資源簡介

第34講　原電池　化學電源
INCLUDEPICTURE "復習目標LLL.TIF"
1．從氧化還原反應(yīng)的角度認識原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。
2．能列舉常見的化學電源，并能利用相關(guān)信息分析化學電源的工作原理。
3．能夠書寫常見化學電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。
INCLUDEPICTURE "考點梳理高效演練.TIF"
考點一　原電池的工作原理及其應(yīng)用
INCLUDEPICTURE "必備知識.tif"
1．原電池的概念：把______能轉(zhuǎn)化為______能的裝置。其本質(zhì)是發(fā)生____________反應(yīng)。
2．原電池的構(gòu)成條件
一看反應(yīng) 能發(fā)生______________的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))
二看電極 一般是活潑性不同的兩個電極(金屬或石墨)
三看閉合回路 (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)溶液中
3.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)
[說明]　鹽橋的組成和作用
組成 裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，離子可在其中自由移動
作用 a.連接內(nèi)電路，______________________；b.__________________，使原電池不斷產(chǎn)生電流
離子移向 陰離子移向________，陽離子移向________
4.原電池原理的應(yīng)用
(1)設(shè)計制作化學電源。
INCLUDEPICTURE "學24-CA1.TIF"
(2)比較金屬的活動性強弱：在原電池中，負極一般是活動性________的金屬，正極一般是活動性________的金屬(或能導電的非金屬)，即活動性：負極>正極。
(3)增大化學反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時，反應(yīng)速率增大。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作為原電池的________將受到保護。
[答案自填]　化學　電　氧化還原　自發(fā)進行　形成閉合回路　平衡電荷　負極　正極　負極　正極　電極材料　較強　較弱　正極
[易錯秒判]
(1)鋅銅原電池中，鹽橋可以換成導線(　×　)
(2)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動(　×　)
(3)構(gòu)成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬(　×　)
(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定是負極(　×　)
(5)原電池中負極失去電子的總數(shù)一定等于正極得到電子的總數(shù)(　√　)
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池(　×　)
(7)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應(yīng)效果更佳(　√　)
INCLUDEPICTURE "關(guān)鍵能力.tif"
1．(2025·廣東聯(lián)考)下圖為兩種不同的銅鋅原電池，圖1為單液原電池，圖2為雙液原電池。下列相關(guān)說法不正確的是(　B　)
A．圖2所示原電池能量利用率比圖1所示原電池的高　
B．將圖2 CuSO4溶液換成稀硫酸，銅電極生成11.2 L氣體時，電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子
C．圖1所示單液原電池中，電流流向為銅片→導線→鋅片→CuSO4溶液→銅片
D．上述原電池的反應(yīng)原理為Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
解析：單液原電池中鋅片與CuSO4溶液直接接觸，部分Cu2＋會直接被鋅置換，鋅片上附著銅后，也能形成微小的原電池，繼續(xù)置換銅，這部分電子轉(zhuǎn)移沒有通過外電路，能量利用率低且電流不穩(wěn)定，雙液原電池中鋅片與CuSO4溶液沒有接觸，能量利用率更高且電流長時間穩(wěn)定，A正確；未說明氣體是否處于標準狀況，B錯誤；單液原電池中，銅片為正極，鋅片為負極，外電路中電流由正極流向負極，內(nèi)電路中電流由負極流向正極，C正確；題述原電池的反應(yīng)原理為Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，D正確。
2．某同學利用如下電池裝置探究Fe2＋的氧化性和還原性。電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極，石墨電極上未見Fe析出。下列分析不正確的是(　C　)
A．鹽橋中的陽離子進入右側(cè)燒杯溶液中
B．一段時間后兩燒杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．當兩燒杯溶液中c(Fe2＋)相等時，說明反應(yīng)已停止
D．由該裝置可知，F(xiàn)e2＋還原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：該原電池總反應(yīng)式為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，負極為鐵單質(zhì)失電子生成亞鐵離子，正極為鐵離子得電子生成亞鐵離子。A．鐵電極失電子為負極，石墨電極為正極，陽離子從負極向正極移動，故鹽橋中的陽離子進入右側(cè)燒杯溶液中，A正確；B．鐵電極發(fā)生的反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，石墨電極發(fā)生的反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋，兩側(cè)均生成亞鐵離子，故一段時間后兩燒杯溶液中 c(Fe2＋)均增大，B正確；C．負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，設(shè)兩邊均為1 L溶液，一段時間后轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2x mol 時，兩極溶液中亞鐵離子濃度相等，則0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右邊消耗鐵離子0.05 mol×2＝0.1 mol＜0.10 mol·L－1×1 L×2＝0.2 mol，則反應(yīng)仍能繼續(xù)進行，C錯誤；D．負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，總反應(yīng)為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反應(yīng)中氧化劑為Fe3＋，還原劑為Fe，F(xiàn)e2＋既是氧化產(chǎn)物也是還原產(chǎn)物，故Fe2＋還原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正確。
3．有下圖所示的四個裝置，回答相關(guān)問題：
(1)圖①中，Mg為__________極。
(2)圖②中，Mg為__________極，寫出負極反應(yīng)式：
____________________________________________________，正極反應(yīng)式：________________________，總反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________。
(3)圖③中，F(xiàn)e為__________極，寫出負極反應(yīng)式：
__________________________________________________________，
正極反應(yīng)式：________________________________________________，
總反應(yīng)的化學方程式：_______________________________________
__________________________________________________________。
(4)圖④裝置能否構(gòu)成原電池？__________(填“能”或“否”)。若能構(gòu)成原電池，正極為__________，電極反應(yīng)式為__________________________________________________________
_________________________(若不能構(gòu)成原電池，后兩問不用回答)。
答案：(1)負
(2)正　2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)正　Cu－2e－===Cu2＋　2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O　Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)能　Cu　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4．有M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四種金屬的還原性由強到弱的順序是________________。
解析：①M置換出N，故M的還原性比N的強；②M、P用導線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡，故M是正極，P的還原性比M的強；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，N發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2＋，故N的還原性比E的強。綜上所述，還原性由強到弱的順序為P>M>N>E。
答案：P>M>N>E
5．設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的強。
(1)寫出能說明氧化性Fe3＋比Cu2＋強的離子方程式：__________________________________________________________。
(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是
①負極：____________________________________________________。
②正極：__________________________________________________。
(3)在下表中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液。
①不含鹽橋 ②含鹽橋
答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋　②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含鹽橋 ②含鹽橋
(答案合理即可)
考點二　化學電源
INCLUDEPICTURE "必備知識.tif"
1．一次電池
一次電池即放電后不可再充電的電池。
(1)堿性鋅錳電池。
負極：______________________________；
正極：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
(2)紐扣式鋅銀電池。
負極：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
總反應(yīng)：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
2．二次電池
二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其充、放電過程如下：
總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
放電時的電極反應(yīng) 負極：________________________________；正極：________________________________
充電時的電極反應(yīng) 陰極：_________________________________；陽極：__________________________________
3.燃料電池
一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。
(1)常見燃料。
除H2外，還有CO、水煤氣(CO和H2)、烴類(如CH4)、醇類(如CH3OH)、醚類(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)電解質(zhì)類型。
酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(zhì)(可傳導O2－)、熔融碳酸鹽，不同電解質(zhì)會對總反應(yīng)、電極反應(yīng)有影響。
(3)應(yīng)用舉例(以甲烷為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式)。
酸性溶液 正極反應(yīng)式：______________________________；負極反應(yīng)式：________________________________
堿性溶液 正極反應(yīng)式：______________________________；負極反應(yīng)式：_______________________________
固體氧化物(高溫下能傳導O2－) 正極反應(yīng)式：_______________________________；負極反應(yīng)式：_______________________________
熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3，正極通入CO2) 正極反應(yīng)式：_______________________________；負極反應(yīng)式：_______________________________
[答案自填]　Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　Pb＋SO－2e－===PbSO4　PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　PbSO4＋2e－===Pb＋SO　PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO　2O2＋8H＋＋8e－===4H2O　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　2O2＋4H2O＋8e－===8OH－　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　2O2＋8e－===4O2－　CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O　2O2＋4CO2＋8e－=== eq \a\vs4\al(4CO) 　CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
[易錯秒判]
(1)MnO2是堿性鋅錳電池中的催化劑，可使鋅錳電池的比能量更高(　×　)
(2)堿性鋅錳電池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放電轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等(　×　)
(3)鉛酸蓄電池在放電過程中，負極質(zhì)量減小，正極質(zhì)量增大(　×　)
(4)可充電電池中的放電反應(yīng)和充電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)(　×　)
(5)可充電電池充電時，電池的正極應(yīng)連接外接電源的負極(　×　)
(6)鉛酸蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)(　√　)
INCLUDEPICTURE "關(guān)鍵能力.tif"
1．一種向外輸出電能的同時又能使水土中重金屬離子Cd2＋變成沉淀而被除去的電化學裝置，其工作原理如下圖所示。下列說法正確的是(　D　)
A．鋅棒為該裝置的正極
B．電子從鋅棒經(jīng)水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋轉(zhuǎn)化為Cd而被除去
D．標準狀況下，每消耗22.4 L O2，理論上最多能除去2 mol Cd2＋
解析：由題圖可知，Zn為負極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，石墨為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋與OH－反應(yīng)生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，鋅棒為該裝置的負極，A錯誤；B．由分析可知，電子由鋅棒經(jīng)導線流向碳棒，但電子不能經(jīng)過水土，B錯誤；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋轉(zhuǎn)化為Cd(OH)2沉淀而被除去，C錯誤；D．標準狀況下，每消耗22.4 L(1 mol) O2，理論上可產(chǎn)生4 mol OH－，由離子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 mol Cd2＋，D正確。
2．瓦斯爆炸是煤礦開采中的重大危害，一種瓦斯分析儀能夠在煤礦巷道中的甲烷濃度達到一定濃度時，通過傳感器顯示。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖所示，其中的固體電解質(zhì)是Y2O3 Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關(guān)敘述正確的是(　C　)
A．瓦斯分析儀工作時，電池內(nèi)電路中電子由電極b流向電極a
B．電極b是正極，O2－由電極a流向電極b
C．電極a的反應(yīng)式為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．當固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時，轉(zhuǎn)移4 mol電子
解析：電子不能在電池內(nèi)電路流動，只能在外電路中流動，故A錯誤；電極b上氧氣得電子，生成O2－，而電極a需要O2－作為反應(yīng)物，故O2－由正極(電極b)流向負極(電極a)，故B錯誤；甲烷所在電極a為負極，電極反應(yīng)為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正確；1 mol O2得到4 mol電子生成2 mol O2－，故當固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時，轉(zhuǎn)移2 mol 電子，故D錯誤。
3．以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH O2、N2H4 O2、(CH3)2NNH2 O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(　C　)
A．放電過程中，K＋均向負極移動
B．放電過程中，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，理論上N2H4 O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2 L
解析：堿性環(huán)境下，CH3OH O2燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合價均為－2價，H元素的化合價為＋1價，根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知，(CH3)2NNH2 O2燃料電池總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放電過程為原電池工作原理，所以K＋均向正極移動，A錯誤；B．根據(jù)上述分析可知，N2H4 O2燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水，其總反應(yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，另外兩種燃料電池均消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量減小，B錯誤；C．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，甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達式)分別是×6、×4、×16，通過比較可知，(CH3)2NNH2的理論放電量最大，C正確；D．根據(jù)得失電子守恒和總反應(yīng)式可知，消耗1 mol O2，理論上N2H4 O2燃料電池生成1 mol氮氣，在標準狀況下的體積為22.4 L，D錯誤。
4．(2025·揭陽開學考試)一種可充電鋰 空氣電池放電時的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是(　B　)
A．電解液可選用Li2SO4的水溶液
B．該裝置工作時電解液濃度保持不變
C．充電時，空氣電極的電極反應(yīng)式為2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
D．放電時，理論上空氣電極每增重7 g，外電路轉(zhuǎn)移1 mol 電子
解析：在鋰 空氣電池中，放電時，鋰為負極，電極反應(yīng)式為 Li－e－===Li＋，正極上氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，充電時，鋰電極為陰極，空氣電極為陽極，電極反應(yīng)式與原電池相反。Li 是活潑金屬，易與水反應(yīng)，故電解液不能選擇Li2SO4的水溶液，故A錯誤；根據(jù)分析可知，該裝置工作時，電解液濃度保持不變，故B正確；充電時，空氣電極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，故C錯誤；放電時，空氣電極的電極反應(yīng)式為2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，空氣電極增重的質(zhì)量為生成Li2O2的質(zhì)量，每增重7 g，外電路轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 ×2＝ mol，故D錯誤。
5．(2025·江門聯(lián)考)某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環(huán)充放電，成功地實現(xiàn)了對磁性的可逆調(diào)控(見下圖)。下列說法不正確的是(　A　)
A．充電時，F(xiàn)e2O3對應(yīng)電極連接充電電源的負極
B．正極的電極反應(yīng)式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液
D．放電時，F(xiàn)e2O3為電池，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引
解析：A．根據(jù)題圖可知，放電時，Li被氧化為Li＋，故金屬鋰和石墨的復合材料為負極，納米Fe2O3為正極，故充電時納米Fe2O3為陽極，與電源正極相連，A錯誤；B．放電時，F(xiàn)e2O3對應(yīng)電極為正極，
Fe2O3被還原為Fe，O元素轉(zhuǎn)化為Li2O，根據(jù)得失電子守恒、質(zhì)量守恒可得電極反應(yīng)式為Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正確；C．Li為活潑金屬，會與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)，故該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，C正確；D．放電時，F(xiàn)e2O3為正極，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引，D正確。
[思維建模]
二次電池原理分析的思維模型
INCLUDEPICTURE "真題研做高考通關(guān).TIF"
1．(2024·高考全國甲卷)科學家使用δ MnO2研制了一種MnO2 Zn可充電電池(如下圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是(　C　)
A．充電時，Zn2＋向陽極方向遷移
B．充電時，會發(fā)生反應(yīng)Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C．放電時，正極反應(yīng)有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
D．放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65 g，MnO2電極生成了0.020 mol MnO(OH)
解析：充電時，Zn2＋向陰極方向移動，A錯誤；由題意可知，放電時，MnO2轉(zhuǎn)化為MnO(OH)和ZnMn2O4，B錯誤；放電時，MnO2電極為正極，發(fā)生的反應(yīng)有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正確；根據(jù)放電時Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋可知，Zn電極質(zhì)量減少0.65 g(0.010 mol)時，電路中通過0.020 mol電子，故MnO2電極有0.020 mol MnO2發(fā)生反應(yīng)，但MnO2轉(zhuǎn)化為MnO(OH)和少量ZnMn2O4，故生成MnO(OH)的物質(zhì)的量小于0.020 mol，D錯誤。
2．(2023·新高考廣東卷)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現(xiàn)廢酸的純化，其工作原理如下。下列說法正確的是(　B　)
A．Ag為原電池正極
B．電子由Ag經(jīng)活性炭流向Pt
C．Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
解析：O2在Pt極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，Pt為正極，Ag失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag為負極，A錯誤；電子由負極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt，B正確；溶液為酸性，故Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；負極反應(yīng)為Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉(zhuǎn)移2 mol電子，最多去除2 mol Cl－，D錯誤。
3．(2023·新高考遼寧卷)某低成本儲能電池原理如下所示。下列說法正確的是(　B　)
A．放電時負極質(zhì)量減小
B．儲能過程中電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能
C．放電時右側(cè)H＋通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)
D．充電總反應(yīng)：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
解析：放電時，左側(cè)電極為負極，電極反應(yīng)為Pb－2e－＋SO===PbSO4，Pb轉(zhuǎn)化為PbSO4，負極質(zhì)量增大，A項錯誤；儲能過程為充電過程，電能轉(zhuǎn)化為化學能，B項正確；放電時陽離子向正極移動，左側(cè)H＋通過質(zhì)子交換膜移向右側(cè)，C項錯誤；放電總反應(yīng)為Pb＋2Fe3＋＋SO===PbSO4＋2Fe2＋，故充電總反應(yīng)為PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋2Fe3＋＋SO，D項錯誤。
4．(2024·新高考江西卷)我國學者發(fā)明了一種新型多功能甲醛 硝酸鹽電池，可同時處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如下圖)。下列說法正確的是(　B　)
A．CuAg電極反應(yīng)為2HCHO＋2H2O－4e－===2HCOO－＋H2↑＋2OH－
B．CuRu電極反應(yīng)為NO＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－
C．放電過程中，OH－通過質(zhì)子交換膜從左室傳遞到右室
D．處理廢水過程中溶液pH不變，無須補加KOH
解析：由原電池中電子移動方向可知，CuAg電極為負極，HCHO轉(zhuǎn)化為HCOO－和H2，電極反應(yīng)式為2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O；CuRu電極為正極，NO轉(zhuǎn)化為NH3，電極反應(yīng)式為NO＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－，A錯誤，B正確。質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，C錯誤。總反應(yīng)為8HCHO＋NO＋7OH－===NH3↑＋8HCOO－＋4H2↑＋2H2O，消耗OH－，需補加 KOH，D錯誤。
課時跟蹤練34
[基礎(chǔ)鞏固]
1．下列說法不正確的是　(　A　)
A．原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達到平衡時，該電池仍有電流產(chǎn)生
B．在原電池的負極和電解池的陽極上發(fā)生的都是失電子的氧化反應(yīng)
C．普通鋅錳電池與堿性鋅錳電池的比能量不同
D．燃料電池中通入氧氣的一極為正極
解析：原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，不再有電流產(chǎn)生，故A錯誤。
2．我國科學家發(fā)明了一種新型電池，該電池以碳納米管為正極、鋅為負極，放電時消耗二氧化碳，同時生成天然氣。下列說法正確的是(　D　)
A．碳納米管參與電極反應(yīng)
B．負極發(fā)生還原反應(yīng)
C．陽離子由正極移向負極
D．正極產(chǎn)物為CH4
解析：由題給信息可知，放電時消耗二氧化碳，生成天然氣，二氧化碳轉(zhuǎn)化為天然氣，C元素化合價由＋4價降低為－4價，發(fā)生還原反應(yīng)，故二氧化碳在正極得電子生成甲烷，碳納米管不參與電極反應(yīng)，正極產(chǎn)物為CH4，A項錯誤，D項正確；負極發(fā)生氧化反應(yīng)，B項錯誤；原電池中，陽離子向正極移動，C項錯誤。
3．下列根據(jù)化學反應(yīng)設(shè)計的原電池(選用相同的鹽橋)合理的是(　B　)
選項 正極(金屬/電解質(zhì)溶液) 負極(金屬/電解質(zhì)溶液)
A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液
B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液
C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液
D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液
解析：鋅、鐵構(gòu)成原電池時，金屬性強的鋅為負極，鐵為正極，且該原電池含鹽橋，選用鐵和鋅作為電極時，不能選用能與鐵和鋅反應(yīng)的稀硫酸作為電解質(zhì)溶液，A、C錯誤；對于含鹽橋的原電池，用鋅作為電極時，不能選用能與鋅反應(yīng)的氯化亞鐵作為電解質(zhì)溶液，D錯誤。
4．(2025·東莞外國語學校月考)銀飾用久了表面會有一層Ag2S而發(fā)黑，將銀飾與Al片接觸并加入NaCl溶液，可以除去銀飾表面的Ag2S。下列說法不正確的是　(　D　)
A．Al是負極
B．陽離子向銀飾移動
C．Ag2S表面發(fā)生反應(yīng)：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
D．若有0.9 g Al反應(yīng)，則最多能復原0.1 mol Ag2S
解析：由題圖可知，除去銀飾表面硫化銀的裝置為原電池，鋁片是負極，鋁失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋁離子，銀飾為正極，硫化銀在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀單質(zhì)和硫離子，溶液中鋁離子和硫離子發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁和硫化氫氣體。由分析可知，鋁片是負極，A正確；原電池中陽離子向正極(銀飾)移動，B正確；銀飾為正極，硫化銀在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀單質(zhì)和硫離子，C正確；若有0.9 g Al( mol)反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移 mol×3＝0.1 mol電子，結(jié)合反應(yīng)Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－可知，最多能復原0.05 mol Ag2S，D錯誤。
5．(2025·廣東聯(lián)考)下列關(guān)于以甲烷和氧氣為原料的新型燃料電池(電解質(zhì)為硫酸)的說法正確的是(　C　)
A．氧氣端為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．負極的電極反應(yīng)式是CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O
C．溶液中氫離子向氧氣端定向移動
D．每消耗1 mol甲烷，理論上該電池最多消耗22.4 L(標準狀況)氧氣
解析：氧氣端為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；負極的電極反應(yīng)式是CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，B錯誤；在原電池中陽離子向正極移動，故溶液中氫離子向氧氣端定向移動，C正確；根據(jù)總反應(yīng)的化學方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，每消耗1 mol甲烷，理論上需要消耗2 mol氧氣，體積為44.8 L(標準狀況)O2，D錯誤。
6．中科院科學家設(shè)計出一套利用SO2和太陽能綜合制氫方案，其基本工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是(　C　)
A．該裝置實現(xiàn)了太陽能轉(zhuǎn)化為化學能
B．Pt電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)
C．電子流向：Pt電極→外電路→BiVO4電極
D．BiVO4電極上的反應(yīng)為SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O
解析：根據(jù)題圖可知，BiVO4電極上SO失電子生成SO，為負極，Pt電極上H2O得電子生成H2，為正極。A．該裝置是原電池裝置，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，化學能再轉(zhuǎn)化為電能，A正確；B．由分析可知，Pt電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；C．由分析可知，電子從負極經(jīng)外電路流向正極，故電子流向：BiVO4電極→外電路→Pt電極，C錯誤；D．BiVO4 電極上SO失電子生成SO，電極反應(yīng)為SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，D正確。
7．(2025·深圳質(zhì)檢)近年來電池研發(fā)領(lǐng)域涌現(xiàn)出紙電池，電極和電解液均嵌在紙中，下圖是以NaCl溶液為電解液的紙電池工作原理。下列說法正確的是(　B　)
A．Zn片的電勢比Cu片的高
B．O2在正極上得電子
C．Na＋向負極移動
D．電子由Cu片流向Zn片
解析：鋅為負極，Cu為正極，正極的電勢比負極的高，故Cu片的電勢比Zn片的高，A錯誤；Cu為正極，空氣中的O2在正極上得電子生成OH－，B正確；原電池中陽離子向正極移動，故Na＋向正極移動，C錯誤；電子由負極經(jīng)外電路流向正極，故電子由Zn片流向Cu片，D錯誤。
8．硫化氫(H2S)是強烈的神經(jīng)毒素，對黏膜有強烈的刺激作用。科研人員設(shè)計了如下圖裝置，借助太陽能，將H2S再利用，變廢為寶。下列敘述正確的是(　B　)
A．b電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B．a(chǎn)電極區(qū)不可用NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液
C．H＋的遷移方向為b電極→a電極
D．每生成2 g H2，負極區(qū)需消耗22.4 L H2S
解析：根據(jù)工作原理圖可知，b電極上H＋得電子生成H2，b電極為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，因此a電極為負極，F(xiàn)e2＋失電子生成Fe3＋，電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；B．由分析可知，a電極的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液，則生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆蓋在a電極上，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行，B正確；C．由分析可知，a電極為負極，b電極為正極，故H＋的遷移方向為負極(a電極)→正極(b電極)，C錯誤；D．H2S所處的狀況未知，故無法計算每生成2 g H2，負極區(qū)需消耗H2S的體積，D錯誤。
9．應(yīng)用電化學原理，回答下列問題。
(1)上述三個裝置中，負極反應(yīng)物化學性質(zhì)上的共同特點是__________________________________________________________。
(2)甲中電流計指針偏轉(zhuǎn)時，鹽橋(裝有含KCl飽和溶液的瓊膠)中離子移動的方向是_______________________________________________
__________________________________________________________。
(3)乙中正極反應(yīng)為__________________________________________
__________________________________________________________；
若將H2換成CH4，則負極反應(yīng)為_______________________________。
(4)丙中鉛酸蓄電池放電一段時間后，進行充電時，要將外接電源的負極與鉛酸蓄電池的__________電極相連。
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)Pb
[素養(yǎng)提升]
10．二氧化硫 空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，可解決酸雨等環(huán)境污染問題，原理如下圖所示。下列說法正確的是(　C　)
A．該電池放電時電子流向：Pt1電極→負載→Pt2電極→質(zhì)子交換膜→Pt1電極
B．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況)，理論上可以消除2 mol SO2
D．H＋移向Pt1電極，導致Pt2電極附近pH減小
解析：由題圖可知，氧氣在Pt2電極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，故Pt2電極為正極，Pt1電極為負極，二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸根離子。A．電子不能進入內(nèi)電路，A錯誤；B．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B錯誤；C．根據(jù)得失電子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況下的物質(zhì)的量為1 mol)，理論上可以消除2 mol SO2，C正確；D．原電池中陽離子向正極移動，故H＋移向Pt2電極，D錯誤。
11．某儲能電池的原理如下圖所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，陰離子為SO，a、b均為惰性電極，充電過程中左槽溶液顏色由藍色變?yōu)辄S色(V2＋顯紫色，V3＋顯綠色，VO2＋顯藍色，VO顯黃色)。下列敘述不正確的是(　A　)
A．當右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙珪r，電極b為負極
B．當右槽溶液顏色由紫色變?yōu)榫G色時，電池能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能
C．充電過程中，電極a的電極反應(yīng)式為VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋
D．放電過程中，H＋從右槽遷移進入左槽
解析：充電過程中左槽溶液顏色由藍色變?yōu)辄S色，即VO2＋轉(zhuǎn)化為VO，V元素化合價由＋4價升高到＋5價，電極a為陽極，電極b為陰極，則放電時，電極a為正極，電極b為負極。A．當右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙从蒝3＋轉(zhuǎn)化為V2＋時，V3＋得電子，則電極b為陰極，該裝置為電解池，A不正確；B．當右槽溶液顏色由紫色變?yōu)榫G色，即由V2＋轉(zhuǎn)化為V3＋時，V2＋失電子，則電極b為負極，電池能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能，B正確；C．充電過程中，電極a為陽極，VO2＋失電子生成VO，電極反應(yīng)式為VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，C正確；D．放電過程中，陽離子向正極移動，即H＋從右槽遷移進入左槽，D正確。
12．如下圖所示為水系鋅離子電池，它作為一種新型的二次電池，具有較高的能量密度和功率密度。下列說法不正確的是(　C　)
A．放電時，負極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－　
B．放電時，每轉(zhuǎn)移1 mol e－，a電極理論上減少43.5 g
C．充電時，K2SO4溶液的濃度不斷增大
D．充電時，a電極附近溶液的pH減小
解析：由題圖可知，放電時，b電極為負極，堿性條件下鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成四羥基合鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的鉀離子通過陽離子交換膜進入中間區(qū)域，a電極為正極，酸性條件下二氧化錳得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成錳離子和水，電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根離子通過陰離子交換膜進入中間區(qū)域；充電時，與直流電源負極相連的b電極為電解池的陰極，a電極為陽極，中間區(qū)域的鉀離子通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入陽極區(qū)。A．由分析可知，放電時，負極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正確；B．由分析可知，放電時，a電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外電路轉(zhuǎn)移1 mol e－時，a電極理論上減少1 mol××87 g/mol＝43.5 g，故B正確；C．由分析可知，充電時，中間區(qū)域的鉀離子通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入陽極區(qū)，硫酸鉀溶液的濃度減小，故C錯誤；D．由分析可知，充電時，a電極為陽極，在水分子作用下錳離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子，電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氫離子，使a電極附近溶液的pH減小，故D正確。
13．雙陰極微生物燃料電池處理含NH廢水的工作原理如圖a所示，雙陰極通過的電流相等，廢水在電池中的運行模式如圖b所示。
(1)Y離子交換膜為__________(填“陽”或“陰”)離子交換膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要發(fā)生的反應(yīng)還有________________________________________(用離子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理論上需要消耗________g O2。
解析：(1)由題圖a可知，Ⅲ室中O2得電子生成H2O，電極反應(yīng)式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－轉(zhuǎn)化為CO2生成的H＋需要進入Ⅲ室，說明Y是陽離子交換膜。(2)題圖b可知，Ⅲ室中反應(yīng)后的溶液進入Ⅰ室中反應(yīng)，而Ⅰ室中NO→N2，說明Ⅲ室中NH轉(zhuǎn)化為了NO，該過程的離子方程式為NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO→N2，電極反應(yīng)式為12H＋＋2NO＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中發(fā)生反應(yīng)：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物質(zhì)的量為＝0.125 mol，消耗0.25 mol NO，轉(zhuǎn)移1.25 mol電子，故理論上需要消耗O2的物質(zhì)的量為0.25 mol×2＋＝0.812 5 mol，質(zhì)量為0.812 5 mol×32 g/mol＝26 g。
答案：(1)陽
(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋
(3)26
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第34講　原電池　化學電源
1．從氧化還原反應(yīng)的角度認識原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。
2．能列舉常見的化學電源，并能利用相關(guān)信息分析化學電源的工作原理。
3．能夠書寫常見化學電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。
01
考點梳理 高效演練
考點一　原電池的工作原理及其應(yīng)用

1．原電池的概念：把______能轉(zhuǎn)化為______能的裝置。其本質(zhì)是發(fā)生____________反應(yīng)。
化學
電
氧化還原
2．原電池的構(gòu)成條件
一看反應(yīng) 能發(fā)生______________的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))
二看電極 一般是活潑性不同的兩個電極(金屬或石墨)
三看
閉合回路 (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)溶液中
自發(fā)進行
3.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)
[說明]　鹽橋的組成和作用
組成 裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，離子可在其中自由移動
作用 a.連接內(nèi)電路，______________________；b.__________________，使原電池不斷產(chǎn)生電流
離子移向 陰離子移向________，陽離子移向________
形成閉合回路
平衡電荷
負極
正極
4.原電池原理的應(yīng)用
(1)設(shè)計制作化學電源。
負極
正極
電極材料
(2)比較金屬的活動性強弱：在原電池中，負極一般是活動性________的金屬，正極一般是活動性________的金屬(或能導電的非金屬)，即活動性：負極>正極。
(3)增大化學反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時，反應(yīng)速率增大。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作為原電池的________將受到保護。
較強
較弱
正極
[易錯秒判]
(1)鋅銅原電池中，鹽橋可以換成導線(　　)
(2)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動(　　)
(3)構(gòu)成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬(　　)
(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定是負極(　　)
(5)原電池中負極失去電子的總數(shù)一定等于正極得到電子的總數(shù)(　　)
×
×
×
×
√
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池(　　)
(7)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應(yīng)效果更佳
(　　)
×
√
1．(2025·廣東聯(lián)考)下圖為兩種不同的銅鋅原電池，圖1為單液原電池，圖2為雙液原電池。下列相關(guān)說法不正確的是(　　)
A．圖2所示原電池能量利用率比圖1所示原電池的高　
B．將圖2 CuSO4溶液換成稀硫酸，銅電極生
成11.2 L氣體時，電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子
C．圖1所示單液原電池中，電流流向為銅片
→導線→鋅片→CuSO4溶液→銅片
D．上述原電池的反應(yīng)原理為Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
√
解析：單液原電池中鋅片與CuSO4溶液直接接觸，部分Cu2＋會直接被鋅置換，鋅片上附著銅后，也能形成微小的原電池，繼續(xù)置換銅，這部分電子轉(zhuǎn)移沒有通過外電路，能量利用率低且電流不穩(wěn)定，雙液原電池中鋅片與CuSO4溶液沒有接觸，能量利用率更高且電流長時間穩(wěn)定，A正確；未說明氣體是否處于標準狀況，B錯誤；單液原電池中，銅片為正極，鋅片為負極，外電路中電流由正極流向負極，內(nèi)電路中電流由負極流向正極，C正確；題述原電池的反應(yīng)原理為Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，D正確。
√
2．某同學利用如下電池裝置探究Fe2＋的氧化性和還原性。電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極，石墨電極上未見Fe析出。下列分析不正確的是
(　　)
A．鹽橋中的陽離子進入右側(cè)燒杯溶液中
B．一段時間后兩燒杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．當兩燒杯溶液中c(Fe2＋)相等時，說明反應(yīng)已停止
D．由該裝置可知，F(xiàn)e2＋還原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
解析：該原電池總反應(yīng)式為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，負極為鐵單質(zhì)失電子生成亞鐵離子，正極為鐵離子得電子生成亞鐵離子。A．鐵電極失電子為負極，石墨電極為正極，陽離子從負極向正極移動，故鹽橋中的陽離子進入右側(cè)燒杯溶液中，A正確；B．鐵電極發(fā)生的反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，石墨電極發(fā)生的反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋，兩側(cè)均生成亞鐵離子，故一段時間后兩燒杯溶液中c(Fe2＋)均增大，B正確；
C．負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，設(shè)兩邊均為1 L溶液，一段時間后轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2x mol 時，兩極溶液中亞鐵離子濃度相等，則0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右邊消耗鐵離子0.05 mol×2＝0.1 mol＜0.10 mol·L－1×1 L×2＝0.2 mol，則反應(yīng)仍能繼續(xù)進行，C錯誤；D．負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，總反應(yīng)為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反應(yīng)中氧化劑為Fe3＋，還原劑為Fe，F(xiàn)e2＋既是氧化產(chǎn)物也是還原產(chǎn)物，故Fe2＋還原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正確。
3．有下圖所示的四個裝置，回答相關(guān)問題：
(1)圖①中，Mg為__________極。
(2)圖②中，Mg為____極,寫出負極反應(yīng)式：___________________________，正極反應(yīng)式：____________________________，總反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________。
負
正
2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)圖③中，F(xiàn)e為______極，寫出負極反應(yīng)式：___________________，
正極反應(yīng)式：________________________________________________，
總反應(yīng)的化學方程式：____________________________________________。
(4)圖④裝置能否構(gòu)成原電池？__________(填“能”或“否”)。若能構(gòu)成原電池，正極為________，電極反應(yīng)式為_____________________________ (若不能構(gòu)成原電池，后兩問不用回答)。
正　
Cu－2e－===Cu2＋
Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
能　
Cu　
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4．有M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四種金屬的還原性由強到弱的順序是________________。
解析：①M置換出N，故M的還原性比N的強；②M、P用導線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡，故M是正極，P的還原性比M的強；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，N發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2＋，故N的還原性比E的強。綜上所述，還原性由強到弱的順序為P>M>N>E。
P>M>N>E
5．設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的強。
(1)寫出能說明氧化性Fe3＋比Cu2＋強的離子方程式：__________________________________________________________。
(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是
①負極：____________________________________________________。
②正極：__________________________________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)在下表中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液。
①不含鹽橋


②含鹽橋



考點二　化學電源

1．一次電池
一次電池即放電后不可再充電的電池。
(1)堿性鋅錳電池。
負極：______________________________；
正極：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
(2)紐扣式鋅銀電池。
負極：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
總反應(yīng)：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
3.燃料電池
一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。
(1)常見燃料。
除H2外，還有CO、水煤氣(CO和H2)、烴類(如CH4)、醇類(如CH3OH)、醚類(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)電解質(zhì)類型。
酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(zhì)(可傳導O2－)、熔融碳酸鹽，不同電解質(zhì)會對總反應(yīng)、電極反應(yīng)有影響。
(3)應(yīng)用舉例(以甲烷為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式)。
酸性溶液 正極反應(yīng)式：______________________________；
負極反應(yīng)式：________________________________
堿性溶液 正極反應(yīng)式：______________________________；
負極反應(yīng)式：_______________________________
固體氧化物(高溫下能傳導O2－) 正極反應(yīng)式：_______________________________；
負極反應(yīng)式：_______________________________
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
熔融碳酸鹽
(如熔融K2CO3，正極通入CO2) 正極反應(yīng)式：_______________________________；
負極反應(yīng)式：_______________________________
[易錯秒判]
(1)MnO2是堿性鋅錳電池中的催化劑，可使鋅錳電池的比能量更高(　　)
(2)堿性鋅錳電池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放電轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等(　　)
(3)鉛酸蓄電池在放電過程中，負極質(zhì)量減小，正極質(zhì)量增大(　　)
(4)可充電電池中的放電反應(yīng)和充電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)(　　)
(5)可充電電池充電時，電池的正極應(yīng)連接外接電源的負極(　　)
(6)鉛酸蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)(　　)
×
×
×
×
×
√
1．一種向外輸出電能的同時又能使水土中重金屬離子Cd2＋變成沉淀而被除去的電化學裝置，其工作原理如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．鋅棒為該裝置的正極
B．電子從鋅棒經(jīng)水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋轉(zhuǎn)化為Cd而被除去
D．標準狀況下，每消耗22.4 L O2，
理論上最多能除去2 mol Cd2＋
√
解析：由題圖可知，Zn為負極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，石墨為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋與OH－反應(yīng)生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，鋅棒為該裝置的負極，A錯誤；B．由分析可知，電子由鋅棒經(jīng)導線流向碳棒，但電子不能經(jīng)過水土，B錯誤；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋轉(zhuǎn)化為Cd(OH)2沉淀而被除去，C錯誤；D．標準狀況下，每消耗22.4 L(1 mol) O2，理論上可產(chǎn)生4 mol OH－，由離子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 mol Cd2＋，D正確。
2．瓦斯爆炸是煤礦開采中的重大危害，一種瓦斯分析儀能夠在煤礦巷道中的甲烷濃度達到一定濃度時，通過傳感器顯示。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖所示，其中的固體電解質(zhì)是Y2O3 Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A．瓦斯分析儀工作時，電池內(nèi)電路中電子由電極b流向電極a
B．電極b是正極，O2－由電極a流向電極b
C．電極a的反應(yīng)式為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．當固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時，轉(zhuǎn)移4 mol電子
√
解析：電子不能在電池內(nèi)電路流動，只能在外電路中流動，故A錯誤；電極b上氧氣得電子，生成O2－，而電極a需要O2－作為反應(yīng)物，故O2－由正極(電極b)流向負極(電極a)，故B錯誤；甲烷所在電極a為負極，電極反應(yīng)為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正確；1 mol O2得到4 mol電子生成2 mol O2－，故當固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時，轉(zhuǎn)移2 mol 電子，故D錯誤。
3．以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH O2、N2H4 O2、(CH3)2NNH2 -O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(　　)
A．放電過程中，K＋均向負極移動
B．放電過程中，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，理論上N2H4 -O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2 L
√
解析：堿性環(huán)境下，CH3OH O2燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合價均為－2價，H元素的化合價為＋1價，根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知，(CH3)2NNH2 O2燃料電池總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放電過程為原電池工作原理，所以K＋均向正極移動，A錯誤；B．根據(jù)上述分析可知，N2H4 O2燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水，其總反應(yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，另外兩種燃料電池均消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量減小，B錯誤；
4．(2025·揭陽開學考試)一種可充電鋰 空氣電池放電時的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．電解液可選用Li2SO4的水溶液
B．該裝置工作時電解液濃度保持不變
C．充電時，空氣電極的電極反應(yīng)式為
2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
D．放電時，理論上空氣電極每增重7 g，外電路轉(zhuǎn)移1 mol 電子
√
5．(2025·江門聯(lián)考)某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環(huán)充放電，成功地實現(xiàn)了對磁性的可逆調(diào)控(見下圖)。下列說法不正確的是(　　)
A．充電時，F(xiàn)e2O3對應(yīng)電極連接充電電源的負極
B．正極的電極反應(yīng)式：
Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液
D．放電時，F(xiàn)e2O3為電池，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引
√
解析：A．根據(jù)題圖可知，放電時，Li被氧化為Li＋，故金屬鋰和石墨的復合材料為負極，納米Fe2O3為正極，故充電時納米Fe2O3為陽極，與電源正極相連，A錯誤；B．放電時，F(xiàn)e2O3對應(yīng)電極為正極，F(xiàn)e2O3被還原為Fe，O元素轉(zhuǎn)化為Li2O，根據(jù)得失電子守恒、質(zhì)量守恒可得電極反應(yīng)式為Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正確；C．Li為活潑金屬，會與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)，故該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，C正確；D．放電時，F(xiàn)e2O3為正極，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引，D正確。
[思維建模]
二次電池原理分析的思維模型
02
真題研做 高考通關(guān)
1．(2024·高考全國甲卷)科學家使用δ MnO2研制了一種MnO2 Zn可充電電池(如下圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是(　　)
A．充電時，Zn2＋向陽極方向遷移
B．充電時，會發(fā)生反應(yīng)
Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C．放電時，正極反應(yīng)有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
D．放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65 g，MnO2電極生成了0.020 mol MnO(OH)
√
解析：充電時，Zn2＋向陰極方向移動，A錯誤；由題意可知，放電時，MnO2轉(zhuǎn)化為MnO(OH)和ZnMn2O4，B錯誤；放電時，MnO2電極為正極，發(fā)生的反應(yīng)有MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，C正確；根據(jù)放電時Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋可知，Zn電極質(zhì)量減少0.65 g(0.010 mol)時，電路中通過0.020 mol電子，故MnO2電極有0.020 mol MnO2發(fā)生反應(yīng)，但MnO2轉(zhuǎn)化為MnO(OH)和少量ZnMn2O4，故生成MnO(OH)的物質(zhì)的量小于0.020 mol，D錯誤。
2．(2023·新高考廣東卷)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現(xiàn)廢酸的純化，其工作原理如下。下列說法正確的是(　　)

A．Ag為原電池正極
B．電子由Ag經(jīng)活性炭流向Pt
C．Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
√
解析：O2在Pt極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，Pt為正極，Ag失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag為負極，A錯誤；電子由負極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt，B正確；溶液為酸性，故Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；負極反應(yīng)為Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉(zhuǎn)移2 mol電子，最多去除2 mol Cl－，D錯誤。
√
√課時跟蹤練34
[基礎(chǔ)鞏固]
1．下列說法不正確的是　(　A　)
A．原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達到平衡時，該電池仍有電流產(chǎn)生
B．在原電池的負極和電解池的陽極上發(fā)生的都是失電子的氧化反應(yīng)
C．普通鋅錳電池與堿性鋅錳電池的比能量不同
D．燃料電池中通入氧氣的一極為正極
解析：原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，不再有電流產(chǎn)生，故A錯誤。
2．我國科學家發(fā)明了一種新型電池，該電池以碳納米管為正極、鋅為負極，放電時消耗二氧化碳，同時生成天然氣。下列說法正確的是(　D　)
A．碳納米管參與電極反應(yīng)
B．負極發(fā)生還原反應(yīng)
C．陽離子由正極移向負極
D．正極產(chǎn)物為CH4
解析：由題給信息可知，放電時消耗二氧化碳，生成天然氣，二氧化碳轉(zhuǎn)化為天然氣，C元素化合價由＋4價降低為－4價，發(fā)生還原反應(yīng)，故二氧化碳在正極得電子生成甲烷，碳納米管不參與電極反應(yīng)，正極產(chǎn)物為CH4，A項錯誤，D項正確；負極發(fā)生氧化反應(yīng)，B項錯誤；原電池中，陽離子向正極移動，C項錯誤。
3．下列根據(jù)化學反應(yīng)設(shè)計的原電池(選用相同的鹽橋)合理的是(　B　)
選項 正極(金屬/電解質(zhì)溶液) 負極(金屬/電解質(zhì)溶液)
A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液
B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液
C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液
D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液
解析：鋅、鐵構(gòu)成原電池時，金屬性強的鋅為負極，鐵為正極，且該原電池含鹽橋，選用鐵和鋅作為電極時，不能選用能與鐵和鋅反應(yīng)的稀硫酸作為電解質(zhì)溶液，A、C錯誤；對于含鹽橋的原電池，用鋅作為電極時，不能選用能與鋅反應(yīng)的氯化亞鐵作為電解質(zhì)溶液，D錯誤。
4．(2025·東莞外國語學校月考)銀飾用久了表面會有一層Ag2S而發(fā)黑，將銀飾與Al片接觸并加入NaCl溶液，可以除去銀飾表面的Ag2S。下列說法不正確的是　(　D　)
A．Al是負極
B．陽離子向銀飾移動
C．Ag2S表面發(fā)生反應(yīng)：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
D．若有0.9 g Al反應(yīng)，則最多能復原0.1 mol Ag2S
解析：由題圖可知，除去銀飾表面硫化銀的裝置為原電池，鋁片是負極，鋁失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋁離子，銀飾為正極，硫化銀在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀單質(zhì)和硫離子，溶液中鋁離子和硫離子發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁和硫化氫氣體。由分析可知，鋁片是負極，A正確；原電池中陽離子向正極(銀飾)移動，B正確；銀飾為正極，硫化銀在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀單質(zhì)和硫離子，C正確；若有0.9 g Al( mol)反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移 mol×3＝0.1 mol電子，結(jié)合反應(yīng)Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－可知，最多能復原0.05 mol Ag2S，D錯誤。
5．(2025·廣東聯(lián)考)下列關(guān)于以甲烷和氧氣為原料的新型燃料電池(電解質(zhì)為硫酸)的說法正確的是(　C　)
A．氧氣端為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．負極的電極反應(yīng)式是CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O
C．溶液中氫離子向氧氣端定向移動
D．每消耗1 mol甲烷，理論上該電池最多消耗22.4 L(標準狀況)氧氣
解析：氧氣端為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；負極的電極反應(yīng)式是CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，B錯誤；在原電池中陽離子向正極移動，故溶液中氫離子向氧氣端定向移動，C正確；根據(jù)總反應(yīng)的化學方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，每消耗1 mol甲烷，理論上需要消耗2 mol氧氣，體積為44.8 L(標準狀況)O2，D錯誤。
6．中科院科學家設(shè)計出一套利用SO2和太陽能綜合制氫方案，其基本工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是(　C　)
A．該裝置實現(xiàn)了太陽能轉(zhuǎn)化為化學能
B．Pt電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)
C．電子流向：Pt電極→外電路→BiVO4電極
D．BiVO4電極上的反應(yīng)為SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O
解析：根據(jù)題圖可知，BiVO4電極上SO失電子生成SO，為負極，Pt電極上H2O得電子生成H2，為正極。A．該裝置是原電池裝置，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，化學能再轉(zhuǎn)化為電能，A正確；B．由分析可知，Pt電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；C．由分析可知，電子從負極經(jīng)外電路流向正極，故電子流向：BiVO4電極→外電路→Pt電極，C錯誤；D．BiVO4 電極上SO失電子生成SO，電極反應(yīng)為SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，D正確。
7．(2025·深圳質(zhì)檢)近年來電池研發(fā)領(lǐng)域涌現(xiàn)出紙電池，電極和電解液均嵌在紙中，下圖是以NaCl溶液為電解液的紙電池工作原理。下列說法正確的是(　B　)
A．Zn片的電勢比Cu片的高
B．O2在正極上得電子
C．Na＋向負極移動
D．電子由Cu片流向Zn片
解析：鋅為負極，Cu為正極，正極的電勢比負極的高，故Cu片的電勢比Zn片的高，A錯誤；Cu為正極，空氣中的O2在正極上得電子生成OH－，B正確；原電池中陽離子向正極移動，故Na＋向正極移動，C錯誤；電子由負極經(jīng)外電路流向正極，故電子由Zn片流向Cu片，D錯誤。
8．硫化氫(H2S)是強烈的神經(jīng)毒素，對黏膜有強烈的刺激作用。科研人員設(shè)計了如下圖裝置，借助太陽能，將H2S再利用，變廢為寶。下列敘述正確的是(　B　)
A．b電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B．a(chǎn)電極區(qū)不可用NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液
C．H＋的遷移方向為b電極→a電極
D．每生成2 g H2，負極區(qū)需消耗22.4 L H2S
解析：根據(jù)工作原理圖可知，b電極上H＋得電子生成H2，b電極為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，因此a電極為負極，F(xiàn)e2＋失電子生成Fe3＋，電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；B．由分析可知，a電極的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液，則生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆蓋在a電極上，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行，B正確；C．由分析可知，a電極為負極，b電極為正極，故H＋的遷移方向為負極(a電極)→正極(b電極)，C錯誤；D．H2S所處的狀況未知，故無法計算每生成2 g H2，負極區(qū)需消耗H2S的體積，D錯誤。
9．應(yīng)用電化學原理，回答下列問題。
(1)上述三個裝置中，負極反應(yīng)物化學性質(zhì)上的共同特點是__________________________________________________________。
(2)甲中電流計指針偏轉(zhuǎn)時，鹽橋(裝有含KCl飽和溶液的瓊膠)中離子移動的方向是_______________________________________________
__________________________________________________________。
(3)乙中正極反應(yīng)為__________________________________________
__________________________________________________________；
若將H2換成CH4，則負極反應(yīng)為_______________________________。
(4)丙中鉛酸蓄電池放電一段時間后，進行充電時，要將外接電源的負極與鉛酸蓄電池的__________電極相連。
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)Pb
[素養(yǎng)提升]
10．二氧化硫 空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，可解決酸雨等環(huán)境污染問題，原理如下圖所示。下列說法正確的是(　C　)
A．該電池放電時電子流向：Pt1電極→負載→Pt2電極→質(zhì)子交換膜→Pt1電極
B．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況)，理論上可以消除2 mol SO2
D．H＋移向Pt1電極，導致Pt2電極附近pH減小
解析：由題圖可知，氧氣在Pt2電極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，故Pt2電極為正極，Pt1電極為負極，二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸根離子。A．電子不能進入內(nèi)電路，A錯誤；B．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B錯誤；C．根據(jù)得失電子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況下的物質(zhì)的量為1 mol)，理論上可以消除2 mol SO2，C正確；D．原電池中陽離子向正極移動，故H＋移向Pt2電極，D錯誤。
11．某儲能電池的原理如下圖所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，陰離子為SO，a、b均為惰性電極，充電過程中左槽溶液顏色由藍色變?yōu)辄S色(V2＋顯紫色，V3＋顯綠色，VO2＋顯藍色，VO顯黃色)。下列敘述不正確的是(　A　)
A．當右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙珪r，電極b為負極
B．當右槽溶液顏色由紫色變?yōu)榫G色時，電池能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能
C．充電過程中，電極a的電極反應(yīng)式為VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋
D．放電過程中，H＋從右槽遷移進入左槽
解析：充電過程中左槽溶液顏色由藍色變?yōu)辄S色，即VO2＋轉(zhuǎn)化為VO，V元素化合價由＋4價升高到＋5價，電極a為陽極，電極b為陰極，則放電時，電極a為正極，電極b為負極。A．當右槽溶液顏色由綠色變?yōu)樽仙从蒝3＋轉(zhuǎn)化為V2＋時，V3＋得電子，則電極b為陰極，該裝置為電解池，A不正確；B．當右槽溶液顏色由紫色變?yōu)榫G色，即由V2＋轉(zhuǎn)化為V3＋時，V2＋失電子，則電極b為負極，電池能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能，B正確；C．充電過程中，電極a為陽極，VO2＋失電子生成VO，電極反應(yīng)式為VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，C正確；D．放電過程中，陽離子向正極移動，即H＋從右槽遷移進入左槽，D正確。
12．如下圖所示為水系鋅離子電池，它作為一種新型的二次電池，具有較高的能量密度和功率密度。下列說法不正確的是(　C　)
A．放電時，負極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－　
B．放電時，每轉(zhuǎn)移1 mol e－，a電極理論上減少43.5 g
C．充電時，K2SO4溶液的濃度不斷增大
D．充電時，a電極附近溶液的pH減小
解析：由題圖可知，放電時，b電極為負極，堿性條件下鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成四羥基合鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的鉀離子通過陽離子交換膜進入中間區(qū)域，a電極為正極，酸性條件下二氧化錳得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成錳離子和水，電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根離子通過陰離子交換膜進入中間區(qū)域；充電時，與直流電源負極相連的b電極為電解池的陰極，a電極為陽極，中間區(qū)域的鉀離子通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入陽極區(qū)。A．由分析可知，放電時，負極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正確；B．由分析可知，放電時，a電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外電路轉(zhuǎn)移1 mol e－時，a電極理論上減少1 mol××87 g/mol＝43.5 g，故B正確；C．由分析可知，充電時，中間區(qū)域的鉀離子通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入陽極區(qū)，硫酸鉀溶液的濃度減小，故C錯誤；D．由分析可知，充電時，a電極為陽極，在水分子作用下錳離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子，電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氫離子，使a電極附近溶液的pH減小，故D正確。
13．雙陰極微生物燃料電池處理含NH廢水的工作原理如圖a所示，雙陰極通過的電流相等，廢水在電池中的運行模式如圖b所示。
(1)Y離子交換膜為__________(填“陽”或“陰”)離子交換膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要發(fā)生的反應(yīng)還有________________________________________(用離子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理論上需要消耗________g O2。
解析：(1)由題圖a可知，Ⅲ室中O2得電子生成H2O，電極反應(yīng)式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－轉(zhuǎn)化為CO2生成的H＋需要進入Ⅲ室，說明Y是陽離子交換膜。(2)題圖b可知，Ⅲ室中反應(yīng)后的溶液進入Ⅰ室中反應(yīng)，而Ⅰ室中NO→N2，說明Ⅲ室中NH轉(zhuǎn)化為了NO，該過程的離子方程式為NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO→N2，電極反應(yīng)式為12H＋＋2NO＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中發(fā)生反應(yīng)：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物質(zhì)的量為＝0.125 mol，消耗0.25 mol NO，轉(zhuǎn)移1.25 mol電子，故理論上需要消耗O2的物質(zhì)的量為0.25 mol×2＋＝0.812 5 mol，質(zhì)量為0.812 5 mol×32 g/mol＝26 g。
答案：(1)陽
(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋
(3)26
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