（新課改省份專用）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 第二節(jié) 原電池 化學(xué)電源學(xué)案（含解析）

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1、（新課改省份專用）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 第二節(jié) 原電池 化學(xué)電源學(xué)案（含解析） 考點(一)　原電池的工作原理 【點多面廣精細研】 1．原電池 (1)概念：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為能的裝置。 (2)構(gòu)成條件 ①能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活動性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。 ②活動性不同的兩電極(金屬或石墨)。 ③形成閉合回路。形成閉合回路需三個條件：電解質(zhì)溶液；兩電極直接或間接接觸；兩電極插入電解質(zhì)溶液中。 2．原電池的工作原理 (1)兩種裝置 圖甲和圖乙是銅鋅原電池裝置示意圖。 [說明]?、賵D乙鹽橋中通常裝有含瓊脂的KCl飽和溶液。

2、 ②鹽橋的作用：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。 (2)反應(yīng)原理 電極名稱 負極 正極 電極材料 Zn片 Cu片 電極反應(yīng) Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 電子流向 由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片 3.原電池工作時導(dǎo)電粒子流向 電子流向(外電路)：負極→導(dǎo)線→正極(電流方向與電子流向相反)。 離子流向(內(nèi)電路)：陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。 4．原電池正、負極的判斷 [小題練微點] 判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。 (1

3、)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負極(　　) (2)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池(　　) (3)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(　　) (4)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(　　) (5)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(　　) (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(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√ [學(xué)霸微提醒] (1)不論在原電池中還是在電解池中，電子

4、均不能通過電解質(zhì)溶液。 (2)金屬的活動性受所處環(huán)境的影響。如Mg、Al的活動性：在中性或酸性溶液中活動性：Mg>Al；而在堿性溶液中，Al可以與OH－反應(yīng)，而Mg不反應(yīng)，所以Mg與Al用導(dǎo)線連接后放入NaOH溶液中，Al是負極，Mg是正極。 (3)Fe、Cu相連，浸入稀HNO3中，F(xiàn)e作負極；浸在濃HNO3中，Cu作負極(Fe發(fā)生鈍化)。 1.(2016·全國卷Ⅱ)Mg—AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是(　　) A．負極反應(yīng)式為Mg－2e－===Mg2＋ B．正極反應(yīng)式為Ag＋＋e－===Ag C．電池放電時Cl－由正極向負極遷移

5、D．負極會發(fā)生副反應(yīng)Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ 解析：選B　Mg—AgCl電池的電極反應(yīng)：負極Mg－2e－===Mg2＋，正極2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A項正確，B項錯誤；在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，C項正確；Mg是活潑金屬，能和H2O發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2和H2，D項正確。 2．(2015·全國卷Ⅰ)微生物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，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是(　　) A．正極反應(yīng)中有CO2生成 B．微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C．質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)

6、 D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O 解析：選A　圖示所給出的是原電池裝置。有氧氣反應(yīng)的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，因為有質(zhì)子通過，故正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為 C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，負極上有CO2產(chǎn)生，故A錯誤；微生物電池是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確；質(zhì)子是陽離子，陽離子由負極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確；正極的電極反應(yīng)式為6O2＋24e－＋24H＋12H2O，負極的電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e

7、－＋6H2O===6CO2＋24H＋，兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正確。 原電池電極反應(yīng)式的書寫 (1)一般電極反應(yīng)式的書寫 ①書寫步驟 ②常見介質(zhì) 常見介質(zhì) 注意事項 中性溶液 反應(yīng)物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來自于水的電離 酸性溶液 反應(yīng)物或生成物中均沒有OH－ 堿性溶液 反應(yīng)物或生成物中均沒有H＋ 水溶液 不能出現(xiàn)O2－ (2)用總反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式 ①書寫三步驟 ②書寫技巧 若某電極反應(yīng)式較難寫出時，可先寫出較易寫的電極反應(yīng)式，然后根據(jù)得失電子守恒，用總反應(yīng)式減去較易寫的

8、電極反應(yīng)式，即可得出較難寫的電極反應(yīng)式。 3.M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是(　　) A．P＞M＞N＞E　　　　　B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 解析：選A　由①知，金屬活動性：M＞N；M、P用導(dǎo)線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬活動性：P＞M；N、E構(gòu)成的原電池中

9、，N作負極，故金屬活動性：N＞E。 4．(2013·廣東高考節(jié)選)能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。 限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。 (1)完成原電池甲的裝置示意圖(見右圖)，并作相應(yīng)標(biāo)注。 要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 (2)銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極_________________________________。

10、 (3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(3)以Zn和Cu作電極為例分析，如果不用鹽橋，則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外還發(fā)生Zn和Cu2＋的置換反應(yīng)，反應(yīng)放熱，會使部分化學(xué)能以熱能形式散失，使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以避免

11、Zn和Cu2＋的直接接觸，從而避免能量損失，提供穩(wěn)定電流。 答案：(1)如圖所示 (2)電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出 (3)甲　電池乙的負極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時損耗較小 [歸納拓展] 原電池原理的四大應(yīng)用 (1)加快化學(xué)反應(yīng)速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時會使反應(yīng)速率加快。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率加快。 (2)金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一

12、塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。 (3)比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。 (4)設(shè)計制作化學(xué)電源 ①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。 ②根據(jù)原電池的反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。 如根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設(shè)計的原電池為 1．有關(guān)如圖所示原電池的敘述不正確的是(　　) A．電子沿導(dǎo)線由Cu片流向Ag片 B．正極的電極反應(yīng)式是Ag＋＋e－===Ag C．Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag片上發(fā)生還原反應(yīng) D．反應(yīng)時鹽橋中的移向Cu(NO3)2溶液

13、 點撥：原電池工作時，電解質(zhì)溶液以及鹽橋中的陽離子向正極移動，陰離子向負極移動?！　　　? 解析：選D　A項，該裝置是原電池，銅作負極，銀作正極，電子從銅片沿導(dǎo)線流向銀片，正確； B項，正極電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－===Ag，正確； C項，銅片上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，銀片上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正確； D項，原電池工作時，電解質(zhì)溶液以及鹽橋中的陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，所以反應(yīng)時鹽橋中的陽離子移向AgNO3溶液，錯誤。 2．原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中正確的是(　　) A.，③④中Fe作負極 B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6

14、H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ 點撥：原電池正、負極的活潑與否是參照電解質(zhì)溶液確定的。如稀硫酸作電解質(zhì)溶液，Mg作負極，NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，Al與NaOH反應(yīng)，而Mg不反應(yīng)，Al作負極。 解析：選B?、僦蠱g作負極；②中Al作負極；③中銅作負極；④是鐵的吸氧腐蝕，Cu作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 3．一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是(　　) A．加入少量稀NaOH

15、溶液 B．加入少量CH3COONa固體 C．加入少量NH4HSO4固體 D．加入少量CuSO4溶液 解析：選D　A中加入NaOH溶液，消耗鹽酸，H2的生成量會減少，錯誤；B中加入CH3COONa固體，在溶液中CH3COO－會結(jié)合H＋生成醋酸，減慢反應(yīng)速率，錯誤；C中加入NH4HSO4固體，增加了H＋的量，生成的H2會增多，錯誤；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置換出少量Cu附著在鋅表面，形成原電池可以加快反應(yīng)速率，并且不影響H2的生成量，正確。 4．(2019·海淀區(qū)模擬)Mg—AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池的總反應(yīng)如下：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋

16、2Cl－，有關(guān)該電池的說法正確的是(　　) A．該電池可用于海上應(yīng)急照明供電 B.為AgCl＋e－===Ag＋Cl－ C．該電池不能被KCl 溶液激活 D．電池工作時，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl－增多 0.2 mol 點撥：①負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Mg－2e－===Mg2＋；②正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為AgCl＋e－===Ag＋Cl－?！　　　? 解析：選A　電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池工作時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能的產(chǎn)生可用于海上應(yīng)急照明供電，故A正確；AgCl是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為AgCl＋e－==

17、=Ag＋Cl－，故B錯誤；電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，所以KCl溶液也可以激活電池，故C錯誤；電池工作時，每消耗1.2 g Mg即0.05 mol，溶液中的Cl－增多0.1 mol，故D錯誤。 5．(1)用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO)已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點之一。Fe還原水體中的NO的反應(yīng)原理如圖1所示。 ①作負極的物質(zhì)是________。 ②是_________________________________________。 (2)通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如圖2所示。 ①Pt電極上發(fā)生的是________反應(yīng)(填“氧化”或“

18、還原”)。 ②寫出NiO電極的電極反應(yīng)式：___________________________________。 點撥：正極發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價降低，根據(jù)圖示判斷在正極上NO轉(zhuǎn)化為NH?！　　　〈鸢福?1)①鐵?、贜O＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O (2)①還原?、贜O＋O2－－2e－===NO2 考點(二)　常見的化學(xué)電源 【點多面廣精細研】 1．一次電池 (1)堿性鋅錳干電池 正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O==

19、=2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池 負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 2．二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是，正極材料是PbO2。 (1)放電時的反應(yīng) ①負極：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反應(yīng))。 ②正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應(yīng))。 ③總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H

20、2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (2)充電時的反應(yīng) ①陰極：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(還原反應(yīng))。 ②陽極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反應(yīng))。 ③總反應(yīng)：2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 3．燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性和堿性兩種。 酸性 堿性 負極反應(yīng)式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應(yīng)式 O2＋4H＋＋4e－==

21、=2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應(yīng)式 2H2＋O2===2H2O [小題練微點] 判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。 (1)鉛蓄電池放電時，正極與負極質(zhì)量均增加(　　) (2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(　　) (3)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵作電極材料(　　) (4)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(　　) (5)二次電池充電時為原電池，放電時是電解池(　　) (6)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(

22、　　) (7)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負極反應(yīng)為2H2－4e－===4H＋(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× [學(xué)霸微提醒] (1)可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。 (2)燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強的催化活性，起導(dǎo)電作用。 (3)可充電電池在充電時，其負極連接外接電源的負極，正極連接外接電源的正極。 1.(2018·全國卷Ⅱ)我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na2N

23、a2CO3＋C。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，ClO向負極移動 B．充電時釋放CO2，放電時吸收CO2 C．放電時，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－===2CO＋C D．充電時，正極反應(yīng)為Na＋＋e－===Na 解析：選D　根據(jù)電池的總反應(yīng)知，放電時負極反應(yīng)：4Na－4e－===4Na＋；正極反應(yīng)：3CO2＋4e－===2CO＋C。充電時，陰(負)極：4Na＋＋4e－===4Na；陽(正)極：2CO＋C－4e－===3CO2↑。放電時，ClO向負極移動。根據(jù)充電和放電時的電極反應(yīng)式知，充電時釋放CO2，放電時吸收CO2。 2. (2018·全國卷Ⅲ)一種可充電鋰—空氣電池如圖

24、所示。當(dāng)電池放電時，O2與Li＋在多孔碳材料電極處生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列說法正確的是(　　) A．放電時，多孔碳材料電極為負極 B．放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C．充電時，電解質(zhì)溶液中Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移 D．充電時，電池總反應(yīng)為Li2O2－x===2Li＋O2 解析：選D　由題意知，放電時負極反應(yīng)為Li－e－===Li＋，正極反應(yīng)為(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，電池總反應(yīng)為O2＋2Li===Li2O2－x。該電池放電時，金屬鋰為負極，多孔碳材料為正極，A項錯誤；該電池放電時，外電路電子由鋰電極流向多孔

25、碳材料電極，B項錯誤；該電池放電時，電解質(zhì)溶液中的Li＋向多孔碳材料區(qū)遷移，充電時電解質(zhì)溶液中的Li＋向鋰材料區(qū)遷移，C項錯誤；充電時電池總反應(yīng)為Li2O2－x===2Li＋O2，D項正確。 3．全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能電池，該電池性能優(yōu)良，其電池總反應(yīng)為V3＋＋VO2＋＋H2OVO＋2H＋＋V2＋。下列敘述正確的是(　　) A．放電過程中電解質(zhì)溶液中陰離子移向正極 B．放電時每轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，負極有0.5 mol V2＋被氧化 C．充電時陽極附近溶液的酸性減弱 D．充電時陽極反應(yīng)式為VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 解析：選B　放電時發(fā)生的反應(yīng)為

26、VO＋2H＋＋V2＋===V3＋＋VO2＋＋H2O，陰離子移向負極，A錯誤；負極V2＋被氧化成V3＋，每轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，負極有0.5 mol V2＋被氧化，B正確；充電時的總反應(yīng)為V3＋＋VO2＋＋H2O === VO＋2H＋＋V2＋，陽極反應(yīng)為VO2＋＋H2O－e－ === VO＋2H＋，陽極附近溶液的酸性增強，C、D錯誤。 4. (2018·天津高考節(jié)選)O2輔助的Al—CO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負極反應(yīng)式：_______________________________________

27、__。 電池的正極反應(yīng)式：6O2＋6e－===6O　6CO2＋6O===3C2O＋6O2 反應(yīng)過程中O2的作用是______________________________________。 該電池的總反應(yīng)式：__________________________________________。 解析：Al—CO2電池，Al為負極，反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根據(jù)電池的正極反應(yīng)式可知O2的作用是作催化劑。將正負極電極反應(yīng)式相加，可得電池的總反應(yīng)式為2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。 答案：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e

28、－===2Al3＋) 催化劑　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3 可充電電池和離子交換膜電池 (1)可充電電池 ①可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。 ②放電時的負極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。將負(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。 ③充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷 分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，要結(jié)合電池總反應(yīng)進行分析。 a．首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。 b．再判斷出正、負極或陰、陽極。 放電：陽離子→正極，陰離子→負極； 充

29、電：陽離子→陰極，陰離子→陽極； 總之：陽離子→發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子→發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。 (2)離子交換膜電池 離子交換膜是一種含離子基團的，對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。 功能 使陰、陽離子選擇性定向移動，使電解質(zhì)溶液的電荷守恒 類型 陽離子交換膜：只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過 陰離子交換膜：只允許陰離子通過，阻止陽離子和氣體通過 質(zhì)子交換膜：只允許質(zhì)子(H＋)通過 作用 隔離某些物質(zhì)，防止副反應(yīng)，常用于物質(zhì)的制備、分離和提純 5.(2015·江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(　　)

30、 A．反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗 1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子 B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O C．電池工作時，CO向電極B移動 D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析：選D　A選項，CH4中的C為－4價，CO中的C為＋2價，每個碳原子失去6個電子，因此每消耗 1 mol CH4失去6 mol電子，錯誤；B選項，熔融鹽中沒有OH－，因此OH－不能參與電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式應(yīng)為H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，錯誤；C選項，CO應(yīng)向負極移動，即向電極A移動，錯誤；D選項，電極B上O

31、2得電子和CO2結(jié)合生成CO，正確。 6.乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200 ℃左右時供電，電池總反應(yīng)：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖所示。下列說法中正確的是(　　) A．電池工作時，質(zhì)子向電池的負極遷移 B．電池工作時，電子由b極沿導(dǎo)線流向a極 C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋ D．b極上發(fā)生的電極反應(yīng)：4H＋＋O2＋4e－===2H2O 解析：選D　根據(jù)圖示，a為負極，b為正極，電池工作時，質(zhì)子向電池的正極遷移，A項錯誤；電子由負極a極沿導(dǎo)線流向正極b極，B項錯誤；a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為

32、C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C項錯誤；b極上發(fā)生的電極反應(yīng)為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，D項正確。 7．寫出不同環(huán)境下的甲烷燃料電池的正負極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 (1)酸性介質(zhì)(如H2SO4) 負極：________________________________________________________________； 正極：________________________________________________________________； 總反應(yīng)式：__________________________________

33、__________________________。 (2)堿性介質(zhì)(如KOH) 負極：_______________________________________________________________； 正極：_______________________________________________________________； 總反應(yīng)式：___________________________________________________________。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－) 負極：___________________________

34、____________________________________； 正極：_______________________________________________________________； 總反應(yīng)式：___________________________________________________________。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 負極：_______________________________________________________________； 正極：______________________________

35、_________________________________； 總反應(yīng)式：___________________________________________________________。 答案：(1)負極：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 正極：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O 總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)負極：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 正極：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ 總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O (3)負極：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 正

36、極：2O2＋8e－===4O2－ 總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O (4)負極：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 正極：2O2＋8e－＋4CO2===4CO 總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O [方法規(guī)律]　燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 第一步：寫出電池總反應(yīng)式 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為 CH4＋2O2===CO2＋2H2O?、? CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O?、? ①式＋②式得燃料電池總反應(yīng)式為CH4＋2O2＋2Na

37、OH===Na2CO3＋3H2O。 第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式 根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有所不同，大致有以下四種情況： (1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋4e－===2O2－。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋2CO2＋4e－===2CO。 第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出負極反應(yīng)

38、式 電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負極反應(yīng)式。因為O2不是負極反應(yīng)物，因此兩個反應(yīng)式相減時要徹底消除O2。 1．某電池以K2FeO4和Zn為電極材料，KOH溶液為電解質(zhì)溶液。下列說法正確的是(　　) A．Zn為電池的負極 B．正極反應(yīng)式為2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．該電池不變 D．電池工作時OH－向正極遷移 點撥：FeO得到電子生成的OH－比Zn失去電子消耗的OH－多，所以放電過程中電解質(zhì)溶液濃度變大。　　　　 解析：選A　A項，根據(jù)化合價升降判斷，Zn化合價只能上升，故為負極材料，K2FeO4為正極材料，正確；B項，KOH溶液為

39、電解質(zhì)溶液，則正極電極反應(yīng)式為2FeO＋6e－＋8H2O ===2Fe(OH)3＋10OH－，錯誤；C項，由電池總反應(yīng)式3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH可得，電解質(zhì)溶液濃度變大，錯誤；D項，電池工作時陰離子OH－向負極遷移，錯誤。 2．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.，經(jīng)外電路流向a B．HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ C．如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會變化 D．若該電池電路中有

40、0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5 mol H＋通過質(zhì)子交換膜 點撥：首先根據(jù)題圖中H＋移動方向或O2通入方向判斷正、負極，然后根據(jù)電子從負極流出判斷電子從a流出?！　　　? 解析：選B　b電極通入氧氣，是正極，a電極是負極，電子從a流出，經(jīng)外電路流向b，A錯誤；a電極是負極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，即HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO，電極反應(yīng)是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正確；如果將反應(yīng)物直接燃燒，會有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能或熱能，因此能量的利用率會變化，C錯誤；若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，根據(jù)電荷守恒可知有0.4 mol H＋通過質(zhì)子交換膜與0.1

41、 mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水，D錯誤。 3.科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH4。下列關(guān)于該電池敘述錯誤的是(　　) A．電池工作時，是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能 B．銅電極為正極，電極反應(yīng)式為CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O C．電池內(nèi)部H＋透過質(zhì)子交換膜從左向右移動 D．為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量硝酸溶液 　 謹記離子交換膜的作用 陰離子交換膜只允許陰離子通過，陽離子交換膜只允許陽離子通過，質(zhì)子交換膜只允許H＋通過。　　　 解析：選D　A項，根據(jù)圖示可知，該裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，

42、正確；B項，根據(jù)電子流向知，Cu是正極，正極上CO2得電子和H＋反應(yīng)生成甲烷，電極反應(yīng)式為CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，正確；C項，放電時，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動，所以裝置中的H＋由左向右移動，正確；D項，由于硝酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會混有HNO3氣體，而且銅電極會溶于硝酸，應(yīng)加入硫酸，錯誤。 4．(2019·攀枝花模擬)某新型電池以NaBH4(B的化合價為＋3價)和H2O2作原料，負極材料采用Pt，正極材料采用MnO2(既作電極材料又對該極的電極反應(yīng)具有催化作用)，該電池可用作衛(wèi)星、深水勘探等無空氣環(huán)境電源，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．每

43、消耗3 mol H2O2，轉(zhuǎn)移6 mol e－ B．電池工作時 C．a(chǎn)極上的電極反應(yīng)式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O D．b極材料是MnO2，該電池總反應(yīng)方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O 點撥：首先根據(jù)題圖中離子移動方向判斷a為負極、b為正極，原電池工作時，Na＋(陽離子)向正極移動?！　　　? 解析：選B　正極電極反應(yīng)式為H2O2＋2e－===2OH－，每消耗3 mol H2O2，轉(zhuǎn)移的電子為6 mol，故A正確；原電池工作時，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，則Na＋從a極區(qū)移向b極區(qū)，故B錯誤；負極發(fā)生氧化反應(yīng)生成BO，電極反應(yīng)式為BH

44、＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正確；電極b采用MnO2為正極，H2O2發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH－，負極發(fā)生氧化反應(yīng)生成BO，該電池總反應(yīng)方程式為NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故D正確。 5．(2018·浙江11月選考)最近，科學(xué)家研發(fā)了“全氫電池”，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．右邊吸附層中發(fā)生了還原反應(yīng) B．負極的電極反應(yīng)是H2－2e－＋2OH－===2H2O C．電池的總反應(yīng)是2H2＋O2===2H2O D．電解質(zhì)溶液中Na＋向右移動，ClO向左移動 解析：選C　A選項，右邊吸附層中發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，為還原反應(yīng)，正確；B選項，負極的電極反應(yīng)為H2－2e－＋2OH－===2H2O，正確；C選項，外界未通入氧氣，總反應(yīng)為HClO4＋NaOH===H2O＋NaClO4，錯誤；D選項，由電子移動方向知，陰離子向左移動，陽離子向右移動，正確。