2026年高考总复习优化设计一轮复习化学（广西版）-第2讲　原电池　化学电源

高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第2讲原电池化学电源第六章2026内容索引0102强基础增分策略增素能精准突破研专项前沿命题03明考向真题演练04【课程标准】1.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如新型电池的开发等。强基础增分策略一、原电池的工作原理1.原电池定义及本质原电池是把

化学

能转化为

电

能的装置。其反应本质是

自发进行

的

氧化还原

反应。

2.原电池的装置模型3.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)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电极质量变化

减小

增大

反应类型

氧化

反应

还原

反应

电子流向由

Zn

沿导线流向

Cu

电极名称负极正极盐桥中离子移向盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂,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维持两电极电势差(中和电荷),使电池能持续提供电流装置差异比较原电池Ⅰ:温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在同一溶液中,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:温度不变,化学能只转化为电能

,两极反应在不同溶液中,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定应用提升“电子不下水,离子不上岸”,无论在原电池中还是在电解池中,电子在电极和导线内流动,离子在电解质溶液中流动,共同组成闭合回路。4.原电池的应用(1)设计制作化学电源(2)比较金属的活泼性强弱:原电池中,负极一般是活泼性

较强

的金属,正极一般是活泼性

较弱

的金属(或非金属)。

氧化反应和还原反应分别在两个电极进行

(3)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。(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。易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(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)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定为负极。(

×

)(5)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。(

×

)(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥内可以是含KCl饱和溶液的琼脂。(

×

)应用提升

(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。(2)在大部分原电池反应中,金属活泼性较强的作负极,另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外,如:①冷的浓硝酸作电解质溶液,金属铁或铝与金属铜作电极时,铁或铝在冷的浓硝酸中钝化,金属活动性弱的铜与浓硝酸发生反应,作负极。②NaOH溶液作电解质溶液,金属镁与金属铝作电极时,因铝能与NaOH溶液反应,作负极,而金属活泼性强的镁只能作正极。二、化学电源1.一次电池2.二次电池两个电极均参与电极反应;“放电”为原电池原理,“充电”为电解原理铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,总反应为Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。

3.燃料电池

燃料为负极反应物;将化学能直接转化为电能(1)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。(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应或总反应。(3)铝—空气—海水电池负极材料为铝片,正极材料为铂片,电解质溶液为海水。负极反应:

4Al-12e-===4Al3+

。

正极反应:

3O2+12e-+6H2O===12OH-

。

总反应:

4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3

。

易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)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。(

×

)(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(

×

)(3)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(

√

)(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能。(

×

)应用提升

因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性介质中,不可能释放CO2气体,也不可能有H+的参与或生成,而酸性溶液中不可能有OH-的参与或生成。增素能精准突破考点一原电池原理及其应用考向1.原电池的工作原理典例突破某学习小组设计如图所示原电池装置。该电池总反应为Cl-+Ag+===AgCl↓。下列说法正确的是(

)A.放电时,X电极发生还原反应B.放电时,Y电极反应式为Ag++e-===AgC.放电时,盐桥中K+向盛有NaCl溶液的烧杯中移动D.外电路中每通过0.1mole-,X电极质量增加14.35g答案

B解析

该原电池X电极反应式为Ag-e-+Cl-===AgCl,发生氧化反应,A错误;Y电极为原电池正极,电极反应式为Ag++e-===Ag,B正确;放电时,盐桥中的钾离子向正极移动,X电极为负极,故C错误;放电时,当电路中转移0.1

mol

e-时,X电极会有0.1

mol

Ag失去0.1

mol电子生成银离子,银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀,故X电极质量增加3.55

g,D错误。针对训练1.根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时,下列各项合理的是(

)选项正极(金属/电解质溶液)负极(金属/电解质溶液)AZn/ZnSO4溶液Fe/稀硫酸BFe/FeCl2溶液Zn/ZnSO4溶液CZn/稀硫酸Fe/FeCl2溶液DFe/ZnSO4溶液Zn/FeCl2溶液答案

B解析

原电池中,负极材料的活动性一般强于正极材料,Zn比Fe活泼,形成原电池时Zn作负极,A、C项均错误;使用盐桥,形成双液原电池时,为得到稳定电流,正极、负极半电池中的电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液,D项错误,B项正确。2.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

电池的负极发生氧化反应,A项错误;CO2在正极上得电子发生还原反应,B项正确;放电时阳离子移向正极,C项错误;原电池是把化学能转化为电能的装置,D项错误。3.某兴趣小组同学利用氧化还原反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4══2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计了如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L-1,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题。

归纳总结判断原电池正、负极的五种方法考向2.原电池原理的应用典例突破某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。回答下列问题:(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应为

。

(3)反应达到平衡时,外电路导线中

(填“有”或“无”)电流通过。

(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中的电极变为

(填“正”或“负”)极。

答案

(1)如下图(答案合理即可)(2)2I--2e-===I2

(3)无(4)负解析

(1)先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子变成I2。(3)反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中的电极变成负极。针对训练1.用A、B、C、D、E五块金属片,进行如下实验。(1)A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,A极为负极,活动性:

。

(2)C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,电流由D→导线→C,活动性:

。

(3)A、C相连后,同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡,活动性:

。

(4)B、D相连后,同时浸入稀硫酸中,D极发生氧化反应,活动性:

。

(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液,E先析出,活动性:

。

综上所述,这五种金属的活动性从强到弱的顺序为

。

答案

(1)A>B

(2)C>D

(3)A>C

(4)D>B

(5)B>E

A>C>D>B>E2.(2025八省联考河南卷)我国科学家设计了一种水系S-MnO2可充电电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.充电时,电极b为阳极B.充电时,阳极附近溶液的pH增大C.放电时,负极的电极反应:Cu2S-4e-══S+2Cu2+D.放电时,溶液中Cu2+向电极b方向迁移答案

C

解析

由图可知,放电时,电极a上MnO2转化为Mn2+,发生还原反应,电极b上Cu2S转化为S和Cu2+,发生氧化反应,则电极a为正极,电极b为负极;充电时,电极a上Mn2+转化为MnO2,发生氧化反应,电极b上S和Cu2+转化为Cu2S,发生还原反应,此时电极a为阳极,电极b为阴极,A项错误。充电时,电极b为阴极,则电极a为阳极,电极a的电极反应为Mn2++2H2O-2e-══MnO2+4H+,阳极附近溶液的pH减小,B项错误。放电时,电极b为负极,负极的电极反应为Cu2S-4e-══S+2Cu2+,C项正确。放电时,溶液中Cu2+向正极移动,即向电极a方向迁移,D项错误。3.(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示:①HS-在硫氧化菌作用下转化为

的电极反应式是

。

②若维持该微生物电池中两种细菌的存在,则电池可以持续供电,原因是

。

(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca══CaCl2+Li2SO4+Pb。①放电过程中,Li+向

(填“负极”或“正极”)移动。

②负极反应式为

。

③电路中每转移0.2mol电子,理论上生成

gPb。

考点二新型化学电源考向1.一次电池典例突破(2024新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时,下列叙述错误的是(

)A.电池总反应为2C6H12O6+O2══2C6H12O7B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C.消耗18mg葡萄糖,理论上a电极有0.4mmol电子流入D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a答案

C解析

由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应式为Cu2O-2e-+2OH-══2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O2══2C6H12O7,A正确;b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据反应2C6H12O6+O2══2C6H12O7可知,1

mol

C6H12O6参加反应时转移2

mol电子,18

mg

C6H12O6的物质的量为0.1

mmol,则消耗18

mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2

mmol电子流入,C错误;原电池中阳离子从负极移向正极迁移,故Na+迁移方向为b→a,D正确。针对训练1.(2024北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(

)

答案

D解析

酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,A项错误。原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,B项错误。MnO2发生得电子的还原反应,C项错误。锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-══Zn2+,D项正确。2.(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.玻璃陶瓷具有传递离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池答案

B解析

海水中存在NaCl、MgCl2等电解质,海水在该电池中起电解质溶液的作用,A项说法正确;N极为电池的正极,正极上水放电生成氢气,同时,海水中溶解的O2也可在N极放电,电极反应为O2+4e-+2H2O══4OH-,B项说法错误;Li为活泼金属,能够与水反应,玻璃陶瓷起到隔绝水的作用,同时传导离子形成闭合回路,C项说法正确;该电池将化学能转化为电能后,H2在N极不具有充电后发生失电子反应的条件,故该锂-海水电池属于一次电池,D项说法正确。3.由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池,以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质溶液,铝和二氧化锰-石墨为两极,其电池反应为Al+3MnO2+3H2O===3MnO(OH)+Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(

)A.二氧化锰-石墨为电池正极B.负极反应式为Al-3e-+3NH3·H2O===Al(OH)3+3C.OH-不断由负极向正极移动D.每生成1molMnOOH,就转移1mol电子答案

C解析

由电池反应方程式知,铝为电池负极,铝失去电子转化为Al(OH)3,A、B正确;阴离子移向负极,C错误;由反应中锰元素价态变化知,D正确。归纳总结

化学电源中电极反应的书写方法考向2.新型二次电池典例突破(2024全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(

)A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2══ZnMn2O4C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-

══MnOOH+OH-D.放电时,Zn电极质量减少0.65g,MnO2电极生成了0.020molMnOOH答案

C解析

充电时该装置为电解池,电解池中阳离子向阴极迁移,即Zn2+向阴极方向迁移,A不正确;放电时,负极的电极反应为Zn-2e-══Zn2+,则充电时阴极反应为Zn2++2e══-Zn,即充电时Zn元素化合价应降低,而选项中Zn元素化合价升高,B不正确;放电时MnO2电极为正极,正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4,则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-══MnOOH+OH-,C正确;放电时,Zn电极质量减少0.65

g(物质的量为0.010

mol),电路中转移0.020

mol电子,由正极的主要反应MnO2+H2O+e-══MnOOH+OH-可知,若正极上只有MnOOH生成,则生成MnOOH的物质的量为0.020

mol,但是正极上还有ZnMn2O4生成,因此,MnOOH的物质的量小于0.020

mol,D不正确。思路指导首先根据原电池工作原理,分析可充电电池的示意图,然后逐项分析选项说法是否合理。针对训练1.(2024广西南宁模拟)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的不足,同时改善了Mg2+的溶剂化环境。下列说法错误的是(

)A.放电时,Mg电极上的电极反应为Mg-2e-══Mg2+B.充电时,多孔碳纳米管电极与电源正极连接C.充电时,Mg2+从多孔碳纳米管电极迁移至Mg电极D.放电时,每转移2mol电子,理论上可转化44gCO2答案

D解析

放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素化合价由+4价降低为+3价,发生还原反应,所以放电时,多孔碳纳米管电极为正极,电极反应为Mg2++2CO2+2e-══MgC2O4、Mg电极为负极,电极反应为Mg-2e-══Mg2+,则充电时多孔碳纳米管电极为阳极,电极反应为MgC2O4-2e-══Mg2++2CO2↑、Mg电极为阴极,电极反应为Mg2++2e-══Mg,根据放电时的电极反应Mg2++2CO2+2e-══MgC2O4可知,每转移2

mol电子,有2

mol

CO2参与反应,因此每转移2

mol电子,理论上可转化88

g

CO2。2.一种Al-PbO2电池通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域,三个区域的电解质分别为Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一种,结构如图。下列说法错误的是(

)A.a>bB.放电时,R区域的电解质溶液浓度逐渐增大C.M区电解质为NaOH,放电时Na+通过x膜移向R区D.放电时,PbO2电极反应为PbO2+2e-+4H+===Pb2++2H2O答案

D解析

由题图可知,铝极上铝失去电子发生氧化反应为负极,则PbO2极为正极;铝极生成四羟基合铝酸根离子,则M区电解质为氢氧化钠,那么R区电解质为硫酸钠,N区电解质为硫酸;放电时铝极反应为Al-3e-+4OH-══[Al(OH)4]-,PbO2电极反应为PbO2+2e-+4H++

══PbSO4+2H2O,正极反应消耗硫酸,硫酸浓度减小,a>b,A正确、D错误;放电时,M区钠离子、N区硫酸根离子均向R区域迁移,电解质溶液浓度逐渐增大,B正确;M区电解质为NaOH,放电时Na+通过x膜移向R区,C正确。归纳总结充电电池类题目的解答方法(1)电池放电时发生原电池反应,充电时发生电解池反应,在充电时电池的负极接电源的负极后为阴极,电池的正极接电源的正极后为阳极。(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。(3)阳极和负极都发生氧化反应,阴极和正极都发生还原反应。(4)电池放电时,电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子从负极经导线流向正极;电池充电时,电解质溶液中的阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。(5)电极附近溶液的pH的变化,根据电极反应进行分析。考向3.燃料电池典例突破(2024广西河池模拟)截至2024年,我国多个城市引入了氢能源公交车,我国的氢能源公交车占全球的六成左右,氢能源公交车的核心部件为氢燃料电池,其电池工作示意图如图。下列说法中,错误的是(

)A.当转移0.4mol电子时,消耗2.24LO2B.电极a为电池的负极C.电极b表面反应为O2+4e-+2H2O══4OH-D.氢氧燃料电池的供电量易于调节,能适应用电器负载的变化,而且不需要很长的充电时间答案

A解析

电极a为负极,电极反应为H2-2e-+2OH-══2H2O;电极b为正极,电极反应为O2+4e-+2H2O══4OH-。当转移0.4

mol电子时,标准状况下消耗2.24

L

O2,A错误;电极a为负极,B正确;电极b为正极,以KOH溶液为电解质溶液,电极表面反应为O2+4e-+2H2O══4OH-,C正确;氢氧燃料电池供电量易于调节,而且不需要很长的充电时间,在航天、军事和交通领域有广阔的应用前景,D正确。针对训练1.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(

)答案

C2.研究发现,在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸,可使电池持续大电流放电,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)A.加入HNO3降低了正极反应的活化能B.电池工作时正极区溶液的pH降低C.1molCH3CH2OH被完全氧化时有3molO2被还原D.负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+答案

B解析

该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+,H+向右移动通过质子交换膜,正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O。硝酸作正极反应的催化剂,加入催化剂可以降低正极反应的活化能,故A正确;正极反应虽然消耗H+,但负极区生成的H+移向正极区,负极区H+的物质的量不变,由于生成了水,电池工作时正极区溶液的pH升高,故B错误;根据正负极电极反应可知,1

mol

CH3CH2OH被完全氧化时有3

mol

O2被还原,故C正确;负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+,故D正确。3.研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源,还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示,下列说法正确的是(

)A.光照强度大小不影响KIO3的制备速率B.右侧电池中K+通过阳离子交换膜从P极移向Q极D.不考虑损耗,电路中每消耗1molO2,理论上Q极可制得342.4gKIO3答案

C解析

光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量,即影响电流强度,会影响KIO3的制备速率,故A项错误;铂电极P为阴极,铂电极Q为阳极,当转移相同物质的量的e-时,阳极消耗的OH-的物质的量少,溶液中K+通过阳离子交换膜从Q极移向P极,故B项错误;N极为负极,硫氧化菌将FeSx氧化为S,S再归纳总结书写燃料电池电极反应的技巧(1)首先写出正极反应(一般参加反应的是O2)(2)根据电池总反应减去正极反应确定负极反应。注意要消去总反应和正极反应中的O2。研专项前沿命题形色各异的新型化学电源题型考查内容选择题非选择题考查知识电极反应类型、电极反应正误判断与书写、电子(或离子)移动方向、电极区溶液性质变化、电化学计算核心素养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知考向1双液(或多液)电池例1.(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++2Fe3+===PbSO4+2Fe2+思路指导双液电池分析的步骤第一步:分析两极材料和两液的成分或两极区域中粒子的转化关系等,确定正负极。第二步:根据确定的两极,分析电极反应,离子移向和电子、电流方向等。第三步:明确问题,分析出正确答案。解析

电池放电时,负极反应式为Pb-2e-+

══PbSO4,可知负极质量增大,A项错误;储能过程为充电过程,将电能转化为化学能,充电时总反应为PbSO4+2Fe2+══Pb++2Fe3+,B项正确、D项错误;放电时,H+向正极移动,通过质子交换膜移向电池右侧,C项错误。答案

B突破方法燃料电池是利用燃料与氧气或空气或其他氧化剂进行反应,将化学能直接转化成电能的一类化学电源,基本工作原理与原电池相同:解题的关键是正确分析书写电极反应。书写方法与信息型氧化还原反应方程式的书写相似:针对训练

1.(2024广西玉林期末)微生物脱盐池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以氯化钠溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法正确的是(

)A.该电池可在高温环境下工作B.Y为阴离子选择性交换膜C.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-══2CO2↑+7H+D.每消耗2.24L的空气,有0.4mol电子转移答案

C解析

该装置为原电池,有机废水中的CH3COO-发生失电子的氧化反应生成CO2,负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-══2CO2↑+7H+,正极反应为4H++O2+4e-══2H2O,原电池工作时,阴离子移向负极、阳离子移向正极,即模拟海水NaCl溶液中的Na+通过阳离子交换膜移向正极、Cl-通过阴离子交换膜移向负极,可实现海水淡化,则隔膜Y为阳离子交换膜。该装置为微生物脱盐池,温度过高会导致微生物死亡,海水淡化效果变差,A项错误;负极区生成氢离子,需要氯离子,正极区消耗氢离子,需要钠离子,所以Y是阳离子交换膜,B项错误;负极上CH3COO-失电子发生氧化反应生成二氧化碳,同时生成氢离子,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-══2CO2↑+7H+,C项正确;题中未说明是不是标准状况,且标准状况下2.24

L空气中含有n(O2)≈0.1

mol×20%=0.02

mol,每消耗1

mol氧气转移4

mol电子,据此计算消耗0.02

mol氧气转移电子物质的量=0.02

mol×4=0.08

mol,D项错误。2.(2023安徽宣城二模)甲酸燃料电池工作原理如下图所示,已知该半透膜只允许K+通过。下列有关说法错误的是(

)A.物质A是H2SO4B.K+经过半透膜自a极向b极迁移C.a极电极半反应为HCOO-+2e-+2OH-===

+H2OD.Fe3+可以看作该反应的催化剂,可以循环利用答案

C解析

由题图可知电池左侧电极发生HCOO-失去电子的反应生成

,所在电极是负极,发生氧化反应;右边b为O2是正极,发生还原反应。铁的两种离子存在环境为酸性,且生成物为K2SO4,故物质A为H2SO4,A正确;阳离子K+由负极流向正极,B正确;a极电极发生氧化反应,半反应为HCOO-+2OH--2e-===

+H2O,C错误;Fe3+与Fe2+可以进行循环,可看作该反应的催化剂,D正确。考向2物质循环转化型电池例2.上海交通大学利用光电催化脱除SO2与制备H2O2相耦合,高效协同转化过程如图。(BPM膜可将水解离为H+和OH-,向两极移动)已知:①2H2O(l)+O2(g)===2H2O2(aq)

ΔGΘ=+233.6kJ·mol-1②2OH-(aq)+SO2(g)+O2(g)===

(aq)+H2O(l)

ΔGΘ=-374.4kJ·mol-1下列分析正确的是(

)A.α-Fe2O3是负极,电势更高B.正极区每消耗22.4L氧气,转移2mole-C.当生成0.1molH2O2时,负极区溶液增加6.4gD.总反应为SO2(g)+O2(g)+2OH-(aq)===

(aq)+H2O2(aq),该过程为自发过程思路指导由图示信息可知α-Fe2O3上二氧化硫失电子生成,α-Fe2O3为负极,负极电势低于正极电势,A错误;题中未指明是否为标准状况,不能根据气体体积确定气体的物质的量,B错误;正极反应:2H++O2+2e-===H2O2,生成0.1molH2O2时,转移0.2mol电子,结合负极反应:4OH-+SO2-2e-===

+2H2O,转移0.2mol电子时,有0.1mol(6.4g)SO2转化为

进入溶液,同时BPM膜中解离出的OH-进入负极区,所以负极区溶液增重大于6.4g,C错误;根据盖斯定律可知,总反应可由

①+②得到,总反应的答案

D突破方法可充电电池放电时遵循原电池原理,充电时遵循电解原理,其工作原理特点如下:如果已知可充电电池的总反应,书写较难写的电极反应时,可先写出较易写的电极反应,然后用总反应减去较易写的电极反应,即可得出较难写的电极反应。针对训练3.(2024广西柳州模拟)钠离子电池以其快速充放电的特性受到科研工作者的重视,具有广泛的应用前景。某基于有机电解质的钠离子可充电电池的放电工作原理如图所示:下列说法正确的是(

)A.x>yB.放电时,外电路通过0.1mol电子,A电极质量减少4.6gC.充电时,B电极发生的反应为CaFeOx+(y-x)O2--2(y-x)e-══CaFeOyD.该电池中的有机电解质可用水溶液替换答案

A解析

放电时,钠电极为负极,A电极反应为Na-e-══Na+,B电极为正极,电极反应为2(x-y)Na++CaFeOx+2(x-y)e-══CaFeOy+(x-y)Na2O,可知x>y,A项正确;放电时,外电路通过0.1

mol电子,A电极上Na失去电子生成Na+,消耗0.1

mol

Na,质量减少2.3

g,B项错误;充电时,B电极发生的反应为CaFeOy+(x-y)Na2O-2(x-y)e-══2(x-y)Na++CaFeOx,C项错误;Na与水反应,D项错误。4.双盐Mg-CoS2电池由Li+替代了Mg2+在正极材料中的嵌入,解决了Mg2+扩散缓慢、锂离子电池锂枝晶生长等问题,其充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(

)A.放电时,CoS2电极的电势高于Mg电极B.放电时,每转移2mole-,正极质量减少14gC.充电时,若充电电压为2.0V,可能造成电池性能衰减D.充电时,充电电压为2.75V时,阳极反应为Co+2Li2S-4e-===CoS2+4Li+答案

B解析

放电时,Mg作负极,CoS2电极为正极,正极的电势高于负极,则CoS2电极的电势高于Mg电极,A正确;放电时,右侧电极为正极,电极反应式为CoS2+4Li++4e-

===Co+2Li2S,每转移2

mol

e-,正极质量增加2

mol×7

g·mol-1=14

g,B错误;若充电电压为2.0

V,充电过程中Co会转化为Co3S4,放电时Co3S4不能参与反应,故会造成电池性能衰减,C正确;若充电电压为2.75

V,右侧电极为阳极,电极反应式为Co+2Li2S-4e-===CoS2+4Li+,D正确。考向3浓差电池例3.(2023河北张家口一模)利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池,利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示,其中在参比电极上通入纯氧气,测量电极上通入空气。下列说法错误的是(

)A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2-B.工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极C.工作时,用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确D.相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越高思路指导氧气在反应中得到电子发生还原反应,则参比电极作正极,氧气得电子转化为O2-,负极O2-失电子生成氧气,电子由负极经外电路流向正极,熔融金属氧化物电离出的氧离子向负极定向移动可用于传递O2-,A正确;电子由负极经外电路流向正极,故工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极,B正确;负极氧离子失去电子发生氧化反应会不断生成氧气,混合气体氧气浓度增大,故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确,C正确;两极氧气浓度差越大,两极电势差越大