浙江省备战高考化学一遍过考点09原电池原理及其应用（含解析）.docx

考点09 原电池原理及其应用一、原电池1原电池的基本概念（1）原电池：把化学能转化为电能的装置。（2）原电池的电极负极：电子流出活动性较强发生氧化反应；正极：电子流入活动性较弱发生还原反应。（3）原电池的构成条件能自发发生氧化还原反应。具有活动性不同的两个电极(金属和金属或金属和非金属)。形成闭合回路或在溶液中相互接触。2原电池的工作原理 (以ZnCu原电池为例单液原电池双液原电池装置图电极与电极反应负极(锌片) Zn2eZn2+ (氧化反应)正极(铜片) Cu2+2eCu (还原反应)电子流向由锌片沿导线流向铜片离子迁移方向阴离子向负极迁移；阳离子向正极迁移电池反应方程式Zn+Cu2+Cu+Zn2+两类装置的不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗Zn与氧化剂Cu2+不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长（1）一般条件下，较活泼的金属材料作负极，失去电子，电子经外电路流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成环路。在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能与电解质不反应；不发生反应的可看作金属发生吸氧腐蚀，如图所示。闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触，如图所示。（2）在原电池中，电流流动方向与电子流动方向相反。（3）原电池的判定：一看有无外接电源，若有外接电源则为电解池，若无外接电源则可能为原电池；二看电极是否用导线相连并与电解质溶液形成闭合电路；三看电极与电解质溶液是否能发生自发的氧化还原反应。3原电池电极反应式的书写（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。判断正负极的方法不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：负极：Cu2eCu2+正极：2+ 4H+ + 2e2H2O + 2NO2再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：负极：2Al + 8OH6e2+ 2H2O正极：6H2O+6e6OH+3H2（2）要注意电解质溶液的酸碱性。在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以离子形式存在，而不是放出CO2气体。（3）要考虑电子的转移数目。在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。（4）要利用总的反应方程式。从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。注意：介质对电极反应式书写的影响中性溶液反应物若是H+得电子或OH失电子，则H+或OH均来自于水的电离。酸性溶液反应物或生成物中均没有OH。碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。水溶液中不能出现O2。二、原电池原理的应用原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种的电池。加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H+和OH形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：负极：2Fe4e2Fe2+ 正极：O2+4e+2H2O4OH电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。三、化学电源1电池的分类：2常见的化学电源（1）一次电池锌银电池锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，其电极反应如下：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；电池总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。普通锌锰电池碱性锌锰电池装置电极反应负极：Zn2eZn2+正极：2+2MnO2+2e2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O负极：Zn+2OH2eZn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH+2OH总反应：Zn + 2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2特点优点：制作简单，价格便宜；缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快优点：克服了普通锌锰干电池的缺点，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电（2）二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池 放电时的电极反应负极：Pb(s)+(aq)2ePbSO4(s)(氧化反应)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+(aq)+2ePbSO4(s)+2H2O(l)(还原反应)总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 充电时的电极反应阴极：PbSO4(s)+2ePb(s)+(aq)(还原反应)阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)2ePbO2(s)+4H+(aq)+(aq)(氧化反应)总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)（3）燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。A、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。装置电池总反应2H2+O22H2O介质酸性(H+)负极：2H24e4H+正极：O2+4H+4e2H2O中性(Na2SO4)负极：2H24e4H+正极：O2+2H2O+4e4OH碱性(OH)负极：2H2+4OH4e4H2O正极：O2+2H2O+4e4OHB、甲醇燃料电池甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质：碱性电解质(KOH溶液为例)总反应式：2CH3OH + 3O2 +4KOH= 2K2CO3 + 6H2O正极的电极反应式为：3O2 + 12e + 6H2O=12OH 负极的电极反应式为：CH3OH 6e +8OH = CO32+ 6H2O 酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反应：2CH3OH +3O2 =2CO2 + 4H2O正极的电极反应式为：3O2+12e+12H+ = 6H2O负极的电极反应式为：2CH3OH 12e+2H2O =12H+ 2CO2说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同。C、甲烷燃料电池甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2= K2CO3+3H2O。负极发生的反应：CH4 8e +8OH=CO2 + 6H2O、CO2 + 2OH=CO32 + H2O，所以：负极的电极反应式为：CH4 +10OH + 8e = CO32 + 7H2O正极发生的反应有：O2 + 4e =2O2和O2 + H2O = 2OH，所以：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e = 4OH说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式。D、铝空气海水电池我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。负极的电极反应式为：4Al12e=4Al3+正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e=12OH总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3说明：铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积。考向一 原电池工作原理典例1 某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。下列有关该电池的说法正确的是A铜片上的电极反应：Cu22e=CuB外电路中电子由铜片经导线流向锌片C电池工作时电能直接转化为化学能D该电池工作时，若有13克锌被溶解，则铜片上产生标况下4.48 L H2【解析】A项，在该装置图中，Zn、Cu及电解质溶液构成原电池。由于金属活动性：ZnCu，所以Zn为负极，失去电子，Cu为正极，在正极上溶液中的H得到电子，生成H2，错误；B项，外电路中电子由负极Zn片经导线流向Cu片，错误；C项，电池工作时，将化学能转化为电能，错误；D项，该电池工作时，若有13克锌被溶解，n(Zn)mM13 g65 g/mol0.2 mol，则由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铜片上产生标况下V(H2)nVm0.2 mol 22.4 L/mol4.48 L，正确。【答案】D1分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O+6e6OH+3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe3eFe3+D中Cu作正极，电极反应式为2H+2eH2判断原电池正、负极的七种方法（1）由组成原电池的两极材料判断。一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属为正极。(但也有一些并不与活泼性一致，如Mg、Al在酸性介质中，Mg作负极，而在碱性介质中，Al作负极)（2）根据电流方向或电子流动方向判断。在外电路，电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。（3）根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。（4）根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。（5）X极增重或减轻。工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X极为正极；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。（6）X极有气体产生。工作后，X极上有气体产生，一般若发生了析出H2的电极反应，说明X极为正极。（7）根据X极附近pH的变化来判断。析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了，说明X极为正极。考向二 判断金属的活泼性及反应速率典例1 M、N、P、E四种金属，已知：M+N2+N+M2+；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为 E2+2eE，N2eN2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是APMNEBENMPCPNMEDEPMN【解析】由知，金属活动性：MN；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：PM；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：NE。综合可知，A正确。【答案】A2等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是考向三 燃料电池典例1 美国GTEC燃料电池以利用民用燃气为原料气，其结构如下图，有关该电池的说法不正确的是A电池工作时，电流由负荷的a流向bB电池工作一段时间后，电解质物质的量理论上保持不变C通入空气的一极的电极反应式是：O22H2O4e=4OHD外电路中每通过0.2 mol电子，所消耗的燃料体积不小于2.24 L(标况下)【解析】外电路中电流由电池的正极流向负极，A项正确；电解质仅为传导作用，没有变化，B项正确；通入空气的一极是O2得到电子生成O2，电极反应式为O24e=2O2，C项错误；因2H2O2=2H2O，2COO2=2CO2，故外电路中每通过0.2 mol电子时，需消耗的标况下的氢气或一氧化碳均为2.24 L，D项正确。【答案】C3糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC)，它使用便宜的酶代替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断不合理的是A该电池不宜在高温下工作B若该电池为酸性介质，正极反应式为O2+4e+4H+=2H2OC放电过程中，电池内阳离子向正极迁移D若该电池为碱性介质，以葡萄糖为原料并完全氧化，负极反应式为C6H12O624e+6H2O=6CO2+24H+燃料电池电极反应书写的注意事项（1）燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。（2）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。（3）燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成OH，碱性溶液中不能生成H+；水溶液中不能生成O2，而熔融电解质中O2被还原为O2。（4）正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应。考向四 新型电池典例1 某新型电池以NaBH4(B的化合价为3价)和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用)，该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是A每消耗3 mol H2O2，转移6 mol eB电池工作时Na从b极区移向a极区Ca极上的电极反应式为BH8OH8e=BO6H2ODb极材料是MnO2，该电池总反应方程式：NaBH44H2O2=NaBO26H2O【解析】正极电极反应式为H2O22e=2OH，每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 mol，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na从a极区移向b极区，故B错误；负极发生氧化反应生成BO，电极反应式为BH8OH8e=BO6H2O，故C正确；电极b采用MnO2为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH，负极发生氧化反应生成BO，该电池总反应方程式为NaBH44H2O2=NaBO26H2O，故D正确。【答案】B4现在污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示，下列说法正确的是A电流方向从B极沿导线经小灯泡流向A极BA极的电极反应式为+eCl+C当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H+的个数为0.2NADB极为电池的正极，发生还原反应1干电池原理示意图如下，电池总反应为：Zn2NH=Zn22NH3H2，下列说法正确的是A碳为电池的正极BZn极上发生还原反应 CZn2移向该电池的负极D反应2NH2e=2NH3H2在负极上发生2如图所示，杠杆AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中分别滴入CuSO4浓溶液和FeSO4浓溶液。一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)A杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低B杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高C当杠杆为导体时，A端低B端高D当杠杆为导体时，A端高B端低3硼化钒(VB2)空气电池是目前储电能力最强的电池，电池结构示意图如图，该电池工作时总反应为4VB211O2=4B2O32V2O5，下列说法正确的是A电极a为电池负极，发生还原反应B每消耗1 mol VB2转移6 mol电子C电池工作时，OH向电极a移动DVB2极发生的电极反应式为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O4利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO22H2O2HCOOHO2，装置如下图所示。下列说法不正确的是A该装置将太阳能转化为化学能和电能B电极1周围pH增大C电极2上发生的反应为CO22H2e=HCOOHDH由电极1室经过质子膜流向电极2室5某同学利用氧化还原反应：2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池，盐桥中装有饱和溶液。下列说法正确的是Ab电极上发生还原反应B外电路电子的流向是从a到bC电池工作时，盐桥中的移向甲烧杯Da电极上发生的反应为+8H+5eMn2+4H2O6近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，如图所示。下列说法不正确的是A放电时，Li透过固体电解质向Cu极移动B放电时，负极的电极反应式为Cu2OH2O2e=2Cu2OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD整个反应过程中，铜相当于催化剂7“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能。用熔融Na2CO3作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是A该电池的总反应为CO2=CO2B煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高C进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响D电子由电极b沿导线流向电极a，入口A加入的物质为煤粉8NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是A放电时，NO向石墨电极迁移B石墨附近发生的反应为NOO2e=NOC电池总反应式为4NO2O2=2N2O5D当外电路通过4 mol e，负极上共产生2 mol N2O59一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法错误的是A电池工作时，光能转变为电能，X为电池的负极B镀铂导电玻璃上发生氧化反应生成IC电解质溶液中发生反应：2Ru33I2Ru2ID电池工作时，电解质溶液中I和I的浓度基本不变10斯坦福大学华人化学家戴宏杰率领的团队研制出一种可在一分钟内充满电的超常性能铝离子电池，该电池采用新型石墨(Cn)和铝作电极，和有机阳离子构成电解质溶液，已知负极电极反应式为Al-3e-+74。下列说法不正确的是A充电时，该电池负极应连接外接电源的负极B放电时，电子从铝电极流出经过电解质溶液到达石墨电极C充电时，阳极的电极反应式为Cn+-e-CnAlCl4D放电时，电路中每转移1 mol电子，负极的质量就减轻9 g11人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl该电池的负极反应式是 ；在电池中，Na不断移动到“水”电池的 极(填“正”或“负”)；外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是 。（2）中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时，b口通入的物质为 。该电池负极的电极反应式 。工作一段时间后，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有 NA个电子转移。（3）Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式： 。12（1）高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1所示是高铁电池的模拟实验装置。 图1 图2该电池放电时正极的电极反应式为_。若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn_g(已知F96 500 Cmol1)。盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_(填“左”或“右”)移动。图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有_。（2）有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，电池正极的电极反应式是_，A是_。（3）利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如下图所示。该电池中O2可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2的移动方向_(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_。浙江真题题组12019年4月浙江选考化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是AZn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B正极的电极反应式为Ag2O2eH2O2Ag2OHC锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降22018年11月浙江选考最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是A右边吸附层中发生了还原反应B负极的电极反应是H22e2OH = 2H2OC电池的总反应是2H2O2 = 2H2OD电解质溶液中Na向右移动，ClO向左移动32018年4月浙江选考锂(Li)空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是A金属锂作负极，发生氧化反应BLi+通过有机电解质向水溶液处移动C正极的电极反应：O2+4e=2O2D电池总反应：4Li+O2+2H2O=4LiOH42017年11月浙江选考金属(M)空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是A金属M作电池负极B电解质是熔融的MOC正极的电极反应：O22H2O4e4OHD电池反应：2MO22H2O2M(OH)252017年4月浙江选考银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，其工作示意图如下。下列说法不正确的是AZn电极是负极BAg2O电极发生还原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放电前后电解质溶液的pH保持不变62016浙江理综金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4Mn+nO2+2nH2O+4ne4M(OH)nD在Mg空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜72016年4月浙江选考MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是A石墨电极是该电池的正极B石墨电极上发生还原反应CMg电极的电极反应式：Mg2e=Mg2D电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极全国真题题组12019新课标利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+ C正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动22019新课标为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3DZn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是A三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH(aq)eNiOOH(s)+H2O(l)C放电时负极反应为Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)D放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区32019天津我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是A放电时，a电极反应为B放电时，溶液中离子的数目增大C充电时，b电极每增重，溶液中有被氧化D充电时，a电极接外电源负极42018新课标一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。下列说法正确的是A放电时，多孔碳材料电极为负极B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1）O252018新课标我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是A放电时，ClO4向负极移动B充电时释放CO2，放电时吸收CO2C放电时，正极反应为：3CO2+4e 2CO32+CD充电时，正极反应为：Na+eNa62017新课标全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2x8）。下列说法错误的是A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多72016新课标锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH+2H2O2。下列说法正确的是A充电时，电解质溶液中K+向阳极移动B充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn+4OH2eD放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)82016四川某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为：Li1xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是A放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移B放电时，负极的电极反应式为LixC6xexLi+C6C充电时，若转移1 mol e，石墨(C6)电极将增重7x gD充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2xeLi1xCoO2+xLi+92016新课标IIMgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是A负极反应式为Mg2eMg2+B正极反应式为Ag+eAgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2102016海南双选某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是AZn为电池的负极B正极反应式为2FeO42+ 10H+6eFe2O3+5H2OC该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池工作时向负极迁移112016上海图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示A铜棒的质量 Bc(Zn2+)Cc(H+) Dc(SO42)变式拓展1【答案】B【解析】中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子作负极，A、C错；中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2，负极反应式为2Al+8OH6e2+4H2O，两者相减得到正极反应式为6H2O+6e6OH+3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O2+2H2O+4e4OH，D错。2【答案】D【解析】等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，发生：Zn+Cu2+Zn2+Cu，形成原电池，反应速率增大，反应用时少于b，但生成的氢气也少于b，图像应为D。3【答案】D【解析】酶在高温下会失去生理活性，A项合理；若该电池为酸性介质，则H+会在正极与O2发生反应，正极反应式为：O2+4e+4H+=2H2O，B项合理；根据原电池反应原理可知，放电过程中阳离子移向正极，C项合理；若该电池为碱性介质，则负极反应式为C6H12O6+36OH24e=6+24H2O，D项不合理。4【答案】C【解析】由H+的迁移方向知，A为正极、B为负极。电流从正极A沿导线流向负极B，故A错误；A为正极，正极有H+参与反应，电极反应式为+2e+H+Cl+，故B错误；据电荷守恒，当外电路中有0.2 mol e转移时，通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA，故C正确；B为原电池负极，发生氧化反应，故D错误。考点冲关1【答案】A【解析】根据题意可知，C为正极，A项正确；Zn为负极，发生氧化反应，B项错误；溶液中Zn2向电池的正极移动，C项错误；正极(C)上发生的反应为2NH2e=2NH3H2，D项错。2【答案】C【解析】当杠杆为导体时，构成原电池，Fe球作负极，Cu球作正极，电极反应式分别为负极：Fe2e=Fe2，正极：Cu22e=Cu，铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。3【答案】D【解析】由题图可知，空气通入电极a，显然电极a为正极，发生还原反应，A错误；4 mol VB2发生反应时消耗11 mol O2，同时转移44 mol电子，故消耗1 mol VB2时转移11 mol电子，B错误；电池工作时，阴离子(OH)向负极(VB2极)移动，C错误；正极反应式为O22H2O4e=4OH，用总反应式减去正极反应式的11倍即得负极反应式，故VB2在负极上发生氧化反应，电极反应式为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O，D正确。4【答案】B【解析】在太阳能作用下CO2和H2O转化为HCOOH和O2，并且有电子流动，太阳能转化为化学能和电能，A正确；电极1流出电子，反应式是2H2O4e=4HO2，周围pH减小，B错误；根据总反应方程式推出电极2上发生的反应为CO22H2e=HCOOH，C正确；电极1反应产生H，电极2反应消耗H，故H由电极1室经过质子膜进入电极2室，D正确。5【答案】D【解析】根据氧化还原反应方程式可知，氧化剂是KMnO4，故a为正极，发生还原反应，A错误；a为正极，b为负极，电子沿外电路从负极流向正极，即电子从b流向a，B错误；原电池工作时，阴离子流向负极，即乙烧杯，C错误；a电极为正极，得电子生成Mn2+，D正确。6【答案】B【解析】由题中装置图和放电时总反应可知，放电时Li为负极，Cu为正极，阳离子向正极移动，A项正确；放电时，负极Li失电子转化成Li，B项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成Cu2O，C项正确；铜被腐蚀生成Cu2O，放电时Cu2O又被还原成Cu，所以整个反应过程中Cu相当于催化剂，D项正确。7【答案】A【解析】A项，在原电池中阴离子移向电源负极，由图中移向左边可知a为负极，电极反应为C24e=3CO2，b为正极，电极反应为O22CO24e=2，所以该电池的总反应为CO2=CO2，故A正确；B项，煤直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能，所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低，故B错误；C项，将煤块粉碎成粉末状，有利于在电极a附近参与反应，加快了反应速率，故C错误；D项，a为负极，电子由负极a沿导线流向正极b，故D错误。8【答案】C【解析】以NO2、O2和熔融KNO3制作的燃料电池，在使用过程中，O2通入石墨电极，则石墨电极为原电池的正极，石墨电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素的化合价升高，故生成的氧化物Y为N2O5。放电时，NO向负极移动，即向石墨电极迁移，A错误；由装置图可知，O2和N2O5(Y)在石墨电极上发生还原反应，电极反应式为O22N2O54e=4NO，B错误；电池的负极反应式为4NO24NO4e=4N2O5，故电池总反应式为4NO2O2=2N2O5，C正确；当外电路中通过4 mol e时，负极上产生4 mol N2O5，D错误。9【答案】B【解析】电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A正确；镀铂导电玻璃上，I得电子被还原为I，故B错误；电池工作时，负极反应为2Ru22e=2Ru3，正极反应为I2e=3I，又Ru2和Ru3、I和I相互转化，所以电解质溶液中发生2Ru33I2Ru2I，故C正确；由电池中发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I，后又被氧化为I，I和I相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，电解质溶液中I和I的浓度基本不变，故D正确。10【答案】B【解析】本题考查电化学相关知识，意在考查考生对原电池和电解池原理的理解和应用。选项A，充电时，电池负极作电解池的阴极，因而应连接外接电源的负极，正确。选项B，电子不会经过电解质溶液，错误。选项C，充电时，阳极发生氧化反应，失电子，正确。选项D，根据负极的电极反应式，放电时，电路中每转移1 mol电子，负极就有 mol Al反应生成Al3+进入溶液，正确。11【答案】（1）AgeCl=AgCl正2 mol （2）CH3OHCH3OH6eH2O=CO26H1.2（3）Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K2Zn(OH)42Ag【解析】（1）根据电池总反应：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极反应式为：AgCle=AgCl。在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动。根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合价共降低了2价，所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，则外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。（2）据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇。正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O212H12e=6H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH6eH2O=CO26H。根据2CH3OH12e2H2O=2CO212H知，由甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量61.2 mol，则转移电子个数为1.2NA。（3）电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为Ag2O24e2H2O=2Ag4OH，负极电极反应式为2Zn4e8OH=2Zn(OH)，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K2Zn(OH)42Ag。12【答案】（1）4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2右左使用时间长、工作电压稳定（2）N28H6e=2氯化铵（3）从b到aCOO22e=CO2【解析】（1）放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为4H2O3e=Fe(OH)35OH。若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为 mol0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量为65 gmol10.2 g。电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。（2）该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N28H6e=2，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为NH4Cl、HCl混合溶液。（3）工作时电极b作正极，O2由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为COO22e=CO2。直通高考浙江真题题组1【答案】A【解析】AZn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；BAg2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O2eH2O2Ag2OH，B项正确；CZn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；D铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。故答案选A。2【答案】C【解析】由电子的流动方向可以得知左边为负极，发生氧化反应；右边为正极，发生还原反应，故选项A、B正确；电池的总反应没有O2参与，总反应方程式不存在氧气，故C选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D选项正确。答案选C。3【答案】C【解析】A项，在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故