第23講 化學(xué)電源（教師版）【暑假彎道超車】2024年新高二化學(xué)暑假講義+習(xí)題（人教版2019選擇性必修1）

第23講化學(xué)電源1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過對常見化學(xué)電源的分析，建立對原電池過程系統(tǒng)認(rèn)識的思維模型，提高對原電池本質(zhì)的認(rèn)識。2.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：增強科技意識，不斷研發(fā)新型電池，滿足人類社會發(fā)展的需求。積極回收利用廢舊電池，減少其對環(huán)境的污染。一、化學(xué)電源概述一次電池1．化學(xué)電源概述(1)化學(xué)電源的分類原電池是各種化學(xué)電源的雛形，常分為如下三類：①一次電池：也叫做干電池，放電后不可再充電的電池。②二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。③燃料電池：一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。(2)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)①比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。②比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。③電池可儲存時間的長短。(3)化學(xué)電池的回收利用使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬、酸和堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。廢棄電池要進(jìn)行回收利用。(4)化學(xué)電源的發(fā)展方向小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如鎳氫電池、鋰離子電池等。2．一次電池：鋅錳干電池普通鋅錳干電池堿性鋅錳干電池示意圖構(gòu)造負(fù)極：鋅筒正極：石墨棒電解質(zhì)溶液：氯化銨和氯化鋅負(fù)極反應(yīng)物：鋅粉正極反應(yīng)物：二氧化錳電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀工作原理負(fù)極：Zn－2e－＋2NHeq\o\al(＋,4)=Zn(NH3)eq\o\al(2＋,2)＋2H＋正極：2MnO2＋2H＋＋2e－=2MnO(OH)總反應(yīng)：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnO(OH)＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2二、二次電池1．鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電過程表示如下：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O(1)負(fù)極是Pb，正極是PbO2，電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液。(2)放電反應(yīng)原理①負(fù)極反應(yīng)式是Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；②正極反應(yīng)式是PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O；③放電過程中，負(fù)極質(zhì)量的變化是增大，H2SO4溶液的濃度減小。(3)充電反應(yīng)原理①陰極(還原反應(yīng))反應(yīng)式是PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；②陽極(氧化反應(yīng))反應(yīng)式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；③充電時，鉛蓄電池正極與直流電源正極相連，負(fù)極與直流電源負(fù)極相連。即“負(fù)極接負(fù)極，正極接正極”。鉛酸蓄電池的充電過程與其放電過程相反。2．鋰離子電池電極電極反應(yīng)負(fù)極嵌鋰石墨(LixCy)：LixCy－xe－=xLi＋＋Cy正極鈷酸鋰(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2總反應(yīng)LixCy＋Li1－xCoO2=LiCoO2＋Cy反應(yīng)過程：放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化?！練w納總結(jié)】化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫(1)根據(jù)電源總反應(yīng)式或裝置確定正、負(fù)極的反應(yīng)物；原電池的正極大多數(shù)只起導(dǎo)電作用，而化學(xué)電源的正極材料得電子參與電極反應(yīng)。(2)根據(jù)電源總反應(yīng)式的產(chǎn)物或裝置中微粒的種類確定穩(wěn)定的產(chǎn)物。特別注意溶液的酸堿性和離子共存問題。(3)利用氧化還原配平方法配平電極反應(yīng)式，運用原子守恒和電荷守恒進(jìn)行檢查。三、燃料電池1．燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。2．氫氧燃料電池(1)基本構(gòu)造(2)工作原理酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負(fù)極反應(yīng)2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極反應(yīng)O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)2H2＋O2=2H2O3.能量轉(zhuǎn)換所有的燃燒均為放熱反應(yīng)，若能量以電的形式向外釋放，則形成燃料電池，所以燃料電池的總方程式類似燃燒的總方程式，條件不同。理論上來說，所有的燃燒反應(yīng)均可設(shè)計成燃料電池，所以燃料電池的燃料除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體，且能量轉(zhuǎn)化率超高。4．燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法負(fù)極為燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。正極為O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)。如CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書寫方法：第一步：確定生成物CH4eq\o(→,\s\up7(O2))eq\b\lc\[\rc\(\a\vs4\al\co1(H2O,CO2\o(→,\s\up7(KOH))CO\o\al(2－,3)＋H2O))第二步：確定電子轉(zhuǎn)移和變價元素原子守恒eq\o(C,\s\up6(－4))H4－8e－→eq\o(C,\s\up6(＋4))Oeq\o\al(2－,3)＋H2O；第三步：依據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)，用OH－使電荷守恒CH4－8e－＋10OH－→COeq\o\al(2－,3)＋H2O；第四步：依據(jù)氫原子守恒配平H2O的化學(xué)計量數(shù)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O?！練w納總結(jié)】常見燃料電池(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤氣等均可作為燃料電池的燃料。(2)電解液可以是酸(如H2SO4)、堿(如KOH)也可以是熔融鹽(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。(3)燃料電池電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液有密切關(guān)系，酸性溶液中電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)H＋四、新型化學(xué)電源1．常見考查方向①電極的判斷，②電子或電流的流向，③溶液中離子的流向，④電極的反應(yīng)類型，⑤pH的變化，⑥電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目，⑦電極反應(yīng)式的書寫。2．正、負(fù)極的判斷(1)根據(jù)裝置圖判斷：①電子流向或電流流向，②電解質(zhì)溶液中離子流向，③加入或生成物質(zhì)的化合價變化。(2)根據(jù)總方程式判斷：根據(jù)化合價變化，化合價升高的為負(fù)極，化合價降低的為正極。3．電極反應(yīng)式的書寫(1)放電時電極反應(yīng)式的書寫根據(jù)電極反應(yīng)中化合價變化的物質(zhì)，找出反應(yīng)物和生成物，然后利用氧化還原反應(yīng)的配平方法，寫出電極反應(yīng)式。(2)充電時的電極反應(yīng)式，利用放電時電極反應(yīng)的逆方向書寫。4．常見新型化學(xué)電源類型(1)新型燃料電池，如肼、Li-Cu空氣電池、有機物等。(2)新型熔融鹽電池。(3)新型元素形成的電池，如B、V。(4)濃差電池?？键c01一次電池【例1】堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，電池總反應(yīng)式為：。下列說法中不正確的是A．電池工作時，電子轉(zhuǎn)移方向是由經(jīng)外電路流向B．電池正極反應(yīng)式為C．電池工作時，不參與反應(yīng)D．電池工作時，發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生還原反應(yīng)【答案】C【解析】A．失電子的一極是負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極，負(fù)極是金屬鋅失電子，電子轉(zhuǎn)移方向是由Zn經(jīng)外電路流向MnO2，故A正確；B．正極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以正極的電極反應(yīng)式為：，故B正確；C．電池工作時，KOH電離出離子，增大溶液的導(dǎo)電性，KOH不參與反應(yīng)，但是能提高溶液的導(dǎo)電性，故C錯誤；D．負(fù)極上鋅失電子，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則MnO2發(fā)生還原反應(yīng)，故D正確；故選：C?！咀兪?-1】下列有關(guān)化學(xué)電源的描述正確的是①一次電池也叫干電池，其活性物質(zhì)被消耗后不能再生②二次電池也叫可充電電池，通過充電可使其活性物質(zhì)再生③任何電池都是依據(jù)原電池的原理制造的④化學(xué)電源與其他能源相比，具有攜帶方便，可制成各種形狀等優(yōu)點⑤比能量與比功率，是判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)A．①②③④⑤ B．①②④⑤ C．③④⑤ D．①②③⑤【答案】B【解析】①一次電池中電解質(zhì)溶液為膠狀，無法流動，故也叫做干電池，干電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的活性物質(zhì)被消耗到一定程度時，電池就不能繼續(xù)使用了，故正確；②二次電池放電后可以再充電，使活性物質(zhì)獲得再生，故正確；③有些電池不是依據(jù)原電池的原理制造的，如太陽能電池，故錯誤；④化學(xué)電源可以制成各種形狀、大小不同的電池，與其他能源相比，具有攜帶方便，故正確；⑤比能量與比功率越大說明電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能越大或者輸出功率越大，比能量與比功率是判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)，故正確；①②④⑤正確，故選B。【變式1-2】下面是幾種常見的化學(xué)電源示意圖，有關(guān)說法不正確的是()

A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2mol電子，負(fù)極質(zhì)量減輕207gD．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源【答案】C【解析】A．干電池是一次性電池，鉛蓄電池是可充電電池屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，A選項正確；B．在干電池中，Zn作負(fù)極，被氧化，因此長時間使用后，鋅筒被破壞，B選項正確；C．鉛蓄電池工作過程中，硫酸鉛在負(fù)極上析出，該極質(zhì)量應(yīng)該增加而非減小，C選項錯誤；D．氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)，且工作的最終產(chǎn)物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源，D選項正確；答案選C?？键c02二次電池【例2】關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是A．在放電時，電池的正極材料是鉛板B．在放電時，電池的負(fù)極材料質(zhì)量減小C．在放電時，向正極遷移D．在放電時，正極發(fā)生的反應(yīng)是：【答案】D【分析】鉛蓄電池中，放電過程為原電池原理。Pb作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；PbO2作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，放電的總反應(yīng)方程式為：，據(jù)此結(jié)合二次電池的工作原理分析解答?！窘馕觥緼．在放電時，電池的正極材料是PbO2，A錯誤；B．在放電時，電池的負(fù)極材料Pb放電轉(zhuǎn)化為，電極質(zhì)量增大，B錯誤；C．上述鉛蓄電池放電時，陰離子移向負(fù)極，所以向負(fù)極遷移，C錯誤；D．在放電時，正極PbO2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為，其電極反應(yīng)式為：，D正確；故選D。【變式2-1】某科研團隊提出了一種堿—酸Zn-—混合充放電電池，其放電時的工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．放電時，M極為正極B．放電時，從中間室移向左極室C．充電時，N極發(fā)生的電極反應(yīng)式為D．充電時，M極質(zhì)量每增加32.5g，外電路中通過2mol電子【答案】C【分析】由圖可知，放電時，M極為原電池的負(fù)極，堿性條件下鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成四羥基合鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn—2e—+4OH—=Zn(OH)，N電極為正極，酸性條件下二氧化鉛在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛和水PbO2+2e—+SO+4H+=PbSO4+2H2O，充電時，與直流電源負(fù)極相連的M極為陰極，N電極為陽極。【解析】A．由分析可知，放電時，M極為原電池的負(fù)極，故A錯誤；B．由分析可知，放電時，M極為原電池的負(fù)極，N電極為正極，則陽離子鉀離子從中間室移向右極室，故B錯誤；C．由分析可知，充電時，N極為陽極，水分子作用下硫酸鉛在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化鉛、硫酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為，故C正確；D．由分析可知，充電時，與直流電源負(fù)極相連的M極為陰極，N電極為陽極，當(dāng)M極質(zhì)量每增加32.5g，外電路中通過電子的物質(zhì)的量為×2=1mol，故D錯誤；故選C?！咀兪?-2】電池是一種二次電池。將溶于有機溶劑作為電解液，和負(fù)載碳納米管的網(wǎng)分別作電極材料，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池的總反應(yīng)：，下列說法正確的是A．放電時，向正極移動B．放電時，作電池的負(fù)極C．放電時，電子從負(fù)極經(jīng)電解液回到正極D．充電時，陽極反應(yīng)為：【答案】B【解析】A．放電時，Na失電子作負(fù)極、Ni作正極，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動，所以向負(fù)極移動，A錯誤；B．放電時，Na失電子作負(fù)極、Ni作正極，B正確；C．放電時，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線回到正極，不能流經(jīng)電解液，C錯誤；D．充電時，原來的正極Ni作電解池的陽極，Na作電解池陰極，則陽極發(fā)生的反應(yīng)為原來正極反應(yīng)式的逆反應(yīng)：，D錯誤；答案選B。考點03燃料電池【例3】一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是A．B．C．D．【答案】C【解析】該燃料電池的總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2=4H2O＋2CO2①正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e-=2H2O②①-②×3得：2CH3OH＋2H2O-12e-=2CO2＋12H＋，即CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H＋。故C正確；故選C。【變式3-1】HCOOH燃料電池的裝置如圖，兩電極間用陽離子交換膜隔開。下列說法正確的是A．電池工作時，電子由a電極經(jīng)外電路流向b電極B．負(fù)極的電極反應(yīng)式為C．若X為，通入發(fā)生的反應(yīng)為D．理論上每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4L，有2mol通過陽離子交換膜【答案】A【分析】根據(jù)圖示可知，該燃料電池的a極區(qū)HCOOH在KOH環(huán)境被氧化為，說明a極失去電子，是負(fù)極；b極區(qū)Fe3+得到電子生成Fe2+，F(xiàn)e2+通過外循環(huán)被O2氧化又生成Fe3+，b是正極；負(fù)極區(qū)的K+通過陽離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，構(gòu)成回路?！窘馕觥緼．據(jù)分析，a極是負(fù)極，b極是正極，電池工作時，電子由a電極(負(fù)極)經(jīng)外電路流向b電極(正極)，A正確；B．據(jù)分析，該電池負(fù)極是在KOH環(huán)境，負(fù)極的電極反應(yīng)式為，B錯誤；C．據(jù)分析，F(xiàn)e2+通過外循環(huán)被O2氧化生成Fe3+，若X為，通入發(fā)生的反應(yīng)為，C錯誤；D．理論上每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4L，物質(zhì)的量是1mol，則有4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，有4mol通過陽離子交換膜，D錯誤；故選A?！咀兪?-2】某甲烷燃料電池的構(gòu)造如圖所示，a、b為電極，C、D為選擇性離子交換膜，只允許一種離子通過。下列說法正確的是A．b是電池負(fù)極B．電流由b沿導(dǎo)線流向a，再由a通過電解質(zhì)溶液流回bC．出口Y中KOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于ω%D．a(chǎn)電極的電極反應(yīng)式為：CH4?8e－+8OH－＝CO2+6H2O【答案】B【分析】某甲烷燃料電池的構(gòu)造如圖所示，根據(jù)圖中分析甲烷是還原劑，因此a為原電池負(fù)極，氧氣為氧化劑，因此b為原電池正極?！窘馕觥緼．根據(jù)前面分析b是電池正極，a是電池負(fù)極，故A錯誤；B．電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極即電流由b沿導(dǎo)線流向a，再由a通過電解質(zhì)溶液流回b，故B正確；C．KOH溶液中的鉀離子穿過D膜向b移動，氧氣變?yōu)闅溲醺x子，因此出口Y中KOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于ω%，故C錯誤；D．a(chǎn)電極上甲烷變?yōu)樘妓岣潆姌O反應(yīng)式為：CH4?8e－+10OH－＝+7H2O，故D錯誤。綜上所述，答案為B。考點04新型電池【例4】科學(xué)家研發(fā)了一種以Al和Pd@石墨烯為電極的Al-電池，電池以離子液體作電解質(zhì)，放電時在提供能量的同時實現(xiàn)了人工固氮，示意圖如下。下列說法不正確的是A．充電時Al電極是陰極B．放電時離子濃度增大，離子濃度減少C．放電時正極反應(yīng)為D．放電時電路中每通過6mol，電池總質(zhì)量理論上增加28g【答案】B【解析】A．充電時，Al電極發(fā)生反應(yīng)是，8+6e-=2Al+14，發(fā)生還原反應(yīng)，故作為陰極，A正確；B．放電時，Al作為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)是2Al+14-6e－=8。正極發(fā)生反應(yīng)是，總反應(yīng)是2Al+N2=2AlN，，濃度均不變，B錯誤；C．放電時，正極發(fā)生反應(yīng)是，C正確；D．由以上電極反應(yīng)可知，放電時電池總質(zhì)量增加相當(dāng)于是增加了N2，每通過6mol電子，參加反應(yīng)N2是1mol，增加質(zhì)量是28g/mol×1mol=28g，D正確；故選B?！咀兪?-1】氨不僅應(yīng)用于化肥生產(chǎn)，也可以應(yīng)用于能源領(lǐng)域，與氫氧燃料電池比，氨氧燃料電池有其獨特優(yōu)勢，某研究小組設(shè)計的氨氧燃料電池裝置如圖，下列有關(guān)說法正確的是A．電極2為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電極1的電極反應(yīng)式為：2NH3-6e-=N2↑+6H+C．放電過程中溶液中的OH-朝正極移動D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24LO2參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4NA【答案】D【解析】A．根據(jù)圖示可知：在電極1上NH3失去電子變?yōu)镹2、H2O，則電極1為負(fù)極；在電極2上O2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，故電極2為正極，A錯誤；B．電解質(zhì)溶液顯堿性，不可能大量存在H+，B錯誤；C．在放電過程中溶液中的OH-向正電荷較多的負(fù)極移動，C錯誤；D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24LO2的物質(zhì)的量是0.1mol，若其參加反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量是0.1mol×4=0.4mol，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目是0.4NA，D正確；故合理選項是D。【變式4-2】科學(xué)家利用垃圾滲透液研發(fā)出新型環(huán)保電池，實現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體化結(jié)合的裝置如圖。當(dāng)該裝置工作時，下列說法正確的是A．鹽橋中K+向X極移動，Cl-向Y極移動B．電路中流過3.75mol電子時，產(chǎn)生N2的體積為22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C．電流由X極沿導(dǎo)線流向Y極D．Y極反應(yīng)式為2+10e-+12H+=N2↑+6H2O【答案】B【解析】A．在X電極上NH3失去電子被氧化變?yōu)镹2，所以X為負(fù)極；在Y電極上得到電子被還原變?yōu)镹2，所以Y電極為正極。根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，可知鹽橋中K+向負(fù)電荷較多的Y極移動，Cl-向正電荷較多的X極移動，A錯誤；B．根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒可知反應(yīng)方程式：5NH3+3=4N2+6H2O+3OH-，轉(zhuǎn)移15mol電子，反應(yīng)產(chǎn)生4molN2，若轉(zhuǎn)移3.75mol電子，則反應(yīng)產(chǎn)生N2的物質(zhì)的量n(N2)=，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V=1mol×22.4L/mol=22.4L，B正確；C．電子由負(fù)極X經(jīng)導(dǎo)線流向正極Y，電流方向是正電荷的移動方向，所以電流是由正極Y極沿導(dǎo)線流向負(fù)極X極，C錯誤；D．電解質(zhì)溶液顯堿性，不可能含有大量H+，Y電極的電極反應(yīng)式為：2+10e-+6H2O=N2↑+12OH-，D錯誤；故合理選項是B。1．下列有關(guān)化學(xué)電池的說法中正確的是A．化學(xué)電池只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．燃料電池能將全部化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C．鋅銀電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長D．一次電池包括干電池和蓄電池【答案】C【解析】A．蓄電池不但可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，也可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)，故A錯誤；B．燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，但不可能100%轉(zhuǎn)換，故B錯誤；C．鋅銀電池具有比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長等特點，故C正確；D．蓄電池可重復(fù)使用，屬于二次電池，故D錯誤。答案選C。2．下列說法正確的是()A．堿性鋅錳電池是二次電池B．鉛蓄電池是一次電池C．二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生D．燃料電池的活性物質(zhì)大量儲存在電池內(nèi)部【答案】C【解析】A.鋅錳干電池只能放電不能充電，所以屬于一次電池，故A錯誤；B.鉛蓄電池是二次電池，故B錯誤；C.蓄電池是二次電池放電后可以充電重新使用，使活性物質(zhì)獲得再生，故C正確；D.燃料在兩個電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不是在電池內(nèi)部燃燒，故D錯誤；故答案為C。3．化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法正確的是A．圖甲：鋰電池放電時，電解質(zhì)溶液中向鋰電極遷移B．圖乙：鋅筒作正極C．圖丙：負(fù)極的電極反應(yīng)為：D．圖丙：電池放電過程中，溶液的pH增大【答案】D【解析】A．原電池放電時，陽離子從負(fù)極流向正極，該裝置中多孔碳材料是正極、鋰是負(fù)極，所以放電時溶液中Li+從鋰電極向多孔碳材料電極遷移，故A錯誤；B．該裝置中Zn易失電子作負(fù)極，故B錯誤；C．PbSO4為難溶于水的鹽，故負(fù)極的電極反應(yīng)式為Pb+SO-2e-=PbSO4，故C錯誤；D．放電時，電池反應(yīng)式為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)，消耗硫酸且生成水，導(dǎo)致反應(yīng)后硫酸濃度減小，故D正確；故選D。4．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，總反應(yīng)式為Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列說法中不正確的是A．工作時，正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是Ag2OB．負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2C．工作時，負(fù)極區(qū)溶液c(OH-)減小D．溶液中OH-向正極移動，K+、H+向負(fù)極移動【答案】D【解析】A．Ag2O中Ag化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，在正極反應(yīng)，故A正確；B．Zn在負(fù)極上失電子，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，所以負(fù)極反應(yīng)為Zn+2OH??2e?=Zn(OH)2，故B正確；C．負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn+2OH－-2e－=Zn(OH)2，消耗氫氧根離子，因此負(fù)極c(OH-)減小，故C正確；D．原電池原理中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，因此放電時，電解質(zhì)溶液中OH－向負(fù)極移動，K＋、H＋向正極移動，故D錯誤；故選D。5．一種電化學(xué)裝置的工作原理：首先，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，先對堿性鎳鐵二次電池充電，實現(xiàn)電能儲存；當(dāng)鎳鐵電池充電完成后，過剩的電能再接著用于電解水，實現(xiàn)氫能儲存。下列說法不正確的是A．鎳鐵電池充電時，從B電極移向A電極B．鎳鐵電池充電完成后，繼續(xù)通電所產(chǎn)生的氣體I為C．鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH，則Fe失去電子數(shù)為D．鎳鐵電池放電時，正極反應(yīng)為：【答案】C【分析】由題意可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為NiOOH+e—+H2O=Ni(OH)2+OH—，B電極為負(fù)極，堿性條件下鐵在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氫氧化亞鐵；電極反應(yīng)式為Fe—2e—+2OH—=Fe(OH)2，充電時，與光伏電池的正極相連的A電極為電解池的陽極，堿性條件下Ni(OH)2在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NiOOH和水，B電極為陰極，在水分子作用下氫氧化亞鐵在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鐵和氫氧根離子，當(dāng)鎳鐵電池充電完成后，繼續(xù)通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和水，水在陰極A電極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子。【解析】A．由分析可知，鎳鐵電池充電時，A電極為電解池的陽極，B電極為陰極，氫氧根離子從陰極B電極移向陽極A電極，故A正確；B．由分析可知，當(dāng)鎳鐵電池充電完成后，繼續(xù)通電，氫氧根離子在陽極B電極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和水，則繼續(xù)通電所產(chǎn)生的氣體I為氧氣，故B正確；C．由得失電子數(shù)目守恒可知，鎳鐵電池放電時，理論上每消耗0.1molNiOOH時，鐵失去電子數(shù)為0.1NA,故C錯誤；D．由分析可知，放電時，A電極為原電池的正極，在水分子作用下NiOOH在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為NiOOH+e—+H2O=Ni(OH)2+OH—，故D正確；故選C。6．我國科研人員研制出一種可充電電池，該電池中鋰箔作負(fù)極，多孔碳布作正極，玻璃纖維作隔板，其電池結(jié)構(gòu)如圖所示，電池總反應(yīng)為。下列說法錯誤的是A．該電池屬于二次電池B．放電時正極反應(yīng)式為C．正、負(fù)極室均可用鋰鹽水溶液作電解質(zhì)溶液D．該電池的放電過程是一種固氮過程【答案】C【解析】A．該電池為可充電電池，屬于二次電池，故A正確；B．放電時，得到電子，參與反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，故B正確；C．Li作負(fù)極，能與水發(fā)生反應(yīng)，則負(fù)極室不可用鋰鹽水溶液作電解質(zhì)溶液，故C錯誤；D．放電時，電極反應(yīng)式為，屬于固氮過程，故D正確；故選C。7．鋰離子蓄電池放電時的反應(yīng)如下：Li1-xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2(x<1)，下列說法正確的是A．放電時，在電解質(zhì)中由正極向負(fù)極遷移B．放電時，Li1-xCoO2中元素的化合價不發(fā)生變化C．充電時，陰極電極反應(yīng)式為：6C+xLi++xe—=LixC6D．充電時，陽極發(fā)生還原反應(yīng)【答案】C【分析】由放電時的反應(yīng)方程式可知，放電時，LixC6為蓄電池的負(fù)極，LixC6在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋰離子和碳，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成LiCoO2，充電時，LixC6與直流電源的負(fù)極相連做電解池的陰極，Li1-xCoO2與正極相連做陽極?！窘馕觥緼．放電時，陽離子鋰離子在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移，故A錯誤；B．由分析可知，放電時，Li1-xCoO2為正極，在鋰離子作用下Li1-xCoO2在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成LiCoO2，鈷元素的化合價降低，故B錯誤；C．由分析可知，充電時，LixC6與直流電源的負(fù)極相連做電解池的陰極，電極反應(yīng)式為6C+xLi++xe—=LixC6，故C正確；D．充電時，Li1-xCoO2與正極相連做陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，故D錯誤；故選C。8．燃料電池裝置如圖所示，下列說法錯誤的是A．該燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置B．電極a是負(fù)極C．發(fā)生還原反應(yīng)D．電極b上的電極反應(yīng)式為【答案】C【分析】由圖可知，電極a上NH3發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成N2，電極b上O2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成OH-，則電極a為負(fù)極，電極b為正極，正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，負(fù)極反應(yīng)式為2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，原電池工作時陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，據(jù)此分析解答?！窘馕觥緼．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，則該燃料電池能量之間的轉(zhuǎn)化是由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；B．該原電池中，電極a為負(fù)極，B正確；C．該原電池中，電極a上NH3發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成N2，C錯誤；D．該原電池中，電極b為正極，正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，D正確；答案選C。9．燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境友好等優(yōu)點。一種甲醇燃料電池工作原理分別如圖所示：則有關(guān)說法正確的是A．放電時CH3OH參與反應(yīng)的電極為正極B．放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH+8OH-_6e-=CO+6H2OC．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，通入5.6LO2并完全反應(yīng)后，有0.5mol電子轉(zhuǎn)移D．放電一段時間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低【答案】B【解析】A．放電時CH3OH失電子，故為負(fù)極，故A錯誤；B．負(fù)極CH3OH失去電子被氧化轉(zhuǎn)化為CO，負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+8OH--6e-=CO+6H2O，故B正確；C．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，5.6L氧氣的物質(zhì)的量為，根據(jù)O2+4e-+2H2O=4OH-，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol，故C錯誤；D．通入氧氣的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，氫氧根濃度增大，故pH升高，故D錯誤；故選B。10．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．該電池在高溫下進(jìn)行效率更高B．電子的移動方向由b經(jīng)外電路到aC．若該電池中有0.2molO2參加反應(yīng)，則有0.8molH?向b遷移D．b電極發(fā)生的反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-【答案】C【分析】由圖可知硫酸鹽還原菌可以將有機物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子，所以兩種細(xì)菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子，負(fù)極上HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是HS-+4H2O-8e-=SO+9H+；正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)4H++O2+4e-=2H2O?！窘馕觥緼．高溫使硫化菌失去活性，該電池不宜在高溫下進(jìn)行，故A錯誤；B．b是電池的正極，a是負(fù)極，所以電子從a流出經(jīng)外電路流向b，故B錯誤；C．正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)4H++O2+4e-=2H2O，根據(jù)電子守恒，若該電池中有0.2molO2參加反應(yīng)，則有0.8molH?向b遷移，故C正確；D．b電極發(fā)生的反應(yīng)為4H++O2+4e-=2H2O，故D錯誤；故選C。11．一種酸性生物燃料電池應(yīng)用的原理如圖所示，下列說法錯誤的是A．Ca2+、Mg2+透過離子交換膜X移向a極B．負(fù)極反應(yīng)式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+C．1molC6H12O6轉(zhuǎn)化為CO2，遷移到正極區(qū)的離子總數(shù)為12NAD．該裝置可用于硬水軟化，同時還可產(chǎn)生電能【答案】A【分析】根據(jù)電子流向可知，a為負(fù)極、b為正極；【解析】A．原電池中陽離子向正極移動，則Ca2+、Mg2+透過離子交換膜Y移向b極，A錯誤；B．負(fù)極中C6H12O6得到電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，反應(yīng)式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，B正確；C．由B電極式可知，1molC6H12O6轉(zhuǎn)化為CO2，則會有24mol氯離子遷移到負(fù)極區(qū)；鈣離子、鎂離子均帶2個單位正電荷，根據(jù)電荷守恒可知，遷移到正極區(qū)的離子總數(shù)為12NA，C正確；D．該裝置為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，且得到軟水，故可用于硬水軟化，同時還可產(chǎn)生電能，D正確；故選A。12．一種利用金屬氟化物的HF溶液作電解質(zhì)的氫氧燃料電池裝置如圖所示，裝置工作時，下列說法正確的是A．b極發(fā)生氧化反應(yīng)B．電子從a極失去，經(jīng)過導(dǎo)線到達(dá)b極，再經(jīng)過電解質(zhì)溶液回到a極C．理論上導(dǎo)線上每通過4mol電子，則需消耗22.4LO2D．負(fù)極電極反應(yīng)式為H2-2e-+8(HF)2F-=6(HF)3F-【答案】D【分析】該裝置為燃料電池，利用原電池工作原理進(jìn)行分析，通燃料一極為負(fù)極，即a極為負(fù)極，通氧氣一極為正極，即b極為正極，據(jù)此分析；【解析】A．b極通入氧氣，該電極為正極，根據(jù)原電池工作原理，正極上得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，故A說法錯誤