2021高三化学人教版一轮学案：第六章 第二节　原电池　化学电源 Word版含解析

2021高三化学人教版一轮学案：第六章 第二节　原电池　化学电源 Word版含解析

www.ks5u.com 第二节　原电池　化学电源 最新考纲：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。‎ 核心素养：1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应，能从多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。2.科学精神与社会责任：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。‎ 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 ‎3.工作原理(如锌铜原电池可用简图表示)‎ 总反应离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(1)电极 ‎①负极：失去电子，发生氧化反应；‎ ‎②正极：得到电子，发生还原反应。‎ ‎(2)电子定向移动方向和电流方向 ‎①电子从负极流出经外电路流入正极；‎ ‎②电流从正极流出经外电路流入负极；‎ 故电子定向移动方向与电流方向正好相反。‎ ‎(3)离子移动方向 阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。‎ ‎4．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应，总反应式，电极现象 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 ‎5.原电池原理的应用 ‎(1)加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快。‎ ‎(2)比较金属活动性强弱 如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性：A>B。‎ ‎(3)设计制作化学电源 实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：‎ 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(　×　)‎ 提示：若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。‎ ‎2．Mg、Al形成的原电池，Mg一定作负极(　×　)‎ 提示：Mg、Al与氢氧化钠溶液形成的原电池，Mg作正极。‎ ‎3．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(　×　)‎ 提示：燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参与反应，而是燃料参加反应。‎ ‎4．用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率(　√　)‎ ‎5．铁铜原电池中，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(　×　)‎ 提示：铁参与原电池反应时一般生成Fe2＋。‎ ‎6．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(　×　)‎ 提示：原电池工作时，电解质溶液中的阴离子向负极移动。‎ ‎7．原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极(　×　)‎ 提示：电子只能在导线上运动，不能在溶液中传输。‎ ‎1．只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。‎ ‎2．电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。‎ ‎3．电子只能在导线上(外电路)移动，不能在溶液中(内电路)移动；离子只能在溶液中移动，不能在导线上移动。‎ ‎4．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。‎ ‎5．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。‎ ‎6．一般条件下，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回路。但Mg、Al和NaOH溶液构成原电池时，Al作负极；Fe、Cu和浓HNO3构成原电池时，Cu作负极。规律为：与电解质溶液能发生氧化还原反应的金属作负极。‎ ‎1．(2016·全国卷Ⅱ)MgAgCl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(　B　)‎ A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋‎ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑‎ 解析：MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确；B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。‎ ‎2．(2017·上海卷)对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是(　D　)‎ A．电子流入的一极为正极 B．比较不活泼的一极为正极 C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极 解析：在原电池中正极为电子流入、性质不活泼、发生还原反应的一极，负极为电子流出、性质较活泼、发生氧化反应的一极，故D错误。‎ ‎3．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　C　)‎ A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 解析：A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋‎ 得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。‎ ‎4．(2020·潍坊上学期统考)根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是(　C　)‎ A．a电极为原电池的正极 B．外电路电流方向是a→b C．b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2‎ D．a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H＋为2 mol 解析：根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极；外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。‎ ‎5．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 电流从a极流向d极 现象 a极质量减小；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 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　C　)‎ A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 解析：把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，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，b极有气体产生，c极无变化，则活泼性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综合所述可知活动性：d>a>b>c。‎ ‎6．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)电极X的材料是Cu；电解质溶液Y是AgNO3(填化学式)。‎ ‎(2)银电极为电池的正极，其电极反应为Ag＋＋e－===Ag。‎ ‎(3)盐桥中的NO移向Cu(NO3)2溶液。‎ 素养　原电池工作原理的分析 ‎1．原电池正负极的判断 特殊情况 ‎①金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性：Mg>Al；而在碱性溶液中，Al可与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。‎ ‎②Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。‎ ‎2．原电池正、负极反应 负极：失电子，发生氧化反应，化合价升高。‎ 正极：得电子，发生还原反应，化合价降低。‎ ‎3．原电池中盐桥分析(装置如图所示)‎ ‎(1)盐桥的构成 盐桥里的物质一般是强电解质而且不与两池中电解质反应，教材中常使用装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动，这样溶液是不致流出来的。‎ ‎(2)盐桥的作用 ‎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。盐桥中阳离子移向正极，阴离子移向负极。‎ ‎1．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　B　)‎ A．①②中Mg作负极，③④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↑‎ 解析：②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；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。‎ ‎2．(2017·全国卷Ⅲ)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(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　D　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重‎0.14 g C．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 解析：原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为‎0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少‎0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ ‎3．(2017·海南卷)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是(　A　)‎ A．Pd电极b为阴极 B．阴极的反应式为：N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ C．H＋由阳极向阴极迁移 D．陶瓷可以隔离N2和H2‎ 解析：用N2和H2合成氨时，N2发生还原反应，H2发生氧化反应，所以通入N2的一极(Pd电极a)是阴极，通入H2‎ 的一极(Pd电极b)是阳极，A项错误。阴极上N2得电子，并与通过陶瓷传输过来的H＋结合生成NH3，B项正确。电解池中，阳离子由阳极向阴极迁移，C项正确。由题图可知，陶瓷可以隔离N2和H2，D项正确。‎ 规律小结 装置图判断正、负极 ‎1.利用“―→”判断：装置图中“―→”表示离子、电子、电流流动方向。‎ ‎2.利用通入物质判断：根据通入的物质性质，分析其化合价的变化，如通入O2，其化合价降低，为正极。‎ ‎4．已知反应AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O是可逆反应。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：‎ Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液 结果发现电流表指针均发生偏转。‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)两次操作过程中指针为什么发生偏转？两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。‎ ‎(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。(Ⅰ)加酸，c(H＋)增大，平衡向正反应方向移动，AsO得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。‎ ‎(Ⅱ)加碱，c(OH－)增大，平衡向逆反应方向移动，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2‎ 极是负极。故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。‎ ‎(3)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向A烧杯溶液(填“A”或“B”)。‎ ‎(4)Ⅰ操作过程中，C1棒上发生的反应为2I－－2e－===I2。‎ 知识点二　化学电源 ‎1．一次电池 碱性 锌锰 干电 池 负极材料：Zn 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ 正极材料：MnO2‎ 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2‎ 锌银 电池 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－‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag ‎2.二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ ‎3．燃料电池 ‎(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。‎ 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 特点 燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给 ‎(2)以CO为燃料气，在不同的电解质中，发生的电池反应如下：‎ ‎(3)铝—空气—海水电池 负极材料：铝片　正极材料：铂片 ‎ 电解质溶液：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 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　√　)‎ ‎2．手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　×　)‎ 提示：锂离子电池属于可充电电池，即二次电池。‎ ‎3．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(　√　)‎ ‎4．碱性锌锰干电池中的MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(　×　)‎ 提示：碱性锌锰干电池中的MnO2作氧化剂，参与反应。‎ ‎5．氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋(　×　)‎ 提示：负极反应应写为2H2－4e－＋4OH－===4H2O。‎ ‎6．二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生还原反应(　√　)‎ ‎1．锂电池不能选用水作电解液。因为锂是比较活泼的金属，会和水发生反应。‎ ‎2．可充电电池的放电反应和充电反应因反应条件不同不互为可逆反应；其中充电时的阴极反应式为“放电”时负极的逆反应，阳极反应式为“放电”时正极的逆反应。‎ ‎3．充电电池充电时，电池的负极外接电源的负极，正极外接电源的正极。‎ ‎4．化学电源的电池总反应一般较复杂，写电极反应式常用加减法。‎ ‎①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li－e－===Li＋(负极)。③‎ 利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。‎ ‎1．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是(　D　)‎ A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻‎207 g 解析：干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，故B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，故C正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅是在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，故D错误。‎ ‎2．(2020·北京大联盟联考)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，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(　C　)‎ 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＋3NH C．OH－不断由负极向正极移动 D．每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子 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。‎ ‎3．(2020·安徽合肥第一中学冲刺高考)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是(　A　)‎ A．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧 B．放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量减少‎65 g C．充电时阴极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－‎ D．若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变 解析：充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜向阴极定向迁移，故由左侧流向右侧，A正确；放电时，负极Zn溶解生成Zn2＋，Zn2＋通过阳离子交换膜向正极定向迁移，每转移1 mol电子，负极区质量减轻‎32.5 g，B错误；充电时阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C错误；若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极不会改变，Zn仍是负极，D错误。‎ ‎4．(2020·长春模拟)手持技术的氧电化学传感器可用于测定O2含量，下图为某种氧电化学传感器的原理示意图。已知在测定O2含量过程中，电解质溶液的质量保持不变。一定时间内，若通过传感器的待测气体为a L(标准状况)，某电极增重了b g。下列说法正确的是(　D　)‎ A．Pt上发生氧化反应 B．Pb上的电极反应式为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C．反应过程中转移OH－的物质的量为0.25b mol D．待测气体中氧气的体积分数为 解析：根据装置图分析可知，该池为原电池，通入氧气的一极为正极，乙电极即Pb电极为负极，A项，Pt电极通氧气，为正极，发生还原反应，A错误；B项，Pb电极为负极，失去电子发生氧化反应，电极方程式为2Pb＋4OH－－4e－===2PbO＋2H2O，B错误；C项，Pb电极为负极，失去电子发生氧化反应，电极方程式为2Pb＋4OH－－4e－===2PbO＋2H2O，结合4 mol氢氧根离子，电极质量增重‎32 g，该电极增重的质量为b g，则转移OH－的物质的量为0.125b mol，C错误；D项，根据C的分析可知，转移电子物质的量为0.125b mol，由电极方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗氧气的体积为22.4× L＝0.7b L，故氧气的体积分数为，D正确。‎ ‎5．(2020·宁夏银川质检)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，下列说法错误的是(　A　)‎ A．Y的化学式可能为NO B．石墨Ⅰ极为负极，石墨Ⅱ极为正极 C．该电池放电时NO从右侧向左侧迁移 D．石墨Ⅰ附近发生的反应为NO2＋NO－e－===N2O5‎ 解析：石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，所以石墨Ⅰ为原电池的负极，发生失电子的氧化反应，NO2失电子不可能得到NO，A错误；石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，石墨Ⅰ为负极，B正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，C正确；负极的电极反应应该为NO2＋NO－e－===N2O5，D正确。‎ ‎6．(1)甲烷燃料电池有多种，请写出在不同环境下的电极反应式。‎ ‎①固体电解质(高温下能传导O2－)时的负极、正极反应式：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O、2O2＋8e－===4O2－。‎ ‎②熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的负极、正极反应式：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O、2O2＋8e－＋4CO2===4CO。‎ ‎(2)肼(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极、正极反应式：N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2↑、O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ ‎(3)化学家正在研究尿素动力燃料电池，用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋。‎ 素养　形形色色的新型化学电源 ‎1．电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)‎ ‎2．已知总方程式，书写电极反应式 ‎(1)书写步骤 ‎①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne－)。‎ ‎②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。‎ ‎③步骤三：写电极反应式。‎ 负极反应：还原剂－ne－===氧化产物 正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物 ‎(2)书写技巧 若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：‎ 总反应式： CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O 正极：3O2＋12H＋＋12e－===3H2O 负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋‎ 特别提醒：简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。‎ ‎3．可充电电池的思维模型 因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。‎ ‎(1)可充电电池的分析流程 ‎①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。‎ ‎②放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。‎ ‎③充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断 分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。‎ a．首先应分清电池是放电还是充电。‎ b．再判断出正、负极或阴、阳极。‎ 放电 阳离子正极，阴离子负极 充电 阳离子阴极，阴离子阳极 总之：阳离子发生还原反应的电极 阴离子发生氧化反应的电极 ‎④“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式 若已知电池放电时的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。‎ ‎4．燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。‎ 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①‎ CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②‎ ‎①式＋②式得燃料电池总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。‎ 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：‎ ‎(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O；‎ ‎(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－；‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：‎ O2＋4e－===2O2－；‎ ‎(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：‎ O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式：‎ 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。‎ 图示如下：‎ ‎1．(2019·全国卷Ⅲ)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(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。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(　D　)‎ A．三维多孔海绵状Zn具有最高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)‎ C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)‎ D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 解析：本题考查电化学知识，涉及可充电电池的电极反应式书写，阴、阳离子的移动方向判断等。三维多孔海绵状Zn比表面积大，所沉积的ZnO分散度高，而且题干也强调三维多孔海绵状Zn可以高效沉积ZnO，A正确。充电时，阳极Ni(OH)2失去电子发生氧化反应，在碱性电解质溶液中转化为NiOOH，题给电极反应式符合题意，B正确。放电时，负极锌失去电子发生氧化反应转化为ZnO，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2‎ O(l)，C正确。放电过程为原电池工作过程，阴离子应该从正极区移向负极区，D错误。‎ ‎2．(2018·全国卷Ⅲ)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(　D　)‎ 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－)O2‎ 解析：利用题中信息知，放电时，Li失电子发生氧化反应，作负极，O2在多孔碳材料电极上得电子发生还原反应，因此多孔碳材料电极为正极，A错误；放电时，外电路电子由负极(锂电极)流向正极(多孔碳材料电极)，B错误；充电时，锂电极作阴极，电解质溶液中Li＋向阴极移动，C错误；充电时阴极上Li＋得电子生成Li，阳极上发生氧化反应生成O2，因此电池总反应是Li2O2－x转化为Li和O2，D正确。‎ ‎3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。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＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　D　)‎ A．放电时，ClO向负极移动 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2‎ C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na 解析：高氯酸根离子是阴离子，电池放电时为原电池装置，阴离子向负极移动，A正确；由题图结合电池总反应知，充电时释放二氧化碳，放电时吸收二氧化碳，B正确；放电时，正极反应可以理解为“CO2得到4e－被还原为C，余下的两个O2－进一步结合CO2生成CO”：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时电池的正极与外接电源的正极相连，作电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，应为碳失电子生成CO2，D错误。‎ ‎4．(2019·天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理如图。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(　D　)‎ A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－‎ B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b电极每增重‎0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 解析：根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重‎0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。‎ ‎5．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　D　)‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析：反应CH4＋H2O3H2＋CO，碳元素化合价由－4价升高到＋2价，氢元素化合价由＋1价降低到0价，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，故A错误；电解质没有OH－，负极H2发生的反应为H2＋CO－2e－===H2O＋CO2，故B错误；电池工作时，CO向负极移动，即向电极A移动，故C错误；电极B为正极，正极为氧气得电子生成CO，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。‎