2021版高考化学一轮复习（鲁科版）化学能转化为电能——电池学案

2021版高考化学一轮复习（鲁科版）化学能转化为电能——电池学案

第3节　化学能转化为电能——电池 考纲定位 核心素养 ‎1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。‎ ‎2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ ‎3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。‎ ‎1.变化观念——认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。‎ ‎2.模型认知——能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。‎ ‎3.科学态度——探究新型化学电源及绿色环保化学电源，并评价化学电源的优劣。‎ 考点一| 原电池及其工作原理 ‎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 能发生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)‎ 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 如图是CuZn原电池，请填空：‎ ‎(1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 ‎(2)原电池中的三个方向 ‎①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；‎ ‎②电流方向：从正极沿导线流向负极；‎ ‎③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。‎ ‎(3)盐桥作用 ‎①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷(盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极)，使原电池不断产生电流。‎ ‎[深度归纳]‎ ‎(1)两种装置的比较 图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与 Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高，电能效率低。‎ 图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长，电能效率高。‎ ‎(2)原电池正、负极的判断 注意：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。如在Mg－NaOH(aq)－Al原电池中Al为负极；在Cu－浓硝酸－Fe(Al)原电池中Cu为负极。‎ ‎4．原电池原理的两个应用 ‎(1)比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。‎ ‎(2)加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。‎ ‎1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。(　　)‎ ‎(2)在Mg－NaOH(aq)－Al电池中负极反应为Al－3e－＋4OH－===‎ ‎[Al(OH)4]－。(　　)‎ ‎(3)相同情况下，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。 (　　)‎ ‎(4)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×‎ ‎2．在如图所示的5个装置中，不能形成原电池的是____________(填序号)。‎ ‎③装置发生的电极反应式为_________________________________‎ ‎_______________________________________________________。‎ 答案：②④　负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 考法1　原电池的原理 ‎1．(2018·潍坊一模)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(　　)‎ 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 C　[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。]‎ ‎2．(2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。‎ 下列说法不正确的是 (　　)‎ A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液 B．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极 D　[A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以K＋向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。]‎ ‎[思维建模]　原电池的工作原理简图 考法2　原电池原理的应用 ‎3．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 (　　)‎ A．P>M>N>E　　　　　 B．E>N>M>P C．P>N>M>E D．E>P>M>N A　[由①知，金属活动性：M>N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N>E。]‎ ‎4．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。‎ ‎(1)负极反应式：__________________________________________。‎ ‎(2)正极反应式：__________________________________________。‎ ‎(3)电池总反应方程式：____________________________________。‎ ‎(4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：‎ ‎①不含盐桥 ‎②含盐桥 答案：(1)Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎(2)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ ‎(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋‎ ‎(4)①　②‎ ‎[思维建模]　原电池设计的思维模板 ‎(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。‎ ‎(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。‎ ‎(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。‎ 考点二| 常见化学电源的分类及其工作原理 一次电池 ‎1．碱性锌锰电池 碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：‎ 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－‎ 总反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。‎ ‎2．银锌电池 银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：‎ 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎3．锂电池 锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下：‎ 负极：8Li－8e－===8Li＋‎ 正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SO＋2S 总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。‎ 二次电池 铅蓄电池 总反应式为 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ 提醒：(1)二次电池充电时的电极连接 ‎　‎ 即正极接正极，负极接负极。‎ ‎(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。 ‎ 燃料电池 燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH4、C2H6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。‎ ‎1．氢氧燃料电池 介质 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 注：①燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。‎ ‎②书写电极反应式时，注意介质参与的反应。‎ ‎[深度归纳]　化学电源中电极反应书写的一般方法思路 ‎(1)明确两极的反应物；‎ ‎(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；‎ ‎(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物；‎ ‎(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。‎ 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，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，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。‎ ‎2．以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应和总反应 ‎1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)太阳能电池不属于原电池。(　　)‎ ‎(2)碱性锌锰电池的负极附近的介质的碱性增强。(　　)‎ ‎(3)铅蓄电池的两极在电池工作时质量均增加。(　　)‎ ‎(4)氢氧燃料电池的正极反应式均为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。(　　)‎ 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×‎ ‎2．CO为燃料，O2为氧化剂，碱性溶液作电解质溶液，电池工作时负极反应式为________________，正极反应式为________________，总反应式为__________________________________________________。‎ 答案：CO－2e－＋4OH－===CO＋2H2O　O2＋2e－＋H2O===‎ ‎2OH－　2CO＋O2＋4OH－===2CO＋2H2O 考法1　一次电池与二次电池 ‎1．(2019·兰州模拟)被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是(　　)‎ A．该电池的正极为锌 B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023‎ D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－‎ D　[A项，由电池反应知，Zn元素化合价由0变为＋2，Zn失电子作负极，错误；B项，该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂，错误；C项，电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流，错误；D项，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，正确。]‎ ‎2．(2019·湖南湘东五校联考)‎ 高铁电池具有比能量高、无污染的特点，用如图装置模拟其工作原理(放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成)，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．放电时，电子由正极通过外电路流向负极 B．放电时，负极上的电极反应式为Zn－2e－＋2H2O===Zn(OH)2＋2H＋‎ C．充电时，电源的正极连接高铁电池的Zn极 D．充电时，阳极上的电极反应式为Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O D　[放电时，电子由负极通过外电路流向正极，A项错误；放电时，负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，B项错误；充电时，电源的正极应连接石墨电极，C项错误；充电时，阳极上Fe(OH)3转化为FeO，发生氧化反应：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O，D项正确。]‎ ‎3．(2019·郑州模拟)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)‎ A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋‎ B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋‎ C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池 D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4‎ C　[根据放电后Na2S2转化为Na2S4，S元素化合价升高，知Na2S2被氧化，故负极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A项错误；充电时阳极上发生氧化反应，NaBr转化为NaBr3，电极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B项错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C项正确；放电时b池为负极区域，发生氧化反应：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋‎ ‎，用该电池电解饱和食盐水，产生标准状况下2.24 L H2时转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Na2S4，其质量为17.40 g，D项错误。]‎ 考法2　形形色色的燃料电池 ‎4．(2019·哈尔滨模拟)新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知硼氢化钠中氢为－1价)，有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性 B．电池负极区的电极反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为6NA B　[A项，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－，MnO2既作电极材料又有催化作用，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，正确；C项，放电时，Na＋向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为 ‎6 mol·L－1×1 L×2×NA/mol＝12NA，错误。]‎ ‎5．(2019·西安八校联考)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋‎ B．电子从电极b流出，经外电路流向电极a C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜 A　[本题中微生物燃料电池的工作原理包括两个阶段：①引发反应，有机物＋SOCO2↑＋HS－；②电池反应，负极反应为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，正极反应为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O。根据题图知，在硫氧化菌作用下HS－转化为SO，发生氧化反应：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，A项正确；电子从电极a流出，经外电路流向电极b，B项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C项错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜，D项错误。]‎ ‎6．(2019·贵阳模拟)一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)‎ A．b电极是负极 B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－＋4e－===N2↑＋4H2O C．放电时，电子从a电极经过负载流向b电极 D．电池工作时，K＋从正极移向负极 C　[燃料电池中正极上通入空气，故b电极为正极，A项错误；a电极为负极，负极上N2H4发生氧化反应：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，B项错误；放电时，电子从负极(a电极)经过负载流向正极(b电极)，C项正确；该装置交换膜为阴离子交换膜，电池工作时，OH－从正极移向负极，D项错误。]‎ ‎[思维建模]　燃料电池电极反应式书写模板 ‎(1)首先写出正极反应式 ‎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固体氧化物电解质(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。‎ ‎(2)根据总反应式减去正极反应式确定负极反应式。‎ 考点三| 金属的腐蚀与防护 ‎1．金属的腐蚀 ‎(1)本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。可表示为M－ne－===Mn＋。‎ ‎(2)类型 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟具有腐蚀性的化学物质接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎2．电化学腐蚀的分类 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液 水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液 电极材料及反应 负极 Fe：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 C：2H＋＋2e－===H2↑‎ C：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ 联系 吸氧腐蚀更普遍 提醒：铁锈的成分为Fe2O3·xH2O，其形成过程还涉及如下反应：‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ ‎3．金属的防护 ‎(1)电化学防护 ‎①牺牲阳极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．正极：被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法(阴极电保护法)—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属。‎ ‎(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ 提醒：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极，即发生氧化反应的电极常称为阳极。‎ ‎[深度归纳]　判断金属腐蚀快慢的方法 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。‎ ‎1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。 (　　)‎ ‎(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均可以发生析氢腐蚀。(　　)‎ ‎(3)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。 (　　)‎ ‎(4)地下钢管可以通过地下连接铜板以防止钢管被腐蚀。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×‎ ‎2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。‎ ‎(1)开始时，生铁发生________腐蚀，负极反应式为_______________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎(2)一段时间后，生铁发生______________腐蚀，正极反应式为____________________________________________________________，‎ 具支试管内雨水的pH的变化情况为________________________。‎ 答案：(1)析氢　Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎(2)吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　增大 考法☆　金属的腐蚀与防护 ‎1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁(含杂质C)在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)‎ A．②①③④⑤⑥　　　　　 B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ C　[①②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序是：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。]‎ ‎2．(2019·山西八校联考)将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是(　　)‎ A．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀 B．b中发生吸氧腐蚀 C．b中铁钉附近呈现红色 D．a中铜丝附近有气泡产生 C　[a中形成原电池时，铁钉作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，A项正确；b中形成原电池时，铝条作负极，铁钉作正极，发生吸氧腐蚀，B项正确；b中铁钉作正极，正极上发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，无Fe3＋生成，故铁钉附近不会出现红色，C项错误；a中铜丝作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，D项正确。]‎ ‎3．(2019·江西调研)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl，CuCl在青铜器腐蚀过程中起到催化作用。可采用“局部封闭法”防止青铜器进一步被腐蚀，如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应。下图为青铜器在潮湿环境中发生腐蚀的原理示意图。下列说法错误的是(　　)‎ A．腐蚀过程中，c为负极 B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ C．腐蚀过程中CuCl降低了反应的活化能和反应的焓变 D．“局部封闭法”的反应原理为：Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O C　[腐蚀过程中，青铜基体(c)作为原电池负极，多孔催化层(b)作为原电池正极，A项正确；由题图可知，正极O2参与反应生成了OH－，所以电极反应式为O2‎ ‎＋4e－＋2H2O===4OH－，B项正确；由题意可知，CuCl在青铜器腐蚀过程中起催化作用，可以降低反应的活化能，加快化学反应速率，但不能改变反应的焓变，C项错误；由题意知，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，D项正确。]‎ 专项突破(14)　新型化学电源试题的解答突破 ‎1．命题分析 命题人常常根据新型化学电池的装置特点，以新介质、新燃料、轻金属为背景，涉及下列命题角度。‎ ‎(1)电极的判断及其电极反应式的书写或判断。‎ ‎(2)两极产物及两极反应类型的判断。‎ ‎(3)两极附近溶液的pH变化或计算。‎ ‎(4)电子、电流、离子移动方向，交换膜的判断。‎ ‎(5)电子守恒的相关计算。‎ ‎2．常考新型电源的原理分析 ‎(1)镍氢电池(KOH溶液)：NiOOH＋MHNi(OH)2＋M 负极反应式：MH－e－＋OH－===M＋H2O；‎ 正极反应式：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。‎ ‎(2)锂离子电池总反应式为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4‎ 负极反应式：xLi－xe－===xLi＋；‎ 正极反应式：Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋===LiMn2O4。‎ ‎(3)研究人员研制出一种可快速充放电的超性能铝离子电池，Al、Cn为电极，有机阳离子与阴离子(AlCl、Al2Cl)组成的离子液体为电解质，如图为该电池放电过程示意图。‎ 负极反应式：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl；‎ 正极反应式：3Cn[AlCl4]＋3e－===3Cn＋3AlCl。‎ ‎[典例导航]‎ ‎(2017·全国卷Ⅲ，T11)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 ‎[思路点拨]　(1)16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)‎ ‎　　　　　　　　　　 ⇓‎ Li作负极，电极反应式为16Li－16e－===16Li＋‎ S8作正极，电极反应式为xS8＋16e－＋16Li＋===8Li2Sx ‎⇓放电时 电极a作正极，放电时间越长，Li2Sx中x越小 ‎⇓充电时 电极a作阳极，充电时间越长，Li2Sx中x越大 ‎(2)负极Li生成Li＋移向正极，减重×7 g·mol－1＝0.14 g 答案：D ‎(1)放电时负极反应式为______________，正极反应式(当x＝6时)为____________，放电过程中Li2S8―→Li2S6的正极反应式为__________。‎ ‎(2)充电时，阳极反应式(Li2S2―→Li2S4)____________________。‎ 答案：(1)Li－e－===Li＋　6S8＋16e－＋16Li＋===8Li2S6　3Li2S8＋2e－＋2Li＋===4Li2S6‎ ‎(2)2Li2S2－2e－===Li2S4＋2Li＋‎ ‎1．(2019·山西八校联考)硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时发生的反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(　　)‎ A．电极a为电池正极 B．图中选择性透过膜为阴离子透过膜 C．电池工作过程中，电极a附近区域pH减小 D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O C　[根据电池反应，O2发生还原反应，故通入空气的电极a为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；根据电池反应，VB2发生氧化反应转化为V2O5、B2O3，VB2极的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D项正确；根据负极反应和正极反应可知，正极上生成OH－，负极上消耗OH－，故该选择性透过膜为阴离子透过膜，B项正确；由正极反应式可知，电池工作过程中，电极a附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误。]‎ ‎2．(2019·石家庄联考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应式为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，Co元素的化合价升高 B．放电时，正极的电极反应式为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2‎ C．充电时，Li＋在电解液中由阳极向阴极迁移 D．充电时，阴极的电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6‎ A　[由放电时电池的总反应式可知，放电时Co的化合价降低，A项错误；放电时正极的电极反应式为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，B项正确；充电时阳离子由阳极向阴极迁移，C项正确；充电时阴极反应与放电时负极反应互为逆反应，阴极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，D项正确。]‎ ‎3．(2019·日照质检)一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Mg(液)层的质量减小 B．放电时，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg C．该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应 D．该电池充电时，Cl－向下层移动 C　[根据电流方向(由正极流向负极)可知，镁(液)层为原电池的负极，放电时，Mg(液)层的质量减小，A项正确；根据题意知，正极反应为熔融的Mg2＋得电子发生还原反应，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，B项正确；充电时镁(液)层为阴极，Mg－Sb(液)层为阳极，则Mg－Sb(液)层发生氧化反应，C项错误；充电时阴离子向阳极移动，即Cl－向下层移动，D项正确。]‎ 专项突破(15)　“多池”组合装置的综合试题解题方略 常见组合装置模型示例 ‎1.‎ ‎　　　　　 　A　　　　　　　B ‎　　　 　 (原电池)　 　　　(电解池)‎ ‎2.‎ ‎　　　　　　 A　　 　　B ‎　　　　 (电解池)　　(原电池)‎ ‎3．　　　　　　　　　　　4.‎ ‎　‎ ‎ A　　　 　B　　　　　A　　　　B ‎(原电池)　　(电解池)　　(电解池)　(电镀池)‎ ‎[典例导航]‎ 已知H2O2是一种弱酸性物质，在强碱溶液中主要以HO形式存在。现以AlH2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是(　　)‎ A．a电极的电极反应式为HO＋2e－＋H2O===3OH－‎ B．反应过程中，电子的流向为d→a，b→c C．电解消耗2.7 g Al时，产生N2的体积为1.12 L D．电解过程中，燃料电池中溶液的pH不断增大 ‎[思路点拨]　左池为AlH2O2燃料电池，右池为电解池→c极为阳极[CO(NH2)2→N2]，d为阴极(H＋→H2)→a极为负极(Al→[Al(OH)4]－)，b为正极(HO→OH－)。‎ D　[根据电解池中c极上发生氧化反应生成N2知，c极为阳极，故d极为阴极，所以a极是负极，b极为正极，a极的电极反应式为Al－‎ ‎3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，A错误；a极为负极，b极为正极，c极为阳极，d极为阴极，故反应过程中电子的流向为a→d，c→b，B错误；根据各电极上转移的电子数相等知，每消耗0.1 mol Al，转移0.3 mol电子，生成0.05 mol N2，在标准状况下N2的体积为1.12 L，但题中未标明标准状况，C错误；AlH2O2燃料电池的总反应为2Al＋3HO＋3H2O===2[Al(OH)4]－＋OH－，反应中有OH－‎ 生成，溶液pH增大，D正确。]‎ 电极a、b、c、d的电极反应式分别为______________________，‎ ‎_______________________________________________________，‎ ‎_______________________________________________________，‎ ‎_______________________________________________________。‎ 答案：2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－‎ ‎3HO＋6e－＋3H2O===9OH－‎ CO(NH2)2－6e－＋8OH－===CO＋N2↑＋6H2O ‎6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ ‎1．(2019·辽宁五校联考)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　 甲　　　　　　　　　乙 A．电子的流动方向：M→Fe→CuSO4溶液→Cu→N B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===2CO2↑＋N2↑＋12H2O C．当N极消耗5.6 L O2时，则铁极增重32 g D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变 D　[根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应，知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为M→Fe、Cu→N，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－‎ ‎16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，B项错误；N极上发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Fe极上发生反应：Cu2＋＋2e－==‎ ‎=Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O2～2Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为×2×64 g＝32 g，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。]‎ ‎2．烧杯A中盛放0.1 mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放 ‎0.1 mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．A中Fe极质量减少，C极有气体产生 B．A为电解池，B为原电池 C．当A烧杯中产生0.1 mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大(不考虑Cl2溶于水)‎ B　[构成A装置的活动性不同的电极、电解质溶液形成了闭合的回路，A为原电池装置，且A为B的电解提供电能。电极反应式分别为(烧杯A中)C正极：2H＋＋2e－===H2↑，Fe负极：Fe－2e－===Fe2＋。(烧杯B中)阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。烧杯B中电解氯化铜，铜离子浓度减小，水解程度减小，pH增大。 ]‎ 课堂反馈　真题体验 ‎1．(2018·全国卷Ⅱ，T12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。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＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 (　　)‎ 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 D　[结合总反应式和题图可知，该电池放电时Na为负极，Ni为正极。NaCO2二次电池放电时为原电池，充电时为电解池。‎ 电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。]‎ ‎2.(2018·全国卷Ⅲ，T11)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＋O2‎ D　[根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为===2Li＋O2，D项正确。]‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅰ，T11)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)‎ A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 C　[A项，外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，正确；B项，被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩，正确；C项，高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极，错误；D项，保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整，正确。]‎ ‎4．(2016·全国卷Ⅱ，T11)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(　　)‎ 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↑‎ B　[根据题意，Mg海水AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋ 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。]‎ ‎5．(2015·全国卷Ⅰ，T11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)‎ A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O A　[图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。]‎