考点18 原电池 化学电源（解析版）

学而优教有方考点18原电池化学电源化学电池是当今世界广泛用于供能的重要装置，属于考生应该掌握的知识。高考有关原电池的考查一直是常考常新，设题背景新、设问角度新、解答方式新。虽电池的种类多样，但主要考查原电池的基本工作原理，着重考查考生对原理的迁移应用能力。命题在选择题中，常以新型电池的形式对原电池的工作原理进行考查；在非选择题中，常结合元素化合物、物质的分离和提纯等知识，考查电极反应式的书写，以及利用电子守恒进行相关计算。预测2023年高考仍然会以新型电池为切入点，考查原电池的工作原理及应用、电极反应式的书写及判断、溶液中离子的迁移及浓度变化、二次电池的充放电过程分析以及其他有关问题。备考时注重实物图分析、新型电池分析，从氧化还原反应的角度认识电化学，注重与元素化合物、有机化学、电解质溶液、化学实验设计、新能源等知识的联系。通过原电池装置的应用，能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践。一、原电池的工作原理二、化学电源原电池的工作原理1．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2．构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。3．工作原理以锌铜原电池为例(1)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极(2)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl、NH4NO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用：A．连接内电路，形成闭合回路；B．平衡电荷，使原电池不断产生电流。4．原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。【小试牛刀】请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(4)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(6)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(7)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极()(8)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(9)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定做负极()(10)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×(9)×(10)√【典例】例1如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuC．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子【答案】C【解析】该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。例2若将反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑设计成原电池(如右图)，则下列说法不正确的是()A．该装置实现了化学能转化为电能B．b极表面发生了还原反应C．c溶液可以是ZnSO4溶液D．盐桥中的Cl-移向右边烧杯【答案】D【解析】A项，形成原电池，是化学能变成电能，正确，不选A；B项，根据电子移动方向确定，说明a为负极，b为正极，发生还原反应，正确，不选B；C项，锌做原电池的负极，所以c为硫酸锌，正确，不选C；D项，盐桥中氯离子向负极移动，即向左侧烧杯移动，错误，选D。【对点提升】对点1如图所示，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y【答案】D【解析】外电路的电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，A项错误；若两电极分别为Fe和碳棒，则Y为碳棒，X为Fe，B项错误；X极失电子，作负极，Y极上发生的是还原反应，X极上发生的是氧化反应，C项错误；电解质溶液为稀硫酸，两金属作电极，谁活泼谁作负极，D项正确。对点2与甲、乙两套装置有关的下列说法正确的是()A．甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应B．甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快C．甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移D．乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率【答案】D【解析】A项，根据上述分析，甲不是原电池，故A错误；B项，甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子的速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故B错误；C项，甲不是原电池，电解质溶液中的阳离子向锌移动，故C错误；D项，盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，迅速平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性，提高电池效率，故D正确。【巧学妙记】1．原电池的工作原理简图注意：①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。2．判断原电池正、负极的5种方法化学电源1．一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。负极材料：Zn。电极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正极材料：碳棒。电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。(2)纽扣式锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。电解质是KOH。负极材料：Zn。电极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正极材料：Ag2O。电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。(3)锂电池Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－=8Li＋。(2)正极的电极反应为3SOCl2＋8e－=2S＋SOeq\o\al(2－,3)＋6Cl－。(2)二、二次电池：放电后能充电复原继续使用2．铅蓄电池(1)总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)放电时——原电池负极反应：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)；正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)。(3)充电时——电解池阴极反应：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)；阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)。(4)图解二次电池的充放电3．二次电池的充放电规律(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后做阴极，正接正后做阳极。(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。4．“高效、环境友好”的燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正极反应式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－电池总反应式2H2＋O2=2H2O备注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【小试牛刀】请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)最早使用的化学电池是锌锰电池()(2)在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应()(3)干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池()(4)干电池中碳棒为正极()(5)铅蓄电池是可充电电池()(6)铅蓄电池中的PbO2为负极()(7)太阳能电池不属于原电池()(8)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()(9)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加()(10)燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源()(11)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能()(12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移()(13)二次电池的充、放电为可逆反应()(14)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长()(15)铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g()(16)镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵()答案：(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×(9)√(10)√(11)×(12)×(13)×(14)×(15)×(16)×【典例】例1(2021•广东选择性考试)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A．负极上发生还原反应 B．CO2在正极上得电子C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能【答案】B【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A项，放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；B项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C项，放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D项，放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D正确；故选B。例2(2022•全国乙卷)电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动阴极反应(Li++e-=Li+)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是()A．充电时，电池的总反应Li2O2=2Li+O2B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D．放电时，正极发生反应O2+2Li++2e-=Li2O2【答案】C【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li++e-=Li+)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)，则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极。A项，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C项，放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D项，放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；故选C。【对点提升】对点1微生物燃料电池的研究已成为治理和消除环境污染的重要课题，利用微生物电池电解饱和食盐水的工作原理如下图所示。下列说法正确的是()A．电池正极的电极反应：O2+2H2O+4e−4OH−B．电极M附近产生黄绿色气体C．若消耗1molS2−，则电路中转移8mole−D．将装置温度升高到60℃，一定能提高电池的工作效率【答案】C【解析】微生物燃料电池中，通入C6H12O6的电极为负极，失电子发生氧化反应；通入O2的电极为正极，得电子发生还原反应。电解饱和食盐水时阴、阳极的电极产物分别是：氢气和氢氧化钠、氯气。A项，由图可知，电解质溶液为酸性，正极的电极反应是O2+4H++4e−==2H2O，A项错误；B项，M为阴极产生H2，N为阳极产生Cl2，B项错误；C项，1molS2−转化成SO42-失8mole−，则电路中转移8mole-，C项正确；D项，该电池为微生物燃料电池，该微生物的最佳活性温度未知，无法确定60℃时电池效率是否升高，D项错误。对点2下图是通过Li-CO2电化学技术实现储能系统和CO2固定策略的示意团。储能系统使用的电池组成为钌电极/CO2饱和LiClO4-(CH3)2SO(二甲基亚砜)电解液/锂片，下列说法不正确的是()A．Li-CO2电池电解液为非水溶液B．CO2的固定中，转秱4mole－生成1mol气体C．钌电极上的电极反应式为2Li2CO3+C-4e－＝4Li++3CO2↑D．通过储能系统和CO2固定策略可将CO2转化为固体产物C【答案】B【解析】A项，由题目可知，Li—CO2电池有活泼金属Li，故电解液为非水溶液饱和LiClO4—(CH3)2SO(二甲基亚砜)有机溶剂，故A正确；B项，由题目可知，CO2的固定中的电极方秳式为：2Li2CO3＝4Li++2CO2↑+O2+4e－，转移4mole－生成3mol气体，故B错误；C项，由题目可知，钌电极上的电极反应式为2Li2CO3+C-4e－＝4Li++3CO2↑，故C正确；D项，由题目可知，CO2通过储能系统和CO2固定策略转化为固体产物C，故D正确。故选B。【巧学妙记】燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)(1)注意介质环境(2)掌握书写程序1．下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()A．电池充电B．光合作用C．手机电池工作D．太阳能板充电【答案】C【解析】A项，电池充电，是将电能转化为化学能，故A错误；B项，光合作用是太阳能转变化为化学能，故B错误；C项，手机电池工作是化学能转化为电能，故C正确；D项，太阳能板充电是光能转化为电能，并向蓄电池充电，将电能转化为化学能储存起来，故D错误。2．有关如图所示原电池的叙述不正确的是()A．电子沿导线由Cu片流向Ag片B．正极的电极反应式是Ag++e-=AgC．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D．反应时盐桥中的阳离子移向Cu(NO3)2溶液【答案】D【解析】该装置是原电池装置，实质上发生的是Cu与硝酸银的反应，所以Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu是负极，Ag是正极，电子从负极流向正极，A项正确；正极是Ag+发生还原反应，得到电子生成Ag，B项正确；根据以上分析，Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应，C项正确；原电池中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的阳离子移向AgNO3溶液，D项错误。3．肼(N2H4)碱性燃料电池的原理示意图如图所示，电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O。下列说法错误的是()A．电极b发生还原反应B．电流由电极a流出经用电器流入电极bC．物质Y是NaOH溶液D．电极a的电极反应式为N2H4+4OH－－4e－=N2↑+4H2O【答案】B【解析】该燃料电池中，通入燃料肼的电极为负极、通入氧气的电极为正极，电解质溶液呈碱性，则负极反应式为N2H4+4OH--4e-═N2↑+4H2O，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。A项，该燃料电池中通入氧气的电极b为正极，正极上得电子，发生还原反应，故A正确；B项，a为负极、b为正极，电流从正极b经用电器流入负极a，故B错误；C项，b电极上生成氢氧根离子，钠离子通过阳离子交换膜进入右侧，所以Y为NaOH溶液，故C正确；D项，a电极上肼失电子，发生氧化反应，电极反应式为N2H4+4OH--4e-═N2↑+4H2O，故D正确；故选B。4．一种生物电化学方法脱除水体中NH4+的原理如下图所示：下列说法正确的是()A．装置工作时，化学能转变为电能B．装置工作时，a极周围溶液pH降低C．装置内工作温度越高。NH4+脱除率一定越大D．电极b上发生的反应之一是：2NO3--2e-=N2↑+3O2↑【答案】B【解析】A项，该装置是把电能转化为化学能，故A错误；B项，a极为阳极，电极反应为NH4＋＋2H2O－6e－==NO2－＋8H＋，所以a极周围溶液的pH减小，故B正确；C项，该装置是在细菌生物作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，NH4+脱除率会减小，故C错误；D项，b极上反应式为2NO3－＋12H＋＋10e－==N2＋6H2O，故D错误。故选B。5．我国科学家利用光能处理含苯酚()废水，装置如图所示。下列说法错误的是A．a极电势高于b极电势B．a极的电极反应式为+2e-+2H+=+H2OC．H+由II区移向I区，II区溶液的pH增大D．若有2mol电子通过导线，I区混合液体质量增大2g【答案】C【解析】从图中可以看出，该装置为原电池装置，苯酚在a极得电子，被还原，所以a极为正极，b极为负极。A项，a为正极，b为负极，a极电势高于b负极，故A正确；B项，苯酚在a极得电子被还原，其电极反应为+2e-+2H+=+H2O，故B正确；C项，氢离子向阳极移动，负极反应为HxWO3-xe-=WO3+xH+，a极消耗的氢离子和b极产生的氢离子相等，pH不变，故C错误；D项，有2mol氢离子通过导线，进入I区的氢离子为2mol，液体质量增加2g，故D正确；故选C。6．一种锂电池的工作原理如下图所示，正极反应液可以在正极区和氧化罐间循环流通，氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以将Fe2＋氧化，自身被还原为SO42-。下列关于该电池说法正确的是A．电池放电时将电能转化为化学能B．放电时Li＋由正极区移向负极区C．放电时的负极反应为Fe3＋＋e-=Fe2＋D．氧化罐中反应的离子方程式为：2Fe2＋＋S2O82-=2Fe3＋＋2SO42-【答案】D【解析】A项，电池放电是化学能变成电能，A错误；B项，放电时阳离子向正极移动，B错误；C项，放电时，负极失去电子，C错误；D项，根据题意，氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以将Fe2＋氧化，自身被还原为SO42-，离子方程式为2Fe2＋＋S2O82-=2Fe3＋＋2SO42-，D正确；故选D。7．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-，下列有关说法中错误的是()A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O【答案】B【解析】该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H2-2e-+CO32-=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO32-，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。A项，升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；B项，还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；C项，H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；D项，放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O，故D正确；故选B。8．微生物燃料电池(MFC)以厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖)，同时处理含Cu2+废水，装置如图所示，下列说法错误的是()A．M极为电池的负极B．温度越高，电池工作效率越高C．N极的电极反应为Cu2++2e-=CuD．电池工作时，废水中的阴离子总浓度降低【答案】B【解析】A项，根据题意可知该电池放电时葡萄糖被氧化，所以M电极为电池负极，N为电池正极，A项正确；B项，该电池以微生物催化有机物，温度不宜过高，B项错误；C项，N极为正极，铜离子被还原得到Cu，电极反应为Cu2++2e-=Cu，C项正确；D项，电池工作时，废水中铜离子放电生成铜单质，为平衡电荷，阴离子通过阴离子交换膜向负极，即左池移动，废水中的阴离子总浓度降低，D项正确；故选B。9．HCOOH燃料电池的装置如下图，两电极间用允许K+和H+通过的半透膜隔开。下列说法错误的是A．电池工作时，电子由a电极经外电路流向b电极B．负极的电极反应式为HCOO-+2OH-_2e-=HCO3-+H2OC．理论上每消耗标准状况下22.4LO2，有2molK+通过半透膜D．通入O2发生的反应为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O【答案】C【解析】左侧是HCOO-转化为HCO3-，C元素化合价升高，失去电子，发生氧化反应，a是负极；右侧是Fe3+转化为Fe2+，化合价降低，得到电子，发生还原反应，b是正极。A项，池工作时，电子由a电极(负极)电极经外电路流向b电极(正极)，A项正确；B项，负极是HCOO-转化为HCO3-，电极反应式为：HCOO-+2OH-_2e-=HCO3-+H2O，B项正确；C项，4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，每消耗标准状况下22.4LO2，O2的物质的量为1mol，转移电子4mol，应有4molK+通过半透膜，C项错误；D项，通入O2发生的反应为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，D项正确；故选C。10．一种三室微生物燃料电池污水净化系统的原理如图所示，图中含酚废水中的有机物可用C6H5OH表示。下列说法不正确的是A．左侧电极为负极，苯酚发生氧化反应B．左侧离子交换膜为阴离子交换膜C．右侧电极的电极反应式：2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2OD．左右两侧电极附近溶液的pH均升高【答案】D【解析】A项，根据装置图可知在左侧电极上苯酚失去电子被氧化，发生氧化反应，因此左侧电极为负极，A正确；B项，向其中加入NaCl溶液，Na+向正极移动，Cl-向负极移动。根据选项A分析可知左侧电极为负极，所以左侧离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；C项，在右侧电极上NO3-得到电子被还原产生N2，则右侧电极的电极反应式是：2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O，C正确；D项，在左侧电极上苯酚被氧化产生CO2气体，电极反应式是：C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，反应产生H+使溶液酸性增强，溶液pH减小，D错误；故选D。11．如图为一氧化氮气体传感器工作原理示意图。电流方向如图中所示。电极A、B外覆盖一层聚四氟乙烯纳米纤维膜，可以让气体透过下列相关叙述，正确的是()A．该传感器运用了原电池原理，正极反应为NO+2H2O-3e-=NO3-+4H+B．当外电路中流过0.2mol电子时，电池正极消耗1.12L氧气C．该传感器工作时，接触到的NO浓度增大，输出的电流强度也相应增大D．为了使传感器连续工作，可以不断补充NaCl，增强导电性【答案】C【解析】A项，由图中信息可知，电流从A电极经外电路流向B电极，则A为正极、B为负极。该传感器运用了原电池原理，O2在正极上发生还原反应，电极反应式为O2+4H++e-=2H2O，A项错误；B项，由选项A分析可知，当外电路中流过0.2mol电子时，电池正极消耗0.05mol氧气，标准状况下体积为1.12L，B项错误；C项，该传感器工作时，接触到的NO浓度增大，则化学反应速率加快，单位时间内化学能转化的电能增多，输出的电流强度也相应增大，C项正确；D项，若补充氯化钠，也会失去电子生成氯气，影响NO的测定，且造成污染，D项错误；故选C。12．科学家设计的可充电电池的工作原理示意图如图所示。该可充电电池的放电反应为LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC。NA表示阿伏伽德罗常数的值。下列说法错误的是A．该电池用于电动汽车符合绿色化学观念B．充电时，阳极反应为LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+，由B极移向A极C．该电池用惰性电极电解某电解质溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，该溶液的浓度可能不变D．若初始两电极质量相等，当转移4NA个电子时，两电极质量差为28g【答案】D【解析】根据可充电电池的工作原理示意图中电子流向可知，A为负极，B为正极；充电时，A为阴极，B为阳极；可充电电池的放电反应为LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC，则放电时正极反应为Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2，充电时，原电池的正极即为电解池的阳极，反应逆转，则反应为LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+。A项，汽车燃烧汽油等化石燃料，排放的汽车尾气含氮的氧化物，大量氮氧化物排放到空气中，电动汽车可有效减少大气污染，该电池用于电动汽车符合绿色化学观念，故A正确；B项，可充电电池的放电反应为LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC，则放电时正极反应为Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2，充电时，原电池的正极即为电解池的阳极，反应逆转，则反应为LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+，阳离子由阳极B向阴极A移动，故B正确；C项，两极只有H2和O2生成，应为电解水型的电解，电解时阳极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，阴极反应为：4H++4e-=2H2↑，可为电解含氧酸溶液、强碱溶液或活泼金属的含氧酸盐溶液，由于溶剂H2O减小，若电解的溶液为饱和溶液，则浓度不变，故C正确；D项，若初始两电极质量相等，当转移4NA个电子时，负极减少4molLi其质量为28g，正极有4molLi+迁入，其质量为28g，两电极质量差为56g，故D错误；故选D。13．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：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl①该电池的负极反应式是______________；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的_______极(填“正”或“负”)；③外电路每通过4mol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右图所示。①该电池工作时，b口通入的物质为______________。②该电池负极的电极反应式______________。③工作一段时间后，当6.4g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：_______________。【答案】(1)①Ag—e—+Cl—=AgCl②正(1分)③2mol(2)①CH3OH②CH3OH—6e—+H2O=CO2+6H+③1.2(3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O==2K2Zn(OH)4+2Ag【解析】(1)①根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl--e-=AgCl。②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。③根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合价共降低了2价，所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子，则外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是2mol。(2)①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。②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O2+12H++12e-=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CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。③根据2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量==1.2mol，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Ag2O2+4e-+2H2O═2Ag+4OH-，负极电极反应式为2Zn-4e-+8OH-═2Zn(OH)42-，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。1．(2022·安徽省黄山市高三理科综合测试)我国科学家最近发明了一种Zn—PbO2电池，该电池由a和b两种离子交换膜隔成A、B、C三个区域，电解质分别为KOH、K2SO4和H2SO4，装置如下图。已知放电时，B室中电解质浓度不断增大。下列说法不正确的是()A．PbO2电极电势比Zn电极电势高B．a为阴离子交换膜C．正极反应式为：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2OD．电池工作时，每消耗6.5gZn，理论上A区域溶液质量减少1.3g【答案】B【解析】该装置为原电池装置，根据两个电极的活性对比，Zn比PbO2活泼，所以Zn极作负极，PbO2极作正极。A项，该装置中，PbO2电极作为正极，Zn电极作为负极，所以PbO2电极电势高于Zn电极，故A正确；B项，Zn电极反应式为：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A池消耗氢氧根离子，负电荷减少，根据电荷守恒，钾离子向正极移动，所以a为阳离子交换膜，故B错误；C项，PbO2电极作为正极，得电子，其反应式为：bO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O，故C正确；D项，Zn电极电极反应式为：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，每消耗6.5gZn，转移0.2mol电子，即向正极迁移0.2molK+，同时引入0.1molZn2+，溶液质量差为，故D正确；故选B。2．(2022·辽宁省大连市高三双基测试)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A．通入CO2的一极电极反应式为：2CO2+2e−=C2O42-B．金属铝电极发生氧化反应C．每得到1molAl2(C2O4)3，电路中转移3mol电子D．以该装置为电源进行粗铜的电解精炼，金属铝质量减少27g时，理论上阴极质量增加96g【答案】C【解析】据图可知Al被氧化，所以金属铝为负极，通入CO2的电极为正极，CO2被还原为草酸根。A项，据图可知CO2在正极被还原为草酸根，根据电子守恒、元素守恒可得反应式为2CO2+2e−=C2O42-，A正确；B项，铝为金属，在负极被氧化为Al3+，B正确；C项，每得到1molAl2(C2O4)3，则需要2molAl，根据电极反应可知转移6mol电子，C错误；D项，金属铝质量减少27g，即减少1molAl，根据电极反应Al-3e−=Al3+可知，转移3mol电子，则电极铜时，阴极生成1.5mol铜，质量为1.5mol×64g/mol=96g，D正确；故选C。3．(2022·四川省泸县第二中学模拟预测)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．碳棒b为该微生物电池的正极B．碳棒a上有反应：FeSx-2xe-=Fe2++xS(x≥2)C．电流方向：碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒bD．氧气的含量、光照强度会影响电池的功率【答案】B【解析】A项，O2在碳棒b得电子生成水，说明碳棒b为该微生物电池的正极，故A正确；B项，电极反应式FeSx-2xe-=Fe2++xS(x≥2)不满足电荷守恒，故B错误；C项，碳棒a失电子是负极，碳棒b得电子是正极，电流方向是从正极经外电路流向负极即碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒b，故C正确；D项，由图可知，CO2在光照和光合菌的作用下反应生成氧气，氧气在在正极得电子生成水，光照强度越强，光合作用越强，所以氧气的含量、光照强度会影响电池的功率，故D正确；故选B4．(2022·广东省六校高三第六次联考)一种高达94.2%能效的可充电铝胺电池工作原理如图所示，用Ph表示苯基，三苯基胺(Ph3N)失去一个电子后形成的Ph3N∙+结构较为稳定。下列说法不正确的是()A．与锂电池比，铝电池比能量略低，但铝含量丰富价格低廉B．放电时，负极的电极反应式为Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-C．充电时，AlCl4-向铝电极移动D．理论上每生成1molPh3N，外电路通过1mol电子【答案】C【解析】A项，铝电池比能量略低，且含量丰富价格低廉，A项错误；B项，放电时，负极上Al失电子和AlCl4-反应生成Al2Cl7-，电极反应式为Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-，B项正确；C项，充电时Ph3N失电子生成Ph3N+，Ph3N阳极、Al为阴极，阴离子向阳极移动，所以AlCl4-向阳极Ph3N移动，C项错误；D项，充电时Ph3N失电子生成Ph3N+，则生成1个Ph3N转移1个电子，所以理论上每生成1molPh3N，外电路通过1mol电子，D项正确。故选C。5．(2022·山东省聊城市高三三模)科学家最近发明了一种Al－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x(阳离子交换膜)和y(阴离子交换膜)将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域，结构示意图如图所示。下列说法正确的是()A．放电时，K+通过x膜移向M区B．放电时，正极反应式为PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2OC．与Zn－PbO2电池相比较，Al－PbO2电池的比能量更高D．消耗1.8gAl时N区域电解质溶液减少19.2g【答案】C【解析】由图可知，原电池工作时，Al为负极，被氧化生成[Al(OH)4]-，PbO2为正极，发生还原反应，电解质溶液M为KOH，R为K2SO4，C为H2SO4，原电池工作时，负极反应为Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-，则消耗OH-，钾离子向正极移动，正极电极反应式为PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，正极消耗氢离子，阴离子向负极移动，则y是阳离子交换膜，x是阴离子交换膜，在同一闭合回路中电子转移数目相等，结合溶液酸碱性及电极材料书写电极反应式和总反应的方程式，以此解答该题。根据图知，负极上Al失电子生成[Al(OH)4]-负极反应为Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-，消耗1.8gAl，正极反应为PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，根据转移电子相等计算。A项，Al为负极，M区为负极区，阳离子流向正极区，故K+通过x膜移向R区，A项错误；B项，放电时，正极反应为PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，B项错误；C项，比能量是指参加电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，Zn与Al相比质量更重，且每一个Zn转移2个电子，1个Al转移3个电子，故Al－PbO2电池的比能量更高，C项正确；D项，消耗1.8gAl时电路上转移的电子数目为0.20mol，则由N区溶液减少0.4mol氢离子和0.1mol硫酸根离子，同时有0.1mol硫酸根离子移向R区，相当于减小0.2mol硫酸，同时生成0.2mol水，N极区实际减少质量为0.2mol×98g/mol-0.2mol×19g/mol=16g，D项错误；故选C。6．(2022·山东省德州市高三期末)液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是()A．充电时A电极连电源负极B．放电时正极电极反应为：Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小D．充电时阴极电极反应：ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-【答案】C【解析】由图可知，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-=ZnBr42-，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-；充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-，电极B与正极相连，做电解池阳极，六氰合亚铁酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成六氰合铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)64--e-=Fe(CN)63-。A项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，故A正确；B项，放电时，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-，故B正确；C项，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-=ZnBr42-，由电极反应式可知，放电时负极区离子浓度减小，故C错误；D项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-，故D正确；故选C。7．(2022·湖北省部分重点中学高三第二次联考)我国科研团队以聚氨酯为电解液(合成路线如图)实现了稳定高效且可逆循环的K-CO2电池。总反应为：4KSn+3CO22K2CO3+4Sn，其中生成的K2CO3附着在正极上。下列说法错误的是()A．放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管B．电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+CC．羧基化碳纳米管中引入的羧基可促进电子的转移D．充电时，电路中通过1mol电子，多壁碳纳米管减重36g【答案】D【解析】由总反应可知放电时KSn合金为负极，羧基化碳纳米管为正极；充电时KSn合金与电源负极相连，为电解池阴极，羧基化碳纳米管为阳极。A项，放电时为原电池装置，内电路中电流是由负极流向正极，即放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管，A正确；B项，根据总反应式可知，负极反应式为：KSn-e-=Sn+K+，电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C，B正确；C项，电极材料为KSn和羧基化碳纳米管，KSn与水反应，-COOH与KOH反应，可促进电子的转移，C正确；D项，充电时阳极反应为：C-4e-+K2CO3=3CO2↑+4K+，碳纳米管及附着的碳酸钾会减少，电路中通过1mol电子，多壁碳纳米管减重3g，碳酸钾减少30g，D错误；故选D。8．(2022·广东省汕头市高三期末教学质量监测iPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。下图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许通过，电池反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列有关说法正确的是。()A．LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化B．导电介质C可为Li2SO4溶液C．放电时b极为正极，发生反应：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2D．充电时，当外电路通过0.2mol电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4g【答案】C【解析】由题干信息中电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2可知，电极a为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中，则电极a为阴极，电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，电极b为阳极，电极反应式为LiCoO2-xe-═Li1-xCoO2+xLi+，放电时电极a为负极，电极反应为LixSi-xe-═Si+xLi+，电极b为正极，电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2。A项，LiPON薄膜在充放电过程中仅仅起到盐桥的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；B项，由于2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，故导电介质C中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B错误；C项，放电时b极为正极，发生反应：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，C正确；D项，充电时，电极a为阴极，电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，则当外电路通过0.2mol电子时，非晶硅薄膜上质量增重0.2mol×7g∙mol-1=1.4g，D错误；故选C。9．(2022·山东省日照市高三校际联考三模)盐酸羟胺NH3OH是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质与NH4类似。工业上主要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不考虑溶液体积的变化，下列说法正确的是()A．电池工作时，含Fe的催化电极作负极B．图2中，M为H+和，N为NH3OH+C．电池工作时，每消耗(标准状况)，左室溶液质量增加3.3gD．电池工作一段时间后，正极区溶液的减小、负极区溶液的增大【答案】C【解析】由图可知，氢元素化合价降低失电子，Pt电极为负极，电极反应式为H2-2H+，含铁的催化电极为正极，电极反应式为NO+4H++NH3OH。A项，电池工作时，含铁的催化电极作正极，A错误；B项，由题意可知，NH2OH具有和氨气类似的弱碱性，可以和盐酸反应生成盐酸羟胺，所以缺少的一步反应为NH2OH+H+=NH3OH+，图2中M为NH2OH，N为NH3OH+，B错误；C项，含Fe的催化电极为正极，电极反应式为NO++4H++NH3OH，2.24LNO标况下是0.1mol，左室增加的质量为0.1molNO和0.3mol氢离子的质量，即0.1mol×30g/mol+0.3mol×1g/mol=3.3g，C正确；D项，原电池工作时，正极氢离子被消耗，pH增大，负极生成氢离子，pH减小，D错误；故选C。10．(2022·湖北省新高考高三质量检测)中科院福建物构所YaobingWang团队首次构建了一种可逆水性Zn—CO2电池，实现了CO2和HCOOH之间的高效可逆转换，其反应原理如图所示：已知双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。下列说法中错误的是()A．放电时，负极电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-B．CO2转化为HCOOH过程中，Zn电极的电势低于多孔Pd电极的C．充电过程中，甲酸在多孔Pd电极表面转化为CO2D．当外电路通过2mol电子时，双极膜中离解水的物质的量为1mol【答案】D【解析】由图中可知，Zn发生失去电子的反应，为电池的负极；CO2得电子生成HCOOH，多孔Pd为电池的正极。A项，根据图中知，Zn发生失去电子的反应，电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A项正确；B项，CO2转化为HCOOH时为放电过程，Zn电极为负极，多孔Pd电极为正极，负极电势较低，B项正确；C项，充电过程中，HCOOH转化为CO2，C项正确；D项，根据溶液呈电中性，可知外电路通过2mol电子时，双极膜中离解的水的物质的量为2mol，D项错误。故选D。11．(2022·河北省石家庄市示范性高中高三调研考试)钾离子电池由于其低成本、电解液中快的离子传导性以及高的工作电压等优点；近年来引起了科研工作者极大的关注。吉林大学杨春成教授课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN-NPs/N-CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，下列有关说法中错误的是()A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应B．该电池的溶剂不能为水溶液C．放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动D．放电时，每转移1mole-，Cu电极区质量减少39g【答案】D【解析】以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。A项，放电时，Al电极为负极，在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；B项，电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂为有机溶剂，该电池的溶剂不能为水溶液，故B正确；C项，放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动，故C正确；D项，放电时，铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，每转移1mole-，Cu电极区质量增加39g，故D错误；故选D。12．(2022·广东省普通高中高三联合质量测评)钠离子电池是极具潜力的下一代电化学储能电池。我国科学家研究出一种钠离子可充电电池的工作示意图如下，电池内部只允许Na+通过，电池反应为++，(其中-R1代表没参与反应的-COONa，-R2代表没参与反应的-ONa)，下列有关说法不正确的是()A．钠离子电池相比于锂离子电池，具有原料储量丰富，价格低廉的优点B．放电时，a极为负极，发生氧化反应C．充电时，阴极发生反应为+2e-+2Na+=D．充电时，当电路中转移0.3mol电子时，Q极质量减少6.9g【答案】C【解析】依据电池反应可知，放电过程中负极发生氧化反应：，正极发生还原反应：；而充电过程中阳极发生氧化反应：，阴极发生还原反应：。A项，解释钠离子电池相较于锂离子电池的优点，A项正确；B项，依据电池反应可推断出虚线表示放电过程，根据物质的变化可判断a极为负极，发生氧化反应，B项正确；C项，根据充电时物质的变化结合分析可知，充电时，阴极发生反应为，C项错误；D项，充电时Na+从Q极转移到P极，且2e-~Na+，故当转移0.3mol电子时减少0.3molNa+，质量为6.9g，D项正确；故选C。13．(2022·山东省济南市高三学情检测)酸性水系锌锰电池在放电时存在电极上MnO2的剥落，会造成电池效率“损失”。最新研究表明，向体系中加入少量KI固体后能使电池持续大电流放电，提高电池的工作效率，原理如图所示，下列说法错误的是()A．加入KI降低了正极反应的活化能B．I-与剥落的MnO2反应生成的I3-能恢复“损失”的能量C．放电时，正极区溶液的pH减小D．放电时，消耗1molZn时，正极区电解质溶液增重87g【答案】CD【解析】由题干中原电池装置图示可知，Zn所在石墨电极为负极，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，MnO2所在的石墨电极为正极，电极反应为：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，加入KI后的反应机理为：MnO2+3I-+4H+=Mn2++I3-+2H2O，I3-+2e-=3I-。A项，KI参与正极电极反应，且加入少量KI固体后能使电池持续大电流放电，说明反应速率加快，故降低了正极反应的活化能，A正确；B项，I-与剥落的MnO2反应生成的I3-，然后I3-能继续从正极上得到电子转化为I-，故能恢复“损失”的能量，B正确；C项，放电时，正极反应式为：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，故正极区溶液的pH增大，C错误；D项，根据得失电子总数相等，结合正极反应式：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O可知，放电时，消耗1molZn时，正极区电解质溶液增重87+4=91g，D错误；故选CD。14．(2022·北京市西城区一模)氮掺杂的碳材料可以有效催化燃料电池中的还原反应，其催化机理如图。途径一：A→B→C→F途径二：A→B→C→D→E下列说法不正确的是()A．途径一中存在极性共价键的断裂与形成B．途径一的电极反应是O2+2H++C．途径二，1molO2得到4molD．氮掺杂的碳材料降低了反应的焓变【答案】D【解析】A项，由图中信息可知，途径一中有C-O键、O-H键的形成，也有C-O键的断裂，A正确；B项，途径一的过程中有O2的参与和二次增加H+、e-，最后从催化剂中放出H2O2，其电极反应是O2+2H++，B正确；C项，途径二中，有O2参与，途中二次增加H+、e-和一次增加2H+、2e-，故1molO2得到4mol，C正确；D项，氮掺杂的碳材料降低了反应的活化能，但不能改变焓变，D不正确；故选D。15．(2022·四川省成都市一模)如图，甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置，利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述中错误的是()A．光伏并网发电装置中b为正极B．石墨1电极上消耗1molMn2+，甲、乙中各转移0.5mol电子C．脱硫反应原理为：15Mn3++FeS2+8H2O=15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+D．处理60gFeS2，石墨2电极上消耗7.5molH+【答案】B【解析】由图可知，石墨1电极上Mn元素价态升高失电子，故石墨1为阳极，电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，Mn3+与FeS2反应实现脱硫，反应为15Mn3++FeS2+8H2O═15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+，石墨2为阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑。A项，石墨1为阳极极，则b极为电源的正极，A正确；B项，石墨1为阳极，电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，消耗1molMn2+，电路中转移1mol电子，B错误；C项，阳极生成的Mn3+与FeS2反应实现脱硫，反应为15Mn3++FeS2+8H2O═15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+，C正确；D项，处理60gFeS2，消耗阳极生成的Mn3+的物质的量为×15=7.5mol，转移电子7.5mol，石墨2为阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，石墨2上消耗7.5molH+，D正确；故答案为：B。16．(2022·安徽省新未来联盟高三模拟预测)我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法正确的是()A．外电路中电子从MoS2电极流向Zn/ZnO电极B．双极膜右侧为阴离子交换膜C．当电路中转移0.2mol电子时负极质量减小6.5gD．使用MoS2电极能加快合成氨的速率【答案】D【解析】Zn/ZnO电极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MoS2电极为正极，电极反应式为NO+4H2O+5e-=NH3+5OH-。A项，电子流向：负极→负载→正极，Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，外电路中电子从Zn/ZnO电极流向MoS2电极，故A错误；B项，Zn/ZnO电极为负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，OH-移向Zn/ZnO电极，双极膜左侧为阴离子交换膜，故B错误；C项，负极电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，负极由Zn→ZnO，质量增加为O元素质量，转移0.2mol电子时增加0.1mol氧原子，负极质量增加m=nM=0.1mol×16g/mol=1.6g，故C错误；D项，结合提示，科研人员以二硫化钼MoS2作为电极催化剂，催化剂可以降低反应活化能，加快合成氨的反应速率，故D正确；故选D。17．(2022·河北省省级联测高三第八次考试)水系钠离子二次电池由于资源丰富、绿色环保、生产成本低等优势备受关注。以无机盐为主体结合少量氟化有机盐为电解液，水系钠离子电池放电时的工作原理示意图如图。已知初始时两极质量相等，下列说法错误的是()A．电池总反应可表示为2Na3V2(PO4)3eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(放电),\s\do4(===))),\s\do7(充电))Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3B．充电时，阳极电极反应式为Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+C．充电时，电子由M极经导线流向N极；放电时，M极为负极D．放电时，电路中通过0.005mol电子时，理论上两极质量差为0.23g【答案】C【解析】由题意知该电池属于二次电池，示意图为放电过程，M极Na3V2(PO4)3转化为NaV2(PO4)3，发生失电子的氧化反应，为负极，N极Na3V2(PO4)3转化为Na5V2(PO4)3，发生得电子的还原反应，为正极，充电时为电解池，M极为阴极，N极为阳极。A项，根据上述分析电池总反应可表示为2Na3V2(PO4)3eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(放电),\s\do4(===))),\s\do7(充电))Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3，A项正确；B项，充电时，N极为阳极，阳极电极反应式为Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+，B项正确；C项，放电时，M极为负极，但充电时，M极为阴极，是电子流入的一极，C项错误；D项，由电池总反应知，放电时，电路中通过0.005mol电子时，负极减少0.005molNa+的质量，正极增加0.005molNa+的质量，两极质量差为，D项正确。故选C。18．(2022·河北省沧州市高三二模)火星大气约95%是CO2，Li-CO2电池在未来的火星探测领域有着重要的应用前景。科学家设计了一系列Ru/M-CPY@CNT(碳纳米管)杂化材料(M=Co、Zn、Ni、Mn，CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底)作为电极。已知该电池放电时的反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列说法错误的是()A．放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出B．充电时，每转移1mol电子，两电极的质量变化差值为7gC．充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3=3CO2↑+4Li+D．杂化材料中CNTs增多了CO2的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能【答案】B【解析】由电池放电时的反应可知，Li化合价由0价变成+1价，故是原电池的负极，复杂材料电极是正极。A项，放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出，A正确；B项，充电时，阳极C变成二氧化碳，阴极Li+变成Li，故每转移1mol电子，消耗0.25molC质量为3g，生成1molLi质量为7g，故两电极的质量变化差值为3g+7g=10g，B错误；C项，充电时，阳极上C失电子变成二氧化碳，故阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3=3CO2↑+4Li+，C正确；D项，CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使该电池表现出优异的电化学性能，D正确；故选B。19．(2022·湖北省黄冈中学三模)一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，下列叙述正确的是()A．电池工作时，H+的迁移方向：左→右B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小C．“好氧阴极”存在反应：NH4+-6e-+8OH-=NO2-+6H2OD．“厌氧阳极”区质量减少28.8g时，该电极输出电子2.4mol【答案】D【解析】如图所示，“厌氧阳极”上，C6H12O6失去电子生成CO2和H+，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+；“缺氧阴极”上，NO3-得到电子生成NO2，NO2再转化为N2，电极反应式分别为：NO3-+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2↑+4H2O；“好氧阴极”上，O2得到电子生成H2O，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，同时O2还能氧化NH4+生成NO2-，NO2-还可以被O2氧化为NO3-，反应方程式分别为2NH4++3O2=2NO2-+2H2O+4H+，2NO2-+O2=2NO3-。A项，电池工作时，“厌氧阳极”失去的电子沿外电路流向“缺氧阴极”和“好氧阴极”，则“厌氧阳极”产生的H+通过质子交换膜向“缺氧阴极”和“好氧阴极”迁移，故H+的迁移方向既有左(“厌氧阳极”)→右(“好氧阴极”)，又有右(“厌氧阳极”)→左(“缺氧阴极”)，A错误；B项，电池工作时，“缺氧阴极”上消耗H+，其附近的溶液pH增大，B错误；C项，“好氧阴极”上的反应有O2+4H++4e-=2H2O，2NH4++3O2=2NO2-+2H2O+4H+，2NO2-+O2=2NO3-，C错误；D项，“厌氧阳极”的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，每1molC6H12O6反应，消耗6molH2O，转移24mol电子，“厌氧阳极”区质量减少288g，故“厌氧阳极”区质量减少28.8g时，该电极输出电子2.4mol，D正确；故选D。1．【2022•全国甲卷】一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是()A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。2．【2022•湖南选择性考试】海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是()A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂-海水电池属于一次电池【答案】C【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。A项，海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B项，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正确；C项，Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，故C错误；D项，该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选C。3．【2022•广东选择性考试】科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是()A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g【答案】C【解析】A项，由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D项，充电时阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；故选C。4．【2022·浙江省1月选考】pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是()A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1mol·L-1)B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pHD．pH计工作时，电能转化为化学能【答案】C【解析】A项，如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B项，已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C项，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；D项，pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；故选C。5．【2022•山东卷】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是()A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-D．若甲室Co2+减少，乙室Co2+增加，则此时已进行过溶液转移【答案】BD【解析】A项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；B项，