高中化学人教版第二讲　原电池　化学电源(基础课)

第二讲原电池化学电源(基础课)复习目标1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。知识点一原电池工作原理及应用1.概念原电池是把化学能转化为电能的装置。2.构成条件反应能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)闭合回路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下列装置不能构成原电池的是________。提示①③④⑤⑥3.原电池的工作原理(1)两种装置如图是锌铜原电池的两种装置：(2)工作原理(以装置Ⅱ为例)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－移向负极盐桥作用①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流4.原电池原理的应用(1)设计原电池以反应2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2为例①化合价升高的物质负极：Cu②活泼性较弱的物质正极：C③化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图(2)加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。(3)比较金属活动性强弱如有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a＞b。(4)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。(一)原电池及其工作原理1.实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是()A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑D.锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能答案A解析实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸直接发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转化形式是化学能转化为热能，故A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，故B正确；锌片上没有H＋生成H2，从而有利于更多的化学能转化为电能，故D正确。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，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。(二)原电池电极的判断和电极方程式的书写3.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是()A.(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B.(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑C.(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋D.(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑答案B解析(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。4.气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是()待测气体部分电极反应产物NO2NOCl2HClCOCO2H2SH2SO4A.上述气体检测时，敏感电极均作电池正极B.检测分别含H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同C.检测H2S时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D.检测Cl2时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－=2Cl－答案D解析原电池中的正极发生还原反应，得到电子，元素的化合价降低，而待测气体为CO时，反应产物为二氧化碳，C元素的化合价升高，发生氧化反应，所以此时敏感电极作电池负极，同理，待测气体为H2S时，S元素的化合价也升高，敏感电极作电池负极，A错误；H2S和CO体积分数相同，则二者物质的量相同，二者失去的电子的物质的量不同，CO失去2个电子，而H2S中S失去8个电子，所以在气体的扩散速度相同的前提下，传感器上产生的电流大小不同，B错误；检测H2S时，因为电极产物为H2SO4，所以电解质溶液为硫酸，对电极为正极，发生还原反应，充入空气，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，C错误；检测Cl2时，Cl元素的化合价降低，所以敏感电极作正极，则敏感电极的电极反应式是Cl2＋2e－=2Cl－，D正确。电极方程式书写的一般方法知识点二常见化学电源1.一次电池(1)含义放电后不可再充电的电池。(2)常见电池①碱性锌锰电池负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正极：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnO(OH)＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2。②锌银电池负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。2.二次电池(1)含义二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。(2)铅酸蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4＋2H2O。放电时的反应负极：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；正极：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O。充电时的反应阴极：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；阳极：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。3.燃料电池(1)含义氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，常见的燃料除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。如无特别提示，燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧。(2)实例以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。①酸性溶液(或含质子交换膜)正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O；负极：CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋。②碱性溶液正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－；负极：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。③固体氧化物(其中O2－可以在固体介质中自由移动)正极：eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－；负极：CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋2H2O。④熔融碳酸盐(COeq\o\al(2－,3))正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)；负极：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2＋2H2O。1.2023杭州亚运会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆，这种车辆利用原电池原理提供清洁电能，某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.电极a为电池的正极B.电池工作过程中，K＋向负极迁移C.电极b表面反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－D.氢氧燃料电池中正极消耗22.4L(标准状况)气体时，电路中通过的电子数目为2NA答案C解析由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，据此作答。A.电极a上氢元素失电子价态升高，故电极a为负极，故A错误；B.原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，K＋移向正极，故B错误；C.由分析可知，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故C正确；D.标准状况下22.4L气体的物质的量为1mol，结合选项C分析可知，正极消耗1mol氧气，电路中通过的电子数目为4NA，故D错误。2.铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是()A.放电时，N为负极，其电极反应式为PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋＋2e－=PbSO4＋2H2OB.放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加C.充电时，阳极反应式为PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)D.充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2答案D解析放电时，是原电池，N作正极，A不正确；放电时，正、负极均消耗硫酸，c(H2SO4)减小，B不正确；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为PbSO4－2e－＋2H2O=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，C不正确；充电时，若N连电源正极，则该极为阳极，电极反应产物为PbO2，D正确。3.最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O=ZnO＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是()A.该电池Zn为负极，MnO2为正极B.该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O=MnO(OH)＋OH－C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向ZnD.电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片答案C解析A.根据方程式分析，锌化合价升高，失去电子，因此该电池Zn为负极，MnO2为正极，故A正确；B.该电池MnO2为正极，由电池总反应式减去负极反应式Zn－2e－＋2OH－=ZnO＋H2O，即得正极反应式MnO2＋e－＋H2O=MnO(OH)＋OH－，故B正确；C.导电时外电路电子由负极(Zn)流向正极(MnO2)，电子不在内电路中移动，故C错误；D.这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，则说明电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片，故D正确。1.(2022·湖南卷)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图。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B解析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；N为正极，海水中的溶氧会发生电极反应O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故B错误；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，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。2.(2023·山东卷改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法错误的是()A.甲室Cu电极为负极B.隔膜为阳离子膜C.电池总反应为：Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响答案B解析A.向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，A正确；B.甲室反应生成[Cu(NH3)4]2＋，乙室消耗Cu2＋，故SOeq\o\al(2－,4)由乙室进入甲室，应选阴离子交换膜，B错误；C.左侧负极是Cu－2e－＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋，正极是Cu2＋＋2e－=Cu，则电池总反应为：Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋，C正确；D.NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，D正确。3.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是()A.放电时负极质量减小B.储能过程中电能转变为化学能C.放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Fe3＋=PbSO4＋2Fe2＋答案B解析该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3＋得电子转化为Fe2＋；充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和SOeq\o\al(2－,4)。A.放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B.储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C.放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；D.充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Fe3＋，D错误。4.(2023·全国乙卷)室温钠－硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠－硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：eq\f(1,2)S8＋e－→eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)，eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)＋e－→Seq\o\al(2－,4)，2Na＋＋eq\f(x,4)Seq\o\al(2－,4)＋2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,4)))e－→Na2Sx下列叙述错误的是()A.充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移B.放电时外电路电子流动的方向是a→bC.放电时正极反应为：2Na＋＋eq\f(x,8)S8＋2e－→Na2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能答案A解析由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。A.充电时为电解池装置，阳离子移向阴极(钠电极)，故充电时，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误；B.放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na＋结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；C.由题给的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na＋＋eq\f(x,8)S8＋2e－→Na2Sx，C正确；D.炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确。5.(2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是()A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2＋由负极向正极迁移C.充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2OD.充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－=xZn2＋＋V2O5＋nH2O答案C解析由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2O。A.由题信息可知，放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；B.Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B说法正确；C.电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O=xZn＋V2O5＋nH2O，C说法不正确；D.充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－=xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D说法正确。基础落实选择题只有1个选项符合题意1.(2023·东莞实验中学月考)镁－空气电池广泛应用于海洋探索等领域。该电池在工作时，下列说法不正确的是()A.空气中的O2是正极反应物B.Mg电极的反应为Mg－2e－=Mg2＋C.电子的移动方向：镁电极→导线→正极D.当外电路转移4NA电子时，理论上有22.4L空气参与反应答案D解析A.空气中的O2在正极得到电子，是正极反应物，A项正确；B.Mg在负极失电子生成Mg2＋，电极的反应为Mg－2e－=Mg2＋，B项正确；C.电子从负极经过导线流向正极，C项正确；D.由正极电极反应式O2＋2H2O＋4e－=4OH－有O2～4OH－～4e－，当外电路中转移4mol电子时，消耗氧气1mol，即22.4L(标准状况下)，但空气中氧气只占21%，所以空气不止22.4L，故D错误。2.(2023·保定定州期末)某化学兴趣小组设计的一个简易的原电池装置如图，室温下进行了四组实验。下列说法正确的是()实验标号①②③④a电极材料石墨石墨铁单质铁单质b溶液(足量)FeCl3溶液浓硝酸CuSO4溶液稀硫酸A.实验①中正极的电极反应式为Fe3＋＋3e－=FeB.实验②中电流表的指针会发生偏转，NOeq\o\al(－,3)向a电极移动C.当实验③中外电路通过0.1mol电子时，理论上Cu电极的质量增加3.2gD.实验④放电过程中，a电极质量减少，b溶液的酸性增强答案C解析A.Cu能与FeCl3发生Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2，根据原电池工作原理，Cu为负极，石墨为正极，正极上得电子，即电极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋，故A错误；B.Cu能与浓硝酸发生Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，该反应为氧化还原反应，符合原电池构成条件，电流表的指针会偏转，NOeq\o\al(－,3)向负极移动，即向Cu电极移动，故B错误；C.该反应为Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，a电极为负极，Cu电极为正极，正极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，电路中通过0.1mol电子，Cu电极上质量增大3.2g，故C正确；D.发生Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑，根据原电池工作原理，Fe为负极，失去电子，a极质量减少，硫酸参与反应生成氢气，溶液的酸性减弱，故D错误。3.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减少；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.a＞b＞c＞d B.b＞c＞d＞aC.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c答案C解析把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上分析可知，四种金属的活动性顺序是d＞a＞b＞c，C选项正确。4.我国科学家发明了一种“可固氮”的镁－氮二次电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是()A.固氮时，电池的总反应为3Mg＋N2=Mg3N2B.脱氮时，钌复合电极的电极反应式为Mg3N2－6e－=3Mg2＋＋N2↑C.固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D.当无水LiCl－MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作答案C解析A.固氮时该装置为原电池装置，镁为活泼金属，作负极，被氧化成Mg2＋，钌复合电极为正极，氮气在电极上发生还原反应生成N3－，与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2，所以总反应为3Mg＋N2=Mg3N2，故A正确；B.脱氮时，－3价的氮要被氧化，钌复合电极应发生氧化反应，Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应：Mg3N2－6e－=3Mg2＋＋N2↑，故B正确；C.固氮时，镁电极为负极，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C错误；D.无水LiCl－MgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D正确。5.(2023·广东省实验中学热身训练)科研小组设计用电化学原理进行废水脱硫，放电时工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是()A.放电时，负极电极的反应S2－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋B.放电时，H2SO4溶液的浓度不断减小C.充电时，阳极区需补充适量水以保持溶液浓度不变D.充电时，导线中流过8mole－同时有6molH＋通过交换膜答案C解析A.放电时，由题图得，Mn2＋离子被氧化，故A错误；B.放电时，正极区中的氢离子被还原生成氢气，负极区中的氢离子会透过质子交换膜流向正极区，硫酸浓度不变，故B错误；C.充电时，阳极区中的水被氧化：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，需补充适量水来维持浓度不变，故C正确；D.充电时，根据C中方程式，导线中流过8mol电子时，应有8mol氢离子穿过质子交换膜，故D错误。6.(2024·江西部分学校模拟)高压科学研究中心研究的一种通过压力梯度驱动化学反应产生电能的电池装置如图所示。金刚石压砧把H2压入储氢电极PdHx，它在压力梯度的驱动下生成质子，电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到Pd电极参与反应，形成闭合回路。下列说法错误的是()A.Pd电极为正极B.交换膜为质子交换膜C.电池正极反应为PdHx－1＋H＋＋e－=PdHxD.Pd与PdHx之间含氢差异和压力梯度都会导致电势差答案C解析A.PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：PdHx－e－=PdHx－1＋H＋，生成的质子通过质子交换膜传输到上层钯电极(正极)，而电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到钯电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路。Pd电极为正极，A项正确；B.交换膜需要H＋通过并在正极发生反应：2H＋＋2e－=H2↑，所以交换膜为质子交换膜，B项正确；C.电池正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，C错误；D.分析原理可知，Pd与PdHx之间含氢差异和压力梯度都会导致电势差，D正确。7.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AlOeq\o\al(－,2)，PbO2为正极，发生还原反应，电解质溶液M为KOH，R为K2SO4，N为H2SO4，原电池工作时，负极反应为Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，则消耗OH－，钾离子向正极移动，正极电极反应式为PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－＋4H＋=PbSO4＋2H2O，正极消耗氢离子，阴离子向负极移动，则y是阴离子交换膜，x是阳离子交换膜。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＋SOeq\o\al(2－,4)＋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1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×18g/mol＝16g，D项错误。8.(2024·凉山宁南中学开学考试)电化学技术在处理污染气体领域的应用广泛。(1)利用反应6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，又能提供电能，装置如图所示。①A电极的电极反应式为________________________________________________________________________________________。②下列关于该电池的说法正确的是________。A.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极B.为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C.电池工作一段时间，溶液的pH不变D.当有4.48LNO2被处理时，转移电子物质的量为0.8mol(2)以含SO2废气为原料，用电化学方法制取硫酸。装置如图。写出负极电极反应式________________________________________________________________________________________。(3)一种乙醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L－1的KOH溶液。请写出负极的电极反式______________________________________________________；每消耗4.6g乙醇转移的电子数为________。(4)以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2，该电池总反应的化学方程式是____________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O②B(2)SO2－2e－＋2H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋(3)C2H5OH－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋11H2O1.2NA(4)Al＋3NiO(OH)＋NaOH＋H2O=3Ni(OH)2＋NaAlO2解析(1)①根据总反应知NH3中N元素从－3价升高到0价，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O；②A.电极A为负极，电子从左侧电极经负载流向右侧电极，A错误；B.B极为正极，电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O=N2＋8OH－，而负极则消耗OH－，为使电池持续供电，正极生成的OH－必须通过离子交换膜转移到负极区，故选用阴离子交换膜，B正确；C.根据总反应知，反应生成水，会稀释电解质溶液，因此溶液pH会改变，C错误；D.利用摩尔体积计算时，必须指明温度与压强，D错误；故选B。(2)SO2制取H2SO4，S元素化合价升高，失去电子，因此A电极为负极，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋。(3)乙醇燃烧生成二氧化碳，但在碱性条件下二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子，所以乙醇燃料电池中，负极上是燃料乙醇失去电子发生氧化反应，在碱性环境下，电极反应为C2H5OH－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋11H2O；4.6g乙醇的物质的量为eq\f(4.6g,46g/mol)＝0.1mol，转移的电子数为1.2NA。(4)以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2，Al转化为NaAlO2，根据得失电子守恒和原子守恒配平该电池总反应的化学方程式是Al＋3NiO(OH)＋NaOH＋H2O=3Ni(OH)2＋NaAlO2。能力提升9.(2023·安庆、池州、铜陵联考改编)一种可实现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理如图所示，下列说法正确的是()A.放电时，电子由M极经外电路到N极B.放电时，N极电极反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2OC.放电过程中Na＋由左池通过交换膜向右池移动D.充电时，电极M接电源的负极答案B解析A.根据图示，放电时，氢气流入N极，N极氢气失电子发生氧化反应，N是负极、M是正极，电子由N极经外电路到M极，故A错误；B.放电时，氢气流入N极，N极氢气失电子发生氧化反应，N极电极反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2O，故B正确；C.N是负极、M是正极，放电过程中Na＋由右池通过交换膜向左池移动，故C错误；D.放电时，N是负极、M是正极，充电时，电极M接电源的正极，故D错误。10.(2023·萍乡期末改编)科学家研制出一种新型短路质电化学电池，利用这种电池可以消除空气中的CO2，该装置的结构、工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A.H2在负极发生氧化反应B.正极发生的总反应为O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)C.当负极生成1molCO2时，理论上需要转移2mol电子D.短路膜和常见的离子交换膜不同，它既能传递离子还可以传递电子答案C解析A.负极是氢气失去电子发生氧化反应，故A正确；B.正极上是氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，方程式为O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)，故B正确；C.负极生成的氢离子和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳，方程式为HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O，生成1molCO2需要1mol氢离子，理论上需要转移1mol电子，故C错误；D.从图中看出，短路膜可以传递离子还可以传递电子，故D正确。11.(2023·阜阳期末)锂离子电池的正负极一般采用可逆嵌锂—脱锂的材料。尖晶石结构的LiMn2O4是一种常用的正极材料。已知一种LiMn2O4晶胞可看成由A、B单元按Ⅲ方式交替排布构成。下列说法正确的是()A.放电时，LiMn2O4电极发生电极反应LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋B.“”表示的微粒是MnC.每个LiMn2O4晶胞转化为Li1－xMn2O4时转移8x个电子D.充电时，LiMn2O4电极的电势低于电池另一极答案C解析A.LiMn2O4电极为正极，发生还原反应，得电子，正确的反应式应该为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－=LiMn2O4，故A错误；B.Ⅲ晶胞中含有4个A和4个B，黑球共有(1＋8×eq\f(1,8))×4＝8个，白球个数有(4＋4)×4＝32个，△个数为4×4＝16个，由于LiMn2O4中Li∶Mn∶O＝1∶2∶4，故黑球为Li，△为Mn，白球为O，故B错误；C.一个LiMn2O4转化为Li1－xMn2O4转移x电子，一个晶胞中有8个LiMn2O4，转移8x电子，故C正确；D.放电时LiMn2O4电极为正极，充电时为阳极，阳极电势高于阴极，故D错误。