第16講　原電池　化學(xué)電源
考試要求：1．能分析、解釋原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。2．能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。3．能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決實際問題，如新型電池的開發(fā)等。
名師點撥：原電池原理是氧化還原反應(yīng)知識的應(yīng)用和延伸，是歷年高考的熱點內(nèi)容。主要題型是選擇題，有時也會在非選擇題中出現(xiàn)。命題的角度有電極反應(yīng)式的正誤判斷與書寫，正、負電極的判斷，電池充、放電時離子移動方向的判斷，電極附近離子濃度的變化等。通常通過陌生化學(xué)電源的裝置圖，考查學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力。
復(fù)習(xí)本講知識，要注意：(1)以銅鋅原電池為模板掌握電子流向、溶液中離子移動方向、電極反應(yīng)等知識；以銅鋅原電池為基礎(chǔ)，逐步學(xué)會分析新型電池的工作原理。(2)規(guī)范燃料電池電極反應(yīng)式的書寫，注意電解質(zhì)溶液性質(zhì)對電極反應(yīng)的影響。
考點一　原電池及其工作原理
考點二　原電池原理的四大應(yīng)用
考點三　化學(xué)電源的種類及其工作原理
1．定義和反應(yīng)本質(zhì)原電池是把__________轉(zhuǎn)化為________的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是________________。
2．工作原理(以銅鋅原電池為例)
說明：裝置Ⅱ鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊脂制成的凍膠。
4．原電池中的三個移動方向
(1)原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導(dǎo)線連接兩個電極，也可以是兩電極相接觸。(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導(dǎo)線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。(3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。(4)注意鹽橋不能用一根導(dǎo)線連接，因為導(dǎo)線是不能傳遞陰陽離子的。用導(dǎo)線連接后相當于一個是原電池，一個是電解池。
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)原電池裝置中，溶液中的陰離子移向正極，陽離子移向負極。(　　)(2)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強。(　　)(3)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。(　　)
(4)在銅鋅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。(　　)(5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。(　　)(6)Mg－Al－稀H2SO4組成的原電池中，Mg作負極，Mg－Al－NaOH溶液組成的原電池中，Mg作正極。(　　)
(10)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極一定是負極。(　　)(11)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑性強的金屬一定作負極。(　　)(12)由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池中，正極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋。(　　)
2．(2021·經(jīng)典習(xí)題選萃)原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。
下列說法中正確的是(　　)A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑
[提示]?、谥蠱g不與NaOH溶液反應(yīng)，而Al能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃硝酸反應(yīng)失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應(yīng)為2Al＋2NaOH＋2H2O=== 2NaAlO2＋3H2↑，負極反應(yīng)式為2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，則正極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D錯。
3．深度思考：(1)在雙液原電池中，鹽橋的作用是什么？(2)能用金屬代替鹽橋嗎？為什么？
(3)在如圖所示的8個裝置中，屬于原電池的是____________。
Ag＋＋e－===Ag　
[提示]　(1)形成閉合回路，使兩溶液保持電中性。(2)不能。在電路接通的情況下，鹽橋是原電池內(nèi)電路的一部分，鹽橋中含有的陰、陽離子定向移動，從而達到傳導(dǎo)電流及保持溶液呈電中性的目的；若用金屬代替鹽橋，溶液中的離子不能通過金屬，故不能用金屬代替鹽橋。
　　　　　(1)(2021·浙江高三檢測)化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。
微考點1　原電池的工作原理
下列說法不正確的是(　　)A．甲：Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H＋濃度增加B．乙：正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C．丙：鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄D．丁：使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降
[解析]　甲為銅鋅原電池，鋅為負極，銅為正極，H＋在銅上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以Cu電極附近溶液中H＋濃度減小，故A項錯誤，符合題意；乙為紐扣電池，正極Ag2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B項正確，不符合題意；丙為鋅錳干電池，鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)被消耗，所以鋅筒會變薄，故C項正確，不符合題意；丁為鉛蓄電池，放電時的總反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，所以使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，離子濃度減小，導(dǎo)電能力下降，故D項正確，不符合題意。
[解析]　該原電池的總反應(yīng)為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。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＋；電極Ⅱ為原電池負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋。鹽橋中裝有含氯化鉀溶液的瓊脂，其作用是平衡電荷。
[易錯警示]?、僦挥凶园l(fā)進行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池。②在原電池中活潑性強的金屬不一定作負極，但負極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。③電子不能通過電解質(zhì)溶液，溶液中的離子不能通過鹽橋。④負極失去的電子總數(shù)一定等于正極得到的電子總數(shù)。
⑤同一氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池反應(yīng)的速率一定比直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)的速率快。⑥電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒及電子得失守恒。
　　　　　(2021·天津高三檢測)根據(jù)電化學(xué)知識回答下列問題：如圖所示，在不同的電解質(zhì)溶液中可以組成不同的電池。
微考點2　原電池正、負極的判斷及電極反應(yīng)式的書寫
(1)當電解質(zhì)溶液為稀硫酸時，F(xiàn)e電極是______(填“正”或“負”)極，其電極反應(yīng)式為______________________。(2)當電解質(zhì)溶液為NaOH溶液時，Al電極是______(填“正”或“負”)極，其電極反應(yīng)式為__________________________________。(3)若把鋁改為鋅，電解質(zhì)溶液為濃硝酸，則Fe電極是___(填“正”或“負”)極，其電極反應(yīng)式為_______________________________。
2H＋＋2e－===H2↑　
〔對點集訓(xùn)2〕　(2020·安徽巢湖柘皋中學(xué)月考)全釩氧化還原液流電池是一種新型電能儲存及高效轉(zhuǎn)化裝置，該電池是將含有不同價態(tài)釩離子的溶液分別作為正極和負極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自的酸性電解液儲罐中。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，該電池放電時，右槽中的電極反應(yīng)式為V2＋－e－===V3＋，
萃取精華：原電池中正、負極的確定方法
原電池電極反應(yīng)式的書寫(1)先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應(yīng)物。(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫出電極反應(yīng)式。①負極反應(yīng)。負極上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)。要注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存，若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式。
②正極反應(yīng)。正極上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)。當正極上的反應(yīng)物是O2時：若電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，與O2反應(yīng)生成OH－，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－；若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2得電子與H＋生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。結(jié)合電子守恒將正、負極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。(4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即可得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。
　　　　　(2021·山東濱州高三檢測)如圖為鋅銅原電池裝置圖，下列說法不正確的是(　　)A．電子經(jīng)導(dǎo)線由Zn極流向Cu極B．該裝置的總反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．一段時間后，A池帶正電荷，B池帶負電荷D．取出鹽橋，電流表指針不再偏轉(zhuǎn)
微考點3　聚焦“鹽橋”原電池
[解析]　原電池電子從負極流向正極，A項正確；該電池負極為鋅，電解質(zhì)溶液是硫酸銅溶液，總反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B項正確；鹽橋中陽離子移向B池，陰離子移向A池，起到平衡電荷的作用，故A池和B池中溶液仍然保持電中性，C項錯誤；取出鹽橋后，不再是閉合回路，電流表指針不再偏轉(zhuǎn)，D項正確。
〔對點集訓(xùn)3〕　(2021·天津高三檢測)如圖所示原電池的鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液，電池工作一段時間后，甲燒杯中溶液顏色不斷變淺。
1．加快氧化還原反應(yīng)速率一個________進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率________，例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。
2．比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬活動性比正極的________。3．用作金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池的______極而得到保護。例如，保護鐵制輸水管或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連，使Zn作原電池的______極。
原電池的設(shè)計方法設(shè)計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是：(1)首先判斷出氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑，將還原劑(一般為比較活潑金屬)作負極，活動性比負極弱的金屬或非金屬作正極，含氧化劑的溶液作電解質(zhì)溶液。(2)如果兩個半反應(yīng)分別在要求的兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同的金屬的陽離子。
(3)設(shè)計實例：根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設(shè)計的原電池為：
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)電工操作中規(guī)定不能把銅導(dǎo)線與鋁導(dǎo)線連接在一起使用，是因為銅、鋁在潮濕的環(huán)境中形成原電池，加快了鋁的腐蝕，易造成斷路。(　　)(2)鍍鋅鐵皮與鍍錫鐵皮的鍍層破損后，前者腐蝕速率大于后者。(　　)(3)生鐵比純鐵更耐腐蝕。(　　)
(4)鐵與HCl反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的速率加快。(　　)(5)C＋H2O===CO＋H2可設(shè)計成原電池。(　　)(6)將氧化還原反應(yīng)設(shè)計成原電池，可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能。(　　)(7)太陽能電池不屬于原電池。(　　)
(8)某原電池反應(yīng)為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。(　　)(9)10 mL濃度為1 ml·L－1的鹽酸與過量的鋅粉反應(yīng)，若加入適量的CuSO4溶液能減慢反應(yīng)速率但又不影響氫氣生成量。(　　)(10)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。(　　)
2．深度思考：(1)有A、B、C、D四種金屬，做如下實驗：①將A與B用導(dǎo)線連接起來，浸入稀硫酸中，B不易腐蝕；②將A、D分別投入等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序__________________。
Cu－2e－===Cu2＋　
2Ag＋＋2e－===2Ag　
③畫出簡易裝置圖(帶鹽橋)________________________________________________
[提示]　(1)①A與B用導(dǎo)線連接后浸入稀硫酸中會構(gòu)成原電池，B不易腐蝕，說明B為原電池的正極，說明金屬活動性：A＞B；②A、D與等物質(zhì)的量濃度的鹽酸反應(yīng)，D比A反應(yīng)劇烈，說明金屬活潑性：D＞A；③根據(jù)置換反應(yīng)規(guī)律，Cu不能置換出B，說明金屬活潑性：B＞Cu；Cu能置換出C，說明金屬活動性：Cu＞C。則四種金屬活動性的排列順序是D＞A＞B＞C。
　　　　　(1)(2021·經(jīng)典習(xí)題匯編)把A、B、C、D四塊金屬片浸入稀硫酸中，分別用導(dǎo)線兩兩相連可以組成原電池。A、B相連時，A為負極；C、D相連時，電流由D→C；A、C相連時，C極上產(chǎn)生大量氣泡；B、D相連時，D極發(fā)生氧化反應(yīng)。這四種金屬的活動性順序是(　　)A．A＞B＞C＞D　　　　B．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A
微考點1　原電池原理的應(yīng)用(一)
a．判斷金屬活動性的強弱　b．加快化學(xué)反應(yīng)速率
[解析]　A、B相連時A為負極，則活動性順序為A＞B；C、D相連時，電流由D→C，說明C為負極，則活動性順序為C＞D；A、C相連時，C極上產(chǎn)生大量氣泡，則C為原電池的正極，活動性順序為A＞C；B、D相連時，D極發(fā)生氧化反應(yīng)，D應(yīng)為原電池的負極，活動性順序為D＞B，則四種金屬的活動性順序為A＞C＞D＞B，故B項正確。
(2)(2021·山東濱州高三檢測)等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀硫酸中，同時向a中放入少量的CuSO4溶液，如圖表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時間(t)的關(guān)系，其中正確的是(　　)?
[解析]　等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀硫酸中，同時向a中放入少量的CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，a中形成鋅、銅、硫酸原電池，反應(yīng)速率增大，反應(yīng)完全所用時間較少，生成的氫氣的量也小于b，D項正確。
〔對點集訓(xùn)1〕　(1)(2021·廣西高三檢測)有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是(　　)A．a(chǎn)＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a(chǎn)＞b＞d＞c[解析]　由第一個裝置a極溶解，可知a極是負極，金屬活動性a＞b，第二個裝置依據(jù)氧化性、還原性的規(guī)律，金屬活動性b＞c，故第三個裝置的金屬活動性d＞c，由第四個裝置電流從a→d，則電子從d→a，故金屬活動性d＞a。
(2)(2021·經(jīng)典習(xí)題匯編)根據(jù)圖A、B、C、D回答下列問題：
①將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系是______。②將過量的兩份鋅粉a、b分別加入一定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間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]?、俚荣|(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，銅－鋅－稀硫酸形成原電池，反應(yīng)速率增大，即a產(chǎn)生H2的速率大于b，但部分鋅與CuSO4反應(yīng)了，故生成的氫氣少于b，圖像應(yīng)為A。②由題意可知，均發(fā)生反應(yīng)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Zn過量，則相同體積、相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸完全反應(yīng)，生成氫氣的體積相同，且a中加入少量硫酸銅溶液，構(gòu)成Cu－Zn原電池，加快反應(yīng)的速率，所以a反應(yīng)速率快，達到反應(yīng)結(jié)束時所用時間短，故只有B圖像符合。
③等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中放入少量的醋酸鈉溶液，則醋酸鈉和硫酸反應(yīng)生成醋酸和硫酸鈉，酸性減弱，所以反應(yīng)速率減慢，但Zn的物質(zhì)的量相等，所以反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的量相等。圖像應(yīng)為C。
　　　　　 (2021·山東濱州高三檢測)利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護。若K置于M處，為減緩鐵的腐蝕，則X為________ (選填“Cu”或“Zn”)。
微考點2　原電池原理的應(yīng)用(二)
c．保護金屬　　d．設(shè)計原電池
[解析]　若K置于M處，則X與鐵置于海水中形成原電池，鐵只有作正極才能受保護，故X只能為比鐵活潑的金屬，故選擇Zn。
〔對點集訓(xùn)2〕　(1)(2021·河北衡水高三檢測)能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。
①完成原電池甲的裝置示意圖(見圖)，并作相應(yīng)標注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。
②銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極_____________________ _______________。③甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是______，其原因是_____________________________________________ _______________________________________________________________________________________________。
[解析]　以Zn和Cu作電極為例分析，如果不用鹽橋，則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外還發(fā)生Zn和Cu2＋的置換反應(yīng)，反應(yīng)放熱，會使部分化學(xué)能以熱能形式散失，使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接觸，從而避免能量損失，提供穩(wěn)定電流。
②發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為____________________。③反應(yīng)達到平衡時，外電路導(dǎo)線中______(填“有”或“無”)電流通過。④平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當固體全部溶解后，則此時該溶液中電極變?yōu)開_____(填“正”或“負”)極。
2I－－2e－===I2　
[解析]　①依據(jù)原電池原理分析，氧化還原反應(yīng)中Fe3＋在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，I－在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極所在的電解質(zhì)溶液為KI溶液，正極所在的電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液。電極材料可選取惰性電極，如石墨(碳棒)或其他不活潑金屬。②發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負極，負極上I－失電子。③反應(yīng)達到平衡時，導(dǎo)線中從左到右和從右到左移動的電子數(shù)目相同，故無電流產(chǎn)生。平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，平衡逆向移動，此時Fe2＋失電子，該溶液中的電極變成負極。
Zn－2e－===Zn2＋　
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－　
Zn(OH)2＋2MnOOH　
2．二次電池(以鉛蓄電池為例)：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用
(1)放電時的反應(yīng)：(原電池)①負極反應(yīng)：______________________________________________②正極反應(yīng)：______________________________________________ ___________________________③總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充電時的反應(yīng)：(電解池)①陰極反應(yīng)：______________________________________________②陽極反應(yīng)：______________________________________________ ___________________________
[易錯警示]　(1)可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。(2)燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強的催化活性，起導(dǎo)電作用。(3)可充電電池在充電時，其負極連接外接電源的負極，正極連接外接電源的正極。
3．燃料電池(1)氫氧燃料電池是將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。
2H2－4e－===4H＋　
2H2－4e－＋4OH－===4H2O　
O2＋4e－＋4H＋===2H2O　
O2＋4e－＋2H2O===4OH－　
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)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)。(　　)[提示]　可充電電池的充電與放電不是在相同條件下發(fā)生的，故不是可逆反應(yīng)。
(7)根據(jù)反應(yīng)4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S設(shè)計的可充電電池是一種應(yīng)用廣泛的鋰電池，可用水溶液作電解質(zhì)溶液。(　　)(8)原電池中的電解質(zhì)溶液一定參與反應(yīng)。(　　)(9)一種基本酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀，負極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(　　)
[提示]　碘在反應(yīng)中的化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，碘作正極。
(12)負極材料不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)就不能構(gòu)成原電池。(　　)(13)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅、鐵作電極材料。(　　)(14)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2作催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長。(　　)(15)燃料電池工作時，燃料在電池中燃燒，熱能轉(zhuǎn)化為電能。(　　)
(16)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移。(　　)(17)固體酸燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質(zhì)傳遞H＋，電池總反應(yīng)可表示為2H2＋O2===2H2O，則電池工作時電子從通O2的一極通過外電路流向通H2的一極。(　　)
2．深度思考：(1)①氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將________(填“減小”“增大”或“不變”，下同)，溶液的pH________。②氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將________，溶液的pH________。
(2)化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫：甲烷—氧氣燃料電池(只需寫出負極反應(yīng)式即可)①________________________________________(堿性介質(zhì))②___________________________________(酸性介質(zhì))③______________________________________(熔融碳酸鹽作介質(zhì))④___________________________________(熔融的金屬氧化物作介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2－)
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O　
(3)鋁－空氣海水電池：以鋁板為負極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3負極：____________________________________正極：________________________________
4Al－12e－＋12OH－===4Al(OH)3　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－　
(4)Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li＋2SOCl2 ===4LiCl＋S＋SO2↑。請回答下列問題：①電池的負極材料為_____，發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________。②電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________________________。
4Li－4e－===4Li＋　
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑　
[提示]　分析反應(yīng)的化合價變化，可知Li失電子，被氧化，為還原劑，SOCl2得電子，被還原，為氧化劑。①負極材料為Li(還原劑)，4Li－4e－===4Li＋。②正極反應(yīng)式可由總反應(yīng)式減去負極反應(yīng)式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
　　　　　(2021·天津高三檢測)普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，它是用鋅皮制成的鋅筒作電極，中央插一根碳棒，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。
下列說法正確的是(　　)A．放電時，Zn2＋向負極遷移B．充、放電過程中，僅鋅元素的價態(tài)發(fā)生變化C．充電時，陽極的電極反應(yīng)式為ZnMn2O4－2xe－===Zn1－xMn2O4＋xZn2＋D．若維持電流強度為0.5 A，放電10分鐘，理論上消耗Zn的質(zhì)量約為0.20 g(已知F＝96 500 C·ml－1)
(2)(2021·山東濰坊高三檢測)下圖為某二次電池充電時的工作原理示意圖，該過程可實現(xiàn)鹽溶液的淡化。
下列說法錯誤的(　　)A．充電時，a為電源正極B．充電時，Cl－向Bi電極移動，Na＋向NaTi2(PO4)3電極移動C．放電時，正極的電極反應(yīng)為BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2OD．充電時，新增入電極中的物質(zhì)：n(Na＋)∶n(Cl－)＝1∶3
[解析]　Bi→BiOCl過程失電子，所以Bi電極為陽極，接電源正極則a為電源正極，故A項正確；充電時，Bi電極為陽極，NaTi2(PO4)3電極為陰極，陰離子向陽極定向移動，陽離子向陰極定向移動，故B項正確；放電時，發(fā)生原電池反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋Cl－＋H2O，故C項正確；充電時，陽極的電極反應(yīng)式為Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，陰極的電極反應(yīng)式為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，則充電時新增入電極中的物質(zhì)n(Na＋)∶n(Cl－)＝3∶1，故D項錯誤。
萃取精華：二次電池的解題思路
二次電池電極反應(yīng)式的書寫方法①先標出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負極和正極反應(yīng)的物質(zhì)。②寫出一個比較容易書寫的電極反應(yīng)式(書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)③在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。④充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反。
[易錯警示]　原電池中電流方向：外電路中由電池正極流向負極；電池內(nèi)部，由負極流回正極。原電池中電子移動方向：外電路中由電池負極流向電池正極，內(nèi)電路電解質(zhì)溶液中無電子通過。
CH3OCH3＋3H2O－12e－　
===2CO2＋12H＋ 　
kW－1·h－1)≈　
8.39 kW·h·kg－1 　
[解析]　電解質(zhì)為酸性時，二甲醚(CH3OCH3)在燃料電池的負極上發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H＋，CH3OCH3中碳元素的化合價為－2，CO2中碳元素的化合價為＋4，所以1 ml CH3OCH3失去12 ml電子，負極反應(yīng)為CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。第三空嚴格上說是物理和化學(xué)的綜合問題。假設(shè)燃料二甲醚為1 kg，則我們只要知道電池的輸出電能就能算出能量密度。
[解析]　金屬(M)－空氣電池中M失電子作負極，故A正確；根據(jù)傳遞M2＋和OH－，可知電解質(zhì)是熔融的M(OH)2，故B錯誤；空氣中的氧氣得電子作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正確；電池總反應(yīng)式為2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正確。
萃取精華：燃料電池的解題模板
書寫燃料電池電極反應(yīng)式的三大步驟①先寫出燃料電池總反應(yīng)式一般都是可燃物在氧氣中的燃燒反應(yīng)方程式。但由于燃燒產(chǎn)物還可能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式與其相加得總反應(yīng)方程式。
C．當電解質(zhì)為中性或堿性環(huán)境時，正極的電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。D．當電解質(zhì)為酸性環(huán)境時，正極的電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
③最后寫出燃料電池負極的電極反應(yīng)式燃料電池負極的電極反應(yīng)式＝燃料電池總反應(yīng)式－燃料電池正極的電極反應(yīng)式。在利用此法時一要注意消去反應(yīng)中的O2，二要注意兩極反應(yīng)式和總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移相同。
本講要點速記：1．原電池、化學(xué)電源
2．原電池實質(zhì)的兩個方面(1)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)反應(yīng)本質(zhì)：自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。3．原電池中的四個“方向”(1)外電路中電子移動方向：負極→正極。(2)外電路中電流方向：正極→負極。(3)電池內(nèi)部離子移動方向：陰離子→負極，陽離子→正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動方向：K＋移向正極，Cl－移向負極。
4．判斷原電池正負極的六種方法電極材料、電極現(xiàn)象、電子移動方向、離子移動方向、得失電子、電解質(zhì)溶液。(1)負極：較活潑金屬、氧化反應(yīng)、電子流出、電流流入、陰離子移向的一極、不斷溶解。(2)正極：不活潑金屬或非金屬、還原反應(yīng)、電子流入、電流流出、陽離子移向的一極、電極增重。
5．書寫電極反應(yīng)式的三個原則(1)共存原則因為物質(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應(yīng)式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。當電解質(zhì)溶液呈酸性時，不可能有OH－參加反應(yīng)；堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋參加反應(yīng)。
(2)得氧失氧原則得氧時，在反應(yīng)物中加H2O(電解質(zhì)溶液為酸性時)或OH－(電解質(zhì)溶液為堿性或中性時)；失氧時，在反應(yīng)中加H2O(電解質(zhì)溶液為堿性或中性時)或H＋(電解質(zhì)溶液為酸性時)。(3)中性吸氧反應(yīng)成堿原則在中性電解質(zhì)溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的產(chǎn)物是堿。

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