人教版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第7章化學(xué)反應(yīng)與能量第2節(jié)第1課時原電池化學(xué)電源學(xué)案含答案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

第1課時　原電池　化學(xué)電源原電池及其工作原理　 [以練帶憶] 1．利用生活中常見的材料可以進(jìn)行很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，甚至制作出一些有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的裝置來，下圖就是一個用廢舊材料制作的可用于驅(qū)動玩具的電池的示意圖。該電池工作時，有關(guān)說法正確的是(　　) A．鋁罐是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng) B．炭粒和炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－ C．炭棒應(yīng)與玩具電池的負(fù)極相連 D．該電池工作一段時間后炭棒和炭粒的質(zhì)量會減輕 A　解析：由廢鋁罐、炭棒和食鹽水等材料的電池知，鋁作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；炭棒作正極，炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B錯誤；炭棒應(yīng)與玩具電池的正極相連，C錯誤；該電池工作一段時間后炭棒質(zhì)量不變，D錯誤。 2.某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中，正確的是(　　) A．Fe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng) B．負(fù)極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑ C．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變 D．工作一段時間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大 D　解析：負(fù)極是鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；正極是石墨，H＋在此發(fā)生還原反應(yīng)，B錯誤；工作一段時間后，右池中H＋在石墨棒上被還原為H2，溶液的pH增大，C錯誤；鹽橋中的Cl－移向負(fù)極，NaCl溶液中c(Cl－)增大，D正確。 3．根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是(　　) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng) C．燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ D．燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑ B　解析：由題給原電池裝置中電子經(jīng)過導(dǎo)線由Zn電極流向Fe電極，則O2在Fe電極發(fā)生還原反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，燒杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高，A、C錯誤；燒杯b中，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－===Zn2＋，B正確、D錯誤。 [練后梳理] 1．定義原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．構(gòu)成條件 (1)反應(yīng)本質(zhì)：能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。 (2)兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。 (3)形成閉合回路需三個條件：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．工作原理以鋅銅原電池為例 (1)反應(yīng)原理 (2)鹽橋的組成和作用 ①鹽橋中裝有飽和的KCl、NH4NO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 ②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 4．原電池正負(fù)極的判斷 5．電池電極反應(yīng)式書寫的“三步驟” (1)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用，負(fù)極本身也不一定發(fā)生氧化反應(yīng)，如燃料電池；但負(fù)極上一定發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上一定發(fā)生還原反應(yīng)。 (2)鹽橋不能用一根導(dǎo)線連接，因?yàn)閷?dǎo)線是不能傳遞陰、陽離子的。用導(dǎo)線連接后相當(dāng)于一個是原電池，一個是電解池。常見化學(xué)電源的分類及其工作原理 [以練帶憶] 1．電子計(jì)算機(jī)所用紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判斷正確的是(　　) A．鋅為正極，Ag2O為負(fù)極 B．鋅為負(fù)極，Ag2O為正極 C．原電池工作時，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能 D．原電池工作時，負(fù)極區(qū)溶液的pH增大 B　解析：根據(jù)化合價(jià)變化可知Zn被氧化，應(yīng)為原電池的負(fù)極，則正極為Ag2O，故A錯誤，B正確；原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故C錯誤；原電池工作時，負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，溶液的pH減小，故D錯誤。 2．鉛蓄電池的示意圖如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．放電時，N為負(fù)極，其電極反應(yīng)式：PbO2＋SOeq \o\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O B．放電時，c(H2SO4)不變，兩極的質(zhì)量增加 C．充電時，陽極反應(yīng)式：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4) D．充電時，若N連電源正極，則該極生成PbO2 D　解析：放電時鉛是負(fù)極，A錯誤；放電時硫酸參與電極反應(yīng)，濃度會減小，B錯誤；充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，C錯誤；充電時正極連接到電源正極上作陽極，生成二氧化鉛，D正確。 3．下圖為“甲醇燃料電池”的工作原理示意圖，下列有關(guān)說法正確的是 (　　) A．該燃料電池工作過程中電流方向從a極流向b極 B．該燃料電池工作時電路中通過1 mol電子，消耗的O2的體積為5.6 L C．Pt(a)電極的反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ D．該燃料電池工作時H＋由b極室向a極室移動，電解質(zhì)溶液的pH增大 C　解析：b電極通入氧氣，b電極是正極，a電極是負(fù)極，該燃料電池工作過程中電流方向從b極流向a極，A項(xiàng)錯誤；1 mol氧氣得到4 mol 電子，該燃料電池工作時電路中通過1 mol電子，消耗的O2的物質(zhì)的量是0.25 mol，其體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為 5.6 L，題中沒注明標(biāo)準(zhǔn)狀況，B項(xiàng)錯誤；Pt(a)電極為負(fù)極，甲醇在負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液顯酸性，則負(fù)極的反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，C項(xiàng)正確；原電池中陽離子向正極移動，該燃料電池工作時H＋由a極室向b極室移動，D項(xiàng)錯誤。 [練后梳理] 1．一次電池 (1)堿性鋅錳電池負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 2．二次電池(可充電電池) 鉛酸蓄電池是常見的二次電池，負(fù)極材料是Pb，正極材料是PbO2。 (1)放電時的反應(yīng) ①負(fù)極：Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4(氧化反應(yīng))。 ②正極：PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O(還原反應(yīng))。 ③總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 (2)充電時的反應(yīng) ①陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)(還原反應(yīng))。 ②陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)(氧化反應(yīng))。 ③總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 3．燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性和堿性兩種。考點(diǎn)1　原電池原理的應(yīng)用 [抓本質(zhì)·悟考法] 某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為___________________________________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)式：____________________________________________________；負(fù)極反應(yīng)式：____________________________________________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識，幫助他們再設(shè)計(jì)一個驗(yàn)證Fe、Cu活動性的簡單實(shí)驗(yàn)方案：________________________(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：_________________________________________________。【解題關(guān)鍵點(diǎn)】　解答本題時要明確利用原電池原理比較A、B兩種金屬活潑性的方法：將A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接后，插入稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活潑性A>B。【易錯失分點(diǎn)】　畫裝置圖時未注明電極材料與電解質(zhì)溶液；鹽橋畫成導(dǎo)線；未形成閉合回路。 [自主解答] ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 解析：方案Ⅰ：鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，F(xiàn)e＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而銅與酸不反應(yīng)。方案Ⅱ：設(shè)計(jì)原電池時以鐵、銅為電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸或鹽酸等溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是鐵溶解，而銅極上有無色氣泡產(chǎn)生。在負(fù)極：Fe失去電子變?yōu)镕e2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋；在正極，溶液中的H＋獲得電子變?yōu)镠2,2H＋＋2e－===H2↑。方案Ⅲ：設(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)時注意原理與方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且現(xiàn)象明顯，操作簡單。將鐵片置于CuSO4溶液中，若鐵片表面覆蓋一層銅，說明Fe比Cu活動性強(qiáng)，離子方程式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。答案：方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 方案Ⅱ：裝置如圖所示或 2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：將鐵片置于CuSO4溶液中，若鐵片表面覆蓋一層銅，說明Fe比Cu活動性強(qiáng)　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu(合理即可) [多角度·突破練] ?角度1　判斷金屬的活動性強(qiáng)弱 1．有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)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＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a(chǎn)＞b＞d＞c C　解析：把四個實(shí)驗(yàn)從左到右分別編號為①、②、③、④，則由實(shí)驗(yàn)①可知，a作原電池負(fù)極，b作原電池正極，金屬活動性：a＞b；由實(shí)驗(yàn)②可知，b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化，則活動性：b＞c；由實(shí)驗(yàn)③可知，d極溶解，則d作原電池負(fù)極，c作正極，活動性：d＞c；由實(shí)驗(yàn)④可知，電流從a極流向d極，則d極為原電池負(fù)極，a極為原電池正極，活動性：d＞a。綜上所述可知活動性：d＞a＞b＞c。 2．根據(jù)下圖可判斷下列離子方程式中錯誤的是(　　) A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq) A　解析：題圖所示裝置是原電池的構(gòu)成裝置，左圖中Cd為負(fù)極，發(fā)生的是Cd置換出Co的反應(yīng)，即Cd的金屬活動性強(qiáng)于Co，B正確；右圖中Co為負(fù)極，Co置換出Ag，說明Co的金屬活動性強(qiáng)于Ag，D正確；綜上可知，Cd的金屬活動性強(qiáng)于Ag，所以Cd可以置換出Ag，C正確，A錯誤。利用原電池比較金屬活動性強(qiáng)弱的方法如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活動性：A＞B。 ?角度2　加快化學(xué)反應(yīng)速率 3．將兩份過量的鋅粉a、b分別加入一定量的稀硫酸中，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)系正確的是(　　) B　解析：加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應(yīng)速率，由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多。在理解形成原電池可加快反應(yīng)速率時，要注意對產(chǎn)物量的理解，Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液，鋅足量時，不影響產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量，但稀硫酸足量時，產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量要減少。 ?角度3　設(shè)計(jì)原電池 4．將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。下列說法不正確的是(　　) A．鹽橋中的K＋移向FeCl3溶液 B．反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．電流計(jì)讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極 D　解析：甲中石墨為正極，乙中石墨為負(fù)極，鹽橋中陽離子向正極移動，所以K＋移向FeCl3溶液，A正確；反應(yīng)開始時，因乙中I－失去電子放電，元素的化合價(jià)升高，則發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；當(dāng)電流計(jì)為零時，說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則反應(yīng)達(dá)到平衡，C正確；當(dāng)加入Fe2＋，導(dǎo)致平衡逆向移動，則Fe2＋失去電子生成Fe3＋，作為負(fù)極，而乙中石墨成為正極，D錯誤。 5．設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。 (1)寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：____________________________________________________________________。 (2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是： ①負(fù)極：_________________________________________________________。 ②正極：_________________________________________________________。 (3)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：解析：Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)，說明Fe3＋可將Cu氧化為Cu2＋，離子方程式為2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可據(jù)此反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池裝置。答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　 (2)①Cu－2e－===Cu2＋?、?Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (3) 設(shè)計(jì)原電池的方法考點(diǎn)2　形形色色的燃料電池 [抓本質(zhì)·悟考法] (1)燃料電池是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣，也可以是其他燃料，如甲烷、肼等。如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題： ①電池的負(fù)極是________(填“a”或“b”)電極，該極的電極反應(yīng)式為___________________________________________________________________。 ②電池工作一段時間后電解質(zhì)溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧氣中燃燒生成氮?dú)夂退?，利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，請寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：______________________，正極反應(yīng)式：_________________________________________________________，總反應(yīng)式：__________________________________________________________。 (3)以甲醇(CH3OH)為燃料，空氣為氧化劑，以熔融K2CO3為電解質(zhì)環(huán)境的燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為______________________________________________，正極反應(yīng)式為_______________________________________________________。【解題關(guān)鍵點(diǎn)】　解答本題時需明確： ①燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 ②根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，電解質(zhì)溶液不同，其電極反應(yīng)有所不同。 ③電池的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。【易錯失分點(diǎn)】?、偌淄槿剂想姵卦趬A性介質(zhì)和酸性介質(zhì)中其電極反應(yīng)式是不同的。此題在書寫負(fù)極的電極反應(yīng)時，易忽略電解質(zhì)的堿性，將甲烷的氧化產(chǎn)物寫成二氧化碳?xì)怏w。 ②以熔融K2CO3為電解質(zhì)環(huán)境時，書寫電極反應(yīng)時易忽視電解質(zhì)中COeq \o\al(2－,3)的參與。 [自主解答] ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ 解析：(1)①甲烷失去電子，甲烷在負(fù)極通入，因此電池的負(fù)極是a電極，該極的電極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O。②由于反應(yīng)后產(chǎn)生Na2CO3，即電池工作過程中消耗OH－，因此電池工作一段時間后電解質(zhì)溶液的pH減小。(2)肼在負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，該電池負(fù)極反應(yīng)式為N2H4＋ 4OH－－4e－===4H2O＋N2↑。(3)甲醇為燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，空氣中的O2在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，但注意電解質(zhì)中COeq \o\al(2－,3)的參與。答案：(1)①a　CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O?、跍p小 (2)N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ N2H4＋O2===N2＋2H2O (3)CH3OH＋3COeq \o\al(2－,3)－6e－===4CO2↑＋2H2O eq \f(3,2)O2＋3CO2＋6e－===3COeq \o\al(2－,3) [多角度·突破練] ?角度1　酸、堿性電解質(zhì)燃料電池的有關(guān)判斷 1．如圖是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動吹氣流量監(jiān)測與控制的功能，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．電流由呼氣所在的鉑電極流出 B．H＋通過質(zhì)子交換膜流向氧氣所在的鉑電極 C．電路中流過2 mol電子時，消耗11.2 L O2 D．該電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ B　解析：呼氣所在電極發(fā)生乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸的反應(yīng)，故為負(fù)極，而電流由正極流出，A項(xiàng)錯誤；H＋通過質(zhì)子交換膜流向正極(氧氣所在的鉑電極)，B項(xiàng)正確；正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，電路中流過2 mol電子時，消耗0.5 mol O2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為11.2 L，但題中未指明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況，C項(xiàng)錯誤；該電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，D項(xiàng)錯誤。 2．(雙選)鋅—空氣燃料電池可作電動車的動力電源，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn(OH)2－4。下列說法正確的是　(　　) A．放電時，電解質(zhì)溶液中K＋移向負(fù)極 B．放電時，電解質(zhì)溶液的pH減小 C．充電時，陰極的反應(yīng)為Zn(OH)2－4＋2e－===Zn＋4OH－ D．充電時，當(dāng)有4.48 L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)釋放出來時，則析出固體Zn為13 g BC　解析：放電時，為原電池，溶液中陽離子向正極移動，即K＋向正極移動，故A錯誤；放電時，消耗氫氧根離子，堿性減弱，pH減小，故B正確；充電時，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，則陰極反應(yīng)為Zn(OH)2－4＋2e－===Zn＋4OH－，故C正確；產(chǎn)生1 mol氧氣，轉(zhuǎn)移電子為4 mol，充電時，當(dāng)有4.48 L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)釋放出來時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為eq \f(4.48 L,22.4 L/mol)×4＝0.8 mol，根據(jù)Zn～2e－，則析出固體Zn：eq \f(0.8 mol,2)×65 g/mol＝26 g，故D錯誤。 3．(2019·全國卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是 (　　) A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能 B．負(fù)極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)2H＋＋2MV＋===H2＋2MV2＋ C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3 D．電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動 B　解析：該反應(yīng)中，可產(chǎn)生電流，反應(yīng)條件比較溫和，沒有高溫高壓條件，A正確；該生物燃料電池中，左端電極反應(yīng)式為MV＋－e－===MV2＋，則左端電極是負(fù)極，為負(fù)極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B錯誤；右端電極反應(yīng)式為MV2＋＋e－===MV＋，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，C正確；原電池中，內(nèi)電路中H＋通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動，D正確。燃料電池的分析要領(lǐng) (1)對于燃料電池要注意介質(zhì)是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。 (2)通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料(還原劑)，通入正極的物質(zhì)為氧氣(氧化劑)。 (3)通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。 ?角度2　熔融鹽、固體電解質(zhì)燃料電池的有關(guān)判斷 4．以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，下列說法正確的是(　　) A．石墨Ⅰ是燃料電池的正極 B．NOeq \o\al(－,3)向石墨Ⅱ電極移動 C．此電池常溫下也能工作 D．石墨電極Ⅰ電極反應(yīng)式為NO2＋ NOeq \o\al(－,3)－e－===N2O5 D　解析：石墨電極Ⅱ上通入O2是正極，石墨Ⅰ是燃料電池的負(fù)極，NOeq \o\al(－,3)向負(fù)極移動，A、B錯誤；由于電解質(zhì)是熔融鹽，因此電池常溫下不能工作，C錯誤；因?yàn)槭姌OⅡ上通入的O2得電子，故在石墨電極Ⅰ上NO2失電子，與遷移過來的NOeq \o\al(－,3)結(jié)合生成＋5價(jià)N的氧化物N2O5，電極反應(yīng)式為NO2＋ NOeq \o\al(－,3)－ e－===N2O5，D正確。 5．科技工作者制造了一種甲烷燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入甲烷，電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2－。以下判斷錯誤的是(　　) A．電池正極發(fā)生的反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－ B．電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O C．固體電解質(zhì)里的O2－的移動方向：由正極移向負(fù)極 D．向外電路釋放電子的電極：正極(即電子由正極流向負(fù)極) D　解析：因?yàn)榉烹姇r，電池正極發(fā)生還原反應(yīng)(元素化合價(jià)降低)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)(元素化合價(jià)升高)，所以正極反應(yīng)式是O2＋4e－===2O2－，負(fù)極反應(yīng)式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，A、B正確。由上述電池的正、負(fù)極反應(yīng)式可以看出：正極反應(yīng)“源源不斷”地產(chǎn)生O2－，負(fù)極反應(yīng)要持續(xù)進(jìn)行，則需要“持續(xù)不斷”地消耗O2－，故電池內(nèi)O2－的移動方向是由正極移向負(fù)極，C正確。電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，故外電路電子從負(fù)極流出，D錯誤。 (1)氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應(yīng)總結(jié) 負(fù)極eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(H2－2e－===2H＋　酸作介質(zhì),H2＋2OH－－2e－===2H2O　堿作介質(zhì),H2＋O2－－2e－===H2O　熔融金屬氧化,物作介質(zhì),H2＋CO\o\al(2－,3)－2e－===H2O＋CO2　熔融,碳酸鹽作介質(zhì))) 正極eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(O2＋4H＋＋4e－===2H2O　酸作介質(zhì),O2＋2H2O＋4e－===4OH－　堿作介質(zhì),O2＋4e－===2O2－　熔融金屬氧化物作介質(zhì),O2＋2CO2＋4e－===2CO\o\al(2－,3)　熔融碳酸鹽,作介質(zhì))) (2)明確燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法 ①燃料電池中，通入O2的一極為正極，書寫方法是 a．首先書寫正極反應(yīng)式酸性介質(zhì)：4H＋＋O2＋4e－===2H2O；堿性介質(zhì)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 b．然后用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到負(fù)極反應(yīng)式，相減時要求兩極得失電子總數(shù)相等(即將總反應(yīng)式中的O2按比例消去)。 ②實(shí)例(以甲醇、O2的燃料電池為例) a．酸性介質(zhì)，如H2SO4溶液 CH3OH在負(fù)極上失去電子生成CO2氣體；O2在正極上得到電子，在H＋作用下生成H2O。電極反應(yīng)式為負(fù)極：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；正極：eq \f(3,2)O2＋6H＋＋6e－===3H2O。 b．堿性介質(zhì)，如KOH溶液 CH3OH在負(fù)極上失去電子，在堿性條件下生成COeq \o\al(2－,3)；O2在正極上得到電子生成OH－，電極反應(yīng)式為負(fù)極：CH3OH＋8OH－－6e－===COeq \o\al(2－,3)＋6H2O；正極：eq \f(3,2)O2＋3H2O＋6e－===6OH－。 c．熔融鹽介質(zhì)，如熔融K2CO3 在電池工作時，COeq \o\al(2－,3)移向負(fù)極。CH3OH在負(fù)極上失去電子，在COeq \o\al(2－,3)的作用下生成CO2氣體；O2在正極上得到電子，在CO2的作用下生成COeq \o\al(2－,3)。電極反應(yīng)式為負(fù)極：CH3OH＋3COeq \o\al(2－,3)－6e－===4CO2↑＋2H2O；正極：eq \f(3,2)O2＋3CO2＋6e－===3COeq \o\al(2－,3)。注意：也可利用特定情境下氧化還原方程式的書寫技巧，寫出負(fù)極電極反應(yīng)式，再利用總反應(yīng)書寫正極反應(yīng)式。新型燃料電池 [知識對接] 解答新型燃料電池題目的思維模型： [應(yīng)用體驗(yàn)] 1．一種微生物燃料電池如圖所示，下列關(guān)于該電池的說法正確的是(　　) A．a(chǎn)電極發(fā)生還原反應(yīng) B．H＋由右室通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入左室 C．b電極反應(yīng)式為2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O D．電池工作時，電流由a電極沿導(dǎo)線流向b電極 C　解析：b電極上N元素的化合價(jià)降低，所以b電極是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，故A錯誤；原電池中陽離子從負(fù)極移向正極，即H＋由左室通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室，故B錯誤；b電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋＋ 10e－===N2↑＋6H2O，故C正確；原電池中電流從正極流向負(fù)極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，故D錯誤。 2．(2020·全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VOeq \o\al(3－,4)＋2B(OH)eq \o\al(－,4)＋4H2O該電池工作時，下列說法錯誤的是　(　　) A．負(fù)載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng) B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高 C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \o\al(－,4)＋4VOeq \o\al(3－,4) D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極 B　解析：根據(jù)總反應(yīng)式知VB2失電子的反應(yīng)生成VOeq \o\al(3－,4)和B(OH)eq \o\al(－,4)是負(fù)極，通空氣的一極是正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，當(dāng)負(fù)極通過0.04 mol電子時，正極也通過0.04 mol電子，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為0.224 L O2，A正確；反應(yīng)過程中正極生成大量的OH－使正極區(qū)pH升高，負(fù)極消耗OH－使負(fù)極區(qū) OH－濃度減小pH降低，B錯誤；根據(jù)分析，電池的總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋ 20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \o\al(－,4)＋4VOeq \o\al(3－,4)，C正確；電池中，電子由VB2電極經(jīng)負(fù)載流向復(fù)合碳電極，電流流向與電子流向相反，則電流流向?yàn)閺?fù)合碳電極→負(fù)載→VB2電極→KOH溶液→復(fù)合碳電極，D正確。可充電電池 [知識對接] 四方面突破可充電電池 [應(yīng)用體驗(yàn)] 3．(2020·天津高考)熔融鈉－硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲能電池。下圖中的電池反應(yīng)為2Na＋xSeq \o(,\s\up8(放電),\s\do9(充電))Na2Sx(x＝5～3，難溶于熔融硫)，下列說法錯誤的是(　　) A．Na2S4的電子式為Na＋[]2－Na＋ B. 放電時正極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx C．Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)極和正極 D. 該電池是以Na－β－Al2O3為隔膜的二次電池 C　解析：根據(jù)電池反應(yīng)：2Na＋xSeq \o(,\s\up8(放電),\s\do9(充電))Na2Sx可知，放電時，鈉作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Na－e－===Na＋，硫作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx，據(jù)此分析。Na2S4屬于離子化合物，4個硫原子間形成三對共用電子對，電子式為Na＋[]2－Na＋，故A正確；放電時發(fā)生的是原電池反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx，故B正確；放電時，Na為電池的負(fù)極，正極為硫單質(zhì)，故C錯誤；放電時，該電池是以鈉作負(fù)極，硫作正極的原電池，充電時，是電解池，Na－β－Al2O3為隔膜，起到電解質(zhì)溶液的作用，該電池為二次電池，故D正確。 4．(2020·煙臺模擬)以柏林綠Fe[Fe(CN)6]為代表的新型可充電鈉離子電池，其放電工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，Na＋由右室移向左室 B．放電時，Mg箔為負(fù)極，該電極發(fā)生氧化反應(yīng) C．充電時，陽極反應(yīng)式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋ D．用鉛酸蓄電池為該電池充電時，當(dāng)有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移時，Pb電極質(zhì)量減少20.7 g D　解析：由圖可知，右室鎂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Mg箔為負(fù)極，則Mo箔為正極，所以放電時，Na＋由右室移向左室，A、B正確；充電時，Mo(鉬)箔接電源的正極，是電解池的陽極，陽極反應(yīng)式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，C正確；外電路中通過0.2 mol電子的電量時， Pb電極發(fā)生的反應(yīng)為Pb－2e－＋SOeq \o\al(2－,4)===PbSO4，質(zhì)量增加了9.6 g，D錯誤。 5．(2020·青島模擬)LiFePO4二次電池具有安全性能高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于新能源汽車。電池反應(yīng)：Li1－xFePO4＋LixC6eq \o(,\s\up8(放電),\s\do7(充電))LiFePO4＋6C，石墨層和過渡金屬氧化物為電極，離子導(dǎo)體由鋰鹽摻雜在液態(tài)的有機(jī)溶劑中形成(原理如圖)。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，電流由石墨層經(jīng)外電路流向過渡金屬氧化物 B．放電時，正極電極反應(yīng)式：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4 C．充電時，陰極電極反應(yīng)式：xLi＋＋6C＋xe－===LixC6 D．充電時，Li＋向石墨層電極移動，若電路中通過 1 mol電子，質(zhì)量增加7 g D　解析：放電時是原電池的工作原理，電流從正極流向負(fù)極，即由石墨層經(jīng)外電路流向過渡金屬氧化物，故A正確；放電時，正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，故B正確；充電時陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：xLi＋＋6C＋xe－===LixC6，故C正確；充電時，Li＋向陰極即過渡金屬氧化物電極移動，若電路中通過1 mol電子，質(zhì)量增加7 g，故D錯誤。其他高效、環(huán)保型電池 [知識對接] 此類題目主要考查考生閱讀相關(guān)材料、結(jié)合圖示等綜合分析的能力、知識的遷移應(yīng)用能力，做題時注意提煉化合價(jià)變化、電極材料、電解質(zhì)等關(guān)鍵信息。 [應(yīng)用體驗(yàn)] 6．(雙選) Li—SOCl2電池是迄今具有最高能量比的電池。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液(熔點(diǎn)－110 ℃、沸點(diǎn)78.8 ℃)是LiAlCl4—SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。下列說法正確的是(　　) A．該電池不能在寒冷地區(qū)正常工作 B．SOCl2分子的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形 C．該電池工作時，正極反應(yīng)式為2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 D．該電池組裝時，必須在無水無氧條件下進(jìn)行 CD　解析：該電池可以在－110～78.8 ℃環(huán)境下正常工作，所以在寒冷地區(qū)能正常工作，故A錯誤；SOCl2分子的中心原子為S，其價(jià)層電子對數(shù)＝3＋eq \f(1,2)(6－1×2－2×1)＝4，VSEPR模型為四面體形，中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq \f(1,2)(6－1×2－2×1)＝1，則SOCl2分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故B錯誤；根據(jù)電池的總反應(yīng)式4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2可知，Li在負(fù)極失去電子，SOCl2在正極得到電子，則正極反應(yīng)式為2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2，故C正確；Li是活潑金屬，易與O2反應(yīng)，也能與水反應(yīng)，SOCl2遇水會發(fā)生反應(yīng)：SOCl2＋H2O===SO2＋2HCl，因此該電池組裝時，必須在無水無氧條件下進(jìn)行，故D正確。 7．利用微生物可將廢水中苯酚的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，裝置如圖所示。電池工作時，下列說法正確的是(　　) A．a(chǎn)極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng) B．b極的電極反應(yīng)式為2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋－10e－===N2↑＋6H2O C．中間室的Cl－向左室移動 D．左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4 g時，用電器流過2.4 mol電子 C　解析：由題圖可知，在b極上NOeq \o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為N2，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，故b極為正極，a極為負(fù)極，A項(xiàng)錯誤；b極的電極反應(yīng)式為2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋＋ 10e－===N2↑＋6H2O，B項(xiàng)錯誤；原電池中陰離子向負(fù)極移動，故C項(xiàng)正確；左室消耗苯酚的電極反應(yīng)式為C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，9.4 g苯酚的物質(zhì)的量為0.1 mol，故用電器應(yīng)流過2.8 mol電子，D項(xiàng)錯誤。 1．(2021·泰安模擬)中科院科學(xué)家設(shè)計(jì)出一套利用 SO2和太陽能綜合制氫方案，其基本工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．該電化學(xué)裝置中，Pt電極作正極 B．Pt電極的電勢高于BiVO4電極的電勢 C．電子流向：Pt電極→導(dǎo)線→BiVO4電極→電解質(zhì)溶液→Pt電極 D．BiVO4電極上的反應(yīng)式為SOeq \o\al(2－,3)＋2OH－－2e－===SOeq \o\al(2－,4)＋H2O C　解析：Pt電極上發(fā)生還原反應(yīng)，Pt電極作正極，故A正確；Pt電極為正極，BiVO4電極為負(fù)極，所以Pt電極電勢高于BiVO4電極電勢，故B正確；電子從BiVO4電極(負(fù)極)經(jīng)導(dǎo)線流向Pt電極(正極)，但不能進(jìn)入溶液，故C錯誤；BiVO4電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為SOeq \o\al(2－,3)＋2OH－－2e－===SOeq \o\al(2－,4)＋H2O，故D正確。 2．(2020·北京模擬)鋅錳堿性干電池是依據(jù)原電池原理制成的化學(xué)電源。電池中負(fù)極與電解質(zhì)溶液接觸直接反應(yīng)會降低電池的能量轉(zhuǎn)化效率，稱為自放電現(xiàn)象。下列關(guān)于原電池和干電池的說法不正確的是(　　) A．兩者正極材料不同 B．MnO2的放電產(chǎn)物可能是KMnO4 C．兩者負(fù)極反應(yīng)式均為Zn失電子 D．原電池中Zn與稀硫酸存在自放電現(xiàn)象 B　解析：題中左圖為干電池，干電池的正極材料是碳棒，題中右圖為原電池，正極材料是銅單質(zhì)，兩者正極材料不同， A正確；干電池中MnO2應(yīng)作氧化劑，Mn的化合價(jià)降低， B錯誤；所給裝置中Zn均為負(fù)極，Zn失去電子， C正確；根據(jù)自放電現(xiàn)象的定義，Zn與稀硫酸能夠發(fā)生反應(yīng)，即原電池中Zn與稀硫酸存在自放電現(xiàn)象， D正確。 3．(2020·保定模擬)(雙選)新華網(wǎng)報(bào)道，我國固體氧化物燃料電池技術(shù)研發(fā)取得新突破?？茖W(xué)家利用該科技實(shí)現(xiàn)了H2S廢氣資源回收能量，并得到單質(zhì)硫的原理如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．電極a為電池負(fù)極 B．電路中每流過4 mol電子，正極消耗1 mol O2 C．電極b上的電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．電極a上的電極反應(yīng)式：2H2S＋2O2－－2e－===S2＋2H2O AB　解析：電極a上H2S→S，硫元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電池負(fù)極，故A正確；電路中每流過4 mol電子，正極消耗1 mol O2，故B正確；電極b上的電極反應(yīng)式：O2＋4e－===2O2－，故C錯誤；電極a上的電極反應(yīng)式：2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O，故D錯誤。 4．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圖。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)式為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0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化 D．充電時，a電極接外電源負(fù)極 D　解析：根據(jù)電池的工作原理示意圖，可知放電時a電極上I2Br－轉(zhuǎn)化為Br－和I－，電極反應(yīng)式為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A項(xiàng)正確；放電時正極區(qū) I2Br－轉(zhuǎn)化為Br－和I－，負(fù)極區(qū)Zn轉(zhuǎn)化為Zn2＋，溶液中離子的數(shù)目增大，B項(xiàng)正確；充電時b電極發(fā)生反應(yīng)Zn2＋＋2e－===Zn，b電極增重0.65 g時，轉(zhuǎn)移0.02 mol e－，a電極發(fā)生反應(yīng)2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，則有 0.02 mol I－被氧化，C項(xiàng)正確；放電時a電極為正極，充電時，a電極為陽極，接外電源正極，D項(xiàng)錯誤。 5．(2020·全國卷Ⅰ)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn－CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，負(fù)極反應(yīng)式為Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \o\al(2－,4) B．放電時，1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 mol C．充電時，電池總反應(yīng)式為2Zn(OH)eq \o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O D．充電時，正極溶液中OH－濃度升高 D　解析：由題可知，放電時，CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，即CO2發(fā)生還原反應(yīng)，故放電時右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn(OH)eq \o\al(2－,4)；充電時，右側(cè)為陽極，H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2，左側(cè)為陰極，Zn(OH)eq \o\al(2－,4)發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn。放電時，負(fù)極上Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn＋ 4OH－－ 2e－===Zn(OH)eq \o\al(2－,4)，故A正確；放電時，CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，C元素化合價(jià)降低2，則1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2 mol，故B正確；充電時，陽極上H2O轉(zhuǎn)化為O2，負(fù)極上Zn(OH)eq \o\al(2－,4)轉(zhuǎn)化為Zn，電池總反應(yīng)式為2Zn(OH)eq \o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正確；充電時，正極即為陽極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋濃度增大，溶液中c(H＋)· c(OH－)＝Kw，溫度不變時，Kw不變，因此溶液中OH－濃度降低，故D錯誤。 1．(命題情境：電能與能源發(fā)展的問題)氟離子電池是新型電池中的一匹黑馬，其理論比能量高于鋰電池。一種氟離子電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．放電時，b是電源的正極 B．放電時，a極的電極反應(yīng)為LaSrMnO4F2＋2e－===LaSrMnO4＋2F－ C．充電時，電極a接外電源的負(fù)極 D．可將含F(xiàn)－的有機(jī)溶液換成水溶液以增強(qiáng)導(dǎo)電性 B　解析：由于Mg是活潑金屬，Mg2＋氧化性弱，所以原電池放電時，Mg失去電子，作負(fù)極，即b為負(fù)極，a為正極，A錯誤；放電時，a為正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為LaSrMnO4F2＋2e－===LaSrMnO4＋2F－，B正確；充電時電解池的陽極、陰極與原電池的正、負(fù)極對應(yīng)，所以a極接外電源的正極，C錯誤；因?yàn)镸g能與水反應(yīng)，因此不能將有機(jī)溶液換成水溶液，D錯誤。 2．(命題情境：電能與國防安全的問題)熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl－KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放電過程中，Li＋向負(fù)極移動 C．每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，理論上生成20.7 g Pb D．常溫時，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn) B　解析：Ca為原電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，故A不符合題意；原電池中陽離子向正極移動，所以放電過程中，Li＋向正極移動，故B符合題意；根據(jù)電極反應(yīng)式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb，可知每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，理論上生成0.1 mol Pb，質(zhì)量為20.7 g，故C不符合題意；常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài)，離子不能移動，不能產(chǎn)生電流，因此連接電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn)，故D不符合題意。 3．(命題情境：電能與高分子材料的應(yīng)用問題)我國科研工作者研制出基于聚丙烯酸鈉電解質(zhì)的Zn/NiCo－LDMH可充電電池，該電池具有高容量和超長循環(huán)穩(wěn)定性，示意圖如下，電池反應(yīng)為5Zn＋6CoOOH＋4NiOOH＋5H2Oeq \o(,\s\up8(放電),\s\do9(充電))5ZnO＋6Co(OH)2＋4Ni(OH)2。聚丙烯酸鈉是一種超強(qiáng)吸水聚合物，吸收大量Zn(CH3COO)2和KOH溶液作為水和離子含量調(diào)節(jié)劑形成水凝膠電解質(zhì)。下列說法錯誤的是(　　) A．聚丙烯酸鈉是一種有機(jī)高分子聚合物，在水溶液中不會發(fā)生電離 B．聚丙烯酸鈉具有超強(qiáng)吸水性，可避免電池充放電過程中因失水使離子導(dǎo)電率下降 C．放電時，負(fù)極附近pH減小 D．充電時，陽極反應(yīng)為3Co(OH)2＋2Ni(OH)2＋5OH－－5e－===3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O A　解析：由電池反應(yīng)分析可知，電池放電時，Zn的化合價(jià)升高，失去電子，作負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；CoOOH和NiOOH中Co和Ni的化合價(jià)降低，得到電子，作正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O＋5e－===3Co(OH)2＋2Ni(OH)2＋5OH－，充電時陽極反應(yīng)式為放電時正極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。聚丙烯酸鈉是一種有機(jī)高分子聚合物，在水溶液中會電離出聚丙烯酸根離子和鈉離子，A選項(xiàng)錯誤；根據(jù)題干信息，聚丙烯酸鈉是一種超強(qiáng)吸水聚合物，具有超強(qiáng)吸水性，可避免電池充放電過程中因失水使離子導(dǎo)電率下降，B選項(xiàng)正確；由上分析可知放電時，負(fù)極附近OH－濃度降低，pH減小，C選項(xiàng)正確；充電時，Co(OH)2和Ni(OH)2在陽極失去電子生成CoOOH和NiOOH，電極反應(yīng)式為3Co(OH)2＋2Ni(OH)2＋5OH－＋5e－===3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O，D選項(xiàng)正確。 4．(命題情境：電能與科技發(fā)展方向的問題)美國科學(xué)家John B．Goodenough榮獲2019年諾貝爾化學(xué)獎，他指出固態(tài)體系鋰電池是鋰電池未來的發(fā)展方向。Kumar等人首次研究了固態(tài)可充電、安全性能優(yōu)異的鋰空氣電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小稱為電池的比能量。下列說法正確的是(　　) A．放電時，a極反應(yīng)為Al－3e－===Al3＋，b極發(fā)生還原反應(yīng) B．充電時，Li＋由a極通過固體電解液向b極移動 C．與鉛酸蓄電池相比，該電池的比能量小 D．電路中轉(zhuǎn)移4 mol e－，大約需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下112 L空氣 D　解析：鋰比鋁活潑，放電時a極為負(fù)極，鋰單質(zhì)失電子被氧化，反應(yīng)為Li－e－===Li＋，b極為正極得電子，被還原，故A錯誤；充電時a電極鋰離子被還原成鋰單質(zhì)為電解池的陰極，則b為陽極，電解池中陽離子向陰極即a極移動，故B錯誤；因?yàn)殇嚨哪栙|(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉛的摩爾質(zhì)量，失去等量電子需要的金屬質(zhì)量也是鋰遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉛，因此鋰電池的比能量大于鉛蓄電池，故C錯誤；電路中轉(zhuǎn)移4 mol e－，則消耗1 mol氧氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為 22.4 L，空氣中氧氣約占20%，因此需要空氣22.4 L×5＝112 L，故D正確。 5．(命題情境：電能與物質(zhì)制備、環(huán)境保護(hù)的問題)十九大報(bào)告中提出要“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，原理如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．該電池放電時質(zhì)子從Pt2電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt1電極 B．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．Pt2電極附近發(fā)生的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1 D　解析：放電時為原電池，質(zhì)子向正極移動，Pt1電極SO2→H2SO4發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，則該電池放電時質(zhì)子從Pt1電極移向Pt2電極，A錯誤；Pt1電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，SO2被氧化為硫酸，反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===SOeq \o\al(2－,4)＋4H＋，硫酸應(yīng)當(dāng)拆為離子形式，B錯誤；酸性條件下，氧氣得電子生成水， C錯誤；相同條件下，放電過程中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)2SO2＋4H2O－4e－===2SOeq \o\al(2－,4)＋8H＋，正極發(fā)生還原反應(yīng)O2＋4H＋＋4e－===2H2O，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可知，相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1，D正確。考試評價(jià)解讀核心素養(yǎng)達(dá)成1.能分析解釋原電池的工作原理，能設(shè)計(jì)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)變化和能量變化分析、解決新型電池的開發(fā)等實(shí)際問題。宏觀辨識與微觀探析認(rèn)識原電池的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，能從多角度、動態(tài)地分析原電池中物質(zhì)的變化及能量的轉(zhuǎn)化。科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任通過原電池裝置的應(yīng)用，能對與化學(xué)有關(guān)的熱點(diǎn)問題作出正確的價(jià)值判斷，能參與有關(guān)化學(xué)問題的社會實(shí)踐。電極名稱負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2===2H2O實(shí)驗(yàn) 裝置部分實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象a極質(zhì)量減少；b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無變化d極溶解；c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極①不含鹽橋②含鹽橋①不含鹽橋②含鹽橋

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