第02講 原電池、化學電源（講義）（教師版） 2025年高考化學一輪復習講練測（新教材新高考）

第02講原電池、化學電源目錄01TOC\o"1-3"\h\u考情透視·目標導航 02知識導圖·思維引航 03考點突破·考法探究 考點一原電池的工作原理 知識點1原電池的概念及構(gòu)成條件 知識點2原電池的應用 考向1原電池的工作原理 考向2原電池電極判斷及電極反應的書寫 考向3“鹽橋”的作用與化學平衡的移動 考點二化學電源 知識點1一次電池、二次電池電極反應式的書寫 知識點2燃料電池 考向1一次電池 考向2二次電池 考向3燃料電池 04真題練習·命題洞見 04真題練習·命題洞見 考點要求考題統(tǒng)計考情分析原電池原理綜合應用2024·江蘇卷8題，3分；2024·北京卷3題，3分；2023廣東卷6題，2分；2023山東卷11題，4分；2022全國甲卷12題，6分；2022山東卷13題，4分；2021廣東卷9題，2分；2021山東卷10題，2分；電化學知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考化學的持續(xù)熱點，在復雜、陌生、新穎的研究對象和真實問題情境下，體現(xiàn)了對電化學知識基礎性、綜合性、創(chuàng)新性和應用性的考查。近年高考中對電化學的考查出現(xiàn)了新的變化，以裝置圖為載體來考查電化學的相關知識，成為近年高考的新亮點，考查的關鍵能力側(cè)重于兩個方面：一是理解與辨析能力，要求學生能夠從圖示電化學裝置中提取有效信息，判斷裝置種類、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要求學生能夠根據(jù)圖示信息和電解池的工作原理，分析電極反應的類型、電解質(zhì)的作用、離子的移動方向以及定量分析轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量等。新型二次電池2024·安徽卷11題，3分；2024·全國甲卷6題，3分；2024·河北卷13題，3分；2023遼寧卷11題，3分；2023全國甲卷10題，6分；2022遼寧卷14題，3分；2022福建卷9題，4分；2021河北卷9題，3分；2021遼寧卷10題，3分；2021浙江1月選考22題，2分；2021浙江6月選考22題，2分；2021湖南卷10題，3分；燃料電池2024·全國新課標卷6題，3分復習目標：1．理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應用，正確判斷原電池的兩極，能書寫電極反應式和總反應方程式。2．了解常見化學電源的種類及其工作原理；了解燃料電池的應用。體會研制新型電池的重要性。3．能夠認識和書寫新型化學電源的電極反應式?？键c一原電池的工作原理知識點1原電池的概念及構(gòu)成條件1．定義：把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．原電池的形成條件（1）能自發(fā)進行的氧化還原反應。（2）兩個金屬活動性不同的電極(燃料電池的兩個電極可以相同)。（3）形成閉合回路，需滿足三個條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。3．工作原理(以鋅銅原電池為例)【名師提醒】1．根據(jù)內(nèi)電路中的離子流向判斷正、負極，在內(nèi)電路中，陽離子由負極區(qū)流向正極區(qū)，陰離子由正極區(qū)流向負極區(qū)。2．鹽橋主要作用就是構(gòu)建閉合的內(nèi)電路，但不影響反應的實質(zhì)。鹽橋內(nèi)常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。知識點2原電池的應用1．設計制作化學電源2．比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)。3．加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。4．用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護?？枷?原電池的工作原理【例1】某小組利用下列裝置進行電化學實驗，下列實驗操作及預期現(xiàn)象正確的是 ()A．X和Y與電流表連接，電子由Cu極流向Zn極B．X和Y與電流表連接，將Zn換成Fe測得電流更大C．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Cu極質(zhì)量減輕D．X和Y分別與電源“－”、“＋”極相連，Zn極質(zhì)量減輕【答案】C【解析】A項，Zn作負極，電子由Zn極流向Cu極，錯誤；B項，F(xiàn)e、Cu的活動性相差小，測得電流也小，錯誤；C項，X為Zn、Y為Cu，Cu作陽極，Cu被電解，質(zhì)量減輕，C正確，D錯誤?！久麕燑c睛】1．判斷電極名稱的基本方法是看電極反應物的反應類型，若電極反應物失去電子，發(fā)生氧化反應則為負極，反之為正極。2．雙液銅、鋅原電池(帶鹽橋)與單液原電池相比，最大的優(yōu)點是Zn與氧化劑(Cu2＋)不直接接觸，僅有化學能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，放電時間長。3．無論是原電池還是電解池，電子均不能通過電解質(zhì)溶液，即電子不下水，離子不上線。【變式訓練】（2024·四川省大數(shù)據(jù)精準教學聯(lián)盟高三第二次統(tǒng)一監(jiān)測）通過測定下圖電池的標準電動勢(V)，可計算電池總反應的平衡常數(shù)。已知：，該電池z=1；鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子可在其中自由移動。下列說法錯誤的是()A．正極反應為AgCl+e-=Ag+Cl-B．反應后，右側(cè)燒杯中c(AgNO3)增大C．每轉(zhuǎn)移1mole-，兩個電極的質(zhì)量共減少143.5gD．若，Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)的平衡常數(shù)為【答案】B【解析】原電池Ag電極為負極，發(fā)生反應：Ag-e-=Ag+，電極做正極，電極反應為：AgCl+e-=Ag+Cl-。原電池反應過程中Cl-向右側(cè)燒杯遷移，K+向左側(cè)遷移。A項，正極反應為AgCl+e-=Ag+Cl-，負極反應為Ag-e-=Ag+，A正確；B項，原電池反應過程中Cl-向右側(cè)燒杯遷移，與2H2O-4e-=O2↑＋4H＋生成AgCl沉淀，右側(cè)燒杯中AgNO3濃度保持不變，B錯誤；C項，正極反應為AgCl+e-=Ag+Cl-，負極反應為Ag-e-=Ag+，每轉(zhuǎn)移1mole-時，負極質(zhì)量減少108g，正極質(zhì)量減少35.5g，兩極共減少143.5g，C正確；D項，z=1，代入，，這是電池總反應AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡常數(shù)，則Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)平衡常數(shù)，D正確；故選B?？枷?原電池電極判斷及電極反應的書寫【例2】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑【答案】B【解析】②中Mg不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應為2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，負極反應式為2Al＋8OH－－6e－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O，二者相減得到正極反應式為6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D錯。【思維建?！?．原電池電極判斷說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關，也與電解質(zhì)溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的固定思維。2．電極反應的書寫（1）一般電極反應的書寫（2）復雜電極反應的書寫。復雜電極反應等于總反應減去較簡單一極的電極反應?？枷?“鹽橋”的作用與化學平衡的移動【例3】(2024·浙江省寧波市高三下學期二模)利用下圖電池裝置可驗證不同化合價鐵元素的相關性質(zhì)。已知：電池裝置中，鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學反應，并且電遷移率(如下表)應盡可能地相近；兩燒杯中溶液體積相等。離子Li+Na+Ca2+K+HCO3-NO3-Cl-SO42-4.075.196.597.624.617.407.918.27下列說法正確的是()A．根據(jù)上表數(shù)據(jù)，鹽橋中應選擇KNO3作為電解質(zhì)B．石墨電極上對應的電極反應式為：Fe2+-e-=Fe3+C．反應一段時間后，當右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2時，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1D．鹽橋中的陰離子進入石墨電極一側(cè)溶液中【答案】C【解析】由題意和圖知，鐵電極為負極，電極反應式為Fe-2e-=Fe2+，石墨電極為正極，電極反應式為Fe3++e-=Fe2+。A項，F(xiàn)e2＋、Fe3＋能與HCO3-反應，Ca2＋與SO42-不能大量共存，F(xiàn)eSO4、Fe2(SO4)3都屬于強酸弱堿鹽，水溶液呈酸性，酸性條件下NO3-能與Fe2＋反應，根據(jù)題意“鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學反應”，鹽橋中陰離子不可以選擇HCO3-、NO3-，陽離子不可以選擇Ca2＋，鹽橋中陰、陽離子的遷移率(u∞)應盡可能地相近，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，鹽橋中應選擇KCl作為電解質(zhì)，A錯誤；B項，石墨電極為正極，電極反應式為Fe3++e-=Fe2+，B錯誤；C項，由圖知，右池中原c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.05：0.20，發(fā)生反應為Fe3++e-=Fe2+，現(xiàn)c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2，即c(Fe2+)：c(Fe3+)=0.15：0.10，在此過程中c(Fe2+)增加了0.10mol/L，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.10mol/L，則由負極反應式Fe-2e-=Fe2+知，左池中c(Fe2+)增加了0.05mol/L，即左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1，C正確；D項，鹽橋中的陰離子流向負極，由分析知，進入鐵電極一側(cè)溶液中，D錯誤；故選C。【思維建?！?．把氧化劑、還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現(xiàn)。2．電子流向的分析方法：①改變條件，平衡移動；②平衡移動，電子轉(zhuǎn)移；③電子轉(zhuǎn)移，判斷區(qū)域；④根據(jù)區(qū)域，判斷流向；⑤根據(jù)流向，判斷電極?！咀兪接柧殹靠刂七m合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極【答案】D【解析】由圖示結(jié)合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流計讀數(shù)為零時Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)；D項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確?？键c二化學電源知識點1一次電池、二次電池電極反應式的書寫1．新型一次電池Mg－H2O2電池總反應：H2O2＋2H＋＋Mg=Mg2＋＋2H2O正極H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O負極Mg－2e－=Mg2＋Mg－AgCl電池總反應：Mg＋2AgCl=2Ag＋MgCl2正極2AgCl＋2e－=2Cl－＋2Ag負極Mg－2e－=Mg2＋鈉硫電池總反應：2Na＋xS=Na2Sx正極xS＋2e－=Seq\o\al(2－,x)負極2Na－2e－=2Na＋鋰－銅電池總反應：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－正極Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－負極2Li－2e－=2Li＋鋰釩氧化物電池總反應：xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8正極xLi＋＋LiV3O8＋xe－=Li1＋xV3O8負極xLi－xe－=xLi＋2．新型充電(可逆)電池鋅銀電池總反應：Ag2O＋Zn＋H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Ag＋Zn(OH)2正極：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－負極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2陽極：2Ag＋2OH－－2e－=Ag2O＋H2O陰極：Zn(OH)2＋2e－=Zn＋2OH－鎳電池鎳鐵電池總反應：NiO2＋Fe＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正極：NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－負極：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2陽極：Ni(OH)2＋2OH－－2e－=NiO2＋2H2O陰極：Fe(OH)2＋2e－=Fe＋2OH－鎳鎘電池總反應：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2說明：參考鎳鐵電池自行書寫。高鐵電池總反應：3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH正極：2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－負極：3Zn－6e－＋6OH－=3Zn(OH)2陽極：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋8H2O陰極：3Zn(OH)2＋6e－=3Zn＋6OH－鋰離子電池總反應：Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiCoO2＋C6(x<1)正極：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2負極：LixC6－xe－=xLi＋＋C6陽極：LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋陰極：xLi＋＋xe－＋C6=LixC6鈉電池鈉硫蓄電池總反應：2Na2S2＋NaBr3eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Na2S4＋3NaBr正極：NaBr3＋2e－＋2Na＋=3NaBr負極：2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋陽極：3NaBr－2e－=NaBr3＋2Na＋陰極：Na2S4＋2Na＋＋2e－=2Na2S2鈉離子電池總反應：Na1－mCoO2＋NamCneq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))NaCoO2＋Cn正極：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋=NaCoO2負極：NamCn－me－=mNa＋＋Cn陽極：NaCoO2－me－=Na1－mCoO2＋mNa＋陰極：mNa＋＋Cn＋me－=NamCn全釩液流電池總反應：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))V3＋＋VO2＋＋H2O正極：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O負極：V2＋－e－=V3＋陽極：VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋陰極：V3＋＋e－=V2＋【方法技巧】化學電源電極反應的書寫、、書寫電極反應時，首先要根據(jù)原電池的工作原理準確判斷正、負極，然后結(jié)合電解質(zhì)溶液的環(huán)境確定電極產(chǎn)物，最后再根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷守恒寫出反應式。(1)拆分法。①寫出原電池的總反應；②把總反應按氧化反應和還原反應拆分為兩個半反應，注明正、負極，并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應。(2)加減法。①寫出總反應；②寫出其中容易寫出的一個半反應(正極或負極)；③利用總反應與寫出的一極反應相減，即得另一個電極的反應。知識點2燃料電池燃料電池(以CH3OH燃料電池為例，體會不同介質(zhì)對電極反應的影響)質(zhì)子交換膜(酸性)H＋總反應：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正極O2＋4e－＋4H＋=2H2O負極CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋堿性燃料電池OH－總反應：2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O正極O2＋4e－＋2H2O=4OH－負極CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O固態(tài)氧化物燃料電池O2－總反應：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正極O2＋4e－=2O2－負極CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O【名師點晴】1．燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。2．書寫燃料電池的電極反應時，要注意溶液的酸堿性，溶液的酸堿性對電極反應和總反應都會產(chǎn)生影響?？枷?一次電池【例1】(2024·江蘇卷，8)堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，電池構(gòu)造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是()A．電池工作時，MnO2發(fā)生氧化反應B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動C．環(huán)境溫度過低，不利于電池放電D．反應中每生成1molMnOOH，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2×6.02×10-23【答案】C【解析】Zn為負極，電極反應式為：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MnO2為正極，電極反應式為：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-。A項，電池工作時，MnO2為正極，得到電子，發(fā)生還原反應，故A錯誤；B項，電池工作時，OH-通過隔膜向負極移動，故B錯誤；C項，環(huán)境溫度過低，化學反應速率下降，不利于電池放電，故C正確；D項，由電極反應式MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-可知，反應中每生成1molMnOOH，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6.02×10-23，故D錯誤；故選C?！咀兪接柧殹?2024·北京市西城區(qū)高三一模)我國科學家設計可同時實現(xiàn)H2制備和海水淡化的新型電池，裝置示意圖如圖。下列說法不正確的是()A．電極a是正極B．電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2OC．每生成1molN2，有2molNaCl發(fā)生遷移D．離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜【答案】C【解析】該裝置為原電池，電極a上氫離子得電子生成氫氣，則a為正極，電極反應為2H++2e-=H2↑，電極b上，N2H4在堿性條件下失去電子生成N2，b為負極，電極反應為N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，根據(jù)電解池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，則鈉離子經(jīng)c移向左側(cè)（a），氯離子經(jīng)d移向右側(cè)（b），c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜。A項，電極a是正極，A正確；B項，電極b的反應式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，B正確；C項，根據(jù)N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，每生成1molN2，轉(zhuǎn)移4mol電子，根據(jù)電荷守恒，有4molNaCl發(fā)生遷移，C錯誤；D項，離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜，D正確；故選C?？枷?二次電池【例2】(2024·安徽卷，11)我國學者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP(局部結(jié)構(gòu)如標注框內(nèi)所示)形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說法錯誤的是()A．標注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價鍵和配位鍵B．電池總反應為：I3-+ZnZn2++3I-C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPPD放電時，消耗0.65gZn，理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子【答案】C【解析】由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時，該電極為陰極，電極反應式為Zn2++2e-=Zn；正極上發(fā)生3I3-+2e-=3I-，則充電時，該電極為陽極，電極反應式為3I--2e-=I3-。A項，標注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)屬于配合物，配位體中存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵和碳氫鍵等多種共價鍵，還有由N提供孤電子對、Zn2+提供空軌道形成的配位鍵，A正確；B項，該電池總反應為I3-+ZnZn2++3I-，B正確；C項，充電時，陰極電極反應式為Zn2++2e-=Zn，被還原的Zn2+主要來自電解質(zhì)溶液，C錯誤；D項，放電時，負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2＋，因此消耗0.65gZn(物質(zhì)的量為0.01mol)，理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子，D正確；故選C?！舅季S建模】思維模型解題模型例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4【變式訓練】(2024·安徽省馬鞍山市高三第二次教學質(zhì)量檢測)磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較長的使用壽命，放電時的反應為：LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4。圖1為某磷酸鐵鋰電池的切面，圖2為LiFePO4晶胞充放電時Li+脫出和嵌入的示意圖。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。下列說法不正確的是()A．放電時，負極反應：LixC6-xe-=xLi++6CB．(a)過程中1mol晶胞轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為NAC．(b)代表放電過程，Li+脫離石墨，經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極D．充電時的陽極反應：LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+【答案】B【解析】從總反應分析，LixC6變?yōu)镃和Li+為氧化反應，該極為原電池的負極。而Li1-xFePO4變?yōu)長iFePO4發(fā)生還原反應，它為原電池的正極。A項，放電的負極為LixC6-xe-

=xLi++6C，A正確；B項，a過程由于Fe2+化合價升高為Fe3+，為了平衡電荷Li+脫嵌減少。從圖看晶胞中減少了棱上1個和面心的一個Li+總共減少，所以1mol晶體中轉(zhuǎn)移NA電子，B錯誤；C項，放電時，該材料在正極發(fā)生還原反應，即Fe由+2變?yōu)?3為b過程，Li+嵌入正極，C正確；D項，充電時的總反應為6C+LiFePO4=LixC6+Li1-xFePO4，陽極發(fā)生氧化反應為LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+，D正確；故選B。考向3燃料電池【例3】(2024·全國新課標卷，6)一種可植入體內(nèi)的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發(fā)電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)電池工作時，下列敘述錯誤的是A．電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅(qū)動下的遷移方向為b→a【答案】C【解析】由題中信息可知，b電極為負極，發(fā)生反應Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再發(fā)生C6H12O6+2CuO=C6H12O7+Cu2O；a電極為正極，發(fā)生反應O2+2H2O+4e-=4OH-，在這個過程中發(fā)生的總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A項，由題中信息可知，當電池開始工作時，a電極為電池正極，血液中的O2在a電極上得電子生成OH-，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-；b電極為電池負極，Cu2O在b電極上失電子轉(zhuǎn)化成CuO，電極反應式為Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸，CuO被還原為Cu2O，則電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正確；B項，b電極上CuO將葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸后被還原為Cu2O，Cu2O在b電極上失電子轉(zhuǎn)化成CuO，在這個過程中CuO的質(zhì)量和化學性質(zhì)保持不變，因此，CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用，B正確；C項，根據(jù)反應2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1molC6H12O6參加反應時轉(zhuǎn)移2mol電子，18mgC6H12O6的物質(zhì)的量為0.1mmol，則消耗18mg葡萄糖時，理論上a電極有0.2mmol電子流入，C錯誤；D項，原電池中陽離子從負極移向正極遷移，故Na＋遷移方向為b→a，D正確。故選C?！痉椒记伞?1)注意介質(zhì)是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。(2)通入負極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣(或其他氧化劑)。(3)通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。(4)零價法秒殺負極反應的書寫。若負極有機物燃料為CxHyOz，產(chǎn)物中C元素為+4價的CO32-或HCO3-【變式訓練】(2024·浙江省Z20名校聯(lián)盟高三聯(lián)考)一種三室微生物燃料電池的工作原理如圖所示，該電池能同時去除有機物、脫氮形成無害氣體和水。下列說法不正確的是()A．X、Y交換膜均為質(zhì)子交換膜B．電極室C中溶液經(jīng)滅菌后通入電極室AC．b電極反應式：D．電極室C中僅發(fā)生還原反應【答案】D【解析】根據(jù)圖中電子的流向和電極上的變化可判斷電極b電極上發(fā)生的反應為：，電極a上的反應為，而電池c上有兩個變化過程分別為：，。A項，結(jié)合電極反應可判斷X、Y交換膜均為質(zhì)子交換膜，故A正確；B項，結(jié)合分析可知電極室C中溶液經(jīng)滅菌后通入電極室A，故B正確；C項，b電極反應式：，故C正確；D項，結(jié)合電極上的變化，可知電極室C中既發(fā)生還原反應又發(fā)生了氧化反應，故D錯誤；故選D。1．(2024·北京卷，3，3分)酸性鋅錳干電池的構(gòu)造示意圖如下。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是()A．石墨作電池的負極材料 B．電池工作時，NH4+向負極方向移動C．MnO2發(fā)生氧化反應 D．鋅筒發(fā)生的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋【答案】D【解析】A項，酸性鋅錳干電池，鋅筒為負極，石墨電極為正極，故A錯誤；B項，原電池工作時，陽離子向正極(石墨電極)方向移動，故B錯誤；C項，MnO2發(fā)生得電子的還原反應，故C錯誤；D項，鋅筒為負極，負極發(fā)生失電子的氧化反應Zn-2e-=Zn2＋，故D正確；故選D。2．(2024·全國甲卷，6，3分)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是()A．充電時，Zn2+向陽極方向遷移B．充電時，會發(fā)生反應Zn+2MnO2=ZnMn2O4C．放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-D．放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020molMnOOH【答案】C【解析】Zn具有比較強的還原性，MnO2具有比較強的氧化性，自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生在Zn與MnO2之間，所以MnO2電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO2電極為陽極、Zn電極為陰極。A項，充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，即Zn2+向陰極方向遷移，A不正確；B項，放電時，負極的電極反應為Zn-2e-=Zn2＋，則充電時陰極反應為Zn2++2e-=Zn，即充電時Zn元素化合價應降低，而選項中Zn元素化合價升高，B不正確；C項，放電時MnO2電極為正極，正極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4，則正極上主要發(fā)生的電極反應是MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，C正確；D項，放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65g(物質(zhì)的量為0.010mol)，電路中轉(zhuǎn)移0.020mol電子，由正極的主要反應MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-可知，若正極上只有MnOOH生成，則生成MnOOH的物質(zhì)的量為0.020mol，但是正極上還有ZnMn2O4生成，因此，MnOOH的物質(zhì)的量小于0.020mol，D不正確；故選C。3．(2024·河北卷，13，3分)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1，3-丙二胺()以捕獲CO2，使放電時CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。下列說法錯誤的是()A．放電時，電池總反應為Mg+2CO2=MgC2O4B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移D．放電時，每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上可轉(zhuǎn)化1molCO2【答案】C【解析】放電時CO2轉(zhuǎn)化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發(fā)生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：電極過程電極反應式Mg電極放電Mg-2e-=Mg2+充電Mg2++2e-=Mg多孔碳納米管電極放電Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4充電MgC2O4-2e-=Mg2++2CO2↑A項，放電時正極反應式為Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4、負極反應式為Mg-2e-=Mg2+，將放電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：Mg+2CO2=MgC2O4，A正確；B項，充電時，多孔碳納米管電極上發(fā)生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連接，B正確；C項，充電時，Mg電極為陰極，電子從電源負極經(jīng)外電路流向Mg電極，同時Mg2+向陰極遷移，C錯誤；D項，根據(jù)放電時的電極反應式Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4可知，每轉(zhuǎn)移2mol電子，有2molCO2參與反應，因此每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上可轉(zhuǎn)化1molCO2，D正確；故選C。4．(2023?廣東卷，6)負載有和的活性炭，可選擇性去除實現(xiàn)廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是()A．Ag作原電池正極B．電子由Ag經(jīng)活性炭流向PtC．Pt表面發(fā)生的電極反應：O2+2H2O+4e-=4OH-D．每消耗標準狀況下11.2L的O2，最多去除1molCl-【答案】B【解析】O2在Pt得電子發(fā)生還原反應，Pt為正極，Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應，Ag為負極。A項，Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應，Ag為負極，A錯誤；B項，電子由負極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt，B正確；C項，溶液為酸性，故Pt表面發(fā)生的電極反應為O2+4H++4e-=2H2O，C錯誤；D項，每消耗標準狀況下11.2L的O2，轉(zhuǎn)移電子2mol，而2molCl-失去2mol電子，故最多去除2molCl-，D錯誤。故選B。5．(2023?遼寧省選擇性考試，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．放電時負極質(zhì)量減小B．儲能過程中電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能C．放電時右側(cè)通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)D．充電總反應：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+【答案】B【解析】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結(jié)合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉(zhuǎn)化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，F(xiàn)e2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。A項，放電時負極上Pb失電子結(jié)合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質(zhì)量增大，A錯誤；B項，儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學能，B正確；C項，放電時，右側(cè)為正極，電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，左側(cè)的H+通過質(zhì)子交換膜移向右側(cè)，C錯誤；D項，充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D錯誤；故選B。6．(2023?全國乙卷，12)室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統(tǒng)。一種室溫鈉-硫電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發(fā)生反應：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx下列敘述錯誤的是()A．充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移B．放電時外電路電子流動的方向是a→bC．放電時正極反應為：2Na++S8+2e-→Na2SxD．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能【答案】A【解析】由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正極，鈉電極為原電池負極。A項，充電時為電解池裝置，陽離子移向陰極，即鈉電極，故充電時，Na+由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤；B項，放電時Na在a電極失去電子，失去的電子經(jīng)外電路流向b電極，硫黃粉在b電極上得電子與a電極釋放出的Na+結(jié)合得到Na2Sx，電子在外電路的流向為a→b，B正確；C項，由題給的的一系列方程式相加可以得到放電時正極的反應式為2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正確；D項，炭化纖維素紙中含有大量的炭，炭具有良好的導電性，可以增強硫電極的導電性能，D正確；故選A。7．(2022?全國甲卷，10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是()A．Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SO42-通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C．MnO2電極反應：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．電池總反應：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)和題目所給信息可知，Ⅲ區(qū)Zn為電池的負極，電極反應為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，Ⅰ區(qū)MnO2為電池的正極，電極反應為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個離子選擇隔膜沒有指明的陽離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個離子隔膜均可以通過陰、陽離子，因此可以得到Ⅰ區(qū)消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區(qū)的K+向Ⅰ區(qū)移動或Ⅰ區(qū)的SO42-向Ⅱ區(qū)移動，Ⅲ區(qū)消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ區(qū)的SO42-向Ⅲ區(qū)移動或Ⅲ區(qū)的K+向Ⅱ區(qū)移動。A項，Ⅱ區(qū)的K+只能向Ⅰ區(qū)移動，A錯誤；B項，Ⅰ區(qū)的SO42-向Ⅱ區(qū)移動，B正確；C項，MnO2電極的電極反應式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；D項，電池的總反應為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正確；故選A。8．(2022?福建卷，9)一種化學“自充電”的鋅-有機物電池，電解質(zhì)為KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。將電池暴露于空氣中，某電極無需外接電源即能實現(xiàn)化學自充電，該電極充放電原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．化學自充電時，c(OH―)增大B．化學自充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學能C．化學自充電時，鋅電極反應式：Zn2++2e-=ZnD．放電時，外電路通過電子，正極材料損耗【答案】A【解析】A項，由圖可知，化學自充電時，消耗O2，該反應為O2+2H2O+4e-=4OH-，c(OH―)增大，故A正確；B項，化學自充電時，無需外接電源即能實現(xiàn)化學自充電，該過程不是電能轉(zhuǎn)化為化學能，故B錯誤；C項，由圖可知，化學自充電時，鋅電極作陰極，該電極的電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-，故C錯誤；D項，放電時，1mol轉(zhuǎn)化為，消耗2molK+，外電路通過0.02mol電子時，正極物質(zhì)增加0.02molK+，增加的質(zhì)量為0.02mol×39g/mol=0.78g，故D錯誤；故選A。9．(2022?廣東選擇性考試，16)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是()A．充電時電極b是陰極B．放電時NaCl溶液的減小C．放電時NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g【答案】C【解析】A項，由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；B項，放電時電極反應和充電時相反，則由放電時電極a的反應為Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；C項，放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，正極反應為Cl2+2e-=2Cl-，反應后Na+和Cl-濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；D項，充電時陽極反應為2Cl--2e-=Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g/mol2mol=46g，故D錯誤；故選C。10．(2021?遼寧選擇性考試，10)如圖，某液態(tài)金屬儲能電池放電時產(chǎn)生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是()A．放電時，M電極反應為B．放電時，Li+由M電極向N電極移動C．充電時，M電極的質(zhì)量減