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專題突破（九）新型化學電源
　
第四章　第一節　原電池
一、　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。
針對練1.新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的裝置如圖所示，相關敘述正確的是
A.b極為正極，發生氧化反應
B.電池應選用陰離子交換膜
C.電子移動方向：電極a→離子交換膜→電極b
D.a極的電極反應式為 ＋8OH－－8e－=== ＋6H2O
√
根據題圖可知，在b極上，H2O2轉化為OH－，
O元素化合價降低，發生還原反應，故b極為
正極，A錯誤；放電時，陽離子向正極移動，
陰離子向負極移動，又由題給信息和示意圖
可知，原料為NaBH4和H2O2，Na＋在a極通入，而在b極生成NaOH，故Na＋從負極區向正極區遷移，電池應選用陽離子交換膜，B錯誤；電子只能在導體、導線和電極中移動，不能在電解質溶液和離子交換膜中移動，則電子移動方向：電極a→負載→電極b，C錯誤；根據元素化合價變化可知，負極上 失電子發生氧化反應，故a極的電極反應式為
＋8OH－－8e－=== ＋6H2O，D正確。
√
針對練2.研究發現，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續大電流放電，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是
A.離子交換膜X為質子交換膜，質子從石墨電極移向Pt電極
B.C2H5OH在Pt電極發生還原反應
C.正極區反應為 ＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
D.若Pt電極生成2.24LCO2，電路中轉移電子數為0.6NA
根據原電池原理，Pt電極為負極，發生氧化反應，
電極反應為C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋
12H＋，石墨電極為正極，發生還原反應，電極反
應為 ＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，據此分析來解題。根據分析，負極區生成的H＋將遷移到正極區參與反應，所以離子交換膜X為質子交換膜，質子從Pt電極移向石墨電極，故A項錯誤；Pt電極為負極，C2H5OH發生氧化反應，故B項錯誤；根據分析石墨電極為正極，發生還原反應，電極反應為4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋H2O===4HNO3，故C項正確；沒有告知在標準狀態下，無法通過氣體體積來計算轉移的電子數，故D項錯誤；答案選C。
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二、　電極反應式的書寫
1.放電時電極反應式的書寫
首先確定物質得失電子情形，然后結合電解質溶液來確定反應的生成物，最后結合守恒定律書寫電極反應式。
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。
√
針對練3.CO2電化學傳感器是將環境中CO2轉變為電信號的裝置，工作原理如圖所示，其中YSZ是固體電解質，當傳感器在一定溫度下工作時，在熔融Li2CO3和YSZ之間的界面X會生成固體Li2O。下列說法錯誤的是
A. 遷移方向為界面X →電極b
B.電極a上消耗的O2和電極b上產生的CO2的物質的量之比為1∶1
C.電極b為負極，發生的電極反應為 －4e－===O2↑＋2CO2↑
D.電池總反應為Li2CO3===Li2O＋CO2↑
根據題圖可知：電極a上O2得到電子變為O2－，所以
電極a為正極，在電極b上熔融Li2CO3失去電子變為
CO2、O2，所以金屬電極b為負極。 會向正電荷
較多的負極區移動，故 遷移方向為界面X→電極
b，A正確；在電極a上發生反應：O2＋4e－===2O2－，在電極b上發生反應：
－4e－===O2↑＋2CO2↑，在同一閉合回路中電子轉移數目相等，可知電極a上消耗的O2和電極b上產生的CO2的物質的量之比為1∶2，B錯誤；電極b為負極，失去電子發生氧化反應，則負極的電極反應為 －4e－===O2↑＋2CO2↑，C正確；負極上熔融的Li2CO3失去電子被氧化產生O2、CO2氣體，反應式為Li2CO3(熔融)===2Li＋＋ ， －4e－===O2↑＋2CO2↑，正極上發生反應：O2＋4e－===2O2－，根據在同一閉合回路中電子轉移數目相等，將正、負極電極式疊加，可得總反應方程式為Li2CO3===Li2O＋CO2↑，D正確。
√
針對練4.利用垃圾假單胞菌株分解有機物的電
化學原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A.電流方向：B電極→用電器→A電極
B.B電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.A電極反應式為 －4e－―→ ＋4H＋
D.若有機物為葡萄糖C6H12O6，處理0.25mol時，會有6molH＋透過質子交換膜遷移
由題圖分析可知：A電極為負極，B電極為正極，
故電流由B電極→用電器→A電極，A項正確；由
題圖知，B極反應物為氧氣，電極反應式為O2＋
4e－＋4H＋===2H2O，B項正確；由A選項分析
知，A是負極，結合題圖，電極反應式為 －2e－===
＋2H＋，C項錯誤；由反應C6H12O6＋6O2―→6CO2↑＋6H2O可知1mol葡萄糖反應，轉移24mol電子，電極反應也要轉移24mol電子，處理0.25molC6H12O6時，電解質溶液中轉移6molH＋，D項正確；答案選C。
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三、　判斷電子移向和離子移向
分析時需要把握電池的充放電過程，利用相應的原理加以判斷。以放電過程為例，電子移動方向為：負極→外電路→正極；離子移動方向為：陽離子→正極，陰離子→負極。對于涉及離子交換膜的裝置，陽離子將透過陽離子交換膜，陰離子將透過陰離子交換膜。
√
針對練5.據科學網報道，中國科學家開發出的新型電解質能使LiFePO4-Li電池在90℃穩定工作，模擬裝置如圖所示。
已知該電池的總反應為Li＋FePO4===LiFePO4，當該電池放電時，下列說法錯誤的是
A.a極發生還原反應
B.Li＋向b極附近遷移
C.b極的電極反應式為Li－e－===Li＋
D.a極的質量凈增14g時轉移2mol電子
該電池放電時，鋰失去電子，作負極，發生氧化反應，則a極為正極，發生還原反應，A正確；該電池放電時，鋰離子向正極遷移，即向a極遷移，B錯誤；負極上鋰失去電子生成鋰離子，b極的電極反應式為Li－e－===Li＋，C正確；a極的電極反應式為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，凈增質量為鋰離子質量，1molLi＋為7g，a極凈增14g時轉移2mol電子，D正確。
√
針對練6.世界首款石墨烯鋰離子電池產品已發布，可在－30℃～80℃環境下工作，電池循環壽命高達3500次左右，充電效率是普通充電產品的24倍。它是利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性制作的一種新型二次電池。其工作原理如圖所示，電池反應式為LixC6＋Li1－xCoO2
C6＋LiCoO2。
下列關于該電池的說法不正確的是
A.充電時，Li＋移向石墨烯
B.充電時，轉移0.5mol電子理論上陰極材料質量增加3.5g
C.放電時，LiCoO2極發生的電極反應為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
D.對廢舊的該電池進行“放電處理”，讓Li＋從石墨烯中脫出有利于回收
根據LixC6＋Li1－xCoO2 C6＋LiCoO2得到放
電時石墨烯為負極，則充電時，石墨烯為陰極，
Li＋移向陰極(石墨烯)，故A正確；充電時，Li＋
移向陰極(石墨烯)，電極反應式為C6＋xe－＋
xLi＋===LixC6，轉移0.5mol電子理論上陰極材料質量增加0.5mol×7g·mol－1＝3.5g，故B正確；放電時，正極(LiCoO2極)發生的電極反應為Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，故C錯誤；對廢舊的該電池進行“放電處理”，讓Li＋從石墨烯中脫出有利于回收，故D正確；綜上所述，答案為C。
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四、　解析電池工作時的物質變化
要深入分析電極質量變化和溶液的pH變化。電池在充放電過程中，電極上會發生氧化還原反應，可能存在物質聚集或缺失，分析時需要結合相應的守恒定理來加以計算。對于電解質溶液的pH變化，則需要關注電極反應時溶液中OH－和H＋的濃度變化。
√
針對練7.K-O2電池結構如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是
A.隔膜允許K＋通過，不允許O2通過
B.放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極
C.產生1Ah電量時，生成KO2的質量與消耗O2的質量比值約為2.22
D.用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水
由題圖可知，b極上O2轉化為KO2，則b極為電池
正極，a極為電池負極，K＋通過隔膜由a極向b極
遷移，為避免O2氧化K電極，O2不能通過隔膜，
A說法正確；放電時，電流由正極經導線流向負
極，即由b極經導線流向a極，充電時，b極接外
接電源的正極，b電極為陽極，B說法正確；產生1Ah電量時，生成KO2與消耗O2的物質的量之比為1∶1，故二者質量比為71∶32≈2.22，C說法正確；消耗3.9g鉀時，轉移0.1mole－，鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O，其質量為1.8g，D說法錯誤。
針對練8.我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅－碘溴液流電池，其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質溶液，提高電池的容量。下列敘述不正確的是
A.放電時，a電極反應為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B.放電時，溶液中離子的數目增大
C.充電時，b電極每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化
D.充電時，a電極接外電源負極
√
放電時，a電極為正極，碘得電子變成碘離子，正極反應式為I2Br－＋2e－
===2I－＋Br－，A正確；放電時，正極反應式為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，溶液中離子數目增大，B正確；充電時，b電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn，b電極每增重0.65g，轉移0.02mol電子，陽極反應式為Br－＋2I－－2e－===I2Br－，有0.02molI－失電子被氧化，C正確；充電時，a是陽極，應與外接電源的正極相連，D錯誤。
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