資源簡介

一、正、負(fù)極的判斷
1.根據(jù)裝置圖判斷
(1)電子流向或電流流向；
(2)電解質(zhì)溶液中離子流向；
(3)加入或生成物質(zhì)的化合價變化。
2.根據(jù)總方程式判斷：根據(jù)化合價變化，化合價升高的為負(fù)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(guān)敘述正確的是(　　)
A.b極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B.電池應(yīng)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(yīng)式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
答案：D
解析：根據(jù)題圖可知，在b極上，H2O2轉(zhuǎn)化為OH－，O元素化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，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(fù)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(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移，電池應(yīng)選用陽離子交換膜，B錯誤；電子只能在導(dǎo)體、導(dǎo)線和電極中移動，不能在電解質(zhì)溶液和離子交換膜中移動，則電子移動方向：電極a→負(fù)載→電極b，C錯誤；根據(jù)元素化合價變化可知，負(fù)極上BH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故a極的電極反應(yīng)式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，D正確。
針對練2.研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)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(zhì)子交換膜，質(zhì)子從石墨電極移向Pt電極
B.C2H5OH在Pt電極發(fā)生還原反應(yīng)
C.正極區(qū)反應(yīng)為4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
D.若Pt電極生成2.24LCO2，電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.6NA
答案：C
解析：根據(jù)原電池原理，Pt電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋，石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，據(jù)此分析來解題。根據(jù)分析，負(fù)極區(qū)生成的H＋將遷移到正極區(qū)參與反應(yīng)，所以離子交換膜X為質(zhì)子交換膜，質(zhì)子從Pt電極移向石墨電極，故A項錯誤；Pt電極為負(fù)極，C2H5OH發(fā)生氧化反應(yīng)，故B項錯誤；根據(jù)分析石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故C項正確；沒有告知在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，無法通過氣體體積來計算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，故D項錯誤；答案選C。
二、電極反應(yīng)式的書寫
1.放電時電極反應(yīng)式的書寫
首先確定物質(zhì)得失電子情形，然后結(jié)合電解質(zhì)溶液來確定反應(yīng)的生成物，最后結(jié)合守恒定律書寫電極反應(yīng)式。
2.充電時的電極反應(yīng)式，利用放電時電極反應(yīng)的逆方向書寫。
針對練3.CO2電化學(xué)傳感器是將環(huán)境中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，工作原理如圖所示，其中YSZ是固體電解質(zhì)，當(dāng)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.CO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(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1
C.電極b為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑
D.電池總反應(yīng)為Li2CO3===Li2O＋CO2↑
答案：B
解析：根據(jù)題圖可知：電極a上O2得到電子變?yōu)镺2－，所以電極a為正極，在電極b上熔融Li2CO3失去電子變?yōu)镃O2、O2，所以金屬電極b為負(fù)極。CO會向正電荷較多的負(fù)極區(qū)移動，故CO遷移方向為界面X→電極b，A正確；在電極a上發(fā)生反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－，在電極b上發(fā)生反應(yīng)：2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，在同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，可知電極a上消耗的O2和電極b上產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶2，B錯誤；電極b為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極的電極反應(yīng)為2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，C正確；負(fù)極上熔融的Li2CO3失去電子被氧化產(chǎn)生O2、CO2氣體，反應(yīng)式為Li2CO3(熔融)===2Li＋＋CO，2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，正極上發(fā)生反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－，根據(jù)在同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，將正、負(fù)極電極式疊加，可得總反應(yīng)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(jī)物的電化學(xué)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(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.A電極反應(yīng)式為－4e－―→＋4H＋
D.若有機(jī)物為葡萄糖C6H12O6，處理0.25mol時，會有6molH＋透過質(zhì)子交換膜遷移
答案：C
解析：由題圖分析可知：A電極為負(fù)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(yīng)物為氧氣，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B項正確；由A選項分析知，A是負(fù)極，結(jié)合題圖，電極反應(yīng)式為－2e－===＋2H＋，C項錯誤；由反應(yīng)C6H12O6＋6O2―→6CO2↑＋6H2O可知1mol葡萄糖反應(yīng)，轉(zhuǎn)移24mol電子，電極反應(yīng)也要轉(zhuǎn)移24mol電子，處理0.25molC6H12O6時，電解質(zhì)溶液中轉(zhuǎn)移6molH＋，D項正確；答案選C。
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(yīng)的原理加以判斷。以放電過程為例，電子移動方向為：負(fù)極→外電路→正極；離子移動方向為：陽離子→正極，陰離子→負(fù)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(jù)科學(xué)網(wǎng)報道，中國科學(xué)家開發(fā)出的新型電解質(zhì)能使LiFePO4-Li電池在90℃穩(wěn)定工作，模擬裝置如圖所示。
已知該電池的總反應(yīng)為Li＋FePO4===LiFePO4，當(dāng)該電池放電時，下列說法錯誤的是(　　)
A.a極發(fā)生還原反應(yīng)
B.Li＋向b極附近遷移
C.b極的電極反應(yīng)式為Li－e－===Li＋
D.a極的質(zhì)量凈增14g時轉(zhuǎn)移2mol電子
答案：B
解析：該電池放電時，鋰失去電子，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，則a極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，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(fù)極上鋰失去電子生成鋰離子，b極的電極反應(yīng)式為Li－e－===Li＋，C正確；a極的電極反應(yīng)式為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，凈增質(zhì)量為鋰離子質(zhì)量，1molLi＋為7g，a極凈增14g時轉(zhuǎn)移2mol電子，D正確。
針對練6.世界首款石墨烯鋰離子電池產(chǎn)品已發(fā)布，可在－30℃～80℃環(huán)境下工作，電池循環(huán)壽命高達(dá)3500次左右，充電效率是普通充電產(chǎn)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(yīng)式為LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。
下列關(guān)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(zhuǎn)移0.5mol電子理論上陰極材料質(zhì)量增加3.5g
C.放電時，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
D.對廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理”，讓Li＋從石墨烯中脫出有利于回收
答案：C
解析：根據(jù)LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2得到放電時石墨烯為負(fù)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(yīng)式為C6＋xe－＋xLi＋===LixC6，轉(zhuǎn)移0.5mol電子理論上陰極材料質(zhì)量增加0.5mol×7g·mol－1＝3.5g，故B正確；放電時，正極(LiCoO2極)發(fā)生的電極反應(yīng)為Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，故C錯誤；對廢舊的該電池進(jìn)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。
四、解析電池工作時的物質(zhì)變化
要深入分析電極質(zhì)量變化和溶液的pH變化。電池在充放電過程中，電極上會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可能存在物質(zhì)聚集或缺失，分析時需要結(jié)合相應(yīng)的守恒定理來加以計算。對于電解質(zhì)溶液的pH變化，則需要關(guān)注電極反應(yīng)時溶液中OH－和H＋的濃度變化。
針對練7.K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)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(dǎo)線流向a電極；充電時，b電極為陽極
C.產(chǎn)生1Ah電量時，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3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水
答案：D
解析：由題圖可知，b極上O2轉(zhuǎn)化為KO2，則b極為電池正極，a極為電池負(fù)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(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極，即由b極經(jīng)導(dǎo)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(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2與消耗O2的物質(zhì)的量之比為1∶1，故二者質(zhì)量比為71∶32≈2.22，C說法正確；消耗3.9g鉀時，轉(zhuǎn)移0.1mole－，鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O，其質(zhì)量為1.8g，D說法錯誤。
針對練8.我國科學(xué)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(zhì)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(yīng)為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B.放電時，溶液中離子的數(shù)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(fù)極
答案：D
解析：放電時，a電極為正極，碘得電子變成碘離子，正極反應(yīng)式為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正確；放電時，正極反應(yīng)式為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，溶液中離子數(shù)目增大，B正確；充電時，b電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－===Zn，b電極每增重0.65g，轉(zhuǎn)移0.02mol電子，陽極反應(yīng)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(yīng)與外接電源的正極相連，D錯誤。
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