2O=4OH-，轉移電子的物質的量為1mol，故C錯誤；
D．通入氧氣的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，氫氧根濃度增大，故pH升高，故D錯誤；
故選B。
10．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是
A．該電池在高溫下進行效率更高
B．電子的移動方向由 b經外電路到a
C．若該電池中有0.2 mol O2參加反應，則有0.8molH 向b遷移
D．b電極發生的反應為O2+4e-+2H2O=4OH-
【答案】C
【分析】由圖可知硫酸鹽還原菌可以將有機物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子，所以兩種細菌存在，就會循環把有機物氧化成CO2 放出電子，負極上HS-在硫氧化菌作用下轉化為SO，失電子發生氧化反應，電極反應式是HS-+4H2O-8e-=SO+9H+；正極上是氧氣得電子的還原反應4H++O2+4e-=2H2O。
【解析】A． 高溫使硫化菌失去活性，該電池不宜在高溫下進行，故A錯誤；
B． b是電池的正極，a是負極，所以電子從a流出經外電路流向b，故B錯誤；
C． 正極上是氧氣得電子的還原反應4H++O2+4e-=2H2O，根據電子守恒，若該電池中有0.2 mol O2參加反應，則有0.8molH 向b遷移，故C正確；
D． b電極發生的反應為4H++O2+4e-=2H2O，故D錯誤；
故選C。
11．一種酸性生物燃料電池應用的原理如圖所示，下列說法錯誤的是
A．Ca2+、Mg2+透過離子交換膜X移向a極
B．負極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+
C．1molC6H12O6轉化為CO2，遷移到正極區的離子總數為12NA
D．該裝置可用于硬水軟化，同時還可產生電能
【答案】A
【分析】根據電子流向可知，a為負極、b為正極；
【解析】A．原電池中陽離子向正極移動，則Ca2+、Mg2+透過離子交換膜Y移向b極，A錯誤；
B．負極中C6H12O6得到電子發生氧化反應生成二氧化碳，反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，B正確；
C．由B電極式可知，1molC6H12O6轉化為CO2，則會有24mol氯離子遷移到負極區；鈣離子、鎂離子均帶2個單位正電荷，根據電荷守恒可知，遷移到正極區的離子總數為12NA，C正確；
D．該裝置為化學能轉化為電能的裝置，且得到軟水，故可用于硬水軟化，同時還可產生電能，D正確；
故選A。
12．一種利用金屬氟化物的HF溶液作電解質的氫氧燃料電池裝置如圖所示，裝置工作時，下列說法正確的是
A．b極發生氧化反應
B．電子從a極失去，經過導線到達b極，再經過電解質溶液回到a極
C．理論上導線上每通過4mol電子，則需消耗22.4LO2
D．負極電極反應式為H2-2e-+8(HF)2F-=6(HF)3F-
【答案】D
【分析】該裝置為燃料電池，利用原電池工作原理進行分析，通燃料一極為負極，即a極為負極，通氧氣一極為正極，即b極為正極，據此分析；
【解析】A．b極通入氧氣，該電極為正極，根據原電池工作原理，正極上得電子，化合價降低，發生還原反應，故A說法錯誤；
B．根據原電池工作原理，電子從負極經外電路流向正極，電解質溶液中只有陰陽離子的定向移動，電子不經過電解質溶液，故B說法錯誤；
C．題中沒有指明是否是標準狀況，因此無法直接運用22.4L/mol進行計算，故C說法錯誤；
D．根據裝置圖，負極反應式為H2-2e-+8(HF)2F-=6(HF)3F-，故D說法正確；
答案為D。
13．我國科學家開發了FeCo-NSC催化劑，設計一種新型鋅-空氣電池，裝置如圖所示。
放電時，下列說法錯誤的是
A．“FeCo-NSC”能降低正極反應的活化能
B．正極反應式為
C．向Zn極附近遷移
D．右側電極電勢比左側電極高
【答案】D
【分析】由新型鋅-空氣電池裝置可知，該反應的負極反應式為2Zn+4OH--4e-=2ZnO+2H2O；正極反應式為，總反應為2Zn+O2=2ZnO。
【解析】A．“FeCo-NSC”催化劑能降低正極反應的活化能，加快反應速率，A正確；
B．正極反應式為，B正確；
C．向負極Zn附近遷移，C正確；
D．原電池中，正極電勢高于負極電勢即左側電極電勢比右側電極高，D錯誤；
故選D。
14．有一種紙電池只需滴上兩滴水即可激活，為一個帶有 LED 的鬧鐘供電 1 小時。如圖所示，該電池的紙片上分布著氯化鈉晶體，正面印有含有石墨薄片的油墨，反面印有含鋅粉的油墨。以下說法錯誤的是
A．石墨上發生還原反應
B．電流從石墨經鬧鐘流向鋅
C．NaCl不損耗
D．該電池有質量小、柔韌性好、可重復利用的優點
【答案】D
【分析】由題干信息可知，正面石墨薄片為正極，發生的電極反應為：O2+4e-+2H2O=4OH-，反面上的鋅粉為負極，電極反應為：Zn-2e-+4OH-=，據此分析解題。
【解析】A．由分析可知，石墨為正極，電極反應為：O2+2e-+2H2O=4OH-，即石墨上發生還原反應，A正確；
B．由分析可知，石墨為正極，鋅粉電極為負極，故電流從石墨經鬧鐘流向鋅，B正確；
C．由分析可知，反應過程中NaCl僅為電解質，參與導電，并未參與反應，故NaCl不損耗，C正確；
D．該電池有質量小、柔韌性好的優點，但由于上述反應不可逆，故不可重復利用，D錯誤；
故答案為：D。
15．我國科學家發明了一種新型短路膜電池，利用清除。這種短路膜承擔了電子遷移和離子遷移的雙重功能，裝置及反應原理示意圖如下。下列說法不正確的是
A．電池工作時，在電極上發生的反應為：
B．消耗標準狀況下時，理論上需要轉移電子
C．電池工作時，電子由負極經短路膜移向正極
D．無的空氣在正極獲得
【答案】A
【分析】由圖可知，通入空氣的一極作正極，正極電極反應式為O2+CO2+4e-=2；通入氫氣的一極作負極，負極電極反應式為H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2。
【解析】A．由分析可知，通入氫氣的一極作負極，負極電極反應式為：H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2，A錯誤；
B．標準狀況下22.4LO2的物質的量為1mol，根據氧元素化合價變化結合電子守恒可知，O2 4e-，則理論上需要轉移4mol電子，B正確；
C．根據題給信息知，短路膜具有電子遷移和離子遷移的雙重功能，則電池工作時，電子由負極經短路膜移向正極，C正確；
D．根據分析，通入空氣的一極作正極，正極電極反應式為O2+CO2+4e-=2，則無的空氣在正極獲得，D正確；
故選A。
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