2023屆新高考新教材化學人教版一輪學案-第六章第2講　原電池

第2講原電池復習目標核心素養(yǎng)1.能分析、解釋原電池的工作原理，能設計簡單的原電池。2．能列舉常見的化學電源，并能利用相關信息分析化學電源的工作原理。3．能綜合考慮化學變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決實際問題，如新型電池的開發(fā)等。1.變化觀念與平衡思想：認識原電池反應的本質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應；能多角度動態(tài)地分析原電池中物質(zhì)的變化及能量的轉(zhuǎn)換。2．證據(jù)推理與模型認知：能利用典型的原電池裝置，構(gòu)建原電池工作原理的模型，并利用模型分析常見化學電源的工作原理?？键c一原電池的工作原理及應用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。2．工作原理(以鋅銅原電池為例)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電極質(zhì)量變化減小增大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－移向負極鹽橋作用a.連接內(nèi)電路形成閉合回路b．維持兩電極電勢差(中和電荷)，使電池能持續(xù)提供電流①兩裝置的不同之處：Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，既有化學能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗；Ⅱ中還原劑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，持續(xù)時間長，電流效率高。②鹽橋的作用是使整個裝置構(gòu)成閉合回路，代替兩溶液直接接觸；平衡電荷；提高電池效率。3．電極的判斷4．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。(1)放熱的反應都可設計成原電池。(×)(2)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極是負極。(√)(3)用Mg、Al分別作電極，用NaOH溶液作電解液構(gòu)成的原電池，Mg為正極。(√)(4)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。(×)(5)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。(×)(6)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高。(√)題點一原電池的工作原理(2020·全國Ⅲ卷)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)－空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。該電池工作時，下列說法錯誤的是()A．負載通過0.04mol電子時，有0.224L(標準狀況)O2參與反應B．正極區(qū)溶液的pH降低，負極區(qū)溶液的pH升高C．電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極【以圖析題·培養(yǎng)關鍵能力】【解析】由題給信息知VB2電極上發(fā)生失電子的氧化反應，則VB2電極為負極，復合碳電極為正極，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，則電路中通過0.04mole－時，正極有0.01molO2參加反應，其在標準狀況下的體積為0.224L，A項正確；由正、負極的電極反應式可知，該電池工作時，負極區(qū)溶液的pH降低，正極區(qū)溶液的pH升高，B項錯誤；電池的總反應方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C項正確；電流與電子的流動方向相反，電流從正極出發(fā)，沿負載流向負極，再經(jīng)過溶液最終回到正極，D項正確?！敬鸢浮緽[母題延伸](1)如何快速判斷1molVB2失去11mole－？(2)上題中電池工作一段時間后KOH溶液濃度變化？提示：(1)可用“0”價法。VB2中V，B的化合價均為0價。V由0→＋5價失去5個e－，B由0價→＋3價，2個B失去6個e－，共失去11個e－。(2)KOH濃度減小，pH減小。[對點訓練1]如圖所示原電池的鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液，電池工作一段時間后，甲燒杯中溶液顏色不斷變淺。下列敘述中正確的是()A．b極是電池的正極B．甲燒杯中K＋經(jīng)鹽橋流向乙燒杯C．甲燒杯中溶液的pH逐漸減小D．電池的總反應離子方程式為MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O解析：D由甲燒杯中溶液顏色不斷變淺，可知KMnO4中Mn元素的化合價降低，得到電子，F(xiàn)e元素的化合價升高，失去電子，則b為負極，a為正極，所以總的電極反應化學方程式為2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。由于Fe2＋在b電極失去電子，發(fā)生氧化反應，所以b極是電池的負極，A錯誤；K＋向正極移動，所以K＋從鹽橋流向甲燒杯，B錯誤；甲燒杯中a電極上MnOeq\o\al(－,4)獲得電子，發(fā)生還原反應，Mn元素的化合價降低，電極反應為MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋＋5e－=Mn2＋＋4H2O，所以甲燒杯中溶液的pH逐漸增大，C錯誤；由總的電極反應式可知，反應的離子方程式為MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，D正確。[對點訓練2](雙選)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Cu作負極，電極反應式為Cu－2e－=Cu2＋D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑解析：BC②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，Cu－2e－=2Cu2＋，A錯誤，C正確；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錯誤。題點二原電池工作原理應用(2021·陜西榆林一模)電化學氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如圖所示。下列說法正確的是()A．b電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．溶液中OH－向電極b移動C．NH3的還原產(chǎn)物為N2D．電流方向：由a經(jīng)外電路到b【解析】由圖中信息可知，a電極上NH3失去電子生成N2，為負極，電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O；b電極作正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－；N2為氧化產(chǎn)物；OH－由b極移向a極；電流由b經(jīng)外電路到a。故選A。【答案】A[母題延伸]若把KOH溶液換成稀H2SO4寫出電極反應式？提示：負極2NH3－6e－=N2＋6H＋正極O2＋4e－＋4H＋=2H2O[對點訓練3]把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖像是________________________________________________________________________。解析：加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應速率，(1)a中Zn減少，H2體積減小，A符合；(2)中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多，B符合；(3)當把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)減少，反應速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，C項符合。答案：(1)A(2)B(3)C考點二常見的化學電源1．電池優(yōu)劣的標準一是看電池單位質(zhì)量或體積輸出的電能多少(比能量)或輸出功率多少(比功率)，二是電池儲存的時間長短。2．一次電池——干電池(1)堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH，其電極反應如下：負極：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2；正極：2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnO(OH)＋2OH－；總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2。(2)銀鋅電池銀鋅電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極反應如下：負極：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2；正極：Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－；總反應：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。3．二次電池——充電電池或蓄電池(1)鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2?？偡磻獮镻b＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O(2)鋰離子電池一種鋰離子電池，其負極材料為嵌鋰石墨(LixCy)，正極材料為LiCoO2(鈷酸鋰)，電解質(zhì)溶液為LiPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無水)，其總反應為LixCy＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiCoO2＋Cy，其放電時電極反應式為負極：LixCy－xe－=xLi＋＋Cy；正極：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2。4．燃料電池(1)特點：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。常見燃料有H2、烴、肼、烴的衍生物、NH3、煤氣等。電能轉(zhuǎn)化率超過80%。(2)氫氧燃料電池酸性堿性負極反應式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應式O2＋4H＋＋4e－=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應式2H2＋O2=2H2O①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H＋，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境結(jié)合H2O，生成OH－；③若已知總反應式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。(1)堿性鋅錳電池是一次電池，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。(×)(2)二次電池充電時，充電器的正極連接二次電池的正極。(√)(3)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后將熱能轉(zhuǎn)化為電能。(×)(4)鉛蓄電池放電時，正極與負極質(zhì)量均增加。(√)(5)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。(×)題點一新型二次電池(2020·全國Ⅰ卷)科學家近年發(fā)明了一種新型ZnCO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高【解析】由題給裝置圖可知，放電時負極鋅失去電子后結(jié)合OH－生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項正確；放電時，正極上CO2得電子生成HCOOH，CO2中C的化合價為＋4價，HCOOH中C的化合價為＋2價，1molCO2轉(zhuǎn)化為1molHCOOH，轉(zhuǎn)移2mol電子，B項正確；充電時，陰極上Zn(OH)eq\o\al(2－,4)參與反應得到鋅，陽極上H2O參與反應得到氧氣，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C項正確；充電時，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，OH－濃度降低，D項錯誤。【答案】D[母題延伸]寫出上題充電時陽極、陰極的電極反應式？提示：陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極：Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋2e－=Zn＋4OH－[對點訓練1]為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3DZn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質(zhì)的3DZnNiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)解析：DZn作負極被氧化生成ZnO，三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，沉積的ZnO分散度高，A正確。充電時陽極發(fā)生氧化反應，根據(jù)電池反應的充電過程可知，陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)，B正確。放電時負極發(fā)生氧化反應，根據(jù)電池反應的放電過程可知，負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)，C正確。放電時，電池內(nèi)部陽離子由負極移向正極，陰離子由正極移向負極，D錯誤。題點二燃料電池利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是()A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3D．電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動【解析】相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法選用酶作催化劑，條件溫和，同時利用MV＋和MV2＋的相互轉(zhuǎn)化，化學能轉(zhuǎn)化為電能，故可提供電能，故A正確；該裝置是原電池，左室為負極區(qū)，故B錯誤；右室為正極區(qū)，MV2＋在正極得電子發(fā)生還原反應生成MV＋，MV＋與N2在固氮酶的作用下反應生成NH3和MV2＋，故C正確；電池工作時，氫離子(即質(zhì)子)通過交換膜由負極向正極移動，故D正確?！敬鸢浮緽[母題延伸](1)分析上題電池工作原理，判斷電池中間的交換膜是何種類？(2)寫出上題正極區(qū)在固氮酶作用下N2發(fā)生反應的電極方程式。(3)上題當電路中通過3mol電子時，可產(chǎn)生氨氣的體積(標準狀況下)為________L；正極區(qū)中n(H＋)____________(填“增加”“減少”或“不變”)。提示：(1)質(zhì)子交換膜或陽離子交換膜。因為在負極區(qū)H2通過氫化酶的作用生成H＋，而在正極區(qū)N2通過固氮酶生成NH3需要H＋，因此需要將負極區(qū)生成的H＋移動至正極區(qū)。(2)N2＋6H＋＋6MV＋eq\o(=,\s\up7(固氮酶))2NH3＋6MV2＋。(3)22.4不變負極區(qū)氫氣在氫化酶作用下發(fā)生氧化反應，反應式為H2＋2MV2＋eq\o(=,\s\up7(氫化酶))2H＋＋2MV＋，正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應，生成NH3，發(fā)生反應：N2＋6H＋＋6MV＋eq\o(=,\s\up7(固氮酶))2NH3＋6MV2＋，根據(jù)反應可知轉(zhuǎn)移6mol電子時生成2molNH3，負極區(qū)產(chǎn)生6molH＋進入正極區(qū)，同時正極區(qū)消耗6molH＋，故正極區(qū)H＋總量不變，當電路中通過3mol電子時，可產(chǎn)生氨氣的體積(標準狀況下)為22.4L，正極區(qū)n(H＋)不變。[對點訓練2](2021·湖北新高考適應卷)研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)大電流放電，其工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是()A．加入HNO3降低了正極反應的活化能B．電池工作時正極區(qū)溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原D．負極反應為CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋解析：BA項，根據(jù)題目信息可知加入硝酸降低了正極反應的活化能，正確；B項，正極區(qū)不斷有水生成，溶液體積會增大，溶液pH增大，錯誤；C項，根據(jù)電子守恒可知1mol乙醇完全被氧化時有3molO2被還原，正確；D項，根據(jù)題圖可知負極反應為CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，正確。【命題分析】近年來，為了解決能源和環(huán)境的矛盾，基于人類與環(huán)境友好的宗旨。新型化學電池不斷推陳出新，高考更是基于真實情境的命題要求，每年均會有新型化學電池類題目，考查學生分析問題的能力。新型電池大致分新型燃料電池，新型二次電池。1．新型燃料電池燃料電池是利用燃料與氧氣或空氣或其他氧化劑進行反應，將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類化學電源，基本工作原理與原電池相同：解題的關鍵是正確分析書寫電極反應式。書寫方法與信息型氧化還原反應方程式的書寫相似：2．可充電電池充電電池放電遵循原電池原理，充電時遵循電解原理，其工作原理特點如下：可充電電池的題干條件如果已知總方程式，書寫較難寫的電極反應式時，可先寫出較易的電極反應式，然后用總反應式減去較易寫的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。1．(2021·1月新高考8省聯(lián)考，湖南卷)(雙選)某單液電池如圖所示，其反應原理為H2＋2AgCl(s)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Ag(s)＋2HCl。下列說法錯誤的是()A．放電時，左邊電極為負極B．放電時，溶液中H＋向右邊電極移動C．充電時，右邊電極上發(fā)生的電極反應式：Ag－e－=Ag＋D．充電時，當左邊電極生成1molH2時，電解質(zhì)溶液減輕2g解析：CD由圖示可知，放電時左邊電極發(fā)生氧化反應，為電池的負極，故A正確；由A分析可知，放電時左邊為電池的負極，右邊則為電池的正極，工作時陽離子向正極移動，即氫離子向右邊電極移動，故B正確；充電時左邊電極為陰極，發(fā)生還原反應，即2H＋＋2e－=H2↑；右邊電極為陽極，發(fā)生氧化反應，即Ag－e－＋Cl－=AgCl，故C錯誤；由反應2HCl＋2Ageq\o(=,\s\up7(充電))2AgCl＋H2↑可知，充電時，當左邊電極生成1molH2時，電解質(zhì)溶液中會減少2molHCl，則減少的質(zhì)量為73g，故D錯誤。2．(2021·浙江1月選考)鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L為小燈泡，K1、K2為開關，a、b為直流電源的兩極)。下列說法不正確的是()A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉(zhuǎn)化形式：化學能→電能B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發(fā)生還原反應C．電極B發(fā)生氧化反應過程中，溶液中KOH濃度不變D．鎳鎘二次電池的總反應式：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2解析：CA項，斷開K2，合上K1，鎳鎘電池放電，化學能轉(zhuǎn)化為電能，正確；B項，斷開K1，合上K2，給鎳鎘電池充電，電極A與電源負極相連，為陰極，發(fā)生還原反應：Cd(OH)2＋2e－=Cd＋2OH－，正確；C項，電極B發(fā)生的氧化反應為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=2NiOOH＋2H2O，導致溶液中OH－濃度減小，錯誤；D項，將圖中電極A和電極B上的反應相加即得總反應：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，正確。3．(2021·日照一模)(雙選)納米硅基鋰電池是一種新型二次電池，電池裝置如圖所示，工作時硅基電極上的反應為LinSi－ne－=Si＋nLi＋。下列說法正確的是()A．電池工作時，硅基電極的電勢高于三元鋰電極的電勢B．電池充電時，三元鋰電極反應式可能為LiMxOy－ne－=Li1－nMxOy＋nLi＋C．將有機聚合物電解質(zhì)換為鋰鹽水溶液，可提高電池工作效率并能延長電池使用壽命D．若工作前電池兩極的質(zhì)量相等，電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，兩極的質(zhì)量相差2.8g解析：BD電池工作時，硅基電極上的反應為LinSi－ne－=Si＋nLi＋，故硅基電極為負極，其電勢低于三元鋰電極的電勢，選項A錯誤；電池充電時，三元鋰電極連接電源正極為陽極，陽極上LiMxOy失電子產(chǎn)生Li＋，反應式可能為LiMxOy－ne－=Li1－nMxOy＋nLi＋，選項B正確；鋰為活潑金屬，能與鋰鹽水溶液中的水反應，故不能將有機聚合物電解質(zhì)換為鋰鹽水溶液，選項C錯誤；若工作前電池兩極的質(zhì)量相等，電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，負極鋰失電子溶解，減少0.2molLi＋質(zhì)量，正極鋰轉(zhuǎn)化為LiMxOy，增加0.2molLi＋質(zhì)量，兩極的質(zhì)量相差2.8g，選項D正確。4．(2021·山東卷)以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法正確的是()A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4—O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2L解析：C堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應為：2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O；N2H4—O2清潔燃料電池總反應為：N2H4＋O2=N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合價均為－2價，H元素化合價為＋1價，所以根據(jù)氧化還原反應原理可推知其燃料電池的總反應為：(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH=2K2CO3＋N2＋6H2O，據(jù)此結(jié)合原電池的工作原理分析解答。A.放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；B.根據(jù)上述分析可知，N2H4—O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應可知，KOH的物質(zhì)的量減小，B錯誤；C.理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關，設消耗燃料的質(zhì)量均為mg，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達式)分別是：eq\f(mg,32g/mol)×6、eq\f(mg,32g/mol)×4、eq\f(mg,60g/mol)×16，通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；D.1molO2得4mole－，1molN2H4失4mol電子，生成1molN2，在標準狀況下為22.4L，D錯誤。故選C。5．(1)將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。下圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。電極b作________極，表面發(fā)生的電極反應為____________________________________________。(2)濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。①X為________極，Y極反應式為_______________________________。②Y極生成1molCl2時，________molLi＋移向________(填“X”或“Y”)極。(3)微生物燃料電池是一種利用微生物將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。已知某種甲醇微生物燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，示意圖如右圖：①該電池中外電路電子的流動方向為________(填“從A到B”或“從B到A”)。②工作結(jié)束后，B電極室溶液的pH與工作前相比將____________(填“增大”“減小”或“不變”，溶液體積變化忽略不計)。③A電極附近甲醇發(fā)生的電極反應為____________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)從圖示可以看出，左側(cè)H2O轉(zhuǎn)變成O2，O元素被氧化，電極a為負極，電極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，H＋通過質(zhì)子交換膜進入右側(cè)發(fā)生反應，右側(cè)通入的CO2轉(zhuǎn)變成HCOOH，C元素被還原，電極b為正極，電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH。(2)根據(jù)裝置可知生成H2的電極為正極，生成Cl2的電極為負極。(3)①甲醇失去電子，作為電池的負極，所以該電池外電路電子的流動方向為從A到B。②有水生成，pH變大。③CH3OH失電子，生成CO2和H＋，根據(jù)化合價變化和元素守恒配平方程式即可得電極反應式：CH3OH＋H2O－6e－=6H＋＋CO2↑。答案：(1)正CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH(2)①正2Cl－－2e－=Cl2↑②2X(3)①從A到B②變大③CH3OH＋H2O－6e－=6H＋＋CO2↑1.(2021·河北卷，9)KO2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是()A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水解析：D由題圖可知，b極上O2轉(zhuǎn)化為KO2，則b極為電池正極，a極為電池負極，K＋通過隔膜由a極向b極遷移，為避免O2氧化K電極，O2不能通過隔膜，A說法正確；放電時，電流由正極經(jīng)導線流向負極，即由b極經(jīng)導線流向a極，充電時，b極接外接電源的正極，b電極為陽極，B說法正確；產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2與消耗O2的質(zhì)量比為71∶32≈2.22，C說法正確；消耗3.9g鉀時，轉(zhuǎn)移0.1mole－，鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O，其質(zhì)量為1.8g，D說法錯誤。2．(2021·湖南卷，10)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是()A．放電時，N極為正極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應式為Zn2＋＋2e－=ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過解析：B由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2＋2e－=2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側(cè)，同時鋅離子通過交換膜進入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽極。A.由分析可知，放電時，N電極為電池的正極，故A正確；B.由分析可知，放電或充電時，左側(cè)儲液器和右側(cè)儲液器中溴化鋅的濃度維持不變，故B錯誤；C.由分析可知，充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2＋＋2e－=Zn，故C正確；D.由分析可知，放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，故D正確。3．(2021·廣東卷，9)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．將電能轉(zhuǎn)化為化學能C．陽離子由正極移向負極D．CO2在正極上得電子解析：DA項，負極發(fā)生氧化反應，錯誤；B項，原電池放電時將化學能轉(zhuǎn)化為電能，錯誤；C項，陽離子移向正極，錯誤；D項，金屬鈉為負極，失去電子，CO2在正極上得電子，正確。