高中化学人教版（新课标）选修4 第四章第二节 化学电源
一、单选题
1．（2020高二下·绍兴期末）液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点：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极发生氧化反应
B．a极的反应式：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O
C．放电时，电子从b极经过负载流向a极
D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
2．（2020高一下·大庆期末）一种用于驱动潜艇的液氨 液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是（ ）
A．该电池工作时，每消耗22.4LNH3转移3mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH-向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为： H2O
3．（2020高一下·七台河期末）利用微生物燃料电池原理，可以处理宇航员排出的粪便，同时得到电能。美国宇航局设计的方案是：用微生物中的芽孢杆菌来处理粪便产生氨气，氨气与氧气分别通入燃料电池两极，最终生成常见的无毒物质。示意图如下所示。下列说法错误的是（ ）
A．a电极是负极，b电极是正极
B．负极区发生的反应是2NH3 - 6e－=N2+6H+
C．正极区，每消耗标准状况下2.24 L O2，a向b电极转移0.4 mol电子
D．电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，再穿过离子交换膜回到a电极
4．（2020高一下·太和期末）“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析错误的是（ ）
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2+和Cl-的还原性强弱
C．“水”电池内Na+不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl--e-=AgCl
5．（2020高一下·太和期末）有四种燃料电池：A.固体氧化物燃料电池、B.碱性氢氧化物燃料电池、C.质子交换膜燃料电池、D.熔融盐燃料电池，下面是工作原理示意图，其中正极反应生成水的是（ ）
A． B．
C． D．
6．（2020·天津）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为 (x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是（ ）
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以 为隔膜的二次电池
7．（2020·宣城模拟）微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废弃物的处理提供了一条新途径。某微生物燃料电池示意图如图所示(假设废弃物为乙酸盐)。下列说法错误的是（ ）
A．甲室菌为好氧菌，乙室菌为厌氧菌
B．甲室的电极反应式为
C．该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a
D．电池总反应式为
8．（2020·芜湖模拟）要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体相结合的装置示意图如图，当该装置工作时，下列说法正确的是（ ）
A．盐桥中K+向X极移动
B．电路中流过7.5mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为44.8L
C．该装置实现了将电能转化为化学能
D．Y极发生的反应为2NO3--10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH增大
9．（2020·金山模拟）锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法错误的是（ ）
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
二、综合题
10．（2020高一下·余姚期中）下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，试回答下列问题：
（1）写出氢氧燃料电池工作时负极的电极反应式： ；
（2）若将此燃料电池改为以甲烷和氧气为原料，则电池工作时，负极反应式为 。
11．（2020高一下·吉林期中）能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。
（1）氢气燃烧，该反应是 反应（填“吸热”或“放热”），这是由于反应物的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总能量；从化学反应的本质来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)形成产物的化学键放出的总能量。
（2）通过氢气的燃烧反应，可以把氢气中储存的化学能转化为热能，如果将该氧化还原反应设计成原电池装置，就可以把氢气中储存的化学能转化为电能，如图就是能够实现该转化的装置，被称为氢氧燃料电池。
该电池的正极是 (填“a电极”或“b电极”)，电极反应式为 ，该电极上的物质发生反应的反应类型是 （填“氧化反应”或“还原反应”）。
12．（2020高一下·房山期末）电能是现代社会应用最广泛的能源之一。
（1）如图所示装置中，Zn是 极(填“正”或“负”)。
（2）如图所示装置可将 (写化学方程式)反应释放的能量直接转变为电能；能证明产生电能的实验现象是 。
（3）氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是 。
①电极b是正极
②外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
③该电池的总反应：2H2＋O2=2H2O
13．（2020高一下·朝阳期末）化工发展是我国能源安全的重要保证。近年来，我国煤化工技术获得重大突破，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇(CH3OH)是其中的一个研究项目。该研究发生的主要反应如下：
Ⅰ．CO与H2反应合成甲醇
Ⅱ．CO2与H2反应合成甲醇 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
（1）上述反应Ⅰ是原子经济性反应，写出化学反应方程式 。
（2）在工业上，为了提高上述反应Ⅱ的反应速率，除了采用合适的催化剂之外，还可以采取的措施是 (填一项即可)。
（3）一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应Ⅱ，下列可以表明反应达到化学平衡状态的是 。
a．单位时间消耗nmolCO2的同时，消耗3n
mol的H2
b．容器内CH3OH的浓度不再改变
c．容器内气体压强不再改变
d．容器内气体密度不再改变
（4）生成1mol CH3OH放出 a
kJ的能量，反应Ⅰ中拆开1mol化学键所需的能量(E)的相关数据如下：
化学键 H-H C-O CO中的 C O H-O C-H
E(kJ) m n E1 x y
根据相关数据计算拆开1molC O所需的能量E1＝ kJ。
（5）H2还原CO2电化学法制备甲醇的工作原理如下图所示：
通入H2 的一端是电池的 极(填“正”或“负”)，通入CO2的一端发生的电极反应式为 。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．该燃料电池中，通入氧化剂空气的电极b为正极，正极上氧气得电子发生还原反应，A不符合题意；
B．通入燃料的电极为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，B符合题意；
C．放电时，电流从正极b经过负载流向a极，C不符合题意；
D．该原电池中，正极上生成氢氧根离子，所以离子交换膜要选取阴离子交换膜，D不符合题意；
故答案为：B
【分析】该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O，结合离子的移动方向、电流的方向分析解答；
A.燃料电池中，通入燃料的为负极，另一极为正极；
B.注意该电池为碱性电池；
C.原电池的电子经负极进过外电路到正极；
D.离子交换膜需要氢氧根通过。
2．【答案】B
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A.没有指明状态，不能计算，A不符合题意；
B.电子从负极流向正极，即从电极A流向电极B，B符合题意；
C.原电池中，阴离子向负极移动，则OH 向负极A移动，C不符合题意；
D在碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，其电极反应为：O2+2H2O+4e =4OH ，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】根据题中液氨 -液氧燃料电池可知，负极上发生失电子的氧化反应，即A是负极，B是正极，碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式：4NH3+3O2=2N2+6H2O，电子从负极流向正极。
3．【答案】D
【知识点】化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A.根据图中信息可知，左边为失去电子，作负极，右边得到电子，作正极，因此a电极是负极，b电极是正极，故A不符合题意；
B.氨气在负极反应变为氮气，因此负极区发生的反应是2NH3 - 6e－= N2+6H+，故B不符合题意；
C.正极区，每消耗标准状况下2.24 L O2即物质的量为0.1 mol，得到0.4mol电子，因此a向b电极转移0.4 mol电子，故C不符合题意；
D.电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，电子不能通过电解质溶液，故D符合题意。
故答案为D。
【分析】
4．【答案】A
【知识点】电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，故A符合题意；
B．根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2+被氧化，后是Cl-被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2+、Cl-的还原性强弱， 故B不符合题意；
C．“水”电池工作时为原电池，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则“水”电池内Na+不断向正极移动，故C不符合题意；
D．结合上述分析，可知II为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag+Cl--e-=AgCl，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】根据“ 水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2+失电子，被氧化为Fe3+，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的I、Ⅱ分别为“水”电池的正极和负极。
5．【答案】C
【知识点】化学电源新型电池
【解析】【解答】A.该装置中，通入空气的一极为正极，空气中的O2发生得电子的还原反应，由于所用电解质为熔融固体氧化物，因此正极的电极反应式为O2＋4e－=2O2－，A不符合题意；
B.该装置中，通入O2的一极为正极，发生得电子的还原反应，由于所用电解质为NaOH溶液，因此正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，B不符合题意；
C.该装置中，通入空气的一极为正极，空气中的O2发生得电子的还原反应，由于所用电解质为酸性溶液，电解质溶液中的H＋会移向正极，因此正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C符合题意；
D.该装置中，通入O2的一极为正极，发生得电子的还原反应，由于所用电解质为熔融碳酸盐，因此正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】根据正极电极反应式进行分析，书写电极反应式的过程中，应注意所用电解质类型对正极反应式的影响。
6．【答案】C
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为 ，故A不符合题意；
B．放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为： ，故B不符合题意；
C．放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C符合题意；
D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池， 为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】根据电池反应： 可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-= Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为 ，据此分析。
7．【答案】A
【知识点】化学电源新型电池
【解析】【解答】A．根据图示，甲室再无氧条件下发生反应，菌为厌氧菌，乙室有氧气参与电极反应，菌为好氧菌，故A符合题意；
B．根据图示，甲室中电极为负极，乙酸盐失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为 ，故B不符合题意；
C．原电池中电子由负极流向正极，即由a经导线到b，电流方向与电子流向相反，该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a，故C不符合题意；
D．根据图示，该燃料电池负极反应为 ，正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，电池总反应式为 ，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】根据图示，氢离子向乙室移动，原电池中，阳离子向正极移动，a为负极，b为正极。
8．【答案】B
【知识点】化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A. X极为负极，盐桥中K+向Y极移动，A不符合题意；
B. 电池总反应为5NH3+3NO3-=4N2+6H2O+3OH-，该反应生成4molN2，转移了15mol电子，故电路中流过7.5mol电子时，生成2mol氮气，共产生标准状况下N2的体积为44.8L，B符合题意；
C. 该装置为原电池，实现了将化学能转化为电能，C不符合题意；
D. Y极为正极，发生的反应为2NO3-+10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH增大，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】根据处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图可知，装置属于原电池，X为负极，发生氧化反应，Y为正极，发生还原反应，电解质中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极流向正极。
9．【答案】B
【知识点】常见化学电源的种类及其工作原理
【解析】【解答】A．左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同，故A说法不符合题意；
B．干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低，故B说法符合题意；
C．所给装置中Zn为负极，Zn失去电子，故C说法不符合题意；
D．根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象，故D说法不符合题意；
故答案为：B。
【分析】 根据锌锰碱性干电池的工作原理，可以推断出锌作负极，碳作正极，由此可以判断出锌锰碱性干电池和锌铜原电池其正负极反应。
10．【答案】（1）H2-2e-+2OH-=2H2O
（2）CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
【知识点】电极反应和电池反应方程式
【解析】【解答】（1）氢氧燃料电池中，H2发生失电子的氧化反应，生成H＋，H＋与OH－进一步反应生成H2O，其电极反应式为：H2－2e－＋2OH－=2H2O。
（2）CH4燃料电池中，CH4在负极发生失电子的氧化反应，生成CO2，与电解质溶液中的OH－进一步反应生成CO32－，其电极反应式为：CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O。
【分析】（1）氢氧燃料电池中，氢气做负极发生失电子的氧化反应；
（2）甲烷燃料电池中，甲烷做负极，发生失电子的氧化反应，与OH-结合成CO32-，据此写出电极反应时。
11．【答案】（1）放热；大于；小于
（2）b；O2+4e-+2H2O=4OH-；还原
【知识点】化学反应中能量的转化；常见能量的转化及运用；电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】（1）燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成产物的化学键放出的总能量。
（2）根据原电池电极反应，a为负极：失电子，发生氧化反应；b为正极：得电子，反应还原反应，所以氢氧燃料电池，负极上氢气反应，失电子生成氢离子；正极上氧气和氢离子反应生成水： O2+4e－+4H＋=2H2O。
【分析】（1）燃烧放出能量，包括光和热等；断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量。
（2）燃料电池的燃料一极为负极，被氧化；另外一极为正极，被还原。
12．【答案】（1）负
（2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；电流表指针发生偏转
（3）①③
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】(1)锌铜原电池中，锌比铜活泼，易失去电子，所以Zn是负极；(2)电池发生反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应时将化学能直接转变为电能；能证明产生电能的实验现象是电流表指针发生偏转；(3) ①氢氧燃料电池中氢气化合价升高，失去电子，a为负极，氧气化合价降低，得到电子，b是正极，①正确；
②a为负极失去电子，外电路中电子由电极a通过导线流向电极b，②不正确；
③氢氧燃料电池总反应为氢气与氧气反应生成水，为：2H2＋O2=2H2O，③正确；
所以正确的是①③。
【分析】原电池负极失去电子，正极得到电子。
13．【答案】（1）CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
（2）升温或增大压强
（3）bc
（4）-a+3y+n+x-2m
（5）负；CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
【知识点】反应热和焓变；电极反应和电池反应方程式；化学反应速率的影响因素；化学平衡状态的判断
【解析】【解答】(1)上述反应Ⅰ是原子经济性反应，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”，故化学反应方程式为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；(2)提高上述反应Ⅱ的反应速率可以采用升温，加压等措施加快反应速率；(3)一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
a．单位时间消耗nmolCO2的同时，消耗3n mol的H2，都表示正反应方向的速率，不能代表处于平衡状态，故a不正确；
b．反应发生时容器内CH3OH的浓度是一个变值，容器内CH3OH的浓度不再改变代表化学反应达到平衡状态，故b正确；
c．反应是一个气体分子数减小的反应，也是一个压强减小的反应，当容器内气体压强不再改变代表达到平衡状态，故c正确；
d．由于是在容积固定的密闭容器中，则气体的密度是一个定值，若容器内气体密度不再改变，不能代表反应达到平衡状态，故d不正确；
故答案为：bc。(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反应Ⅰ为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，则反应物断裂化学键键能之和减去生成物形成化学键键能之和等于生成1mol CH3OH放出的热量，得到的式子为：E1+2m-(3y+n+x)=-a，得到E1=-a+3y+n+x-2m；(5) H2还原CO2电化学法制备甲醇的总反应为CO2+3H2=CH3OH+H2O，二氧化碳的化合价降低，在正极上得电子，正极反应为：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，氢气的化合价升高，作负极，电极反应为3H2-6e-=6H+。
【分析】化合反应是原子经济性反应，写出CO与H2反应合成甲醇的化学方程式。从化学反应速率的影响因素和化学平衡的判断分析。从断开化学键和形成新的化学键的能量差等于焓变进行计算。根据总的反应化学方程式中化合价的变化，写出各电极发生的化学反应。
1 / 1高中化学人教版（新课标）选修4 第四章第二节 化学电源
一、单选题
1．（2020高二下·绍兴期末）液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点：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极发生氧化反应
B．a极的反应式：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O
C．放电时，电子从b极经过负载流向a极
D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
【答案】B
【知识点】电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．该燃料电池中，通入氧化剂空气的电极b为正极，正极上氧气得电子发生还原反应，A不符合题意；
B．通入燃料的电极为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，B符合题意；
C．放电时，电流从正极b经过负载流向a极，C不符合题意；
D．该原电池中，正极上生成氢氧根离子，所以离子交换膜要选取阴离子交换膜，D不符合题意；
故答案为：B
【分析】该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O，结合离子的移动方向、电流的方向分析解答；
A.燃料电池中，通入燃料的为负极，另一极为正极；
B.注意该电池为碱性电池；
C.原电池的电子经负极进过外电路到正极；
D.离子交换膜需要氢氧根通过。
2．（2020高一下·大庆期末）一种用于驱动潜艇的液氨 液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是（ ）
A．该电池工作时，每消耗22.4LNH3转移3mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH-向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为： H2O
【答案】B
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A.没有指明状态，不能计算，A不符合题意；
B.电子从负极流向正极，即从电极A流向电极B，B符合题意；
C.原电池中，阴离子向负极移动，则OH 向负极A移动，C不符合题意；
D在碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，其电极反应为：O2+2H2O+4e =4OH ，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】根据题中液氨 -液氧燃料电池可知，负极上发生失电子的氧化反应，即A是负极，B是正极，碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式：4NH3+3O2=2N2+6H2O，电子从负极流向正极。
3．（2020高一下·七台河期末）利用微生物燃料电池原理，可以处理宇航员排出的粪便，同时得到电能。美国宇航局设计的方案是：用微生物中的芽孢杆菌来处理粪便产生氨气，氨气与氧气分别通入燃料电池两极，最终生成常见的无毒物质。示意图如下所示。下列说法错误的是（ ）
A．a电极是负极，b电极是正极
B．负极区发生的反应是2NH3 - 6e－=N2+6H+
C．正极区，每消耗标准状况下2.24 L O2，a向b电极转移0.4 mol电子
D．电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，再穿过离子交换膜回到a电极
【答案】D
【知识点】化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A.根据图中信息可知，左边为失去电子，作负极，右边得到电子，作正极，因此a电极是负极，b电极是正极，故A不符合题意；
B.氨气在负极反应变为氮气，因此负极区发生的反应是2NH3 - 6e－= N2+6H+，故B不符合题意；
C.正极区，每消耗标准状况下2.24 L O2即物质的量为0.1 mol，得到0.4mol电子，因此a向b电极转移0.4 mol电子，故C不符合题意；
D.电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，电子不能通过电解质溶液，故D符合题意。
故答案为D。
【分析】
4．（2020高一下·太和期末）“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析错误的是（ ）
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2+和Cl-的还原性强弱
C．“水”电池内Na+不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl--e-=AgCl
【答案】A
【知识点】电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，故A符合题意；
B．根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2+被氧化，后是Cl-被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2+、Cl-的还原性强弱， 故B不符合题意；
C．“水”电池工作时为原电池，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则“水”电池内Na+不断向正极移动，故C不符合题意；
D．结合上述分析，可知II为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag+Cl--e-=AgCl，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】根据“ 水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2+失电子，被氧化为Fe3+，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的I、Ⅱ分别为“水”电池的正极和负极。
5．（2020高一下·太和期末）有四种燃料电池：A.固体氧化物燃料电池、B.碱性氢氧化物燃料电池、C.质子交换膜燃料电池、D.熔融盐燃料电池，下面是工作原理示意图，其中正极反应生成水的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【知识点】化学电源新型电池
【解析】【解答】A.该装置中，通入空气的一极为正极，空气中的O2发生得电子的还原反应，由于所用电解质为熔融固体氧化物，因此正极的电极反应式为O2＋4e－=2O2－，A不符合题意；
B.该装置中，通入O2的一极为正极，发生得电子的还原反应，由于所用电解质为NaOH溶液，因此正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，B不符合题意；
C.该装置中，通入空气的一极为正极，空气中的O2发生得电子的还原反应，由于所用电解质为酸性溶液，电解质溶液中的H＋会移向正极，因此正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C符合题意；
D.该装置中，通入O2的一极为正极，发生得电子的还原反应，由于所用电解质为熔融碳酸盐，因此正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】根据正极电极反应式进行分析，书写电极反应式的过程中，应注意所用电解质类型对正极反应式的影响。
6．（2020·天津）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为 (x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是（ ）
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以 为隔膜的二次电池
【答案】C
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A．Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为 ，故A不符合题意；
B．放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为： ，故B不符合题意；
C．放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C符合题意；
D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池， 为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】根据电池反应： 可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-= Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为 ，据此分析。
7．（2020·宣城模拟）微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废弃物的处理提供了一条新途径。某微生物燃料电池示意图如图所示(假设废弃物为乙酸盐)。下列说法错误的是（ ）
A．甲室菌为好氧菌，乙室菌为厌氧菌
B．甲室的电极反应式为
C．该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a
D．电池总反应式为
【答案】A
【知识点】化学电源新型电池
【解析】【解答】A．根据图示，甲室再无氧条件下发生反应，菌为厌氧菌，乙室有氧气参与电极反应，菌为好氧菌，故A符合题意；
B．根据图示，甲室中电极为负极，乙酸盐失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为 ，故B不符合题意；
C．原电池中电子由负极流向正极，即由a经导线到b，电流方向与电子流向相反，该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a，故C不符合题意；
D．根据图示，该燃料电池负极反应为 ，正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，电池总反应式为 ，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】根据图示，氢离子向乙室移动，原电池中，阳离子向正极移动，a为负极，b为正极。
8．（2020·芜湖模拟）要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体相结合的装置示意图如图，当该装置工作时，下列说法正确的是（ ）
A．盐桥中K+向X极移动
B．电路中流过7.5mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为44.8L
C．该装置实现了将电能转化为化学能
D．Y极发生的反应为2NO3--10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH增大
【答案】B
【知识点】化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】A. X极为负极，盐桥中K+向Y极移动，A不符合题意；
B. 电池总反应为5NH3+3NO3-=4N2+6H2O+3OH-，该反应生成4molN2，转移了15mol电子，故电路中流过7.5mol电子时，生成2mol氮气，共产生标准状况下N2的体积为44.8L，B符合题意；
C. 该装置为原电池，实现了将化学能转化为电能，C不符合题意；
D. Y极为正极，发生的反应为2NO3-+10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH增大，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】根据处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图可知，装置属于原电池，X为负极，发生氧化反应，Y为正极，发生还原反应，电解质中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极流向正极。
9．（2020·金山模拟）锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法错误的是（ ）
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
【答案】B
【知识点】常见化学电源的种类及其工作原理
【解析】【解答】A．左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同，故A说法不符合题意；
B．干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低，故B说法符合题意；
C．所给装置中Zn为负极，Zn失去电子，故C说法不符合题意；
D．根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象，故D说法不符合题意；
故答案为：B。
【分析】 根据锌锰碱性干电池的工作原理，可以推断出锌作负极，碳作正极，由此可以判断出锌锰碱性干电池和锌铜原电池其正负极反应。
二、综合题
10．（2020高一下·余姚期中）下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，试回答下列问题：
（1）写出氢氧燃料电池工作时负极的电极反应式： ；
（2）若将此燃料电池改为以甲烷和氧气为原料，则电池工作时，负极反应式为 。
【答案】（1）H2-2e-+2OH-=2H2O
（2）CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
【知识点】电极反应和电池反应方程式
【解析】【解答】（1）氢氧燃料电池中，H2发生失电子的氧化反应，生成H＋，H＋与OH－进一步反应生成H2O，其电极反应式为：H2－2e－＋2OH－=2H2O。
（2）CH4燃料电池中，CH4在负极发生失电子的氧化反应，生成CO2，与电解质溶液中的OH－进一步反应生成CO32－，其电极反应式为：CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O。
【分析】（1）氢氧燃料电池中，氢气做负极发生失电子的氧化反应；
（2）甲烷燃料电池中，甲烷做负极，发生失电子的氧化反应，与OH-结合成CO32-，据此写出电极反应时。
11．（2020高一下·吉林期中）能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。
（1）氢气燃烧，该反应是 反应（填“吸热”或“放热”），这是由于反应物的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总能量；从化学反应的本质来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)形成产物的化学键放出的总能量。
（2）通过氢气的燃烧反应，可以把氢气中储存的化学能转化为热能，如果将该氧化还原反应设计成原电池装置，就可以把氢气中储存的化学能转化为电能，如图就是能够实现该转化的装置，被称为氢氧燃料电池。
该电池的正极是 (填“a电极”或“b电极”)，电极反应式为 ，该电极上的物质发生反应的反应类型是 （填“氧化反应”或“还原反应”）。
【答案】（1）放热；大于；小于
（2）b；O2+4e-+2H2O=4OH-；还原
【知识点】化学反应中能量的转化；常见能量的转化及运用；电极反应和电池反应方程式；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】（1）燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成产物的化学键放出的总能量。
（2）根据原电池电极反应，a为负极：失电子，发生氧化反应；b为正极：得电子，反应还原反应，所以氢氧燃料电池，负极上氢气反应，失电子生成氢离子；正极上氧气和氢离子反应生成水： O2+4e－+4H＋=2H2O。
【分析】（1）燃烧放出能量，包括光和热等；断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量。
（2）燃料电池的燃料一极为负极，被氧化；另外一极为正极，被还原。
12．（2020高一下·房山期末）电能是现代社会应用最广泛的能源之一。
（1）如图所示装置中，Zn是 极(填“正”或“负”)。
（2）如图所示装置可将 (写化学方程式)反应释放的能量直接转变为电能；能证明产生电能的实验现象是 。
（3）氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是 。
①电极b是正极
②外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
③该电池的总反应：2H2＋O2=2H2O
【答案】（1）负
（2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；电流表指针发生偏转
（3）①③
【知识点】电极反应和电池反应方程式；化学电源新型电池；原电池工作原理及应用
【解析】【解答】(1)锌铜原电池中，锌比铜活泼，易失去电子，所以Zn是负极；(2)电池发生反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应时将化学能直接转变为电能；能证明产生电能的实验现象是电流表指针发生偏转；(3) ①氢氧燃料电池中氢气化合价升高，失去电子，a为负极，氧气化合价降低，得到电子，b是正极，①正确；
②a为负极失去电子，外电路中电子由电极a通过导线流向电极b，②不正确；
③氢氧燃料电池总反应为氢气与氧气反应生成水，为：2H2＋O2=2H2O，③正确；
所以正确的是①③。
【分析】原电池负极失去电子，正极得到电子。
13．（2020高一下·朝阳期末）化工发展是我国能源安全的重要保证。近年来，我国煤化工技术获得重大突破，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇(CH3OH)是其中的一个研究项目。该研究发生的主要反应如下：
Ⅰ．CO与H2反应合成甲醇
Ⅱ．CO2与H2反应合成甲醇 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
（1）上述反应Ⅰ是原子经济性反应，写出化学反应方程式 。
（2）在工业上，为了提高上述反应Ⅱ的反应速率，除了采用合适的催化剂之外，还可以采取的措施是 (填一项即可)。
（3）一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应Ⅱ，下列可以表明反应达到化学平衡状态的是 。
a．单位时间消耗nmolCO2的同时，消耗3n
mol的H2
b．容器内CH3OH的浓度不再改变
c．容器内气体压强不再改变
d．容器内气体密度不再改变
（4）生成1mol CH3OH放出 a
kJ的能量，反应Ⅰ中拆开1mol化学键所需的能量(E)的相关数据如下：
化学键 H-H C-O CO中的 C O H-O C-H
E(kJ) m n E1 x y
根据相关数据计算拆开1molC O所需的能量E1＝ kJ。
（5）H2还原CO2电化学法制备甲醇的工作原理如下图所示：
通入H2 的一端是电池的 极(填“正”或“负”)，通入CO2的一端发生的电极反应式为 。
【答案】（1）CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
（2）升温或增大压强
（3）bc
（4）-a+3y+n+x-2m
（5）负；CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
【知识点】反应热和焓变；电极反应和电池反应方程式；化学反应速率的影响因素；化学平衡状态的判断
【解析】【解答】(1)上述反应Ⅰ是原子经济性反应，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”，故化学反应方程式为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；(2)提高上述反应Ⅱ的反应速率可以采用升温，加压等措施加快反应速率；(3)一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
a．单位时间消耗nmolCO2的同时，消耗3n mol的H2，都表示正反应方向的速率，不能代表处于平衡状态，故a不正确；
b．反应发生时容器内CH3OH的浓度是一个变值，容器内CH3OH的浓度不再改变代表化学反应达到平衡状态，故b正确；
c．反应是一个气体分子数减小的反应，也是一个压强减小的反应，当容器内气体压强不再改变代表达到平衡状态，故c正确；
d．由于是在容积固定的密闭容器中，则气体的密度是一个定值，若容器内气体密度不再改变，不能代表反应达到平衡状态，故d不正确；
故答案为：bc。(4)生成1mol CH3OH放出 a kJ的能量，反应Ⅰ为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，则反应物断裂化学键键能之和减去生成物形成化学键键能之和等于生成1mol CH3OH放出的热量，得到的式子为：E1+2m-(3y+n+x)=-a，得到E1=-a+3y+n+x-2m；(5) H2还原CO2电化学法制备甲醇的总反应为CO2+3H2=CH3OH+H2O，二氧化碳的化合价降低，在正极上得电子，正极反应为：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，氢气的化合价升高，作负极，电极反应为3H2-6e-=6H+。
【分析】化合反应是原子经济性反应，写出CO与H2反应合成甲醇的化学方程式。从化学反应速率的影响因素和化学平衡的判断分析。从断开化学键和形成新的化学键的能量差等于焓变进行计算。根据总的反应化学方程式中化合价的变化，写出各电极发生的化学反应。
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