考點18 原電池 化學電源（解析版）

學而優(yōu)教有方考點18原電池化學電源化學電池是當今世界廣泛用于供能的重要裝置，屬于考生應該掌握的知識。高考有關原電池的考查一直是常考常新，設題背景新、設問角度新、解答方式新。雖電池的種類多樣，但主要考查原電池的基本工作原理，著重考查考生對原理的遷移應用能力。命題在選擇題中，常以新型電池的形式對原電池的工作原理進行考查；在非選擇題中，常結合元素化合物、物質的分離和提純等知識，考查電極反應式的書寫，以及利用電子守恒進行相關計算。預測2023年高考仍然會以新型電池為切入點，考查原電池的工作原理及應用、電極反應式的書寫及判斷、溶液中離子的遷移及濃度變化、二次電池的充放電過程分析以及其他有關問題。備考時注重實物圖分析、新型電池分析，從氧化還原反應的角度認識電化學，注重與元素化合物、有機化學、電解質溶液、化學實驗設計、新能源等知識的聯(lián)系。通過原電池裝置的應用，能對與化學有關的熱點問題作出正確的價值判斷，能參與有關化學問題的社會實踐。一、原電池的工作原理二、化學電源原電池的工作原理1．概念和反應本質原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。2．構成條件(1)一看反應：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)。(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：①電解質溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質溶液中。3．工作原理以鋅銅原電池為例(1)反應原理電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn片沿導線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負極(2)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、NH4NO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋的作用：A．連接內電路，形成閉合回路；B．平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。4．原電池原理的應用(1)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)。(2)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。(3)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。(4)設計制作化學電源①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。②根據(jù)原電池的工作原理，結合兩個半反應，選擇正、負電極材料以及電解質溶液?！拘≡嚺５丁空埮袛嘞铝姓f法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應都可設計成原電池()(2)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極()(3)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生()(4)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強()(5)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應()(6)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生()(7)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負極()(8)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動()(9)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定做負極()(10)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×(9)×(10)√【典例】例1如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是()A．電極Ⅰ上發(fā)生還原反應，作原電池的負極B．電極Ⅱ的電極反應式為Cu2＋＋2e－=CuC．該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子【答案】C【解析】該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋。電極Ⅰ上發(fā)生還原反應，作原電池的正極，反應式為2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，電極Ⅱ為原電池負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Cu－2e－=Cu2＋。鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞離子。例2若將反應：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑設計成原電池(如右圖)，則下列說法不正確的是()A．該裝置實現(xiàn)了化學能轉化為電能B．b極表面發(fā)生了還原反應C．c溶液可以是ZnSO4溶液D．鹽橋中的Cl-移向右邊燒杯【答案】D【解析】A項，形成原電池，是化學能變成電能，正確，不選A；B項，根據(jù)電子移動方向確定，說明a為負極，b為正極，發(fā)生還原反應，正確，不選B；C項，鋅做原電池的負極，所以c為硫酸鋅，正確，不選C；D項，鹽橋中氯離子向負極移動，即向左側燒杯移動，錯誤，選D?！緦c提升】對點1如圖所示，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關于該裝置的下列說法正確的是()A．外電路的電流方向為：X→外電路→YB．若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為碳棒，Y為FeC．X極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應D．若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序為X>Y【答案】D【解析】外電路的電子流向為X→外電路→Y，電流方向與其相反，A項錯誤；若兩電極分別為Fe和碳棒，則Y為碳棒，X為Fe，B項錯誤；X極失電子，作負極，Y極上發(fā)生的是還原反應，X極上發(fā)生的是氧化反應，C項錯誤；電解質溶液為稀硫酸，兩金屬作電極，誰活潑誰作負極，D項正確。對點2與甲、乙兩套裝置有關的下列說法正確的是()A．甲、乙裝置中，鋅棒均作負極，發(fā)生氧化反應B．甲中鋅棒直接與稀H2SO4接觸，故甲生成氣泡的速率更快C．甲、乙裝置的電解質溶液中，陽離子均向碳棒定向遷移D．乙中鹽橋設計的優(yōu)點是迅速平衡電荷，提高電池效率【答案】D【解析】A項，根據(jù)上述分析，甲不是原電池，故A錯誤；B項，甲中鋅棒直接與稀H2SO4接觸，發(fā)生化學腐蝕，乙中構成了原電池，負極失去電子的速率加快，因此正極放出氫氣的速率增大，故B錯誤；C項，甲不是原電池，電解質溶液中的陽離子向鋅移動，故C錯誤；D項，鹽橋中離子的定向遷移構成了電流通路，鹽橋既可溝通兩方溶液，又能阻止反應物的直接接觸，迅速平衡電荷，使由它連接的兩溶液保持電中性，提高電池效率，故D正確?！厩蓪W妙記】1．原電池的工作原理簡圖注意：①電子移動方向：從負極流出沿導線流入正極，電子不能通過電解質溶液。②若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。③若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。2．判斷原電池正、負極的5種方法化學電源1．一次電池：只能使用一次，不能充電復原繼續(xù)使用(1)堿性鋅錳干電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：碳棒。電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。(2)紐扣式鋅銀電池總反應：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。電解質是KOH。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：Ag2O。電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。(3)鋰電池Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)負極材料為鋰，電極反應為8Li－8e－=8Li＋。(2)正極的電極反應為3SOCl2＋8e－=2S＋SOeq\o\al(2－,3)＋6Cl－。(2)二、二次電池：放電后能充電復原繼續(xù)使用2．鉛蓄電池(1)總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)放電時——原電池負極反應：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)；正極反應：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)。(3)充電時——電解池陰極反應：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)；陽極反應：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)。(4)圖解二次電池的充放電3．二次電池的充放電規(guī)律(1)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后做陰極，正接正后做陽極。(2)工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。4．“高效、環(huán)境友好”的燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。種類酸性堿性負極反應式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應式2H2＋O2=2H2O備注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【小試牛刀】請判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)最早使用的化學電池是鋅錳電池()(2)在干電池中，碳棒只起導電作用，并不參加化學反應()(3)干電池根據(jù)電池內的電解質分為酸性電池和堿性電池()(4)干電池中碳棒為正極()(5)鉛蓄電池是可充電電池()(6)鉛蓄電池中的PbO2為負極()(7)太陽能電池不屬于原電池()(8)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池()(9)鉛蓄電池放電時，正極與負極質量均增加()(10)燃料電池是一種高效、環(huán)保的新型化學電源()(11)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能()(12)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移()(13)二次電池的充、放電為可逆反應()(14)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長()(15)鉛蓄電池工作過程中，每通過2mol電子，負極質量減輕207g()(16)鎳鎘電池不能隨意丟棄的主要原因是鎳、鎘的資源有限，價格昂貴()答案：(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×(9)√(10)√(11)×(12)×(13)×(14)×(15)×(16)×【典例】例1(2021?廣東選擇性考試)火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應的新型全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負極，碳納米管為正極，放電時A．負極上發(fā)生還原反應 B．CO2在正極上得電子C．陽離子由正極移向負極 D．將電能轉化為化學能【答案】B【解析】根據(jù)題干信息可知，放電時總反應為4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A項，放電時負極上Na發(fā)生氧化反應失去電子生成Na+，故A錯誤；B項，放電時正極為CO2得到電子生成C，故B正確；C項，放電時陽離子移向還原電極，即陽離子由負極移向正極，故C錯誤；D項，放電時裝置為原電池，能量轉化關系為化學能轉化為電能和化學能等，故D正確；故選B。例2(2022?全國乙卷)電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+)，驅動陰極反應(Li++e-=Li+)和陽極反應(Li2O2+2h+=2Li++O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是()A．充電時，電池的總反應Li2O2=2Li+O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關C．放電時，Li+從正極穿過離子交換膜向負極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應O2+2Li++2e-=Li2O2【答案】C【解析】充電時光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅動陰極反應(Li++e-=Li+)和陽極反應(Li2O2+2h+=2Li++O2)，則充電時總反應為Li2O2=2Li+O2，結合圖示，充電時金屬Li電極為陰極，光催化電極為陽極；則放電時金屬Li電極為負極，光催化電極為正極。A項，光照時，光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅動陰極反應和陽極反應對電池進行充電，結合陰極反應和陽極反應，充電時電池的總反應為Li2O2=2Li+O2，A正確；充電時，光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，陰極反應與電子有關，陽極反應與空穴有關，故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關，B正確；C項，放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li+從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；D項，放電時總反應為2Li+O2=Li2O2，正極反應為O2+2Li++2e-=Li2O2，D正確；故選C?！緦c提升】對點1微生物燃料電池的研究已成為治理和消除環(huán)境污染的重要課題，利用微生物電池電解飽和食鹽水的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．電池正極的電極反應：O2+2H2O+4e?4OH?B．電極M附近產(chǎn)生黃綠色氣體C．若消耗1molS2?，則電路中轉移8mole?D．將裝置溫度升高到60℃，一定能提高電池的工作效率【答案】C【解析】微生物燃料電池中，通入C6H12O6的電極為負極，失電子發(fā)生氧化反應；通入O2的電極為正極，得電子發(fā)生還原反應。電解飽和食鹽水時陰、陽極的電極產(chǎn)物分別是：氫氣和氫氧化鈉、氯氣。A項，由圖可知，電解質溶液為酸性，正極的電極反應是O2+4H++4e?==2H2O，A項錯誤；B項，M為陰極產(chǎn)生H2，N為陽極產(chǎn)生Cl2，B項錯誤；C項，1molS2?轉化成SO42-失8mole?，則電路中轉移8mole-，C項正確；D項，該電池為微生物燃料電池，該微生物的最佳活性溫度未知，無法確定60℃時電池效率是否升高，D項錯誤。對點2下圖是通過Li-CO2電化學技術實現(xiàn)儲能系統(tǒng)和CO2固定策略的示意團。儲能系統(tǒng)使用的電池組成為釕電極/CO2飽和LiClO4-(CH3)2SO(二甲基亞砜)電解液/鋰片，下列說法不正確的是()A．Li-CO2電池電解液為非水溶液B．CO2的固定中，轉秱4mole－生成1mol氣體C．釕電極上的電極反應式為2Li2CO3+C-4e－＝4Li++3CO2↑D．通過儲能系統(tǒng)和CO2固定策略可將CO2轉化為固體產(chǎn)物C【答案】B【解析】A項，由題目可知，Li—CO2電池有活潑金屬Li，故電解液為非水溶液飽和LiClO4—(CH3)2SO(二甲基亞砜)有機溶劑，故A正確；B項，由題目可知，CO2的固定中的電極方秳式為：2Li2CO3＝4Li++2CO2↑+O2+4e－，轉移4mole－生成3mol氣體，故B錯誤；C項，由題目可知，釕電極上的電極反應式為2Li2CO3+C-4e－＝4Li++3CO2↑，故C正確；D項，由題目可知，CO2通過儲能系統(tǒng)和CO2固定策略轉化為固體產(chǎn)物C，故D正確。故選B。【巧學妙記】燃料電池電極反應式的書寫(以氫氧燃料電池為例)(1)注意介質環(huán)境(2)掌握書寫程序1．下列選項描述的過程能實現(xiàn)化學能轉化為電能的是()A．電池充電B．光合作用C．手機電池工作D．太陽能板充電【答案】C【解析】A項，電池充電，是將電能轉化為化學能，故A錯誤；B項，光合作用是太陽能轉變化為化學能，故B錯誤；C項，手機電池工作是化學能轉化為電能，故C正確；D項，太陽能板充電是光能轉化為電能，并向蓄電池充電，將電能轉化為化學能儲存起來，故D錯誤。2．有關如圖所示原電池的敘述不正確的是()A．電子沿導線由Cu片流向Ag片B．正極的電極反應式是Ag++e-=AgC．Cu片上發(fā)生氧化反應，Ag片上發(fā)生還原反應D．反應時鹽橋中的陽離子移向Cu(NO3)2溶液【答案】D【解析】該裝置是原電池裝置，實質上發(fā)生的是Cu與硝酸銀的反應，所以Cu失去電子，發(fā)生氧化反應，則Cu是負極，Ag是正極，電子從負極流向正極，A項正確；正極是Ag+發(fā)生還原反應，得到電子生成Ag，B項正確；根據(jù)以上分析，Cu片上發(fā)生氧化反應，Ag片上發(fā)生還原反應，C項正確；原電池中，陽離子向正極移動，所以鹽橋中的陽離子移向AgNO3溶液，D項錯誤。3．肼(N2H4)堿性燃料電池的原理示意圖如圖所示，電池總反應為：N2H4+O2=N2+2H2O。下列說法錯誤的是()A．電極b發(fā)生還原反應B．電流由電極a流出經(jīng)用電器流入電極bC．物質Y是NaOH溶液D．電極a的電極反應式為N2H4+4OH－－4e－=N2↑+4H2O【答案】B【解析】該燃料電池中，通入燃料肼的電極為負極、通入氧氣的電極為正極，電解質溶液呈堿性，則負極反應式為N2H4+4OH--4e-═N2↑+4H2O，正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-。A項，該燃料電池中通入氧氣的電極b為正極，正極上得電子，發(fā)生還原反應，故A正確；B項，a為負極、b為正極，電流從正極b經(jīng)用電器流入負極a，故B錯誤；C項，b電極上生成氫氧根離子，鈉離子通過陽離子交換膜進入右側，所以Y為NaOH溶液，故C正確；D項，a電極上肼失電子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為N2H4+4OH--4e-═N2↑+4H2O，故D正確；故選B。4．一種生物電化學方法脫除水體中NH4+的原理如下圖所示：下列說法正確的是()A．裝置工作時，化學能轉變?yōu)殡娔蹷．裝置工作時，a極周圍溶液pH降低C．裝置內工作溫度越高。NH4+脫除率一定越大D．電極b上發(fā)生的反應之一是：2NO3--2e-=N2↑+3O2↑【答案】B【解析】A項，該裝置是把電能轉化為化學能，故A錯誤；B項，a極為陽極，電極反應為NH4＋＋2H2O－6e－==NO2－＋8H＋，所以a極周圍溶液的pH減小，故B正確；C項，該裝置是在細菌生物作用下進行的，所以溫度過高，導致細菌死亡，NH4+脫除率會減小，故C錯誤；D項，b極上反應式為2NO3－＋12H＋＋10e－==N2＋6H2O，故D錯誤。故選B。5．我國科學家利用光能處理含苯酚()廢水，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是A．a(chǎn)極電勢高于b極電勢B．a(chǎn)極的電極反應式為+2e-+2H+=+H2OC．H+由II區(qū)移向I區(qū)，II區(qū)溶液的pH增大D．若有2mol電子通過導線，I區(qū)混合液體質量增大2g【答案】C【解析】從圖中可以看出，該裝置為原電池裝置，苯酚在a極得電子，被還原，所以a極為正極，b極為負極。A項，a為正極，b為負極，a極電勢高于b負極，故A正確；B項，苯酚在a極得電子被還原，其電極反應為+2e-+2H+=+H2O，故B正確；C項，氫離子向陽極移動，負極反應為HxWO3-xe-=WO3+xH+，a極消耗的氫離子和b極產(chǎn)生的氫離子相等，pH不變，故C錯誤；D項，有2mol氫離子通過導線，進入I區(qū)的氫離子為2mol，液體質量增加2g，故D正確；故選C。6．一種鋰電池的工作原理如下圖所示，正極反應液可以在正極區(qū)和氧化罐間循環(huán)流通，氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以將Fe2＋氧化，自身被還原為SO42-。下列關于該電池說法正確的是A．電池放電時將電能轉化為化學能B．放電時Li＋由正極區(qū)移向負極區(qū)C．放電時的負極反應為Fe3＋＋e-=Fe2＋D．氧化罐中反應的離子方程式為：2Fe2＋＋S2O82-=2Fe3＋＋2SO42-【答案】D【解析】A項，電池放電是化學能變成電能，A錯誤；B項，放電時陽離子向正極移動，B錯誤；C項，放電時，負極失去電子，C錯誤；D項，根據(jù)題意，氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以將Fe2＋氧化，自身被還原為SO42-，離子方程式為2Fe2＋＋S2O82-=2Fe3＋＋2SO42-，D正確；故選D。7．熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO陰極、多孔陶瓷電解質(熔融堿金屬碳酸鹽)隔膜、多孔金屬Ni陽極、金屬極板構成的燃料電池。工作時，該電池的陰極(正極)反應為O2+2CO2+4e-=2CO32-，下列有關說法中錯誤的是()A．該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應速率B．該類電池的H2不能用CO、CH4等替代C．該電池工作時，要避免H2、O2的接觸D．放電時，陽極(負極)反應式為2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O【答案】B【解析】該燃料電池中，通入燃料氫氣的電極是負極，通入氧化劑氧氣的電極是正極，負極反應式為H2-2e-+CO32-=CO2+H2O，正極反應式為O2+2CO2+4e-═2CO32-，放電時，電解質中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。A項，升高溫度能加快反應速率，該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應速率，故A正確；B項，還原性物質在負極發(fā)生氧化反應，該類電池的H2可以用CO、CH4等替代，故B錯誤；C項，H2、O2混合物在一定條件下可能發(fā)生爆炸，該電池工作時，要避免H2、O2的接觸，防止爆炸，產(chǎn)生安全事故，故C正確；D項，放電時，氫氣失電子發(fā)生氧化反應，陽極(負極)反應式為2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O，故D正確；故選B。8．微生物燃料電池(MFC)以厭氧微生物催化氧化有機物(如葡萄糖)，同時處理含Cu2+廢水，裝置如圖所示，下列說法錯誤的是()A．M極為電池的負極B．溫度越高，電池工作效率越高C．N極的電極反應為Cu2++2e-=CuD．電池工作時，廢水中的陰離子總濃度降低【答案】B【解析】A項，根據(jù)題意可知該電池放電時葡萄糖被氧化，所以M電極為電池負極，N為電池正極，A項正確；B項，該電池以微生物催化有機物，溫度不宜過高，B項錯誤；C項，N極為正極，銅離子被還原得到Cu，電極反應為Cu2++2e-=Cu，C項正確；D項，電池工作時，廢水中銅離子放電生成銅單質，為平衡電荷，陰離子通過陰離子交換膜向負極，即左池移動，廢水中的陰離子總濃度降低，D項正確；故選B。9．HCOOH燃料電池的裝置如下圖，兩電極間用允許K+和H+通過的半透膜隔開。下列說法錯誤的是A．電池工作時，電子由a電極經(jīng)外電路流向b電極B．負極的電極反應式為HCOO-+2OH-_2e-=HCO3-+H2OC．理論上每消耗標準狀況下22.4LO2，有2molK+通過半透膜D．通入O2發(fā)生的反應為4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O【答案】C【解析】左側是HCOO-轉化為HCO3-，C元素化合價升高，失去電子，發(fā)生氧化反應，a是負極；右側是Fe3+轉化為Fe2+，化合價降低，得到電子，發(fā)生還原反應，b是正極。A項，池工作時，電子由a電極(負極)電極經(jīng)外電路流向b電極(正極)，A項正確；B項，負極是HCOO-轉化為HCO3-，電極反應式為：HCOO-+2OH-_2e-=HCO3-+H2O，B項正確；C項，4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，每消耗標準狀況下22.4LO2，O2的物質的量為1mol，轉移電子4mol，應有4molK+通過半透膜，C項錯誤；D項，通入O2發(fā)生的反應為4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，D項正確；故選C。10．一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)的原理如圖所示，圖中含酚廢水中的有機物可用C6H5OH表示。下列說法不正確的是A．左側電極為負極，苯酚發(fā)生氧化反應B．左側離子交換膜為陰離子交換膜C．右側電極的電極反應式：2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2OD．左右兩側電極附近溶液的pH均升高【答案】D【解析】A項，根據(jù)裝置圖可知在左側電極上苯酚失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應，因此左側電極為負極，A正確；B項，向其中加入NaCl溶液，Na+向正極移動，Cl-向負極移動。根據(jù)選項A分析可知左側電極為負極，所以左側離子交換膜為陰離子交換膜，B正確；C項，在右側電極上NO3-得到電子被還原產(chǎn)生N2，則右側電極的電極反應式是：2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O，C正確；D項，在左側電極上苯酚被氧化產(chǎn)生CO2氣體，電極反應式是：C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，反應產(chǎn)生H+使溶液酸性增強，溶液pH減小，D錯誤；故選D。11．如圖為一氧化氮氣體傳感器工作原理示意圖。電流方向如圖中所示。電極A、B外覆蓋一層聚四氟乙烯納米纖維膜，可以讓氣體透過下列相關敘述，正確的是()A．該傳感器運用了原電池原理，正極反應為NO+2H2O-3e-=NO3-+4H+B．當外電路中流過0.2mol電子時，電池正極消耗1.12L氧氣C．該傳感器工作時，接觸到的NO濃度增大，輸出的電流強度也相應增大D．為了使傳感器連續(xù)工作，可以不斷補充NaCl，增強導電性【答案】C【解析】A項，由圖中信息可知，電流從A電極經(jīng)外電路流向B電極，則A為正極、B為負極。該傳感器運用了原電池原理，O2在正極上發(fā)生還原反應，電極反應式為O2+4H++e-=2H2O，A項錯誤；B項，由選項A分析可知，當外電路中流過0.2mol電子時，電池正極消耗0.05mol氧氣，標準狀況下體積為1.12L，B項錯誤；C項，該傳感器工作時，接觸到的NO濃度增大，則化學反應速率加快，單位時間內化學能轉化的電能增多，輸出的電流強度也相應增大，C項正確；D項，若補充氯化鈉，也會失去電子生成氯氣，影響NO的測定，且造成污染，D項錯誤；故選C。12．科學家設計的可充電電池的工作原理示意圖如圖所示。該可充電電池的放電反應為LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC。NA表示阿伏伽德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是A．該電池用于電動汽車符合綠色化學觀念B．充電時，陽極反應為LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+，由B極移向A極C．該電池用惰性電極電解某電解質溶液時，發(fā)現(xiàn)兩極只有H2和O2生成。則電解一段時間后，該溶液的濃度可能不變D．若初始兩電極質量相等，當轉移4NA個電子時，兩電極質量差為28g【答案】D【解析】根據(jù)可充電電池的工作原理示意圖中電子流向可知，A為負極，B為正極；充電時，A為陰極，B為陽極；可充電電池的放電反應為LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC，則放電時正極反應為Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2，充電時，原電池的正極即為電解池的陽極，反應逆轉，則反應為LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+。A項，汽車燃燒汽油等化石燃料，排放的汽車尾氣含氮的氧化物，大量氮氧化物排放到空氣中，電動汽車可有效減少大氣污染，該電池用于電動汽車符合綠色化學觀念，故A正確；B項，可充電電池的放電反應為LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC，則放電時正極反應為Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2，充電時，原電池的正極即為電解池的陽極，反應逆轉，則反應為LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+，陽離子由陽極B向陰極A移動，故B正確；C項，兩極只有H2和O2生成，應為電解水型的電解，電解時陽極反應為：4OH--4e-=2H2O+O2↑，陰極反應為：4H++4e-=2H2↑，可為電解含氧酸溶液、強堿溶液或活潑金屬的含氧酸鹽溶液，由于溶劑H2O減小，若電解的溶液為飽和溶液，則濃度不變，故C正確；D項，若初始兩電極質量相等，當轉移4NA個電子時，負極減少4molLi其質量為28g，正極有4molLi+遷入，其質量為28g，兩電極質量差為56g，故D錯誤；故選D。13．人們應用原電池原理制作了多種電池以滿足不同的需要。電池發(fā)揮著越來越重要的作用，如在宇宙飛船、人造衛(wèi)星、電腦、照相機等，都離不開各式各樣的電池，同時廢棄的電池隨便丟棄也會對環(huán)境造成污染。請根據(jù)題中提供的信息，回答下列問題：(1)研究人員最近發(fā)明了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發(fā)電，在海水中電池反應可表示為：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl①該電池的負極反應式是______________；②在電池中，Na+不斷移動到“水”電池的_______極(填“正”或“負”)；③外電路每通過4mol電子時，生成Na2Mn5O10的物質的量是______________。(2)中國科學院應用化學研究所在甲醇(CH3OH是一種可燃物)燃料電池技術方面獲得新突破。甲醇燃料電池的工作原理如右圖所示。①該電池工作時，b口通入的物質為______________。②該電池負極的電極反應式______________。③工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO2時，有___________NA個電子轉移。(3)Ag2O2是銀鋅堿性電池的正極活性物質，當銀鋅堿性電池的電解質溶液為KOH溶液，電池放電時正極的Ag2O2轉化為Ag，負極的Zn轉化為K2Zn(OH)4，寫出該電池反應方程式：_______________。【答案】(1)①Ag—e—+Cl—=AgCl②正(1分)③2mol(2)①CH3OH②CH3OH—6e—+H2O=CO2+6H+③1.2(3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O==2K2Zn(OH)4+2Ag【解析】(1)①根據(jù)電池總反應：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，可判斷出Ag應為原電池的負極，負極發(fā)生反應的電極方程式為：Ag+Cl--e-=AgCl。②在原電池中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，所以鈉離子向正極移動。③根據(jù)方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合價共降低了2價，所以每生成1molNa2Mn5O10轉移2mol電子，則外電路每通過4mol電子時，生成Na2Mn5O10的物質的量是2mol。(2)①據(jù)氫離子移動方向知，右側電極為正極，左側電極為負極，負極上通入燃料甲醇。②正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為：3O2+12H++12e-=6H2O，負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。③根據(jù)2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+知，甲醇和轉移電子之間的關系式得，當6.4g甲醇完全反應生成CO2時，轉移電子的物質的量==1.2mol，則轉移電子個數(shù)為1.2NA。(3)電池放電時正極的Ag2O2轉化為Ag，負極的Zn轉化為K2Zn(OH)4，正極電極反應式為Ag2O2+4e-+2H2O═2Ag+4OH-，負極電極反應式為2Zn-4e-+8OH-═2Zn(OH)42-，反應還應有KOH參加，反應的總方程式為：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。1．(2022·安徽省黃山市高三理科綜合測試)我國科學家最近發(fā)明了一種Zn—PbO2電池，該電池由a和b兩種離子交換膜隔成A、B、C三個區(qū)域，電解質分別為KOH、K2SO4和H2SO4，裝置如下圖。已知放電時，B室中電解質濃度不斷增大。下列說法不正確的是()A．PbO2電極電勢比Zn電極電勢高B．a(chǎn)為陰離子交換膜C．正極反應式為：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2OD．電池工作時，每消耗6.5gZn，理論上A區(qū)域溶液質量減少1.3g【答案】B【解析】該裝置為原電池裝置，根據(jù)兩個電極的活性對比，Zn比PbO2活潑，所以Zn極作負極，PbO2極作正極。A項，該裝置中，PbO2電極作為正極，Zn電極作為負極，所以PbO2電極電勢高于Zn電極，故A正確；B項，Zn電極反應式為：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A池消耗氫氧根離子，負電荷減少，根據(jù)電荷守恒，鉀離子向正極移動，所以a為陽離子交換膜，故B錯誤；C項，PbO2電極作為正極，得電子，其反應式為：bO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O，故C正確；D項，Zn電極電極反應式為：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，每消耗6.5gZn，轉移0.2mol電子，即向正極遷移0.2molK+，同時引入0.1molZn2+，溶液質量差為，故D正確；故選B。2．(2022·遼寧省大連市高三雙基測試)“碳呼吸電池”是一種新型能源裝置，其工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．通入CO2的一極電極反應式為：2CO2+2e?=C2O42-B．金屬鋁電極發(fā)生氧化反應C．每得到1molAl2(C2O4)3，電路中轉移3mol電子D．以該裝置為電源進行粗銅的電解精煉，金屬鋁質量減少27g時，理論上陰極質量增加96g【答案】C【解析】據(jù)圖可知Al被氧化，所以金屬鋁為負極，通入CO2的電極為正極，CO2被還原為草酸根。A項，據(jù)圖可知CO2在正極被還原為草酸根，根據(jù)電子守恒、元素守恒可得反應式為2CO2+2e?=C2O42-，A正確；B項，鋁為金屬，在負極被氧化為Al3+，B正確；C項，每得到1molAl2(C2O4)3，則需要2molAl，根據(jù)電極反應可知轉移6mol電子，C錯誤；D項，金屬鋁質量減少27g，即減少1molAl，根據(jù)電極反應Al-3e?=Al3+可知，轉移3mol電子，則電極銅時，陰極生成1.5mol銅，質量為1.5mol×64g/mol=96g，D正確；故選C。3．(2022·四川省瀘縣第二中學模擬預測)沉積物微生物燃料電池可處理含硫廢水，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．碳棒b為該微生物電池的正極B．碳棒a上有反應：FeSx-2xe-=Fe2++xS(x≥2)C．電流方向：碳棒b→電阻→碳棒a→含水沉積物→碳棒bD．氧氣的含量、光照強度會影響電池的功率【答案】B【解析】A項，O2在碳棒b得電子生成水，說明碳棒b為該微生物電池的正極，故A正確；B項，電極反應式FeSx-2xe-=Fe2++xS(x≥2)不滿足電荷守恒，故B錯誤；C項，碳棒a失電子是負極，碳棒b得電子是正極，電流方向是從正極經(jīng)外電路流向負極即碳棒b→電阻→碳棒a→含水沉積物→碳棒b，故C正確；D項，由圖可知，CO2在光照和光合菌的作用下反應生成氧氣，氧氣在在正極得電子生成水，光照強度越強，光合作用越強，所以氧氣的含量、光照強度會影響電池的功率，故D正確；故選B4．(2022·廣東省六校高三第六次聯(lián)考)一種高達94.2%能效的可充電鋁胺電池工作原理如圖所示，用Ph表示苯基，三苯基胺(Ph3N)失去一個電子后形成的Ph3N?+結構較為穩(wěn)定。下列說法不正確的是()A．與鋰電池比，鋁電池比能量略低，但鋁含量豐富價格低廉B．放電時，負極的電極反應式為Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-C．充電時，AlCl4-向鋁電極移動D．理論上每生成1molPh3N，外電路通過1mol電子【答案】C【解析】A項，鋁電池比能量略低，且含量豐富價格低廉，A項錯誤；B項，放電時，負極上Al失電子和AlCl4-反應生成Al2Cl7-，電極反應式為Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-，B項正確；C項，充電時Ph3N失電子生成Ph3N+，Ph3N陽極、Al為陰極，陰離子向陽極移動，所以AlCl4-向陽極Ph3N移動，C項錯誤；D項，充電時Ph3N失電子生成Ph3N+，則生成1個Ph3N轉移1個電子，所以理論上每生成1molPh3N，外電路通過1mol電子，D項正確。故選C。5．(2022·山東省聊城市高三三模)科學家最近發(fā)明了一種Al－PbO2電池，電解質為K2SO4、H2SO4、KOH，通過x(陽離子交換膜)和y(陰離子交換膜)將電解質溶液隔開，形成M、R、N三個電解質溶液區(qū)域，結構示意圖如圖所示。下列說法正確的是()A．放電時，K+通過x膜移向M區(qū)B．放電時，正極反應式為PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2OC．與Zn－PbO2電池相比較，Al－PbO2電池的比能量更高D．消耗1.8gAl時N區(qū)域電解質溶液減少19.2g【答案】C【解析】由圖可知，原電池工作時，Al為負極，被氧化生成[Al(OH)4]-，PbO2為正極，發(fā)生還原反應，電解質溶液M為KOH，R為K2SO4，C為H2SO4，原電池工作時，負極反應為Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-，則消耗OH-，鉀離子向正極移動，正極電極反應式為PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，正極消耗氫離子，陰離子向負極移動，則y是陽離子交換膜，x是陰離子交換膜，在同一閉合回路中電子轉移數(shù)目相等，結合溶液酸堿性及電極材料書寫電極反應式和總反應的方程式，以此解答該題。根據(jù)圖知，負極上Al失電子生成[Al(OH)4]-負極反應為Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-，消耗1.8gAl，正極反應為PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，根據(jù)轉移電子相等計算。A項，Al為負極，M區(qū)為負極區(qū)，陽離子流向正極區(qū)，故K+通過x膜移向R區(qū)，A項錯誤；B項，放電時，正極反應為PbO2+SO42-+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，B項錯誤；C項，比能量是指參加電極反應的單位質量的電極材料放出電能的大小，Zn與Al相比質量更重，且每一個Zn轉移2個電子，1個Al轉移3個電子，故Al－PbO2電池的比能量更高，C項正確；D項，消耗1.8gAl時電路上轉移的電子數(shù)目為0.20mol，則由N區(qū)溶液減少0.4mol氫離子和0.1mol硫酸根離子，同時有0.1mol硫酸根離子移向R區(qū)，相當于減小0.2mol硫酸，同時生成0.2mol水，N極區(qū)實際減少質量為0.2mol×98g/mol-0.2mol×19g/mol=16g，D項錯誤；故選C。6．(2022·山東省德州市高三期末)液流電池是電化學儲能領域的一個研究熱點，其優(yōu)點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為一種中性/Fe液流電池的結構及工作原理圖。下列有關說法錯誤的是()A．充電時A電極連電源負極B．放電時正極電極反應為：Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-C．放電時負極區(qū)離子濃度增大，正極區(qū)離子濃度減小D．充電時陰極電極反應：ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-【答案】C【解析】由圖可知，放電時，電極A為液流電池的負極，鋅在溴離子作用下失去電子發(fā)生氧化反應生成四溴合鋅離子，電極反應式為Zn+4Br--2e-=ZnBr42-，電極B為正極，六氰合鐵酸根離子在正極得到電子發(fā)生還原反應生成六氰合亞鐵酸根離子，電極反應式為Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-；充電時，A電極連電源負極，做電解池的陰極，四溴合鋅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成鋅和溴離子，電極反應式為ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-，電極B與正極相連，做電解池陽極，六氰合亞鐵酸根離子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成六氰合鐵酸根離子，電極反應式為Fe(CN)64--e-=Fe(CN)63-。A項，充電時，A電極連電源負極，做電解池的陰極，故A正確；B項，放電時，電極B為正極，六氰合鐵酸根離子在正極得到電子發(fā)生還原反應生成六氰合亞鐵酸根離子，電極反應式為Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-，故B正確；C項，放電時，電極A為液流電池的負極，鋅在溴離子作用下失去電子發(fā)生氧化反應生成四溴合鋅離子，電極反應式為Zn+4Br--2e-=ZnBr42-，由電極反應式可知，放電時負極區(qū)離子濃度減小，故C錯誤；D項，充電時，A電極連電源負極，做電解池的陰極，四溴合鋅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成鋅和溴離子，電極反應式為ZnBr42-+2e-=Zn+4Br-，故D正確；故選C。7．(2022·湖北省部分重點中學高三第二次聯(lián)考)我國科研團隊以聚氨酯為電解液(合成路線如圖)實現(xiàn)了穩(wěn)定高效且可逆循環(huán)的K-CO2電池。總反應為：4KSn+3CO22K2CO3+4Sn，其中生成的K2CO3附著在正極上。下列說法錯誤的是()A．放電時，內電路中電流由KSn合金經(jīng)酯基電解質流向羧基化碳納米管B．電池的正極反應式為4K++3CO2+4e-=2K2CO3+CC．羧基化碳納米管中引入的羧基可促進電子的轉移D．充電時，電路中通過1mol電子，多壁碳納米管減重36g【答案】D【解析】由總反應可知放電時KSn合金為負極，羧基化碳納米管為正極；充電時KSn合金與電源負極相連，為電解池陰極，羧基化碳納米管為陽極。A項，放電時為原電池裝置，內電路中電流是由負極流向正極，即放電時，內電路中電流由KSn合金經(jīng)酯基電解質流向羧基化碳納米管，A正確；B項，根據(jù)總反應式可知，負極反應式為：KSn-e-=Sn+K+，電池的正極反應式為4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C，B正確；C項，電極材料為KSn和羧基化碳納米管，KSn與水反應，-COOH與KOH反應，可促進電子的轉移，C正確；D項，充電時陽極反應為：C-4e-+K2CO3=3CO2↑+4K+，碳納米管及附著的碳酸鉀會減少，電路中通過1mol電子，多壁碳納米管減重3g，碳酸鉀減少30g，D錯誤；故選D。8．(2022·廣東省汕頭市高三期末教學質量監(jiān)測iPON薄膜鋰離子電池是目前研究最廣泛的全固態(tài)薄膜鋰離子電池。下圖為其工作示意圖，LiPON薄膜只允許通過，電池反應為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列有關說法正確的是。()A．LiPON薄膜在充放電過程中質量發(fā)生變化B．導電介質C可為Li2SO4溶液C．放電時b極為正極，發(fā)生反應：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2D．充電時，當外電路通過0.2mol電子時，非晶硅薄膜上質量減少1.4g【答案】C【解析】由題干信息中電池總反應可表示為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2可知，電極a為非晶硅薄膜，充電時Li+得電子成為Li嵌入該薄膜材料中，則電極a為陰極，電極反應式為xLi++xe-+Si=LixSi，電極b為陽極，電極反應式為LiCoO2-xe-═Li1-xCoO2+xLi+，放電時電極a為負極，電極反應為LixSi-xe-═Si+xLi+，電極b為正極，電極反應式為Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2。A項，LiPON薄膜在充放電過程中僅僅起到鹽橋的作用，并未參與電極反應，故其質量不發(fā)生變化，A錯誤；B項，由于2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，故導電介質C中不能有水，則不可為Li2SO4溶液，B錯誤；C項，放電時b極為正極，發(fā)生反應：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，C正確；D項，充電時，電極a為陰極，電極反應式為xLi++xe-+Si=LixSi，則當外電路通過0.2mol電子時，非晶硅薄膜上質量增重0.2mol×7g?mol-1=1.4g，D錯誤；故選C。9．(2022·山東省日照市高三校際聯(lián)考三模)鹽酸羥胺NH3OH是一種常見的還原劑和顯像劑，其化學性質與NH4類似。工業(yè)上主要采用圖1所示的方法制備。其電池裝置中含F(xiàn)e的催化電極反應機理如圖2所示。不考慮溶液體積的變化，下列說法正確的是()A．電池工作時，含F(xiàn)e的催化電極作負極B．圖2中，M為H+和，N為NH3OH+C．電池工作時，每消耗(標準狀況)，左室溶液質量增加3.3gD．電池工作一段時間后，正極區(qū)溶液的減小、負極區(qū)溶液的增大【答案】C【解析】由圖可知，氫元素化合價降低失電子，Pt電極為負極，電極反應式為H2-2H+，含鐵的催化電極為正極，電極反應式為NO+4H++NH3OH。A項，電池工作時，含鐵的催化電極作正極，A錯誤；B項，由題意可知，NH2OH具有和氨氣類似的弱堿性，可以和鹽酸反應生成鹽酸羥胺，所以缺少的一步反應為NH2OH+H+=NH3OH+，圖2中M為NH2OH，N為NH3OH+，B錯誤；C項，含F(xiàn)e的催化電極為正極，電極反應式為NO++4H++NH3OH，2.24LNO標況下是0.1mol，左室增加的質量為0.1molNO和0.3mol氫離子的質量，即0.1mol×30g/mol+0.3mol×1g/mol=3.3g，C正確；D項，原電池工作時，正極氫離子被消耗，pH增大，負極生成氫離子，pH減小，D錯誤；故選C。10．(2022·湖北省新高考高三質量檢測)中科院福建物構所YaobingWang團隊首次構建了一種可逆水性Zn—CO2電池，實現(xiàn)了CO2和HCOOH之間的高效可逆轉換，其反應原理如圖所示：已知雙極膜可將水解離為H+和OH-，并實現(xiàn)其定向通過。下列說法中錯誤的是()A．放電時，負極電極反應式為Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-B．CO2轉化為HCOOH過程中，Zn電極的電勢低于多孔Pd電極的C．充電過程中，甲酸在多孔Pd電極表面轉化為CO2D．當外電路通過2mol電子時，雙極膜中離解水的物質的量為1mol【答案】D【解析】由圖中可知，Zn發(fā)生失去電子的反應，為電池的負極；CO2得電子生成HCOOH，多孔Pd為電池的正極。A項，根據(jù)圖中知，Zn發(fā)生失去電子的反應，電極反應式為Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A項正確；B項，CO2轉化為HCOOH時為放電過程，Zn電極為負極，多孔Pd電極為正極，負極電勢較低，B項正確；C項，充電過程中，HCOOH轉化為CO2，C項正確；D項，根據(jù)溶液呈電中性，可知外電路通過2mol電子時，雙極膜中離解的水的物質的量為2mol，D項錯誤。故選D。11．(2022·河北省石家莊市示范性高中高三調研考試)鉀離子電池由于其低成本、電解液中快的離子傳導性以及高的工作電壓等優(yōu)點；近年來引起了科研工作者極大的關注。吉林大學楊春成教授課題組基于鉀離子電池特性，設計并合成了一種VN-NPs/N-CNFs復合材料，并將其應用于鉀離子電池的電極，放電時該電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，下列有關說法中錯誤的是()A．放電時，在Al電極區(qū)發(fā)生的是氧化反應B．該電池的溶劑不能為水溶液C．放電時，電解質中的K+向Cu電極區(qū)移動D．放電時，每轉移1mole-，Cu電極區(qū)質量減少39g【答案】D【解析】以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的鉀離子電池，放電時銅電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，故放電時Cu電極為正極，Al電極為負極。A項，放電時，Al電極為負極，在Al電極區(qū)發(fā)生的是氧化反應，故A正確；B項，電池中含有鉀，鉀性質活潑能與水反應，故該電池的溶劑為有機溶劑，該電池的溶劑不能為水溶液，故B正確；C項，放電時，Al電極為負極，鉀離子向正極移動，即放電時，電解質中的K+向Cu電極區(qū)移動，故C正確；D項，放電時，銅電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，每轉移1mole-，Cu電極區(qū)質量增加39g，故D錯誤；故選D。12．(2022·廣東省普通高中高三聯(lián)合質量測評)鈉離子電池是極具潛力的下一代電化學儲能電池。我國科學家研究出一種鈉離子可充電電池的工作示意圖如下，電池內部只允許Na+通過，電池反應為++，(其中-R1代表沒參與反應的-COONa，-R2代表沒參與反應的-ONa)，下列有關說法不正確的是()A．鈉離子電池相比于鋰離子電池，具有原料儲量豐富，價格低廉的優(yōu)點B．放電時，a極為負極，發(fā)生氧化反應C．充電時，陰極發(fā)生反應為+2e-+2Na+=D．充電時，當電路中轉移0.3mol電子時，Q極質量減少6.9g【答案】C【解析】依據(jù)電池反應可知，放電過程中負極發(fā)生氧化反應：，正極發(fā)生還原反應：；而充電過程中陽極發(fā)生氧化反應：，陰極發(fā)生還原反應：。A項，解釋鈉離子電池相較于鋰離子電池的優(yōu)點，A項正確；B項，依據(jù)電池反應可推斷出虛線表示放電過程，根據(jù)物質的變化可判斷a極為負極，發(fā)生氧化反應，B項正確；C項，根據(jù)充電時物質的變化結合分析可知，充電時，陰極發(fā)生反應為，C項錯誤；D項，充電時Na+從Q極轉移到P極，且2e-~Na+，故當轉移0.3mol電子時減少0.3molNa+，質量為6.9g，D項正確；故選C。13．(2022·山東省濟南市高三學情檢測)酸性水系鋅錳電池在放電時存在電極上MnO2的剝落，會造成電池效率“損失”。最新研究表明，向體系中加入少量KI固體后能使電池持續(xù)大電流放電，提高電池的工作效率，原理如圖所示，下列說法錯誤的是()A．加入KI降低了正極反應的活化能B．I-與剝落的MnO2反應生成的I3-能恢復“損失”的能量C．放電時，正極區(qū)溶液的pH減小D．放電時，消耗1molZn時，正極區(qū)電解質溶液增重87g【答案】CD【解析】由題干中原電池裝置圖示可知，Zn所在石墨電極為負極，電極反應為：Zn-2e-=Zn2+，MnO2所在的石墨電極為正極，電極反應為：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，加入KI后的反應機理為：MnO2+3I-+4H+=Mn2++I3-+2H2O，I3-+2e-=3I-。A項，KI參與正極電極反應，且加入少量KI固體后能使電池持續(xù)大電流放電，說明反應速率加快，故降低了正極反應的活化能，A正確；B項，I-與剝落的MnO2反應生成的I3-，然后I3-能繼續(xù)從正極上得到電子轉化為I-，故能恢復“損失”的能量，B正確；C項，放電時，正極反應式為：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，故正極區(qū)溶液的pH增大，C錯誤；D項，根據(jù)得失電子總數(shù)相等，結合正極反應式：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O可知，放電時，消耗1molZn時，正極區(qū)電解質溶液增重87+4=91g，D錯誤；故選CD。14．(2022·北京市西城區(qū)一模)氮摻雜的碳材料可以有效催化燃料電池中的還原反應，其催化機理如圖。途徑一：A→B→C→F途徑二：A→B→C→D→E下列說法不正確的是()A．途徑一中存在極性共價鍵的斷裂與形成B．途徑一的電極反應是O2+2H++C．途徑二，1molO2得到4molD．氮摻雜的碳材料降低了反應的焓變【答案】D【解析】A項，由圖中信息可知，途徑一中有C-O鍵、O-H鍵的形成，也有C-O鍵的斷裂，A正確；B項，途徑一的過程中有O2的參與和二次增加H+、e-，最后從催化劑中放出H2O2，其電極反應是O2+2H++，B正確；C項，途徑二中，有O2參與，途中二次增加H+、e-和一次增加2H+、2e-，故1molO2得到4mol，C正確；D項，氮摻雜的碳材料降低了反應的活化能，但不能改變焓變，D不正確；故選D。15．(2022·四川省成都市一模)如圖，甲、乙是兩個完全相同的光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置，利用它們對煤漿進行脫硫處理。下列敘述中錯誤的是()A．光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置中b為正極B．石墨1電極上消耗1molMn2+，甲、乙中各轉移0.5mol電子C．脫硫反應原理為：15Mn3++FeS2+8H2O=15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+D．處理60gFeS2，石墨2電極上消耗7.5molH+【答案】B【解析】由圖可知，石墨1電極上Mn元素價態(tài)升高失電子，故石墨1為陽極，電極反應式為Mn2+-e-=Mn3+，Mn3+與FeS2反應實現(xiàn)脫硫，反應為15Mn3++FeS2+8H2O═15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+，石墨2為陰極，電極反應式為2H++2e-=H2↑。A項，石墨1為陽極極，則b極為電源的正極，A正確；B項，石墨1為陽極，電極反應式為Mn2+-e-=Mn3+，消耗1molMn2+，電路中轉移1mol電子，B錯誤；C項，陽極生成的Mn3+與FeS2反應實現(xiàn)脫硫，反應為15Mn3++FeS2+8H2O═15Mn2++Fe3++2SO42-+16H+，C正確；D項，處理60gFeS2，消耗陽極生成的Mn3+的物質的量為×15=7.5mol，轉移電子7.5mol，石墨2為陰極，電極反應式為2H++2e-=H2↑，石墨2上消耗7.5molH+，D正確；故答案為：B。16．(2022·安徽省新未來聯(lián)盟高三模擬預測)我國科研人員以二硫化鉬(MoS2)作為電極催化劑，研發(fā)出一種Zn-NO電池系統(tǒng)，該電池同時具備合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示(雙極膜可將水解離成H+和OH-，并實現(xiàn)其定向通過)。下列說法正確的是()A．外電路中電子從MoS2電極流向Zn/ZnO電極B．雙極膜右側為陰離子交換膜C．當電路中轉移0.2mol電子時負極質量減小6.5gD．使用MoS2電極能加快合成氨的速率【答案】D【解析】Zn/ZnO電極為負極，失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MoS2電極為正極，電極反應式為NO+4H2O+5e-=NH3+5OH-。A項，電子流向：負極→負載→正極，Zn/ZnO電極為負極，MoS2電極為正極，外電路中電子從Zn/ZnO電極流向MoS2電極，故A錯誤；B項，Zn/ZnO電極為負極，電極反應式為Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，OH-移向Zn/ZnO電極，雙極膜左側為陰離子交換膜，故B錯誤；C項，負極電極反應式為Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，負極由Zn→ZnO，質量增加為O元素質量，轉移0.2mol電子時增加0.1mol氧原子，負極質量增加m=nM=0.1mol×16g/mol=1.6g，故C錯誤；D項，結合提示，科研人員以二硫化鉬MoS2作為電極催化劑，催化劑可以降低反應活化能，加快合成氨的反應速率，故D正確；故選D。17．(2022·河北省省級聯(lián)測高三第八次考試)水系鈉離子二次電池由于資源豐富、綠色環(huán)保、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢備受關注。以無機鹽為主體結合少量氟化有機鹽為電解液，水系鈉離子電池放電時的工作原理示意圖如圖。已知初始時兩極質量相等，下列說法錯誤的是()A．電池總反應可表示為2Na3V2(PO4)3eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(放電),\s\do4(===))),\s\do7(充電))Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3B．充電時，陽極電極反應式為Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+C．充電時，電子由M極經(jīng)導線流向N極；放電時，M極為負極D．放電時，電路中通過0.005mol電子時，理論上兩極質量差為0.23g【答案】C【解析】由題意知該電池屬于二次電池，示意圖為放電過程，M極Na3V2(PO4)3轉化為NaV2(PO4)3，發(fā)生失電子的氧化反應，為負極，N極Na3V2(PO4)3轉化為Na5V2(PO4)3，發(fā)生得電子的還原反應，為正極，充電時為電解池，M極為陰極，N極為陽極。A項，根據(jù)上述分析電池總反應可表示為2Na3V2(PO4)3eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(放電),\s\do4(===))),\s\do7(充電))Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3，A項正確；B項，充電時，N極為陽極，陽極電極反應式為Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+，B項正確；C項，放電時，M極為負極，但充電時，M極為陰極，是電子流入的一極，C項錯誤；D項，由電池總反應知，放電時，電路中通過0.005mol電子時，負極減少0.005molNa+的質量，正極增加0.005molNa+的質量，兩極質量差為，D項正確。故選C。18．(2022·河北省滄州市高三二模)火星大氣約95%是CO2，Li-CO2電池在未來的火星探測領域有著重要的應用前景?？茖W家設計了一系列Ru/M-CPY@CNT(碳納米管)雜化材料(M=Co、Zn、Ni、Mn，CNTs碳納米管是一種電導率高、比表面積大、通道和孔隙率豐富的導電基底)作為電極。已知該電池放電時的反應為4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列說法錯誤的是()A．放電時，Li電極作電池負極，有電子經(jīng)導線流出B．充電時，每轉移1mol電子，兩電極的質量變化差值為7gC．充電時，陽極的電極反應式為C-4e-+2Li2CO3=3CO2↑+4Li+D．雜化材料中CNTs增多了CO2的吸附位點，可使該電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能【答案】B【解析】由電池放電時的反應可知，Li化合價由0價變成+1價，故是原電池的負極，復雜材料電極是正極。A項，放電時，Li電極作電池負極，有電子經(jīng)導線流出，A正確；B項，充電時，陽極C變成二氧化碳，陰極Li+變成Li，故每轉移1mol電子，消耗0.25molC質量為3g，生成1molLi質量為7g，故兩電極的質量變化差值為3g+7g=10g，B錯誤；C項，充電時，陽極上C失電子變成二氧化碳，故陽極的電極反應式為C-4e-+2Li2CO3=3CO2↑+4Li+，C正確；D項，CNTs碳納米管是一種電導率高、比表面積大、通道和孔隙率豐富的導電基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使該電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，D正確；故選B。19．(2022·湖北省黃岡中學三模)一種雙陰極微生物燃料電池裝置如圖所示。該裝置可以同時進行硝化和反硝化脫氮，下列敘述正確的是()A．電池工作時，H+的遷移方向：左→右B．電池工作時，“缺氧陰極”電極附近的溶液pH減小C．“好氧陰極”存在反應：NH4+-6e-+8OH-=NO2-+6H2OD．“厭氧陽極”區(qū)質量減少28.8g時，該電極輸出電子2.4mol【答案】D【解析】如圖所示，“厭氧陽極”上，C6H12O6失去電子生成CO2和H+，電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+；“缺氧陰極”上，NO3-得到電子生成NO2，NO2再轉化為N2，電極反應式分別為：NO3-+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2↑+4H2O；“好氧陰極”上，O2得到電子生成H2O，電極反應式為O2+4H++4e-=2H2O，同時O2還能氧化NH4+生成NO2-，NO2-還可以被O2氧化為NO3-，反應方程式分別為2NH4++3O2=2NO2-+2H2O+4H+，2NO2-+O2=2NO3-。A項，電池工作時，“厭氧陽極”失去的電子沿外電路流向“缺氧陰極”和“好氧陰極”，則“厭氧陽極”產(chǎn)生的H+通過質子交換膜向“缺氧陰極”和“好氧陰極”遷移，故H+的遷移方向既有左(“厭氧陽極”)→右(“好氧陰極”)，又有右(“厭氧陽極”)→左(“缺氧陰極”)，A錯誤；B項，電池工作時，“缺氧陰極”上消耗H+，其附近的溶液pH增大，B錯誤；C項，“好氧陰極”上的反應有O2+4H++4e-=2H2O，2NH4++3O2=2NO2-+2H2O+4H+，2NO2-+O2=2NO3-，C錯誤；D項，“厭氧陽極”的電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，每1molC6H12O6反應，消耗6molH2O，轉移24mol電子，“厭氧陽極”區(qū)質量減少288g，故“厭氧陽極”區(qū)質量減少28.8g時，該電極輸出電子2.4mol，D正確；故選D。1．【2022?全國甲卷】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)圖示的電池結構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。2．【2022?湖南選擇性考試】海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰-海水電池構造示意圖如下。下列說法錯誤的是()A．海水起電解質溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應：2H2O+2e-=2OH-+H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰-海水電池屬于一次電池【答案】C【解析】鋰海水電池的總反應為2Li+2H2O═2LiOH+H2↑，M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應，則M電極為負極，電極反應為Li-e-=Li+，N極為正極，電極反應為2H2O+2e-=2OH-+H2↑。A項，海水中含有豐富的電解質，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質溶液，故A正確；B項，N為正極，電極反應為2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正確；C項，Li為活潑金屬，易與水反應，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應，但不能傳導離子，故C錯誤；D項，該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確；故選C。3．【2022?廣東選擇性考試】科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，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質量理論上增加23g/mol2mol=46g，故D錯誤；故選C。4．【2022·浙江省1月選考】pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl電極)和另一Ag—AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數(shù))/0.059。下列說法正確的是()A．如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極反應式為：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1mol·L-1)B．玻璃膜內外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化C．分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pHD．pH計工作時，電能轉化為化學能【答案】C【解析】A項，如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極為負極、負極發(fā)生氧化反應而不是還原反應，A錯誤；B項，已知：pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數(shù))/0.059，則玻璃膜內外氫離子濃度的差異會引起電動勢的變化，B錯誤；C項，pH與電池的電動勢E存在關系：pH=(E-常數(shù))/0.059，則分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH，C正確；D項，pH計工作時，利用原電池原理，則化學能轉化為電能，D錯誤；故選C。5．【2022?山東卷】設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2轉化為Co2+，工作時保持厭氧環(huán)境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是()A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸C．乙室電極反應式為LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-D．若甲室Co2+減少，乙室Co2+增加，則此時已進行過溶液轉移【答案】BD【解析】A項，依據(jù)題意右側裝置為原電池，電池工作時，甲室中細菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，Co2+在另一個電極上得到電子，被還原產(chǎn)生Co單質，CH3COO-失去電子后，Na+通過陽膜進入陰極室，溶液變?yōu)镹aCl溶液，溶液由堿性變?yōu)橹行?，溶液pH減小，A錯誤；B項，