2020屆二輪復(fù)習(xí) 原電池學(xué)案（全國通用）-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

[考綱·考向·素養(yǎng)]
考綱要求
熱點考向
核心素養(yǎng)
(1)理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。
(2)了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。
(3)了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
(1)原電池的原理及應(yīng)用
(2)金屬的腐蝕與防護
宏觀辨識與微觀探析：從宏觀和微觀相結(jié)合的視角認(rèn)識原電池發(fā)生的電極反應(yīng)和原電池的工作原理。
科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：從創(chuàng)新的視角認(rèn)識新型電池并探究其工作原理。
科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：運用原電池的工作原理解決金屬腐蝕的問題，具有理論聯(lián)系實際的觀念，具有將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識。

1．一念對錯(正確的劃“√”，錯誤的劃“×”)
(1)在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極上發(fā)生還原反應(yīng)(×)
(2)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脂的KCl飽和溶液(×)
(3)鉛蓄電池在放電過程中，負(fù)極質(zhì)量減小，正極質(zhì)量增加(×)
(4)實驗室欲快速制取氫氣，可利用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)(√)
(5)在Mg—Al—NaOH溶液組成的原電池中，因Mg比Al活潑，故Mg作負(fù)極(×)
(6)氫氧固體燃料電池中的正極反應(yīng)為(固體電解質(zhì)只允許O2－通過)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(×)
(7)電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率(√)
(8)黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)(×)
(9)銀質(zhì)獎牌久置后表面變暗，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)(√)
(10)鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕(×)
(11)金屬發(fā)生吸氧腐蝕時，被腐蝕的速率和氧氣濃度無關(guān) (×)
(12)通過加入適量乙酸鈉，設(shè)計成微生物電池可以將廢水中的氯苯轉(zhuǎn)化為苯而除去，其原理如圖所示。

b為負(fù)極，反應(yīng)式為：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，a為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為＋2e－＋H＋===Cl－＋。(√)
(13)某原電池裝置如圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag＋Cl2===2AgCl。下列說法正確的是

當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e－時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子(√)
(14)Mg－AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。該電池負(fù)極反應(yīng)式為Mg－2e－===Mg2＋，同時負(fù)極會發(fā)生副反應(yīng)Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑(√)
2．寫出電極反應(yīng)式
(1)銀鋅電池
總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
負(fù)極：___________________________________________________________；
正極：________________________________________________________________。
(2)鋰電池
總反應(yīng)：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
負(fù)極：________________________________________________________；
正極：______________________________________________________________。
(3)甲烷、氧氣燃料電池。
①酸性介質(zhì)中，如以硫酸為電解質(zhì)溶液
負(fù)極：___________________________________________________________；
正極：______________________________________________________________。
②堿性介質(zhì)中，如以KOH溶液為電解質(zhì)溶液
負(fù)極：______________________________________________________________；
正極：_________________________________________________________________。
③熔融鹽介質(zhì)，如以熔融K2CO3為電解質(zhì)
負(fù)極：_______________________________________________________________；
正極：________________________________________________________________。
④摻雜Y2O3的ZrO2固體作電解質(zhì)(含可自由移動的O2－)
負(fù)極：________________________________________________________________；
正極：_________________________________________________________________。
答案：(1)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
(2)8Li－8e－===8Li＋
3SOCl2＋8e－===SO＋2S＋6Cl－
(3)①CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
O2＋2CO2＋4e－===2CO
④CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
3．如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NH4Cl溶液，乙試管中為NaCl溶液，數(shù)天后導(dǎo)管中觀察到的現(xiàn)象是________________，甲中正極反應(yīng)為________________，乙中正極反應(yīng)為________________。試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量的變化為甲________，乙________(填“增大”“減小”或“不變”)。

答案：導(dǎo)管中液面左低右高　2H＋＋2e－===H2↑　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　減小　減小

考點　原電池的工作原理及應(yīng)用
[真題引領(lǐng)]
1．(2019·全國Ⅲ，T13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設(shè)計了采用強堿性電解質(zhì)的3D-Zn－NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列說法錯誤的是(　　)
A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高
B．充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放電時負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放電過程中OH－通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)
解析：D　[A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，吸附能力強，所沉積的ZnO分散度高，A正確；B.充電相當(dāng)于是電解池，陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)式可知陽極是Ni(OH)2失去電子轉(zhuǎn)化為NiOOH，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正確；C.放電時相當(dāng)于是原電池，負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)式可知負(fù)極反應(yīng)式為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正確；D.原電池中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，則放電過程中OH－通過隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，D錯誤。]
2．(2018·課標(biāo)全國Ⅱ，12)我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2二次電池，將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列說法錯誤的是(　　)

A．放電時，ClO向負(fù)極移動
B．充電時釋放CO2，放電時吸收CO2
C．放電時，正極反應(yīng)為：3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充電時，正極反應(yīng)為：Na＋＋e－===Na
解析：D　[原電池中負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，充電可以看作是放電的逆反應(yīng)。A.放電時是原電池，陰離子ClO向負(fù)極移動，正確；B.電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充電時釋放CO2，放電時吸收CO2，正確；C.放電時是原電池，正極是二氧化碳得到電子轉(zhuǎn)化為碳，反應(yīng)為3CO2＋4e－===2CO＋C，正確；D.充電時是電解池，正極與電源的正極相連，作陽極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為2CO＋C－4e－===3CO2，錯誤。]
3．(2018·課標(biāo)全國Ⅲ，11)一種可充電鋰－空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是(　　)

A．放電時，多孔碳材料電極為負(fù)極
B．放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極
C．充電時，電解質(zhì)溶液中Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移
D．充電時，電池總反應(yīng)為Li2O2－x===2Li＋(1－)O2
解析：D　[放電時，多孔碳材料電極為正極，A錯誤；放電時，外電路電子由負(fù)極流向正極，即由鋰電極流向多孔碳材料電極，B錯誤；充電時，陽離子Li＋向作陰極的鋰電極遷移，C錯誤；D項正確。]
4．(2017·課標(biāo)全國Ⅰ，11)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是(　　)

A．通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零
B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁
C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流
D．通入的保護電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整
解析：C　[將被保護的金屬(鋼管樁)與電源的負(fù)極相連，防止鋼管樁被腐蝕，外加保護電流可以抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流，故其表面腐蝕電流接近于零，A項正確；高硅鑄鐵流向鋼管樁，B項正確；高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，只是用于傳遞電流，故陽極材料不損耗，C項錯誤；金屬的腐蝕受環(huán)境的影響，故通入的電流要根據(jù)環(huán)境條件的變化及時進行調(diào)整，D項正確。]
[知能必備]
1．圖解原電池工作原理

2．新型電池的組成和材料
負(fù)極
Na、Li、Mg、Al、Zn、Fe、Pb…
H2、CO、CH4、CH3OH、N2H4…
正極
Cu、Ag、C、O2、S
PbO2、Ag2O、MnO2、MnO(OH)2、CuO、NiO2、Cd(OH)2、K2FeO4、Li1－xCoO2…
介質(zhì)
酸、堿、熔融氧化物、熔融鹽(如K2CO3)、傳導(dǎo)Li＋熔融化合物
3.電極反應(yīng)式書寫方法和步驟
[第一步]　正、負(fù)極確定和正負(fù)極電極產(chǎn)物確定

[第二步]　轉(zhuǎn)移電子數(shù)的確定
利用電極反應(yīng)物和產(chǎn)物中變價元素化合價變化確定轉(zhuǎn)移電子數(shù)，同時應(yīng)滿足正負(fù)極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等
[第三步]　利用介質(zhì)中的微粒配平電荷
利用介質(zhì)中的離子配平電荷，其中酸用H＋、堿用OH－，熔融氧化物用O2－、熔融碳酸鹽用CO、鋰電池用Li＋，正確處理介質(zhì)中的離子在電極方程式“等號”的左側(cè)還是右側(cè)以及微粒的數(shù)量。
[第四步]　配平其他微粒
如：CH3OH、O2、KOH燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式書寫：
第一步：負(fù)極反應(yīng)物為CH3OH、電極產(chǎn)物為CO
第二步：H3OH－6e－===O
第三步：CH3OH－6e－＋8OH－===CO
第四步：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
(其中正極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－)
4．充電電池的解題技巧
(以xMg＋Mo3S4MgxMo3S4為例)

5．根據(jù)介質(zhì)判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕
正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。
6．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律
(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中＞弱電解質(zhì)溶液中＞非電解質(zhì)溶液中。
(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。
(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。
[題組訓(xùn)練]
[題組1]　原電池原理
1．一定條件下，實驗室利用如圖所示裝置，通過測定電壓求算Ksp(AgCl)。工作一段時間后，兩電極質(zhì)量均增大。下列說法正確的是(　　)

A．右池中的銀電極作負(fù)極
B．正極反應(yīng)為Ag－e－===Ag＋
C．總反應(yīng)為Ag＋＋Cl－===AgCl↓
D．鹽橋中的NO向右池方向移動
解析：C　[抓住“兩電極質(zhì)量均增大”判斷，若右池中的銀電極作負(fù)極，Ag失去電子被氧化為Ag＋，Ag－e－===Ag＋，電極質(zhì)量減輕，A項錯誤；若左池中Ag失去電子被氧化為Ag＋，再結(jié)合溶液中的Cl－生成AgCl，Ag－e－＋Cl－===AgCl，左池電極質(zhì)量增大；此時右池電解質(zhì)溶液中的Ag＋在銀電極表面得到電子被還原為Ag，Ag＋＋e－===Ag，即右池的銀電極為正極；兩個電極反應(yīng)式相加得到總反應(yīng)：Ag＋＋Cl－===AgCl↓；綜上所述，B項錯誤，C項正確。鹽橋中的NO向左池方向移動，D項錯誤。]
2．下面是利用鹽橋電池從某些含碘鹽中提取碘的兩個裝置，下列說法中正確的是(　　)

A．兩個裝置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ作負(fù)極
B．碘元素在裝置①中被還原，在裝置②中被氧化
C．①中MnO2極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
D．裝置①、②中生成等量的I2時，導(dǎo)線上通過的電子數(shù)之比為1∶5
解析：D　[裝置①中碘離子失去電子，石墨Ⅰ是負(fù)極，裝置②中碘酸鈉得到電子，石墨Ⅱ作正極，A項錯誤；根據(jù)A項分析可知，碘元素在裝置①中被氧化，在裝置②中被還原，B項錯誤；①中MnO2得到電子，溶液呈酸性，則電極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C項錯誤；①中1 mol碘化鈉失去1 mol電子，②中1 mol碘酸鈉得到5 mol電子，則裝置①、②中生成等量的I2時，導(dǎo)線上通過的電子數(shù)之比為1∶5，D項正確。]
[題組2]　新型電源
3．如圖是一種鋰釩氧化物熱電池裝置，電池總反應(yīng)為xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8。工作時，需先引發(fā)鐵和氯酸鉀反應(yīng)使共晶體熔化，下列說法不正確的是(　　)

A．組裝該電池應(yīng)當(dāng)在無水、無氧的條件下進行
B．整個過程的能量轉(zhuǎn)化涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能
C．放電時LiV3O8電極反應(yīng)為：xLi＋＋LiV3O8－xe－===Li1＋xV3O8
D．充電時Cl－移向LiV3O8電極
解析：C　[A.Li是活潑的金屬，因此組裝該電池應(yīng)當(dāng)在無水、無氧的條件下進行，A正確；B.整個過程的能量轉(zhuǎn)化涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能以及化學(xué)能和熱能之間的轉(zhuǎn)化，B正確；C.放電時正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即正極反應(yīng)式為xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8，C錯誤；D.放電時Cl－移向負(fù)極，移向鋰電極，因此充電時Cl－移向LiV3O8電極，D正確。]
4．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
解析：D　[A.由圖可知，右室發(fā)生氧化反應(yīng)，Mg箔為負(fù)極，則Mo(鉬)箔為正極，所以放電時，Na＋由右室移向左室，A正確；B.放電時，Mg箔為負(fù)極，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；C.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；D.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－＋SO===PbSO4，質(zhì)量增加了96 g，D錯誤。]
[題組3]　金屬的腐蝕與防護
5．下面兩套實驗裝置，都涉及金屬的腐蝕，假設(shè)其中的金屬塊和金屬絲都是足量的。下列敘述正確的是(　　)

A．裝置Ⅰ在反應(yīng)過程中只生成NO2氣體
B．裝置Ⅱ開始階段鐵絲只發(fā)生析氫腐蝕
C．裝置Ⅱ在反應(yīng)過程中能產(chǎn)生氫氣
D．在反應(yīng)結(jié)束時裝置Ⅰ溶液中的金屬陽離子只有Cu2＋
解析：C　[裝置Ⅰ中，鐵被濃硝酸鈍化，銅與濃硝酸反應(yīng)，在這種條件下，銅作原電池的負(fù)極，鐵作正極，反應(yīng)生成紅棕色的NO2，因為金屬是足量的，隨著反應(yīng)的進行，濃硝酸變?yōu)橄∠跛?，隨后鐵作負(fù)極，銅作正極，稀硝酸發(fā)生還原反應(yīng)生成無色的NO，因金屬過量，溶液中的Cu2＋會被鐵還原為Cu單質(zhì)，故反應(yīng)結(jié)束時，溶液中只有Fe2＋，A、D兩項錯誤。因為裝置Ⅱ中充滿氧氣，一開始發(fā)生吸氧腐蝕，消耗氧氣，導(dǎo)致左邊液面上升，鐵與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，發(fā)生析氫腐蝕，B項錯誤。]
6．溶液pH對含有碳雜質(zhì)的金屬鋁的腐蝕影響關(guān)系如下圖，下列說法正確的是(　　)

A．金屬鋁在Na2CO3稀溶液中腐蝕嚴(yán)重
B．電解液的pH＝9.5時，可發(fā)生原電池反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)為Al－3e－===Al3＋
C．可用電解法在金屬鋁表面生成保護膜，其原理為2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
D．鋁制餐具應(yīng)該經(jīng)常打磨以保持餐具光亮如新
解析：C　[A.Na2CO3溶液中存在水解平衡：CO＋H2OHCO＋OH－，CO濃度增大，水解平衡右移，OH－濃度越大，pH越大，根據(jù)圖像知腐蝕越嚴(yán)重，A錯誤；B.由圖可知，pH＝9.5時，鋁被腐蝕，負(fù)極反應(yīng)為Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B錯誤；C.將鋁作陽極，電解時可形成Al2O3保護膜：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，C正確；D.鋁制餐具外面的保護膜防止了鋁的進一步被腐蝕，所以不應(yīng)經(jīng)常打磨，D錯誤。]
[題組4]　可充電電池
7．如圖所示是一種利用鋰電池“固定CO2”的電化學(xué)裝置，在催化劑的作用下，該電化學(xué)裝置放電時可將CO2轉(zhuǎn)化為C和Li2CO3，充電時選用合適催化劑，只有Li2CO3發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出CO2和O2。下列說法正確的是(　　)

A．該電池放電時，Li＋向電極X方向移動
B．該電池充電時，每轉(zhuǎn)移0.4 mol電子，理論上陽極產(chǎn)生4.48 L CO2
C．該電池放電時，每轉(zhuǎn)移4 mol電子，理論上生成1 mol C
D．該電池充電時，陽極反應(yīng)式為C＋2Li2CO3－4e－===3CO2↑＋4Li＋
解析：C　[電池放電時，Y極上CO2轉(zhuǎn)化為C和Li2CO3，Y極作正極，Li＋向電極Y方向移動，A項錯誤；沒有注明狀態(tài)，無法計算體積，B項錯誤；該電池放電時發(fā)生的反應(yīng)為3CO2＋4e－＋4Li＋===C＋2Li2CO3，所以每轉(zhuǎn)移4 mol電子，理論上生成1 mol C，C項正確；陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，題中信息提示只有Li2CO3發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出CO2和O2，故陽極反應(yīng)式為2Li2CO3－4e－===2CO2↑＋4Li＋＋O2↑，D項錯誤。]
8．如圖所示，裝置(Ⅰ)為一種可充電電池的示意圖，其中離子交換膜只允許K＋通過，該電池充、放電的化學(xué)方程式為2K2S2＋KI3K2S4＋3KI。裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖。當(dāng)閉合開關(guān)K時，X附近溶液先變紅。下列說法正確的是(　　)

A．閉合K時，K＋從右到左通過離子交換膜
B．閉合K時，電極A上發(fā)生的電極反應(yīng)為3I－－2e－===I
C．閉合K時，電極X上發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑
D．閉合K時，當(dāng)有0.1 mol K＋通過離子交換膜，X電極上產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體1.12 L
解析：D　[X附近溶液先變紅，則X為陰極，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；電極A為負(fù)極，陽離子由負(fù)極向正極移動，負(fù)極反應(yīng)式為2S－2e－===S，A、B、C三項均錯誤；當(dāng)有0.1 mol K＋通過離子交換膜時，則轉(zhuǎn)移電子0.1 mol，電極X生成0.05 mol H2，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12 L，D項正確。]

1．現(xiàn)有二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池，其原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)

A．該電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合
B．該電池工作時質(zhì)子從Pt1電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt2電極
C．Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
D．Pt2電極附近發(fā)生的反應(yīng)為：O2＋2e－＋2H2O===4H＋
解析：D　[A.二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池，吸收了空氣中的二氧化硫起到了環(huán)保的作用，產(chǎn)物中有硫酸，而且發(fā)電，A正確；B.SO2失去電子生成SO，失電子，為負(fù)極，在原電池中，陽離子向正極移動，H＋從Pt1(負(fù)極)向Pt2(正極)移動，B正確；C.SO2失去電子生成SO，電解質(zhì)溶液為酸性，根據(jù)得失電子守恒，負(fù)極的方程式為SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，C正確；D.選項中的方程式O2＋2e－＋2H2O===4H＋，電荷不守恒和原子個數(shù)不守恒，應(yīng)該為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D不正確。]
2．鋰—銅空氣燃料電池是低成本高效電池。該電池通過一種復(fù)雜的銅“腐蝕”現(xiàn)象產(chǎn)生電能，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列說法不正確的是(　　)

A．放電時，Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動
B．通空氣時，銅被腐蝕，產(chǎn)生Cu2O
C．放電時，正極的電極反應(yīng)式為：Cu2O＋2H＋＋2e－===2Cu＋H2O
D．整個反應(yīng)過程中，氧化劑為O2
解析：C　[A.放電時，陽離子向正極移動，則Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動，A正確；B.放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可以知道通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，B正確；C.正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，則正極的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C錯誤；D.通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，放電時Cu2O轉(zhuǎn)化為Cu，則整個反應(yīng)過程中，銅相當(dāng)于催化劑，得電子的物質(zhì)是氧氣，所以氧氣為氧化劑，D正確。]
3．最近報道的一種處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖如下。裝置工作時，下列說法不正確的是(　　)

A．化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br /> B．鹽橋中K＋向X極移動
C．電子由X極沿導(dǎo)線流向Y極
D．Y極發(fā)生的反應(yīng)為2NO＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O，周圍pH增大
解析：B　[根據(jù)題意，利用該裝置發(fā)電，說明該裝置為原電池裝置，根據(jù)圖像，NH3在X電極上轉(zhuǎn)化成N2，N的化合價由－3價→0價，化合價升高，根據(jù)原電池工作原理，即X電極為負(fù)極，則Y電極為正極；A.該裝置為電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，A正確；B.根據(jù)原電池工作原理，陽離子向正極移動，即K＋向Y電極移動，B錯誤；C.根據(jù)原電池的工作原理，電子從X電極經(jīng)外電路流向Y電極，C正確；D.根據(jù)圖像，Y電極上NO→N2，化合價降低，電極反應(yīng)式為2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，消耗H＋，因此pH增大，D正確。]
4．將兩根鐵釘分別纏繞銅絲和鋁條，放入滴有混合溶液的容器中，如圖所示，下列敘述錯誤的是(　　)

A．a(chǎn)中鐵釘附近呈現(xiàn)藍(lán)色沉淀
B．b中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色
C．b中發(fā)生吸氧腐蝕
D．a(chǎn)中銅絲附近有氣泡產(chǎn)生
解析：B　[A項，a構(gòu)成的是鐵銅原電池，鐵作為負(fù)極：Fe—2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，正確；B項，b中構(gòu)成鐵鋁原電池，鋁作負(fù)極被氧化，鐵作正極被保護，沒有Fe3＋生成，鐵釘附近不可能呈現(xiàn)紅色，錯誤；C項，b中發(fā)生的是吸氧腐蝕，正確；D項，a中發(fā)生的是析氫腐蝕，正極銅絲附近有H2生成而產(chǎn)生氣泡，正確。]
5．某同學(xué)做了如下實驗：
裝置

現(xiàn)象
電流計指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)
電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
下列說法正確的是(　　)
A．加熱鐵片Ⅰ所在燒杯，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
B．用KSCN溶液檢驗鐵片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判斷電池的正、負(fù)極
C．鐵片Ⅰ、Ⅲ的腐蝕速率相等
D．“電流計指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”，說明鐵片Ⅰ、Ⅱ均未被腐蝕
解析：A　[Fe在NaCl溶液中發(fā)生吸氧腐蝕，加熱鐵片Ⅰ所在燒杯使鐵片Ⅰ失電子的速率加快，導(dǎo)致鐵片Ⅰ失電子速率大于鐵片Ⅱ失電子速率，會有電子通過電流計，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A正確；右圖裝置中“電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說明形成了原電池，左邊燒杯中氯化鈉溶液濃度較大，腐蝕速率較快，鐵片Ⅲ作負(fù)極，失電子生成亞鐵離子，向其附近溶液加KSCN溶液無現(xiàn)象，鐵片Ⅳ作正極被保護，向其附近溶液加KSCN溶液也無現(xiàn)象，因此不能判斷電池正、負(fù)極，B錯誤；左圖裝置沒有形成原電池，右圖裝置形成了原電池，形成原電池會加快反應(yīng)速率，故鐵片Ⅲ的腐蝕速率比鐵片Ⅰ的腐蝕速率快，C錯誤；鐵片Ⅰ、Ⅱ都發(fā)生了吸氧腐蝕，但二者的腐蝕速率相同，故“電流計指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”，D錯誤。]
6．如圖是發(fā)表于《科學(xué)進展》期刊的一種能夠捕捉CO2的電化學(xué)裝置。下列說法正確的是(　　)

A．該裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．正極的電極反應(yīng)為2CO2＋2e－===C2O
C．每生成1 mol的草酸鋁，外電路中轉(zhuǎn)移3 mol電子
D．隨著反應(yīng)的進行，草酸鹽的濃度減小
解析：B　[該裝置是原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤。根據(jù)裝置圖可知，鋁作負(fù)極，石墨電極作正極，由圖示可知二氧化碳在正極得電子變成草酸根，正極的電極反應(yīng)為2CO2＋2e－===C2O，B正確。鋁作負(fù)極，每生成1 mol Al2(C2O4)3，外電路中轉(zhuǎn)移6 mol電子，C錯誤。每轉(zhuǎn)移6 mol電子時，正極產(chǎn)生3 mol草酸根，負(fù)極消耗3 mol草酸根，故草酸鹽的濃度不變，D錯誤。]
7．中科院董紹俊課題組將二氧化錳和生物質(zhì)置于一個由濾紙制成的折紙通道內(nèi)形成電池(如圖所示)，該電池可將可樂(pH＝2.5)中的葡萄糖作為燃料獲得能量。下列說法中正確的是(　　)

A．a(chǎn)極為正極
B．隨著反應(yīng)不斷進行，負(fù)極區(qū)的pH不斷增大
C．b極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
D．消耗0.01 mol葡萄糖，電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子
解析：D　[此裝置為燃料電池，燃料為葡萄糖(C6H12O6)，被氧化后生成葡萄糖內(nèi)酯(C6H10O6)，a為負(fù)極，A錯誤；a極反應(yīng)為C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，負(fù)極區(qū)pH不斷減小，B錯誤；生成的H＋移動到b極，b電極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C錯誤；由電極反應(yīng)式可知每消耗0.01 mol葡萄糖，電路中轉(zhuǎn)移0.02 mol電子，D正確。]
8．一種突破傳統(tǒng)電池設(shè)計理念的MgSb液態(tài)金屬儲能電池，其工作原理如圖所示。該電池所用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變。該電池工作一段時間后，可由太陽能電池充電。下列說法不正確的是(　　)

A．放電時，Mg(液)層的質(zhì)量減小
B．放電時，正極反應(yīng)式為Mg2＋＋ 2e－===Mg
C．充電時，MgSb(液)層發(fā)生還原反應(yīng)
D．充電時，Cl－向中層和下層分界面處移動
解析：C　[由圖中電流方向可知，放電時Mg(液)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Mg－2e－===Mg2＋，Mg(液)層的質(zhì)量減小，A正確；放電時MgSb(液)層是正極，由題中描述中間層熔融鹽的組成及濃度不變可知，正極反應(yīng)為Mg2＋＋2e－===Mg，B正確；MgSb(液)層放電時為正極，則充電時為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，C錯誤；該電池充電時，上層是陰極、下層是陽極，Cl－向陽極移動，D正確。]
9．據(jù)最近報道，中國的首艘國產(chǎn)航母“山東號”已經(jīng)下水。為保護航母、延長其服役壽命可采用兩種電化學(xué)方法。方法1：艦體鑲嵌一些金屬塊；方法2：航母艦體與電源相連。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．方法1為外加電流的陰極保護法
B．方法2為犧牲陽極的陰極保護法
C．方法1中金屬塊可能是鋅、錫和銅
D．方法2中艦體連接電源的負(fù)極
解析：D　[艦體是由鋼板制成的，方法1艦體鑲嵌的金屬塊必須是比鐵活潑的金屬，如鋅等，不能用錫和銅等金屬活動性弱于鐵的金屬，該方法為犧牲陽極的陰極保護法，故A、C錯誤。方法2航母艦體必須與電源負(fù)極相連，該方法為外加電流的陰極保護法，故D正確，B錯誤。]
10．鋰碘電池應(yīng)用于心臟起搏器，使用壽命超過10年，負(fù)極是鋰，正極是聚2乙烯基吡啶(P2VP)和I2復(fù)合物，工作原理為2Li＋P2VP·nI2===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，下列敘述錯誤的是(　　)
A．該電池是電解質(zhì)為非水體系的二次電池
B．工作時Li＋向正極移動
C．正極反應(yīng)式為P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2
D．該電池具有全時間工作、體積小、質(zhì)量小、壽命長等優(yōu)點
解析：A　[鋰碘電池的負(fù)極是鋰，鋰會與水反應(yīng)生成LiOH和H2，且該電池不是可充電電池，故該電池是電解質(zhì)為非水體系的一次電池，A錯誤；原電池工作時，陽離子向正極移動，故Li＋向正極移動，B正確；負(fù)極反應(yīng)式為Li－e－===Li＋，結(jié)合電池總反應(yīng)式可得，正極反應(yīng)式為P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，C正確；該電池應(yīng)用于心臟起搏器，使用壽命超過10年，據(jù)此推測，該電池具有全時間工作、體積小、質(zhì)量小、壽命長等優(yōu)點，D正確。]
11．鋰空氣充電電池有望成為電動汽車的實用儲能設(shè)備。工作原理示意圖如下，下列敘述正確的是(　　)

A．該電池工作時Li＋向負(fù)極移動
B．Li2SO4溶液可作該電池的電解質(zhì)溶液
C．電池充電時間越長，電池中Li2O含量越多
D．電池工作時，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2
解析：D　[原電池中，陽離子應(yīng)該向正極移動，A錯誤；單質(zhì)鋰會與水反應(yīng)生成氫氧化鋰和氫氣，所以該電池中不能使用水溶液作電解質(zhì)溶液，B錯誤；電池充電時的反應(yīng)與放電時的反應(yīng)互為逆過程，因此充電時間越長，Li2O含量應(yīng)該越少，C錯誤；題目給出正極反應(yīng)為xLi＋＋O2＋xe－===LixO2，當(dāng)反應(yīng)中O的化合價由0價變?yōu)椋?價時，1個O2參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移2個電子，所以x＝2，正極反應(yīng)為2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，D正確。]
12．完成下列各題。
(1)用電化學(xué)法模擬工業(yè)處理SO2。將硫酸工業(yè)尾氣中的SO2通入圖甲裝置(電極均為惰性材料)進行實驗，可用于制備硫酸，同時獲得電能。

①M極發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________，N極區(qū)溶液pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。
②若使該裝置的電流強度達(dá)到2.0 A，理論上8 min內(nèi)應(yīng)向負(fù)極通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為________L(已知：1個電子所帶電量為1.6×10－19 C，阿伏加德羅常數(shù)為6×1023)。
(2)圖乙是硼氫化鈉過氧化氫燃料電池示意圖。該電池工作時，正極附近溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________
________________________________________________________________________。

(3)如圖丙是某甲醇燃料電池工作的示意圖。質(zhì)子交換膜(只有質(zhì)子能夠通過)左右兩側(cè)的溶液均為1 L 2 mol·L－1的H2SO4溶液。電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________，當(dāng)電池中有1 mol e－發(fā)生轉(zhuǎn)移時左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為________g(假設(shè)反應(yīng)物耗盡，忽略氣體的溶解)。

(4)如圖丁是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。

①催化劑a表面發(fā)生的電極反應(yīng)式：_____________________________________。
②標(biāo)準(zhǔn)狀況下每回收44.8 L CO2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________________。
解析：(1)①由圖可知，SO2在M極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成H2SO4：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。N極上O2在酸性條件下發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：4H＋＋O2＋4e－===2H2O，溶液的酸性減弱，pH變大。
②負(fù)極發(fā)生的是SO2失電子的氧化反應(yīng)，負(fù)極通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積可用V表示，則×2×6×1023×1.6×10－19＝2.0×8×60，解得V＝0.112 L。
(2)由圖乙知在B極發(fā)生反應(yīng)H2O2＋2e－===2OH－，B極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，故B極為正極，由于生成了OH－，正極附近溶液的pH增大；負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，H元素化合價由－1價升高至＋1價，再結(jié)合電荷守恒可得負(fù)極的電極反應(yīng)式為BH＋8e－＋8OH－===BO＋6H2O。
(3)a極通入的是甲醇，是燃料電池的負(fù)極，在酸性介質(zhì)中CH3OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，根據(jù)得失電子守恒及電荷守恒可得a極電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。當(dāng)電池中有1 mol e－發(fā)生轉(zhuǎn)移時左側(cè)溶液通入甲醇、逸出CO2，質(zhì)量減少了 mol×(44－32) g·mol－1＝2 g，同時還有1 mol H＋移向右側(cè)，減少了1 g，所以左側(cè)溶液質(zhì)量共減少3 g；右側(cè)b極發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，當(dāng)電池中有1 mol e－發(fā)生轉(zhuǎn)移時右側(cè)溶液增重 mol×32 g·mol－1＝8 g，加上從左側(cè)轉(zhuǎn)移過來的1 g H＋，所以右側(cè)共增重9 g，因此左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為9 g＋3 g＝12 g。
(4)①由圖可知，催化劑a表面水失電子生成氧氣，發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
②HCOOH中碳為＋2價，CO2中碳為＋4價，標(biāo)準(zhǔn)狀況下每回收44.8 L CO2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為×6.02×1023 mol－1×(4－2)＝2.408×1024。
答案：(1)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　變大
②0.112
(2)增大　BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O
(3)CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　12
(4)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
②2.408×1024