备战2021 高考化学 考点34 化学电源（解析版）

备战2021 高考化学 考点34 化学电源（解析版）

考点 34 化学电源 1．电池的分类： 2．常见的化学电源 （1）一次电池 ①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：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－； 电池总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 ② 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 装置 电极 负极：Zn−2e− Zn2+ 负极：Zn+2OH−−2e− Zn(OH)2 反应 正极：2 + 4NH +2MnO2+2e− 2NH3+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2MnO2+2 + 4NH Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O 正极：2MnO2+2H2O+2e− 2MnOOH +2OH− 总反应： Zn + 2MnO2+2H2O 2MnOOH+ 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 ① 放电时的电极反应 负极：Pb(s)+ 2 4SO  (aq)−2e− PbSO4(s) (氧化反应) 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+ 2 4SO  (aq)+2e− PbSO4(s)+2H2O(l) (还原反应) 总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) ② 充电时的电极反应 阴极：PbSO4(s)+2e− Pb(s)+ 2 4SO  (aq) (还原反应) 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)−2e− PbO2(s)+4H+(aq)+ 2 4SO  (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+O2 2H2O 介 质 酸性(H+) 负极：2H2−4e− 4H+ 正极：O2+4H++4e− 2H2O 中性(Na2SO4) 负极：2H2−4e− 4H+ 正极：O2+2H2O+4e− 4OH− 碱性(OH−) 负极：2H2+4OH−−4e− 4H2O 正极：O2+2H2O+4e− 4OH− B、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： ①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 ②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：4Al−12e−===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 燃料电池 典例 1 直接碳固体氧化物燃料电池作为全固态的能量转换装置，采用固体碳作为燃料，以多孔 Pt 作电极、 氧化锆为电解质，其工作原理如下图。下列说法不正确的是 已知：CO2(g)+C=2CO(g) △ H=+172.5kJ•mol-1 CO(g)+ 1 2 O2(g)=CO2(g) △ H=-283kJ•mol-1 A．电极 a 为正极，电子由 b 经过导线到 a B．电极 b 发生的电极反应为：CO+O2--2e-=CO2 C．依据装置原理可推测，该条件下 CO 放电比固体 C 更容易 D．若 1molC(s)充分燃烧，理论上放出的热量为 110.5kJ 【答案】D 【分析】分析电池的工作原理示意图，电池在工作时，氧化锆电解质中的 O2-由 a 电极向 b 电极迁移，因此 a 为正极，b 为负极；电池在工作时，固体碳首先转化为 CO，再扩散到 b 电极上发生电化学反应，相比于 直接利用固体碳，这种方式更容易反应。 【详解】A．通过分析可知，a 电极为正极，b 电极为负极；所以电子通过导线，由 b 电极向 a 电极迁移，A 项正确； B．由电池的工作原理示意图可知，b 电极上发生的是 CO 的氧化反应，因此电极反应式为： 2 2CO O 2e =CO   ，B 项正确； C．通过分析可知，电池在工作时，是将固体碳转变为 CO 后再利用 CO 发生的电化学反应，这种方式相比 于直接利用固体碳，更容易放电，C 项正确； D．由题可知，C 完全燃烧的热化学方程式为：      2 2C s O g =CO g 393.5kJ/molH   ，所以 1molC(s)充分燃烧理论上放出的热量为 393.5kJ，D 项错误；答案选 D。 1．美国 G－TEC 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 b B．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：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．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) 【答案】C 【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 O2＋4e－===2O2－，C 项错误；因 2H2＋O2===2H2O， 2CO＋O2===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。 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。 考向二 新型电池 典例 2 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 e－ B．电池工作时 Na＋从 b 极区移向 a 极区 C．a 极上的电极反应式为 BH－ 4 ＋8OH－－8e－===BO－ 2 ＋6H2O D．b 极材料是 MnO2，该电池总反应方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O 【答案】B 【解析】正极电极反应式为 H2O2＋2e－===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－ 2 ，电极反应式为 BH－ 4 ＋8OH－－8e－===BO－ 2 ＋6H2O，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－ 2 ，该电池总反应方程式 为 NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故 D 正确。 2．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，乙图是 一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。关于甲、乙的说法正确的是( ) A．装置乙中的 b 极要与装置甲的 X 极连接 B．装置乙中 a 极的电极反应式为 2Cl--2e-＝Cl2↑ C．当 N 极消耗 5.6 L(标准状况下)气体时，则有 2NA 个 H+通过质子交换膜 D．若有机废水中主要含有葡萄糖(C6H12O6)，则装置甲中 M 极发生的电极反应为 C6H12O6+6H2O-24e- ＝ 6CO2↑+24H+ 【答案】D 【分析】 甲池为原电池，N 电极上氧气转化为水，发生还原反应，所以 N(Y)极为正极，则 M(X)极为负极；乙池为电 解池，需要制备消毒液，则 b 极应生成氯气，a 电极生成 NaOH 和氢气，然后氯气移动到 a 电极和 NaOH 反 应生成 NaClO，所以 b 为阳极，a 为阴极。 【详解】 A．a 为阴极，与甲中的负极相连，即与 X 相连，b 极要与装置甲的 Y 极连接，故 A 错误； B．乙为电解池，在下端生成氯气，则 b 极的电极反应式为 2Cl--2e-=Cl2↑，故 B 错误； C．N 电极为氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，则当 N 电极消耗 5.6 L 气体（标 准状况下）即 0.25mol 时，消耗的氢离子为 1mol，则有 NA 个 H+通过离子交换膜，故 C 错误； D．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中 M 极上 C6H12O6 失电子生成二氧化碳同时产生氢离子，其电 极应为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，故 D 正确；综上所述答案为 D。 1．汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应：PbO2+Pb+2H2SO4  放电 充电 2PbSO4+2H2O，根据此反应判 断下列叙述中正确的是 A．PbO2 是电池的负极 B．电子从 Pb 极流出 C．PbO2 得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 【答案】B 【详解】 A．PbO2 中 Pb 化合价降低，得到电子，是原电池的正极，故 A 错误； B．Pb 化合价升高，失去电子，是原电池负极，PbO2 中 Pb 化合价降低，得到电子，是原电池正极，电子从 负极即 Pb 极流出，流入到正极即 PbO2 极，故 B 正确； C．PbO2 中 Pb 化合价降低，得到电子，被还原，故 C 错误； D．根据总反应 PbO2+Pb+2H2SO4  放电 充电 2PbSO4+2H2O，电池放电时，硫酸不断消耗，因此溶液酸性减弱，故 D 错误。综上所述，答案为 B。 2．NO2、O2 和熔融 KNO3 可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物 Y， Y 可循环使用。下列说法正确的是 A．O2 在石墨Ⅱ附近发生氧化反应 B．该电池放电时 3NO 向石墨Ⅱ电极迁移 C．石墨Ⅰ附近发生的反应：3NO2 ＋2e－===NO＋2 3NO D．相同条件下，放电过程中消耗的 NO2 和 O2 的体积比为 4∶1 【答案】D 【解析】石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，电极方程式为 O2＋2N2O5＋4e－===4 3NO ， A 错误；原电池中阴离子移向负极， 3NO 向石墨Ⅰ电极迁移，B 错误；石墨Ⅰ为原电池的负极，发生氧 化反应，电极方程式为 NO2＋ 3NO －e－===N2O5，C 错误；电极方程式分别为 NO2＋ 3NO －e－===N2O5、 O2＋2N2O5＋4e－===4 3NO ，则放电过程中消耗的 NO2 和 O2 的体积比为 4∶1，D 正确。 3．充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，在充电和放电时，其电池反应为 Mg＋ 2MnF3 2MnF2＋MgF2。下列说法不正确的是 A．放电时，镁为负极材料 B．放电时，电子从镁极流出，经电解质溶液流向正极 C．充电时，阳极的电极反应式为 MnF2＋F－－e－===MnF3 D．充电时，外加直流电源的负极应与原电池的 Mg 极相连 【答案】B 【解析】放电时，Mg 被氧化生成 MgF2，则镁为负极材料，A 正确；放电时，电子从负极流出经导线流 向正极，电子不进入电解质溶液，B 错误；充电时，MnF2 在阳极上发生氧化反应生成 MnF3，电极反应 式为 MnF2＋F－－e－===MnF3，C 正确；充电时，外加直流电源的负极要与原电池的负极相连，即与镁极 相连，D 正确。 4．熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样化、余热利用价值高和 电池构造材料价廉等诸多优点，是未来的绿色电站。某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K2CO3 为电解 质、以 CH4 为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是 A．Li＋、K＋移向左侧电极 B．外电路中电子由右侧电极移向左侧电极 C．通入 1 mol 气体 A 时，左侧电极上生成 5 mol CO2 D．相同条件下通入气体 B 与气体 C 的体积比为 2∶1 【答案】C 【解析】该原电池为甲烷燃料电池，通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，负极反应式为 CH4＋4 2 3CO  －8e－===5CO2＋2H2O，正极反应式为 O2＋2CO2＋4e－===2 2 3CO  ，负极上产生的二氧化碳 可以为正极所利用，所以 A 是负极，B 是正极。燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极 是正极，原电池放电时，阳离子向正极移动，Li＋、K＋向右侧电极移动，A 错误；外电路中电子由负极流 向正极，即从左侧电极移向右侧电极，B 错误；负极反应式为 CH4＋4 2 3CO  －8e－===5CO2＋2H2O，正极 反应式为 O2＋2CO2＋4e－===2 2 3CO  ，通入 1 mol 甲烷气体时，左侧电极上生成 5 mol CO2，C 正确；相 同条件下通入气体 B 与气体 C 的体积比为 1∶2，D 错误。 5．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是 干电池示意图 铅蓄电池示意图 氢氧燃料电池示意图 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 【答案】D 【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，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，故 D 错误。 6．一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可 用 C6H10O5 表示。下列有关说法不正确的是 A．Cl－由中间室移向左室 B．X 气体为 CO2 C．处理后的含 NO － 3 废水的 pH 降低 D．电路中每通过 4 mol 电子，产生标准状况下 X 气体的体积为 22.4 L 【答案】C 【解析】该电池中，NO － 3 得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为 2NO－ 3 ＋10e－＋ 12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成 X，有机物在厌氧 菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子 Cl－移向负极室（左室），A 项正确；有机物在 厌氧菌作用下生成二氧化碳，所以 X 气体为 CO2，B 项正确；正极反应为 2NO－ 3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋ 6H2O，H＋参加反应导致溶液酸性减小，溶液的 pH 增大，C 项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化 反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为 C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电 路中每通过 4 mol 电子，产生标准状况下 X 气体的体积为 4 24×6×22.4＝22.4（L），D 项正确。 7．燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。 （1）以多孔铂为电极，如图甲装置中 A、B 口分别通入 CH3CH2OH 和 O2 构成乙醇燃料电池，则 b 电极 是________(填“正极”或“负极”)，该电池的负极的电极反应式为___________________________。 （2）科学家研究了转化温室气体的方法，利用图乙所示装置可以将 CO2 转化为气体燃料 CO，该电池负 极反应式为__________________________，工作时的总反应式为________________________。 （3）绿色电源“二甲醚－氧气燃料电池”的工作原理如图丙所示。 ①氧气应从 c 处通入，则电极 Y 为________极，发生的电极反应式为_______________________； ②二甲醚(CH3OCH3)应从 b 处加入，电极 X 上发生的电极反应式为_____________________________； ③电池在放电过程中，电极 X 周围溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 （4）合成气(H2、CO)不仅是化工原料，也是清洁能源。如果 H2 和 CO 以体积比 1 1 组成的混合气体与 空气构成碱性燃料电池(KOH 溶液为电解质溶液且足量)，假设 CO 和 H2 同时按比例发生反应，则燃料电 池负极的电极反应式为__________________。 （5）如图丁是甲烷燃料电池原理示意图。 ①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为________________________。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 【答案】（1）正极 CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO2－ 3 ＋11H2O （2）2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2CO2===O2＋2CO （3）①正 4H＋＋O2＋4e－===2H2O ②CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ ③减小 （4）CO＋H2＋6OH－－4e－===CO2－ 3 ＋4H2O （5）①a CH4＋10OH－－8e－===CO2－ 3 ＋7H2O ②减小 【解析】（1）b 电极通入 O2，发生还原反应，则 b 电极为正极。乙醇(CH3CH2OH)在负极上发生氧化反 应，电解质溶液为 KOH 溶液，负极反应式为 CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO2－ 3 ＋11H2O。 （2）由图乙可知，CO2 在 N 极上发生还原反应生成 CO，则 N 为正极，M 为负极。H2O 在负极上发生 氧化反应生成 O2，则电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。H2O 在 M 极上生成 O2，CO2 在 N 极上生 成 CO，则电池总反应式为 2CO2===O2＋2CO。 （3）①二甲醚－氧气燃料电池中，O2 通入正极，发生还原反应生成 H2O，电极反应式为 4H＋＋O2＋4e－ ===2H2O。②二甲醚 (CH3OCH3)在负极发生氧化反应生成 CO2，电极反应式为 CH3OCH3＋3H2O－12e－ ===2CO2＋12H＋。③放电过程中，电极 X 上 CH3OCH3 被氧化生成 CO2 和 H＋，电极 X 周围溶液中 c(H＋) 增大，溶液的 pH 减小。 （4）在碱性条件下，CO 和 H2 均被氧化，则燃料电池负极的电极反应式为 CO＋H2＋6OH－－4e－===CO2－ 3 ＋4H2O。 （5）①甲烷燃料电池中，CH4 通入负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为 CH4＋10OH－－8e－ ===CO2－ 3 ＋7H2O。②O2 通入正极，发生还原反应，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，结合负极反 应式及得失电子守恒推知，电池总反应式为 CH4＋2O2＋2OH－===CO2－ 3 ＋3H2O，则甲烷燃料电池工作时 不断消耗 OH－，溶液中 c(OH－)减小，溶液的 pH 减小。 8．（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 ①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 F＝96 500 C·mol－1)。 ②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。 ③ 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_________________________。 【答案】（1）① 2 4FeO  ＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－ 0.2 ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定 （2）N2＋8H＋＋6e－===2 + 4NH 氯化铵 （3）从 b 到 a CO＋O2－－2e－===CO2 【解析】（1）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 2 4FeO  ＋4H2O＋3e－ ===Fe(OH)3↓＋5OH－。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 1 10 60 96500   mol ＝0.006 217 6 mol。理论消耗 Zn 的质量为 0.0062176 2 ×65 g·mol－1≈0.2 g。②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 N2＋8H＋＋6e－===2 + 4NH ，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 CO＋O2－－2e－===CO2。 1.（2020·新课标Ⅰ）科学家近年发明了一种新型 Zn−CO2 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选 择性催化材料，放电时，温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途 径。 下列说法错误的是 A. 放电时，负极反应为 2 4Zn 2e 4OH Zn(OH)     B. 放电时，1 mol CO2 转化为 HCOOH，转移的电子数为 2 mol C. 充电时，电池总反应为 2 4 2 22Zn OH) 2Zn O 4OH O( 2H      D. 充电时，正极溶液中 OH−浓度升高 【答案】D 【解析】由题可知，放电时，CO2 转化为 HCOOH，即 CO2 发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧 电极为负极，Zn 发生氧化反应生成 2- 4Zn(OH) ；充电时，右侧为阳极，H2O 发生氧化反应生成 O2，左侧为 阴极， 2- 4Zn(OH) 发生还原反应生成 Zn，以此分析解答。放电时，负极上 Zn 发生氧化反应，电极反应式为： - - 2- 4Zn-2e +4OH =Zn(OH) ，故 A 正确；放电时，CO2 转化为 HCOOH，C 元素化合价降低 2，则 1molCO2 转化为 HCOOH 时，转移电子数为 2mol，故 B 正确；充电时，阳极上 H2O 转化为 O2，负极上 2- 4Zn(OH) 转 化为 Zn，电池总反应为： 2- - 4 2 22Zn(OH) =2Zn+O +4OH +2H O ，故 C 正确；充电时，正极即为阳极， 电极反应式为： - + 2 22H O-4e =4H +O  ，溶液中 H+浓度增大，溶液中 c(H+)•c(OH-)=KW，温度不变时，KW 不变，因此溶液中 OH-浓度降低，故 D 错误。 2．[2019新课标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，结构如下图所示。电池反应为 Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)  放电 充电 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)−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 【答案】D 【解析】A、三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的 ZnO 分散度高，A 正确； B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是 Ni(OH)2 失去电子转 化为 NiOOH，电极反应式为 Ni(OH)2(s)＋OH− (aq)− e− ＝NiOOH(s)＋H2O(l)，B 正确； C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为 Zn(s)＋2OH− (aq)− 2e− ＝ZnO(s)＋H2O(l)，C 正确； D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中 OH− 通过隔膜从正极区移向负极区， D 错误。答案选 D。 3．[2019 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 2I Br 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 0.65g ，溶液中有 0.02mol I 被氧化 D．充电时，a 电极接外电源负极 【答案】D 【解析】放电时，Zn 是负极，负极反应式为 Zn−2e− ═Zn2＋，正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ，充电时， 阳极反应式为 Br− +2I− −2e− =I2Br− 、阴极反应式为 Zn2＋+2e− =Zn，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能 穿过交换膜，据此分析解答。 A、放电时，a 电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ，故 A 正确；B、放 电时，正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ，溶液中离子数目增大，故 B 正确；C、充电时，b 电极反应式 为 Zn2＋+2e− =Zn，每增加 0.65g，转移 0.02mol 电子，阳极反应式为 Br− +2I− −2e− =I2Br− ，有 0.02molI− 失 电子被氧化，故 C 正确；D、充电时，a 是阳极，应与外电源的正极相连，故 D 错误；故选 D。 4．[2018 新课标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 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－ 2 x ）O2 【答案】D 【解析】本题考查的是电池的基本构造和原理，应该先根据题目叙述和对应的示意图，判断出电池的正 负极，再根据正负极的反应要求进行电极反应方程式的书写。A．题目叙述为：放电时，O2 与 Li+在多孔 碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选 项 A 错误。B．因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极）， 选项 B 错误。C．充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电 时向锂电极移动，选项 C 错误。D．根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是 O2 与 Li+得电子转化 为 Li2O2-X，电池的负极反应应该是单质 Li 失电子转化为 Li+，所以总反应为：2Li + (1－ 2 x )O2 ＝ Li2O2-X， 充电的反应与放电的反应相反，所以为 Li2O2-x ＝ 2Li + (1－ 2 x )O2，选项 D 正确。 点睛：本题是比较典型的可充电电池问题。对于此类问题，还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂，进 而判断出电池的正负极。本题明显是空气中的氧气得电子，所以通氧气的为正极，单质锂就一定为负极。 放电时的电池反应，逆向反应就是充电的电池反应，注意：放电的负极，充电时应该为阴极；放电的正 极充电时应该为阳极。 5．[2018 新课标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 A．放电时，ClO4 －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− ＝2CO32－+C D．充电时，正极反应为：Na++e−＝Na 【答案】D 【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动， 阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。A．放电时是原电池，阴离子 ClO4 －向负 极移动，A 正确；B．电池的总反应为 3CO2+4Na 2Na2CO3+C，因此充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2，B 正确；C．放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e−＝2CO32－+C， C 正确；D．充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为 2CO32 －+C－4e−＝3CO2，D 错误。答案选 D。 6．[2017 新课标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 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 【答案】D 【解析】A．原电池工作时，Li+向正极移动，则 a 为正极，正极上发生还原反应，随放电的进行可能发 生多种反应，其中可能发生反应 2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4，故 A 正确；B．原电池工作时，转移 0.02 mol 电子时，氧化 Li 的物质的量为 0.02 mol，质量为 0.14 g，故 B 正确；C．石墨烯能导电，S8 不能导电， 利用掺有石墨烯的 S8 材料作电极，可提高电极 a 的导电性，故 C 正确；D．电池充电时间越长，转移电 子数越多，生成的 Li 和 S8 越多，即电池中 Li2S2 的量越少，故 D 错误。答案为 A。 7．[2016·新课标Ⅲ]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−+2H2O 2 2 4Zn(OH)  。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+4OH−−2e− 2 4Zn(OH)  D．放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况) 【答案】C 【解析】本题的解题关键是电极反应式的书写，首先根据氧化还原反应与原电池的关系，正确判断出 Zn 为电池负极，O2 在正极获得电子，正极反应为 O2+4e−+2H2O 4OH−，该电极反应极为重要，1 mol O2 反应转移 4 mol 电子，常用于相关计算。A、充电时阳离子向阴极移动，故错误；B、放电时总反应为： 2Zn+O2+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4，则充电时生成氢氧化钾，溶液中的氢氧根离子浓度增大，故错误； C、放电时，锌在负极失去电子，故正确；D、标准状况下 22.4 L 氧气的物质的量为 1 mol，对应转移 4 mol 电子，故错误。 8．[2016·四川]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： Li1−xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x<1)。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 LixC6−xe− xLi++C6 C．充电时，若转移 1 mol e−，石墨(C6)电极将增重 7x g D．充电时，阳极的电极反应式为 LiCoO2−xe− Li1−xCoO2+xLi+ 【答案】C 【解析】本题考查了电化学原理，意在考查考生运用电化学原理分析、解决实际问题的能力。明确该电 池的充放电原理是解题的关键。电池放电时，阳离子由负极移向正极，A 项正确；由放电时的总反应看 出，LixC6 在负极发生失电子的氧化反应，B 项正确；充电反应是放电反应的逆反应，充电时阳极发生失 电子的氧化反应：LiCoO2−xe− Li1−xCoO2+xLi+，D 项正确；充电时，阴极发生得电子的还原反应： C6+xe−+xLi+ LixC6，当转移 1 mol 电子时，阴极(C6 电极)析出 1 mol Li，增重 7 g，C 项错误。