第22講原電池化學(xué)電源目錄考情分析網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點一原電池的工作原理及應(yīng)用【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1原電池定義及本質(zhì)知識點2原電池裝置模型知識點3原電池的工作原理知識點4原電池的應(yīng)用【提升·必考題型歸納】考向1考查原電池工作原理考向2考查原電池原理的應(yīng)用考點二化學(xué)電源【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1化學(xué)電源的優(yōu)點和優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)知識點2一次電池知識點3二次電池知識點4燃料電池【提升·必考題型歸納】考向1考查一次電池的工作原理及應(yīng)用考向2考查可充電電池的工作原理及應(yīng)用考向3考查燃料電池的工作原理及應(yīng)用考向4考查多液電池的工作原理及應(yīng)用真題感悟考點要求考題統(tǒng)計考情分析原電池2023新課標(biāo)卷10題，6分2022全國乙卷12題，6分2021全國甲卷9題，6分分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：1．從考查題型和內(nèi)容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現(xiàn)，考查內(nèi)容主要有以下兩個方面：(1)以新型化學(xué)電源為背景，考查原電池的工作原理以及電極反應(yīng)方程式的書寫、離子移動方向等。(2)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，考查電極產(chǎn)物的分析及檢驗等。2．從命題思路上看，側(cè)重以新型電源為載體考查原電池的工作原理。(1)選擇題：常以新型電源和生產(chǎn)生活、科學(xué)實驗、物質(zhì)制備等為背景，考查電極的判斷、離子或電子的移動方向、電子轉(zhuǎn)移數(shù)目的判斷和電極反應(yīng)式的書寫等。(2)非選擇題：與化學(xué)實驗、化學(xué)平衡、離子平衡、元素及其化合物等知識相結(jié)合來綜合考查，常考查電極反應(yīng)式的書寫、探究原電池原理的應(yīng)用。3.根據(jù)高考命題的特點和規(guī)律，復(fù)習(xí)時要注意以下幾個方面：(1)構(gòu)成原電池的基本元件有哪些；(2)該電池有哪些特點；(3)電極選擇與電解液選擇有何要求。化學(xué)電源2023全國乙卷12題，6分2022湖南卷8題，3分2021湖南卷12題，4分考點一原電池的工作原理及應(yīng)用知識點1原電池定義及本質(zhì)1.概念：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，2.反應(yīng)本質(zhì)：自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。知識點2原電池裝置模型及構(gòu)成條件(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。(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(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。知識點3原電池的工作原理（以鋅銅原電池為例）1.反應(yīng)原理①電子移動方向：鋅失電子逐漸溶解變成Zn2＋進入溶液，電子從負極經(jīng)導(dǎo)線流入正極。②離子移動方向：陰離子向負極移動(如SOeq\o\al(2－,4))，陽離子向正極移動(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正極上得電子形成氫氣在銅片上冒出)。③兩極電極反應(yīng)式負極(鋅極)：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反應(yīng))。正極(銅極)：2H＋＋2e－=H2(還原反應(yīng))。總反應(yīng)：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。2.單液原電池和雙液原電池對比比較項目單液原電池雙液原電池相同點正負極，電極反應(yīng)，總反應(yīng)式，電極現(xiàn)象不同點能量變化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能化學(xué)能只轉(zhuǎn)化為電能反應(yīng)區(qū)域兩極反應(yīng)在相同區(qū)域兩極反應(yīng)在不同區(qū)域3.雙液原電池中鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋中離子移向：鹽橋含飽和KCl（KNO3）溶液，K＋移向正極，Cl－（NO3－）移向負極③鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。【名師點撥】以銅鋅原電池為例構(gòu)建原電池的認知模型知識點4原電池的應(yīng)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(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)速率增大。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)速率增大。【特別提醒】原電池加快反應(yīng)速率的理解：在理解形成原電池可加快反應(yīng)速率時，要注意對產(chǎn)物量的理解，Zn與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液，鋅足量時，不影響產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量，但稀硫酸足量時，產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量要減少。3.用于金屬的防護：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)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。4.設(shè)計制作化學(xué)電源①拆分反應(yīng)：將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。②選擇電極材料：將還原劑（一般為比較活潑的金屬）作負極，活潑性比負極弱的金屬或非金屬導(dǎo)體作正極。如果還原劑不是金屬而是其它還原性物質(zhì)，可選擇惰性電極——石墨棒、鉑片作負極。③構(gòu)成閉合回路：電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器進行（中間連接鹽橋），則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同的金屬的陽離子。④畫裝置圖：結(jié)合要求及反應(yīng)特點，畫出原電池裝置圖，標(biāo)出電極材料名稱、正負極、電解質(zhì)溶液等。考向1考查原電池工作原理例1．（2023·廣東·校聯(lián)考模擬預(yù)測）硫化氫(H2S)是強烈的神經(jīng)毒素，對黏膜有強烈的刺激作用。科研人員設(shè)計了如圖裝置，借助太陽能，將H2S再利用，變廢為寶。下列敘述正確的是A．b電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．a(chǎn)電極區(qū)不可用NaOH溶液作電解質(zhì)溶液C．的遷移方向為b電極→a電極D．每生成2gH2，負極區(qū)需消耗22.4LH2S【分析】根據(jù)工作原理圖分析可知，b電極上H+獲得電子生成氫氣，則b作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑，因此a作負極，F(xiàn)e2+失去電子，電極反應(yīng)為Fe2+-e-=Fe3+。【解析】A．由分析可知，b作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑，則b電極發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；B．由分析可知，a電極區(qū)反應(yīng)為：Fe2+-e-=Fe3+，若用NaOH溶液作電解質(zhì)溶液則生成Fe(OH)2、Fe(OH)3覆蓋在電極a上，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行，B正確；C．由分析可知，a電極為負極，b電極為正極，故的遷移方向為負極a電極→正極b電極，C錯誤；D．題干未告知H2S所處的狀態(tài)是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況，故無法計算每生成2gH2，負極區(qū)需消耗H2S的體積，D錯誤；故答案為：B。【答案】B【變式訓(xùn)練1】（2023·河北張家口·統(tǒng)考一模）利用同種氣體在兩極濃度不同而產(chǎn)生電勢差可設(shè)計成氣體濃差電池，利用濃差電池可測定混合氣體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量的工作原理如圖所示，其中在參比電極上通入純氧氣，測量電極上通入空氣。下列說法錯誤的是A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2-B．工作時，電子由測量電極經(jīng)外電路流向參比電極C．工作時，用初期讀數(shù)計算所得空氣中氧氣含量更準(zhǔn)確D．相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越高【分析】氧氣在反應(yīng)中得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則參比電極作正極；【解析】A．由分析可知，參比電極作正極，氧氣得電子轉(zhuǎn)化為，負極失電子生成氧氣，電子由負極經(jīng)外電路流向正極，熔融金屬氧化物電離出的氧離子向負極定向移動可用于傳遞，A正確；B．電子由負極經(jīng)外電路流向正極，故工作時，電子由測量電極經(jīng)外電路流向參比電極，B正確；C．由工作原理知，負極氧離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)會不斷生成氧氣，混合氣體氧氣濃度增大，故用初期讀數(shù)計算所得空氣中氧氣含量更準(zhǔn)確，C正確；

D．兩極氧氣濃度差越大，兩極電勢差越大，則相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越低，D錯誤；故選D。【答案】D【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·模擬預(yù)測）2023年2月，我國首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能項目在內(nèi)蒙古成功試運行，該項目刷新了全球最大容量記錄。鐵-鉻液流電池的電解質(zhì)溶液是含鐵鹽和鉻鹽的稀鹽酸溶液。下列說法錯誤的是A．安全性高、成本低、綠色低碳、能量密度低是該電池的特點B．充電時電池的反應(yīng)為：C．放電時，電路中每流過0.1mol電子，濃度降低0.1mol/LD．負極每被氧化，電池中有1mol通過交換膜向正極轉(zhuǎn)移【分析】該裝置能作原電池和電解池；充電時，左側(cè)為陽極、右側(cè)為陰極；放電時該裝置為原電池，電路中每流過0.1mol電子，F(xiàn)e3+的物質(zhì)的量降低0.1mol；負極每1molCr2+被氧化生成1molCr3+，則轉(zhuǎn)移1mol電子，每個電子和每個H+所帶電荷相同，所以二者的物質(zhì)的量相同。【解析】A.該電池屬于水系電池，故安全，且鐵鉻的價格低廉，其可將太陽能或風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲，故綠色低碳，但能量密度遠低于鋰電，故A說法正確；B.充電時，左側(cè)為陽極、右側(cè)為陰極，則左側(cè)Fe2+失電子生成Fe3+，右側(cè)Cr3+得電子生成Cr2+，電池總反應(yīng)式為Cr3++Fe2+═Cr2++Fe3+，故B正確；C.放電時該裝置為原電池，電路中每流過0.1mol電子，F(xiàn)e3+的物質(zhì)的量降低0.1mol，溶液體積未知，無法判斷鐵離子濃度降低值，故C錯誤；D.負極每1molCr2+被氧化生成1molCr3+，則轉(zhuǎn)移1mol電子，每個電子和每個H+所帶電荷相同，所以二者的物質(zhì)的量相同，則電池中有1molH+通過交換膜向正極轉(zhuǎn)移，故D正確；故選C。【答案】C【思維建模】判斷原電池正負極的6種方法考向2考查原電池原理的應(yīng)用例2．（2023·全國·模擬預(yù)測）用微生物燃料電池處理含氨氮的廢水，是一項重要的研究課題。某科研小組利用如圖所示的裝置模擬含氨氮廢水的處理。下列說法錯誤的是A．附著微生物的石墨為負極B．處理廢水時，不宜在高溫下進行C．石墨電極的電極反應(yīng)式：D．左右兩側(cè)電極附近溶液的pH均升高【解析】A．由圖知，處理廢水過程中，附著微生物的石墨一極反應(yīng)物為CH4生成物為CO2，C元素化合價從-4升高為+4，失去電子，為負極，A項正確；B．微生物在高溫下會死亡，無法進行硝化反應(yīng)，所以不宜在高溫下進行，B項正確；C．在石墨電極上得到電子被還原產(chǎn)生N2，則石墨電極的電極反應(yīng)式是，C項正確；D．在附著微生物的石墨電極上CH4被氧化產(chǎn)生CO2氣體，電極反應(yīng)式是，反應(yīng)產(chǎn)生H+使溶液酸性增強，溶液pH減小，D項錯誤。故選D。【答案】D【變式訓(xùn)練1】（2023·上海松江·統(tǒng)考二模）將表面發(fā)黑(黑色物質(zhì)為Ag2S)的銀器浸入盛有食鹽水的鋁制容器中(如圖)，一段時間后黑色褪去。有關(guān)說法正確的是A．該處理過程中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．鋁質(zhì)容器為陽極，其質(zhì)量變輕C．Ag2S溶解于食鹽水生成了AgClD．銀器為正極，Ag2S被還原為單質(zhì)銀【分析】將表面發(fā)黑的銀器浸入盛有食鹽水的鋁制容器中，形成原電池裝置，鋁做負極失電子，Ag2S做正極得電子生成Ag。【解析】A．該處理過程利用了原電池的原理，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤；B．鋁質(zhì)容器為負極，鋁失電子轉(zhuǎn)化為鋁離子，質(zhì)量變輕，B錯誤；C．Ag2S做正極得電子轉(zhuǎn)化為Ag從而使銀器表面黑色褪去，不是因為其溶解于食鹽水中生成了AgCl，C錯誤；D．銀器為正極，Ag2S得電子被還原為Ag單質(zhì)，D正確；故答案選D。【答案】D【變式訓(xùn)練2】（2023·內(nèi)蒙古阿拉善盟·統(tǒng)考一模）一種具有高能量比的新型干電池示意圖如圖所示，石墨電極區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)為MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-。該裝置工作時，下列敘述正確的是A．石墨電極上的電勢比Al電極上的低B．每消耗27gAl，有3mol電子通過溶液轉(zhuǎn)移到石墨電極上C．若采用食鹽水+NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，電極反應(yīng)式相同D．Al電極區(qū)的電極反應(yīng)式：Al-3e-+3NH3·H2O=Al(OH)3+3【分析】放電時的電極反應(yīng)式為，MnO2得電子，石墨為正極，則Al為負極，失電子，在氨水溶液中Al失電子生成Al(OH)3。【解析】A．根據(jù)上述分析，石墨為正極，Al為負極，石墨電極上的電勢比Al電極上的高，A錯誤；B.電子從負極流向正極，但是電子只能在導(dǎo)線和電極上移動，不能通過溶液，B錯誤；C．若采用食鹽水+NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，負極生成的氫氧化鋁會被氫氧化鈉溶解，電極反應(yīng)式不同，C錯誤；D．MnO2得電子為正極，則Al為負極，失電子，在氨水溶液中Al失電子生成Al(OH)3，負極電極反應(yīng)式為，D正確；故選D。【答案】D考點二化學(xué)電源知識點1化學(xué)電源的優(yōu)點和優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)1.相對其他能源，電池的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠，形狀、大小可根據(jù)需要設(shè)計，使用方便等。2.判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的比能量或比功率及可儲存時間的長短。知識點2一次電池（放電后不可再充電的電池）1.堿性鋅錳干電池正極材料：MnO2正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；負極材料：Zn負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。2.銀鋅電池正極材料：Ag2O正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；負極材料：Zn負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。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。負極材料：鋰電極反應(yīng)：8Li－8e－===8Li＋。正極材料：SOCl2正極反應(yīng)：3SOCl2＋8e－===2S＋SOeq\o\al(2－,3)＋6Cl－。總反應(yīng)：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。知識點3二次電池1.特點及工作原理（1）特點：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用，兩個電極均參與電極反應(yīng)，“放電”為原電池原理，“充電”為電解池原理。（2）鉛蓄電池工作原理：鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。①放電時的反應(yīng)a．負極反應(yīng)：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；b．正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O；c．總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。②充電時的反應(yīng)a．陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；b．陽極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；c．總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4。【易錯提醒】可逆電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。2.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(fù)其供電能力，因此負極應(yīng)與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。(2)工作時的電極反應(yīng)式：同一電極上的電極反應(yīng)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。知識點4燃料電池1.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(yīng)式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應(yīng)式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2=2H2O備注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2.甲烷燃料電池①酸性介質(zhì)(如H2SO4)或傳導(dǎo)質(zhì)子（H＋）固體介質(zhì)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負極反應(yīng)式：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O。②堿性介質(zhì)(如KOH)總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。負極反應(yīng)式：CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－。③熔融鹽介質(zhì)(如K2CO3)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負極反應(yīng)式：CH4－8e－＋4CO32-=5CO2＋2H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－＋4CO2=4CO32-。④用能傳導(dǎo)氧離子(O2-)的固體作介質(zhì)總反應(yīng)式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。負極反應(yīng)式：CH4－8e－＋4O2-=CO2＋2H2O。正極反應(yīng)式：2O2＋8e－=4O2-。3.解答燃料電池題目的思維模型4.解答燃料電池題目的幾個關(guān)鍵點①要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。②通入負極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。③通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。5.化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物；(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物；(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物；(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。【特別提醒】①H＋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(yīng)式時，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。考向1考查一次電池的工作原理及應(yīng)用例1.（2023·陜西咸陽·統(tǒng)考三模）最近科學(xué)家研發(fā)了“全氫電池”，工作原理如圖所示。下列說法正確的是

A．吸附層a發(fā)生的電極反應(yīng)為：B．NaClO4的作用是傳導(dǎo)離子并參與電極反應(yīng)C．電解質(zhì)溶液中Na+向左移動，ClO向右移動D．全氫電池的總反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O【分析】電子由吸附層a流向b以及吸附層a上氫氣失去電子與氫氧根結(jié)合生成水；吸附層b上氫離子得到電子生成氫氣可知，吸附層a為負極，吸附層b為正極。據(jù)此分析可得：【解析】A．電子由吸附層a流出且氫氣在吸附層a上與氫氧根結(jié)合生成水，則吸附層a發(fā)生的電極反應(yīng)為：，故A正確；B．的作用是離子的定向移動而形成電流，，但不參與電極反應(yīng)，故B錯誤；C．由分析可知，吸附層a為負極、吸附層b為正極；陽離子（）向正極移動（向右移）；陰離子（）移向負極（即向左移動），故C錯誤；D．吸附層a上氫氣失去電子與氫氧根結(jié)合生成水；吸附層b上氫離子得到電子生成氫氣可知，“全氫電池”工作時，將酸與堿反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，則其總反應(yīng)為：，故D錯誤；答案選A。【答案】A【變式訓(xùn)練1】（2023·江蘇南通·統(tǒng)考三模）一種可用于吸收的電池，其工作時的原理如圖所示。下列說法正確的是

A．電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)為B．Ⅰ室出口處溶液的pH大于入口處C．如果將Ⅰ室、Ⅱ室間改為陽離子交換膜，則電池工作時Ⅰ室可能有沉淀生成D．該裝置可以制取和【分析】由圖可知氫氣在電極a上失電子，結(jié)合I室中的氫氧根離子生成水，電極反應(yīng)為：。A極為負極，b極為正極，b電極上氫離子得電子生成氫氣。【解析】A．由以上分析可知電極a上反應(yīng)為：，故A錯誤；B．I室中氫氧根離子逐漸被消耗，溶液pH值逐漸減小，則出口處pH小于入口處，故B錯誤；C．如果將Ⅰ室、Ⅱ室間改為陽離子交換膜，則I室中的鈣離子通過交換膜向Ⅱ室移動，在Ⅱ室中結(jié)合碳酸根可能生成沉淀，故C錯誤；D．該裝置I室中有鈣離子，從Ⅱ室遷移來的氯離子，故I室可以制取氯化鈣；Ⅱ室中含鈉離子和反應(yīng)生成的碳酸氫根離子，可得到碳酸氫鈉，故D正確；故選：D。【答案】D【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·模擬預(yù)測）一種新型微生物電池工作原理如圖所示(a、b極均為情性電極，隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜)。下列說法正確的是A．a(chǎn)極的電勢高于b極 B．圖示裝置能實現(xiàn)海水淡化C．升高溫度可提高電池工作效率 D．1molCH3COO-被還原時有4molNa+進入b極區(qū)【分析】a極為原電池的負極，醋酸跟變?yōu)槎趸己蜌潆x子，電極反應(yīng)式為：CH3COO--8e-+2H2O=CO2↑+7H+，同時可實現(xiàn)海水淡化，所以隔膜一為陰離子交換膜，海水中氯離子透過離子交換膜，實現(xiàn)海水淡化。【解析】A．圖中a極變?yōu)椋砻靼l(fā)生氧化反應(yīng)，a極為負極，則b極為正極，故a極的電勢低于b極，A項錯誤；B．隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，結(jié)合原電池原理和電極判斷，NaCl溶液中向右移動，向左移動，將NaCl溶液替換為海水可實現(xiàn)海水淡化，B項正確；C．升高溫度，可能會使微生物的蛋白質(zhì)變性，造成電池工作效率降低，C項錯誤；D．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為，故被氧化時有進入b極區(qū)，D項錯誤。故選B。【答案】B【方法點撥】化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物。(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物。(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物。(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。考向2考查可充電電池的工作原理及應(yīng)用例2．（2023·江蘇揚州·揚州中學(xué)校考模擬預(yù)測）一種新型AC/LiMn2O4電池體系，在快速啟動、電動車等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。其采用尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4作正極(可由Li2CO3和MnO2按物質(zhì)的量比1：2反應(yīng)合成)，高比表面積活性炭AC(石墨顆粒組成)作負極。充電、放電的過程如圖所示：下列說法正確的是A．合成LiMn2O4的過程中可能有H2產(chǎn)生B．放電時正極的電極反應(yīng)式為：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+C．充電時AC極應(yīng)與電源負極相連D．可以用Li2SO4水溶液做電解液【解析】A．和按物質(zhì)的量比反應(yīng)合成，Mn元素化合價降低，根據(jù)得失電子守恒，氧元素化合價升高，可能有產(chǎn)生，故A錯誤；B．放電時，鋰離子向正極移動，正極的得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，故B錯誤；C．放電時AC作負極，則充電時AC極應(yīng)與電源負極相連，故C正確；D．鋰會和水反應(yīng)，該電池體系應(yīng)該采用有機溶劑，故D錯誤；故選C。【答案】C【變式訓(xùn)練1】（2023·江西·校聯(lián)考二模）水系可充電電池因其成本低、高離子電導(dǎo)率、高安全性和環(huán)境友好性等優(yōu)勢而備受關(guān)注。一種新型無隔膜Zn/MnO2液流電池的工作原理如圖所示。電池以鋅箔、石墨氈為集流體，ZnSO4和MnSO4的混合液作電解質(zhì)溶液，下列敘述正確的是

A．過程Ⅱ為放電過程，石墨氈電極的電極反應(yīng)為MnO2-2e-+4H+=Mn2++2H2OB．放電時，當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移2mole-時，兩電極質(zhì)量變化的差值為22gC．過程I為鋅沉積過程，B連電源的正極，電極附近pH增大D．將電解質(zhì)溶液換成強酸或強堿性溶液都可延長電池的使用壽命【分析】此為新型無隔膜Zn/MnO2液流電池，則過程Ⅱ為放電過程，Zn為負極，石墨氈為正極；【解析】A．過程Ⅱ為放電過程，石墨氈電極為原電池的正極，得電子，選項A錯誤；B．放電時，負極發(fā)生反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+，轉(zhuǎn)移2mol電子，質(zhì)量減少65g；正極發(fā)生反應(yīng)MnO2-2e-+4H+=Mn2++2H2O，轉(zhuǎn)移2mol電子，質(zhì)量減少87g，故轉(zhuǎn)移2mol電子，兩極質(zhì)量變化的差值為22g，選項B正確；C．鋅沉積過程發(fā)生Zn2+轉(zhuǎn)化為Zn的還原反應(yīng)，A極連電源的負極，選項C錯誤；D．將電解質(zhì)溶液換成強酸或強堿性溶液均容易與鋅直接反應(yīng)放熱，電池的使用壽命降低，選項D錯誤；答案選B。【答案】B【變式訓(xùn)練2】（2023·廣東湛江·統(tǒng)考模擬預(yù)測）如圖是我國發(fā)明的超大容量鋰硫電池。下列說法不正確的是A．放電時該電池中電子通過外電路，通過內(nèi)電路均移向正極B．正極的電極反應(yīng)式為：C．該電池的電解質(zhì)為非水體系，通過傳遞形成電流D．充電時，金屬鋰片上發(fā)生氧化反應(yīng)【解析】A．放電時該電池中電子通過外電路，通過內(nèi)電路均移向正極，A正確；B．由圖中信息可知，正極S8放電生成Li2S，正極的電極反應(yīng)式為：，B正確；C．鋰和水能反應(yīng)，鋰硫電池中電解質(zhì)不能為水溶液，該電池的電解質(zhì)為非水體系，通過傳遞形成電流，C正確；D．金屬鋰片為負極，充電時，金屬鋰片連接外加電源的負極，金屬鋰片上發(fā)生得電子的過程，屬于還原反應(yīng)，D錯誤；故答案選D。【答案】D【思維建模】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：考向3考查燃料電池的工作原理及應(yīng)用例3．（2023·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測）直接燃料電池是一種新型化學(xué)電源，其工作原理如圖所示。電池放電時，下列說法不正確的是

A．電池工作時，電極I電勢低B．電極Ⅱ的反應(yīng)式為：C．電池總反應(yīng)為：D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子時，通過陽離子交換膜的為3.9g【分析】電池工作時，電勢低的是負極，電子從負極流向正極，故電極I為負極，電極Ⅱ為正極，負極：H2O2-2e-+2OH-=O2+2H2O，正極:。【解析】A．電池工作時，電勢低的是負極，電子從負極流向正極，故電極I電勢低，A正確；B．電極Ⅱ為正極，電極反應(yīng)式為：，B正確；C．該電池放電過程中，負極區(qū)的OH-來自KOH，正極區(qū)的來自H2SO4，K+通過陽離子交換膜進入正極區(qū)與硫酸根結(jié)合生成K2SO4，因此電池總反應(yīng)為：，C錯誤；D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子時，通過陽離子交換膜的為0.1mol，即3.9g，D正確；故選C。【答案】C【變式訓(xùn)練】（2023·浙江·校聯(lián)考三模）內(nèi)部重整式高溫燃料電池具有良好的商業(yè)化前景，其基本工作原理(以為原料，熔融碳酸鹽為電解質(zhì))如圖所示。下列說法正確的是

A．b極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電子流向：a極→導(dǎo)線→b極→電解質(zhì)→a極C．a(chǎn)極電極反應(yīng)為D．該電池所用的隔膜一定屬于陽離子交換膜【分析】由裝置可知a電極上CO和H2失電子生成CO2和H2O，則a極為負極，b極為正極，b電極上O2得電子結(jié)合CO2生成CO，和水反應(yīng)生成CO和H2。【解析】A．由以上分析可知b極為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故A正確；B．電子不經(jīng)過電解質(zhì)，故B錯誤；C．由以上分析可知a極反應(yīng)物不是甲烷，故C錯誤；D．熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，故隔膜允許碳酸根離子通過，為陰離子交換膜，故D錯誤；故選：A。【答案】A【歸納總結(jié)】解答燃料電池題目的幾個關(guān)鍵點(1)注意介質(zhì)成分，是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽、氧化物或是有機溶劑。(2)通入負極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣(或其他氧化劑)。(3)通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子是否參與靠近一極的電極反應(yīng)。考向4考查多液電池的工作原理及應(yīng)用例4.（2023·河北秦皇島·統(tǒng)考三模）一種水性電解液離子選擇雙隔膜電池如圖所示(已知在溶液中，以存在)。關(guān)于電池放電時，下列敘述錯誤的是

A．MnO2為電池的正極B．Ⅱ、Ⅲ區(qū)間的隔膜為陽離子交換膜C．Zn電極反應(yīng)：D．當(dāng)Ⅱ區(qū)質(zhì)量增加17.4g時，電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子【解析】A．此裝置為原電池，電極做正極，發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為，A正確；B．負極區(qū)(III區(qū))剩余，通過隔膜遷移到II區(qū)，因此它們之間的隔膜為陽離子交換膜，B正確；C．為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為，C正確；D．正極區(qū)過量，通過隔膜遷移到II區(qū)，故II區(qū)中溶液的濃度增大，當(dāng)II區(qū)增加時，電路中轉(zhuǎn)移電子，現(xiàn)增加，則轉(zhuǎn)移電子，D錯誤。答案選D。【答案】D【變式訓(xùn)練】（2023·天津河西·天津市新華中學(xué)校考二模）我國科研工作者發(fā)明了一種高性能的水系錳基鋅電池[]，電池工作示意圖如圖，該電池工作一段時間后，的濃度增大。下列說法正確的是A．電極X的材料為ZnB．膜a、b分別為陽、陰離于交換膜C．正極反應(yīng)式為D．當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)的量增大0.1mol時，電路中轉(zhuǎn)移0.4mol電子【解析】A．由圖中電子流動方向可知電極Y為負極，材料為Zn，電極X為正極，材料為，故A錯誤；B．一段時間后，的濃度增大說明程a、b分別為陰、陽離子交換膜，故B錯誤；C．根據(jù)總反應(yīng)，錳化合價降低，則正極反應(yīng)式為，故C正確；D．的物質(zhì)的量增大0.1m時，電路中轉(zhuǎn)移0.2ml電子，故D錯誤。綜上所述，答案為C。【答案】C【思維建模】多液電池是指基于多種電解質(zhì)溶液進行離子定向移動形成內(nèi)部電流的原電池，其裝置較為復(fù)雜，反應(yīng)相對較難，此類電源需認真觀察圖示，分析原理，列清每一個電極、每一種溶液發(fā)生的變化。考向5考查液流循環(huán)電池的工作原理及應(yīng)用例5.（2023·四川涼山·統(tǒng)考三模）某儲能電池原理如圖一，其俯視圖如圖二，已知N是負極(NA是阿伏加德羅常數(shù)的值)，下列說法正確的是

A．放電時，負極反應(yīng)：NaTi2(PO4)3+2Na+—2e—=Na3Ti2(PO4)3B．放電時，N極質(zhì)量將增重C．充電時，每轉(zhuǎn)移NA個電子，陽極釋放出11.2LCl2D．充電過程中，右側(cè)儲液器中NaCl溶液濃度減小【分析】由題意可知，放電時N電極是負極，Na3Ti2(PO4)3在負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaTi2(PO4)3和鈉離子，電極反應(yīng)式為Na3Ti2(PO4)3—2e—=NaTi2(PO4)3+2Na+，M電極是正極，氯氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氯離子，充電時與直流電源負極相連的N電極為陰極，M電極為陽極。【解析】A．由分析可知，放電時N電極是負極，Na3Ti2(PO4)3在負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaTi2(PO4)3和鈉離子，電極反應(yīng)式為Na3Ti2(PO4)3—2e—=NaTi2(PO4)3+2Na+，故A錯誤；B．由分析可知，放電時N電極是負極，Na3Ti2(PO4)3在負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaTi2(PO4)3和鈉離子，則N極質(zhì)量將減輕，故B錯誤；C．缺標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無法計算充電時，每轉(zhuǎn)移NA個電子，陽極釋放出氯氣的體積，故C錯誤；D．由分析可知，充電時與直流電源負極相連的N電極為陰極，鈉離子作用下NaTi2(PO4)3得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Na3Ti2(PO4)3，電極反應(yīng)式為NaTi2(PO4)3+2Na++2e—=Na3Ti2(PO4)3，則放電消耗鈉離子，右側(cè)儲液器中氯化鈉溶液濃度減小，故D正確；故選D。【答案】D【變式訓(xùn)練】（2023·廣東·汕頭市澄海中學(xué)校聯(lián)考模擬預(yù)測）鋅鐵液流電池由于安全、穩(wěn)定、電解液成本低等優(yōu)點成為電化學(xué)儲能熱點技術(shù)之一、如圖為以和作為電極氧化還原電對的堿性鋅鐵液流電池放電時工作原理示意圖。已知：聚苯并咪唑()膜允許離子通過。下列說法錯誤的是A．含有配位鍵，電池放電總反應(yīng)為B．放電過程中，左側(cè)池中溶液逐漸減小C．充電過程中，陰極的電極反應(yīng)為D．充電過程中，當(dāng)通過膜時，導(dǎo)線中通過【分析】由圖可知，Zn失去電子生成，則Zn極為負極，電極方程式為：，惰性電極為正極，得到電子生成，電極方程式為：+e-=。【解析】A．含有配位鍵，Zn是活潑電極，放電過程中Zn是負極，Zn失去電子生成，電極方程式為：Zn-2e-+4OH-=；惰性電極為正極，得到電子生成，電極方程式為：+e-=；則放電過程中，總反應(yīng)為，故A正確；B．放電過程中，左側(cè)惰性電極為正極，右側(cè)Zn是負極。負極電極方程式為：Zn-2e-+4OH-=，該過程需要的OH-由左側(cè)池經(jīng)過聚苯并咪唑()膜進入右側(cè)池，左側(cè)池中溶液逐漸減小，故B正確；C．充電過程中，Zn是陰極，電極方程式為：+2e-=Zn+4OH-，故C正確；D．充電過程中，Zn是陰極，電極方程式為：+2e-=Zn+4OH-，該過程生成的OH-一半進入左側(cè)池，當(dāng)通過膜時，導(dǎo)線中通過，故D錯誤；故選D。【答案】D【歸納總結(jié)】液流電池不同于固體材料電極或氣體電極的電池，其活性物質(zhì)是流動的電解質(zhì)溶液，它利用正負極分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域廣，循環(huán)使用壽命長的特點。1．（2023·山東·統(tǒng)考高考真題）利用熱再生氨電池可實現(xiàn)電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的電鍍廢