第2课时 化学电源
新知探究(一)——化学电源和一次电池
1.电池的分类及优劣的判断标准
(1)分类:原电池是各种化学电源的雏形,常分为如下三类:一次电池、二次电池和 电池。
(2)优点:它方便携带、易于维护,能量转化效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。
(3)判断电池优劣的主要标准
①比能量:单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。
②比功率:单位质量或单位体积输出功率的大小,单位是W·kg-1或W·L-1。
③电池可储存时间的长短。
2.一次电池
一次电池也叫 。放电后不可再充电的电池。
碱性锌锰电池
①电池构造
负极反应物: ;正极反应物: ;电解质: 。
②工作原理
总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。
负极: ;
正极: 。
[微思考] 碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能
[题点多维训练]
题点(一) 化学电源
1.下列说法不正确的是 ( )
A.原电池中发生的可逆反应达到平衡时,该电池仍有电流产生
B.铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重
C.普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D.燃料电池能量转化率高,活性物质由外界加入,可实现连续不间断供电
题点(二) 一次电池
2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.电池工作时,MnO2发生氧化反应
B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低,不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023
3.体温枪能快速检测人体体温,该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示),电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
A.Ag2O电极作正极,发生氧化反应
B.该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动
C.电池工作时,电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极
D.该电池的负极反应为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
4.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是 ( )
图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池
图Ⅲ原电池 图Ⅳ锌银纽扣电池
A.图Ⅰ所示电池中,电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒
B.图Ⅱ所示电池中,MnO2的作用是作氧化剂
C.图Ⅲ所示装置工作过程中,电解质溶液中Cu2+浓度始终不变
D.图Ⅳ所示电池中,Zn是还原剂,在电池工作过程中被还原
新知探究(二)——二次电池
1.二次电池
又称 或 ,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
2.铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,其放电反应和充电反应表示如下:
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
负极是 ,正极是 ,电解质溶液是 。
(1)放电反应原理
①负极反应式:Pb+S-2e-PbSO4 。
②正极反应式:PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O。
③放电过程中,负极质量 ,稀H2SO4的浓度 。
(2)充电反应原理
①充电原理
阴极(电池负极,发生还原反应)反应式: PbSO4+2e-Pb+S ;
阳极(电池正极,发生氧化反应)反应式:PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S ;
②二次电池充电时阴极连接充电电源负极,电极(阴极)反应(还原反应)是放电时的逆反应,阳极连接充电电源正极,电极(阳极)反应(氧化反应)是放电时的逆反应。
(3)铅酸蓄电池的优缺点
①优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
②缺点:比能量低、笨重。
[微点拨] 书写铅酸蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液,放电时两极生成的Pb2+和电解质溶液中的S不能共存,Pb2+与S结合生成PbSO4沉淀,因此将负极反应式写成Pb-2e-Pb2+是错误的,应写成Pb+S-2e-PbSO4。
3.锂离子电池
一种锂离子电池的负极材料为嵌锂石墨(LixCy),正极材料为钴酸锂(LiCoO2),电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水),电池反应原理如下:
LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
当电池放电时:
负极反应式: ;
正极反应式: 。
反应过程:放电时,Li+由石墨中脱嵌移向 极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,Li+从 晶体中脱嵌,由 极回到 极,嵌入石墨中。这样在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化。
应用化学
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
1.写出该电池放电时的负极反应式。
2.根据该电池的总反应分析电池工作时,正极附近溶液的pH怎样变化
3.给该电池充电时应该怎样连接电极
[题点多维训练]
1.(2025·北京丰台高二期中)铅酸蓄电池的结构示意图如图所示,其充、放电时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列说法正确的是 ( )
A.放电时Pb为负极,发生反应:Pb-2e-Pb2+
B.充电时PbO2与外电源的负极相连,正极区域酸性增强
C.充电时与正极相连的电极发生反应:PbSO4-2e-+2H2OPbO2+S+4H+
D.放电时H+向负极移动
2.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+xS88Li2Sx(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
3.(2023·福建卷)一种可在较高温度下安全快充的铝—硫电池的工作原理如图,电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物),其中氯铝酸根[AlnC(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。
电池总反应:2Al+3xSAl2(Sx)3。
下列说法错误的是 ( )
A.AlnC含4n个Al—Cl键
B.AlnC中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个
C.充电时,再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子
D.放电时间越长,负极附近熔融盐中n值小的AlnC浓度越高
|思维建模|二次电池充电时的电极连接
(1)充电时的连接方法——正正负负
(2)充电时的电极反应式的关系——负极颠倒得阴极,正极颠倒得阳极
新知探究(三)——燃料电池
1.燃料电池
燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极 反应
正极 反应
总反应
3.燃料电池的优点
(1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。
(2)能量转换率高,有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少,绿色环保。
[典例] 如图是甲醇燃料电池的结构示意图,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应,电池总反应式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列说法不正确的是 ( )
A.左电极为电池的负极,a处通入的物质是甲醇
B.正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+
D.该电池提供1 mol e-,消耗氧气0.25 mol
听课记录:
|思维建模|燃料电池电极反应式的书写方法
(1)负极为燃料,失电子,发生氧化反应
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
第一步 确定生成物
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒 H4-8e-+H2O
第三步 依据电解质性质,用OH-使电荷守恒 CH4-8e-+10OH-C+H2O
第四步 最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4-8e-+10OH-C+7H2O
(2)正极为氧气,得电子,发生还原反应
由于电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,
酸性电解质溶液:O2+4H++4e-2H2O;
碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e-4OH-;
固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-2O2-;
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-2C。
[题点多维训练]
1.燃料电池能量转化效率高、环境污染少,运行质量高。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中能实现碳中和目标的是 ( )
A.甲醇 B.天然气 C.氢气 D.一氧化碳
2.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是 ( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
3.(2025·青岛高二期中)以KOH溶液为离子导体,分别组成H2—O2、CH4—O2、CH3OH—O2清洁燃料电池。下列说法正确的是 ( )
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.CH3OH—O2燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+6OH-CO2↑+5H2O
C.消耗等质量燃料,H2—O2和CH4—O2燃料电池的理论放电量相等
D.消耗1.5 mol O2时,理论上CH3OH—O2燃料电池消耗CH3OH的质量为32 g
命题热点——突破新型化学电源
[典例] (2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 ( )
A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B.电池总反应为+ZnZn2++3I-
C.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
听课记录:
|思维建模|“放电”“充电”时电极反应式的正误判断
(1)新型电池放电
①若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂;再结合电解质确定出还原产物和氧化产物;最后判断相应的电极反应式的正误。
②若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,还原剂及其对应的氧化产物,最后考虑电解质是否参加反应,判断电极反应式的正误。
(2)新型电池充电
①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。
②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。
[题点多维训练]
1.(2025·沈阳高二期中)我国科学家设计的“海泥电池”,既可用于深海水下仪器的电源补给,又有利于海洋环境污染治理,其中微生物代谢产物显酸性,电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.B电极为正极
B.微生物代谢反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
C.B电极的电极反应式为HS-+2e-S↓+H+
D.质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动
2.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 ( )
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2ZnMn2O4
C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
3.(2024·江西卷)我国学者发明了一种新型多功能甲醛-硝酸盐电池,可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 ( )
A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-2HCOO-+H2↑+2OH-
B.CuRu电极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-
C.放电过程中,OH-通过质子交换膜从左室传递到右室
D.处理废水过程中溶液pH不变,无需补加KOH
第2课时 化学电源
新知探究(一)
1.(1)燃料
2.干电池 ①锌粉 二氧化锰 氢氧化钾 ②Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-
[微思考]
提示:比能量和可储存时间均有所提高,适用于大电流和连续放电。
[题点多维训练]
1.选A 原电池中发生的可逆反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,各物质的浓度不变,不再有电流产生,A错误;铅酸蓄电池的缺点是比能量低,十分笨重,对环境腐蚀性强,循环使用寿命短,B正确;碱性锌锰电池中负极反应更充分,比能量比普通锌锰电池高,C正确;燃料电池为一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,能量转化率高,活性物质由外界加入,可实现连续不间断供电,D正确。
2.选C MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,MnO2作氧化剂,发生还原反应,A错误;原电池工作时阴离子向负极移动,B错误;温度较低时,反应速率会降低,C正确;MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,D错误。
3.选D 根据总反应式可知,Ag2O中银元素化合价降低,得到电子,作原电池正极,发生还原反应,溶液中的K+向Ag2O电极移动,A、B错误;电池工作时,电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极,C错误;Zn化合价升高,作原电池负极,根据总反应式可得该电极反应为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,D正确。
4.选B 普通锌锰电池中,锌筒为负极,石墨电极为正极,电子由锌筒经外电路流向石墨电极,A错误;碱性锌锰电池中负极反应为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,正极反应为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-,MnO2作氧化剂,被还原,B正确;Fe为负极,Fe电极反应为Fe-2e-Fe2+,Cu为正极,Cu电极反应为Cu2++2e-Cu,该原电池工作过程中Cu2+浓度减小,C错误;锌银纽扣电池中Zn为负极,Zn是还原剂,在电池工作过程中被氧化,D错误。
新知探究(二)
1.可充电电池 蓄电池 2.Pb PbO2 稀H2SO4 (1)③增大 减小 3.LixCy-xe-xLi++Cy Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2 正 钴酸锂 正 负
[应用化学]
1.提示:放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。
2.提示:放电时正极附近生成OH-,碱性增强,pH变大。
3.提示:充电时该电池的正极接外接电源正极,负极接外接电源负极。
[题点多维训练]
1.选C 放电时,Pb作负极,电极反应为Pb-2e-+SPbSO4,故A错误;充电时PbO2与外电源的正极相连,正极的电极反应为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,消耗氢离子,正极区域酸性减弱,故B错误;充电时,与正极相连的电极上PbSO4失电子生成PbO2,发生反应:PbSO4-2e-+2H2OPbO2+S+4H+,故C正确;放电时H+向正极移动,故D错误。
2.选D 原电池工作时,Li+向正极移动,则a为正极,正极上发生还原反应,随放电的多少可能发生多种反应,其中可能为2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4,故A正确;原电池工作时,转移0.02 mol电子时,消耗Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,故B正确;石墨能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,故C正确;电池充电时间越长,转移电子数越多,生成的Li和S8越多,即电池中Li2S2的量越少,故D错误。
3.选D 放电时铝失去电子生成铝离子做负极,硫单质得到电子做正极,充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极,硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极,依此解题。AlnC的结构为,所以含4n个Al—Cl键,A正确;由AlnC的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个,B正确;由总反应可知充电时,再生1 mol Al单质需由铝离子得到电子生成,所以至少转移3 mol电子,C正确;由总反应可知放电时间越长,负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的AlnC浓度越高,D错误。
新知探究(三)
1.燃料 氧化剂 电能
2.(2)H2-2e-2H+ H2-2e-+2OH-2H2O
O2+4e-+4H+2H2O O2+4e-+2H2O4OH-
2H2+O22H2O
[典例] 选B 负极反应式为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+,正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O;根据电子流向,可以判断a处通甲醇,b处通O2;当电池提供1 mol e-时,消耗O2为1× mol=0.25 mol。
[题点多维训练]
1.选C 甲醇作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故A错误;天然气作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故B错误;氢燃料电池产物为水,有利于减少二氧化碳排放,能实现碳中和目标,故C正确;一氧化碳作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故D错误。
2.选C 氢氧燃料电池工作时,通入氢气的一极a为电源的负极,电子由负极a经外电路流向正极b,a极发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-2H+,故A、B正确;氢氧燃料电池中,H2在负极a上被氧化,O2在正极 b上被还原,总反应为氢气与氧气燃烧生成水,所以装置中电解质溶液体积增大,c(H2SO4)减小,故C错误;将H2改为等物质的量CH4,则转移电子数增大,所以O2的用量增多,故D正确。
3.选D 放电过程中,K+均向正极移动,OH-均向负极移动,故A错误;CH3OH—O2碱性燃料电池工作时,CH3OH在负极失电子生成C,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,故B错误;1 mol H2完全反应生成H2O时转移电子2 mol,1 mol CH4完全反应生成C时转移电子8 mol,则1 g H2完全反应生成H2O时转移电子1 mol,1 g CH4完全反应生成C时转移电子0.5 mol,故C错误;CH3OH—O2碱性燃料电池工作时,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,根据电子守恒可知,2CH3OH~3O2,则消耗CH3OH的物质的量n(CH3OH)=×1.5 mol=1 mol,m(CH3OH)=nM=1 mol×32 g·mol-1=32 g,故D正确。
命题热点
[典例] 选C 由题图知标注框内Zn和N之间存在配位键,N和C、C和C、C和H之间存在共价键,A项正确;放电时Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,Zn-TCPP为正极,电极反应式为+2e-3I-,则电池总反应为Zn+Zn2++3I-,B项正确;充电时Zn为阴极,阴极反应式为Zn2++2e-Zn,Zn2+来自电解质溶液,C项错误;根据放电时负极反应式:Zn-2e-Zn2+知,消耗0.65 g Zn,即0.01 mol Zn,理论上转移0.02 mol电子,D项正确。
[题点多维训练]
1.选B A极氧元素价态降低得电子,故A极为正极,B电极为负极,故A错误;微生物作用下发生反应:2CH2O+S+H+2CO2+HS-+2H2O,S中硫元素化合价降低,做氧化剂,CH2O中的碳元素化合价升高,做还原剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,故B正确;B极是负极,发生HS-失电子的氧化反应,电极反应式为HS--2e-S↓+H+,故C错误;原电池中阳离子移向正极,故海水中的H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动,故D错误。
2.选C 充电时Zn2+向阴极移动,A错误;由题意知,放电时,MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4,B错误;放电时,MnO2电极为正极,发生的反应有MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-,C正确;根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+可知,Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时,电路中通过0.02 mol电子,故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应,但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4,故生成的MnOOH的量小于0.020 mol,D错误。
3.选B CuAg电极上HCHO转化为HCOO-和H2,电极反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,A项错误;CuRu电极上N转化为NH3,电极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-,B项正确;OH-不能通过质子交换膜,C项错误;总反应为8HCHO+N+7OH-8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O,消耗OH-,因此需要补充KOH,D项错误。
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第2课时 化学电源
新知探究(一) 化学电源和一次电池
新知探究(二) 二次电池
课时跟踪检测
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新知探究(三) 燃料电池
命题热点——突破新型化学电源
新知探究(一) 化学电源和一次电池
1.电池的分类及优劣的判断标准
(1)分类:原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类:一次电池、二次电池和 电池。
(2)优点:它方便携带、易于维护，能量转化效率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。
(3)判断电池优劣的主要标准
①比能量:单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。
②比功率:单位质量或单位体积输出功率的大小，单位是W·kg-1或W·L-1。
③电池可储存时间的长短。
燃料
2.一次电池
一次电池也叫 。放电后不可再充电的电池。
碱性锌锰电池
①电池构造
负极反应物: ；正极反应物: ；电解质: 。
②工作原理
总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2。
负极: ；
正极: 。
[微思考] 碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能
干电池
锌粉
二氧化锰
氢氧化钾
Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2
MnO2+H2O+e-==MnO(OH)+OH-
提示:比能量和可储存时间均有所提高，适用于大电流和连续放电。
[题点多维训练]
√
题点(一) 化学电源
1.下列说法不正确的是( )
A.原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B.铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重
C.普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D.燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电
解析:原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，A错误；铅酸蓄电池的缺点是比能量低，十分笨重，对环境腐蚀性强，循环使用寿命短，B正确；碱性锌锰电池中负极反应更充分，比能量比普通锌锰电池高，C正确；燃料电池为一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电，D正确。
√
题点(二) 一次电池
2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO
+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.电池工作时，MnO2发生氧化反应
B.电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低，不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
解析:MnO2转化为MnOOH，Mn由+4价降为+3价，MnO2作氧化剂，发生还原反应，A错误；原电池工作时阴离子向负极移动，B错误；温度较低时，反应速率会降低，C正确；MnO2转化为MnOOH，Mn由+4价降为+3价，每生成
1 mol MnOOH，转移电子数为6.02×1023，D错误。
3.体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
A.Ag2O电极作正极，发生氧化反应
B.该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动
C.电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极
D.该电池的负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2
解析:根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K+向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应式可得该电极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2，D正确。
√
4.有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 ( )
图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ锌银纽扣电池
A.图Ⅰ所示电池中，电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒
B.图Ⅱ所示电池中，MnO2的作用是作氧化剂
C.图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2+浓度始终不变
D.图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被还原
√
解析:普通锌锰电池中，锌筒为负极，石墨电极为正极，电子由锌筒经外电路流向石墨电极，A错误；碱性锌锰电池中负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2，正极反应为MnO2+e-+H2O==MnO(OH)+OH-，MnO2作氧化剂，被还原，B正确；Fe为负极，Fe电极反应为Fe-2e-==Fe2+，Cu为正极，Cu电极反应为Cu2++2e-==Cu，该原电池工作过程中Cu2+浓度减小，C错误；锌银纽扣电池中Zn为负极，Zn是还原剂，在电池工作过程中被氧化，D错误。
新知探究(二) 二次电池
1.二次电池
又称 或 ，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
2.铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下:
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。
可充电电池
蓄电池
Pb
PbO2
稀H2SO4
(1)放电反应原理
①负极反应式:Pb+S-2e-==PbSO4 。
②正极反应式:PbO2+4H++S+2e-==PbSO4+2H2O。
③放电过程中，负极质量 ，稀H2SO4的浓度 。
(2)充电反应原理
①充电原理
阴极(电池负极，发生还原反应)反应式: PbSO4+2e-==Pb+S ；
阳极(电池正极，发生氧化反应)反应式:PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++S ；
增大
减小
②二次电池充电时阴极连接充电电源负极，电极(阴极)反应(还原反应)是放电时的逆反应，阳极连接充电电源正极，电极(阳极)反应(氧化反应)是放电时的逆反应。
(3)铅酸蓄电池的优缺点
①优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
②缺点:比能量低、笨重。
[微点拨] 书写铅酸蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液，放电时两极生成的Pb2+和电解质溶液中的S不能共存，Pb2+与S结合生成PbSO4沉淀，因此将负极反应式写成Pb-2e-==Pb2+是错误的，应写成Pb+S-2e-==PbSO4。
3.锂离子电池
一种锂离子电池的负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为钴酸锂(LiCoO2)，电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水)，电池反应原理如下:
LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy
当电池放电时:
负极反应式: ；
正极反应式: 。
反应过程:放电时，Li+由石墨中脱嵌移向 极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，Li+从 晶体中脱嵌，由 极回到 极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。
LixCy-xe-==xLi++Cy
Li1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2
正
钴酸锂
正
负
应用化学
高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
1.写出该电池放电时的负极反应式。
提示:放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2。
2.根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化
提示:放电时正极附近生成OH-，碱性增强，pH变大。
3.给该电池充电时应该怎样连接电极
提示:充电时该电池的正极接外接电源正极，负极接外接电源负极。
[题点多维训练]
√
1.(2025·北京丰台高二期中)铅酸蓄电池的结构示意图如图所示，其充、放电时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。下列说法正确的是( )
A.放电时Pb为负极，发生反应:Pb-2e-==Pb2+
B.充电时PbO2与外电源的负极相连，正极区域酸性增强
C.充电时与正极相连的电极发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+S+4H+
D.放电时H+向负极移动
解析:放电时，Pb作负极，电极反应为Pb-2e-+S==PbSO4，故A错误；充电时PbO2与外电源的正极相连，正极的电极反应为PbO2+2e-+4H++S==
PbSO4+2H2O，消耗氢离子，正极区域酸性减弱，故B错误；充电时，与正极相连的电极上PbSO4失电子生成PbO2，发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+S+4H+，故C正确；放电时H+向正极移动，故D错误。
√
2.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
解析:原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4，故A正确；原电池工作时，转移0.02 mol电子时，消耗Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，故B正确；石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。
√
3.(2023·福建卷)一种可在较高温度下安全快充的铝—硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根[AlnC(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应:2Al+3xS Al2(Sx)3。下列说法错误的是( )
A.AlnC含4n个Al—Cl键
B.AlnC中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个
C.充电时，再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子
D.放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnC浓度越高
解析:放电时铝失去电子生成铝离子做负极，硫单质得到电子做正极，充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极，
依此解题。AlnC的结构为 ，所以含4n个Al—Cl键，
A正确；由AlnC的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个，B正确；由总反应可知充电时，再生1 mol Al单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移3 mol电子，C正确；由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的AlnC浓度越高，D错误。
|思维建模|二次电池充电时的电极连接
(1)充电时的连接方法——正正负负
(2)充电时的电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极
新知探究(三) 燃料电池
1.燃料电池
燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
燃料
氧化剂
电能
(2)工作原理
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 ______________ ____________________
正极反应 ____________________ ____________________
总反应 __________________
H2-2e-==2H+
H2-2e-+2OH-==2H2O
O2+4e-+4H+==2H2O
O2+4e-+2H2O==4OH-
2H2+O2==2H2O
3.燃料电池的优点
(1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。
(2)能量转换率高，有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少，绿色环保。
[典例] 如图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O。下列说法不正确的是 ( )
A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B.正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-
C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-==CO2+6H+
D.该电池提供1 mol e-，消耗氧气0.25 mol
[解析] 负极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+，正极反应式为O2+4e-+4H+==2H2O；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供1 mol e-时，消耗O2为1× mol=0.25 mol。
√
|思维建模|燃料电池电极反应式的书写方法
(1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
第一步 确定生成物
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒H4-8e-→+H2O
第三步 依据电解质性质，用OH-使电荷守恒
CH4-8e-+10OH-→C+H2O
第四步 最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数
CH4-8e-+10OH-==C+7H2O
(2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。
由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，
酸性电解质溶液:O2+4H++4e-==2H2O；
碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e-==4OH-；
固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-==2O2-；
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-==2C。
1.燃料电池能量转化效率高、环境污染少，运行质量高。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中能实现碳中和目标的是 ( )
A.甲醇 B.天然气 C.氢气 D.一氧化碳
解析:甲醇作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故A错误；天然气作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故B错误；氢燃料电池产物为水，有利于减少二氧化碳排放，能实现碳中和目标，故C正确；一氧化碳作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故D错误。
√
[题点多维训练]
2.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是 ( )
A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-==2H+
C.电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
解析:氢氧燃料电池工作时，通入氢气的一极a为电源的负极，电子由负极a经外电路流向正极b，a极发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-==2H+，故A、B正确；氢氧燃料电池中，H2在负极a上被氧化，O2在正极 b上被还原，总反应为氢气与氧气燃烧生成水，所以装置中电解质溶液体积增大，c(H2SO4)减小，故C错误；将H2改为等物质的量CH4，则转移电子数增大，所以O2的用量增多，故D正确。
√
3.(2025·青岛高二期中)以KOH溶液为离子导体，分别组成H2—O2、CH4—O2、CH3OH—O2清洁燃料电池。下列说法正确的是 ( )
A.放电过程中，K+均向负极移动
B.CH3OH—O2燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+6OH-==CO2↑+5H2O
C.消耗等质量燃料，H2—O2和CH4—O2燃料电池的理论放电量相等
D.消耗1.5 mol O2时，理论上CH3OH—O2燃料电池消耗CH3OH的质量为32 g
√
解析:放电过程中，K+均向正极移动，OH-均向负极移动，故A错误；CH3OH—O2碱性燃料电池工作时，CH3OH在负极失电子生成C，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-==C+6H2O，故B错误；1 mol H2完全反应生成H2O时转移电子2 mol，1 mol CH4完全反应生成C时转移电子8 mol，则1 g H2完全反应生成H2O时转移电子1 mol，1 g CH4完全反应生成C时转移电子0.5 mol，故C错误；CH3OH—O2碱性燃料电池工作时，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-==C+6H2O，正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-，根据电子守恒可知，2CH3OH~3O2，则消耗CH3OH的物质的量n(CH3OH)=×1.5 mol=1 mol，m(CH3OH)=nM=1 mol×32 g·mol-1=32 g，故D正确。
命题热点——突破新型化学电源
[典例] (2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 ( )
A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B.电池总反应为+Zn Zn2++3I-
C.充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
√
[解析] 由题图知标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存在共价键，A项正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn-2e-==Zn2+，Zn-TCPP为正极，电极反应式为+2e-==3I-，则电池总反应为Zn+ Zn2++3I-，B项正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2++2e-==Zn，Zn2+来自电解质溶液，C项错误；根据放电时负极反应式:Zn-2e-==Zn2+知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移0.02 mol电子，D项正确。
|思维建模|“放电”“充电”时电极反应式的正误判断
(1)新型电池放电
①若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应式的正误。
②若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应式的正误。
(2)新型电池充电
①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。
②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。
1.(2025·沈阳高二期中)我国科学家设计的“海泥电池”，既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.B电极为正极
B.微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
C.B电极的电极反应式为HS-+2e-==S↓+H+
D.质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动
[题点多维训练]
√
解析: A极氧元素价态降低得电子，故A极为正极，B电极为负极，故A错误；微生物作用下发生反应:2CH2O+S+H+==2CO2+HS-+2H2O，S中硫元素化合价降低，做氧化剂，CH2O中的碳元素化合价升高，做还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故B正确；B极是负极，发生HS-失电子的氧化反应，电极反应式为HS--2e-==S↓+H+，故C错误；原电池中阳离子移向正极，故海水中的H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动，故D错误。
2.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 ( )
A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时，会发生反应Zn+2MnO2==ZnMn2O4
C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-
D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
√
解析:充电时Zn2+向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的量小于0.020 mol，D错误。
3.(2024·江西卷)我国学者发明了一种新型多功能甲醛-硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是 ( )
A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-==2HCOO-+H2↑+2OH-
B.CuRu电极反应为N+6H2O+8e-==NH3↑+9OH-
C.放电过程中，OH-通过质子交换膜从左室传递到右室
D.处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
√
解析:CuAg电极上HCHO转化为HCOO-和H2，电极反应为2HCHO+4OH--2e-==2HCOO-+H2↑+2H2O，A项错误；CuRu电极上N转化为NH3，电极反应为N+6H2O+8e-==NH3↑+9OH-，B项正确；OH-不能通过质子交换膜，C项错误；总反应为8HCHO+N+7OH-==8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O，消耗OH-，因此需要补充KOH，D项错误。
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一、选择题
1.(2024·湖南卷)近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展，下列说法错误的是( )
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
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解析:理想的新能源应具有可再生、无污染等特点，A正确；氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能，对氢气与氧气反应的能量进行利用，减小了直接燃烧的热量散失，产物无污染，故具有能量转化率高、清洁等优点，B正确；脱嵌是锂从电极材料中出来的过程，放电时，负极材料产生锂离子，则锂离子在负极脱嵌，则充电时，锂离子在阳极脱嵌，C正确；太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，D错误。
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2.(2025·兰州高二期末)我国高铁技术全球领先。CRH380B型动车组使用的是镍镉( Ni-Cd)可充电电池，它作为原电池时，发生的反应为Cd+2NiO(OH)
+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2。由此推断，该电池负极材料是 ( )
A.Cd(OH)2 B.Cd C.Ni(OH)2 D.NiO(OH)
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解析:镍-镉(Ni-Cd)可充电电池作为原电池时，Cd发生失电子的反应生成Cd(OH)2，NiO(OH)发生得电子还原反应生成Ni(OH)2，则Cd作负极，NiO(OH)作正极，故B正确。
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3.(2025·新乡高二期末)铅酸蓄电池使用方便安全可靠，多用于维持汽车用电系统的正常运转，下列说法错误的是 ( )
A.铅酸蓄电池为二次电池
B.放电时，Pb电极上的质量增加
C.铅酸蓄电池中的稀硫酸为电解质
D.充电时，阳极上的电极反应式为2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+S+4H+
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解析:铅酸蓄电池可多次充放电，属于二次电池，故A正确；放电时，Pb电极作负极，失电子生成PbSO4，质量增加，故B正确；硫酸是电解质，稀硫酸是电解质溶液，属于混合物，故C错误；充电时，阳极上PbSO4失电子生成PbO2，阳极反应式为2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+S+4H+，故D正确。
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4.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是 ( )
A.石墨作电池的负极材料
B.电池工作时，N向负极方向移动
C.MnO2发生氧化反应
D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-==Zn2+
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解析:酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-==Zn2+，故D正确。
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5.Li-O2电池在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。电池反应为2Li+O2 Li2O2，放电时，下列说法不正确的是( )
A.Li在负极失去电子
B.O2在正极发生还原反应
C.阳离子由正极移向负极
D.化学能转化成电能
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解析:Li价态升高失电子作负极，故A正确；O2在正极得电子发生还原反应，故B正确；阳离子向正极移动，故C错误；放电时，原电池中化学能转化为电能，故D正确。
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6.根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为 ( )
A.CH3OH+O2-2e-==H2O+CO2+2H+
B.O2+4H++4e-==2H2O
C.CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+
D.4OH--4e-==O2↑+2H2O
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解析:对于燃料电池，燃料作负极，则负极为甲醇放电生成CO2，结合电子转移、电荷守恒书写电极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+。
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7.(2025·南通高二期中)“乌铜走银”制作中的走银工序是将氧化变黑的银丝嵌入铜器表面已錾刻好的花纹内，再经揉黑工序，用手边焐边搓揉铜器，直到铜器表面变成乌黑、银丝变得光亮。下列有关“乌铜走银”的说法不正确的是 ( )
A.用铝丝代替银丝，铜器也会变黑
B.走银工序中没有发生化学变化
C.揉黑工序中发生了原电池反应
D.反应的方程式为Cu+Ag2O==2Ag+CuO
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解析:Al比Cu活泼，氧化铝不能被铜还原为铝，故铜器不会变黑，故A错误；走银工序中银没有发生反应，故B正确；揉黑工序中发生了原电池反应，故C正确；电池反应为Cu+Ag2O==2Ag+CuO，故D正确。
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8.(2025·黄冈高二检测)有人提出了一种可完全生物降解的锌 钼(Zn Mo)原电池，是实现生物可吸收电子药物的重要电源，结构如表所示。已知电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜，下列说法正确的是 ( )
A.Zn作原电池负极，其质量逐渐减小
B.该电池在放电过程中，水凝胶的pH不变
C.Zn表面发生的电极反应:Zn-2e-==Zn2+
D.电路中转移0.02 mol电子时，理论上消耗0.02 mol O2
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Zn Mo
水凝胶掺杂NaCl
解析:Zn作负极，反应生成ZnO，电极质量增加，故A错误；该电池总反应为2Zn+O2==2ZnO，水凝胶的pH不变，故B正确；Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+H2O==ZnO+2H+，故C错误；1 mol氧气在反应中得4 mol电子，故电路中转移0.02 mol电子时，理论上消耗0.005 mol O2，故D错误。
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9.(2025·山东名校联盟联考)制备物质、获取能量是化学反应的两大重要用途，一种NO2燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.N可降低正极反应的活化能
B.电池中N向石墨Ⅰ电极移动
C.正极的电极反应式为O2+2N2O5+4e-==4N
D.该装置的突出优点是制备Y物质的同时获取电能
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解析:由图可知，燃料电池中NO2作燃料、O2作氧化剂，所以石墨Ⅰ为负极、石墨Ⅱ为正极，石墨Ⅰ电极上NO2失电子，生成N2O5，电极反应式:4NO2+4N-4e-==4N2O5，石墨Ⅱ电极反应式:2N2O5+O2+4e-==4N；总反应:4NO2+O2==
2N2O5。由分析可知，N为正极产物，不是催化剂，不能降低正极反应的活化能，A错误；原电池中阴离子向负极石墨Ⅰ电极移动，B正确；由分析可知，正极氧气得到电子发生还原反应生成硝酸根离子，电极反应式为O2+2N2O5+4e-==4N，C正确；该装置为原电池装置，其突出优点是制备Y(N2O5)的同时获取电能，D正确。
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10.通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示，下列说法错误的是 ( )
A.a为电池的正极，发生还原反应
B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+
C.当电路中转移0.2 mol电子时，传感器内参加反应的HCHO为3.0 g
D.传感器工作过程中，电解质溶液中硫酸的浓度减小
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解析:氧气得电子，a为正极，发生还原反应，A正确；b极是负极，发生失去电子的氧化反应，故电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+，B正确；负极电极方程式为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+，当电路中转移0.2 mol电子时，反应的甲醛物质的量=0.05 mol，质量0.05 mol×30 g·mol-1=1.5 g，C错误；传感器工作过程中，氧化还原反应生成水，电解质溶液中硫酸的浓度变小，D正确。
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11.(2025·丽江高二检测)我国科学院研究所发布的新型固态锂硫正极材料(2Li2S·CuI)，能量密度较高且成本较低。由这种材料制成的锂离子电池放电、充电时的工作原理如图所示，反应的化学方程式为3Li+S+CuS+LiI 2Li2S·CuI。下列说法错误的是( )
A.放电时，a极为负极
B.放电时，b极上的电极反应式:3Li++CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI
C.充电时，电子的流向:b极→外接电源的正极，外接电源的负极→a极
D.充电时，每转移3 mol电子，a极增重21 g
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解析:a极是活泼金属Li，作原电池的负极，b为正极，放电时a极发生Li-e-==Li+，正极发生3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI。由分析可知，a电极是Li，活泼金属失去电子发生氧化反应，放电时，为负极，A正确；放电时，b极上的电极反应式:3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI，B错误；充电时，原电池的负极接外加电源的负极，b极接外加电源的正极，电子的流向:b极→外接电源的正极，外接电源的负极→a极，C正确；充电时，a极发生Li++e-==Li，每转移3 mol电子，a极增重3 mol Li，质量为21 g，D正确。
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12.已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图如图所示，下列说法中正确的是 ( )
A.放电时，正极的电极反应为O2+4e-+2CO2==2C
B.放电时，负极的电极反应为
H2+CO-4e-+2C==H2O+3CO2
C.放电时，K+移向负极
D.充电时，A电极与外接电源的正极相连
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解析:放电时，B为正极，电极反应式为O2+4e-+2CO2==2C，故A正确；放电时，A为负极，电极反应式为3H2+CO-8e-+4C==3H2O+5CO2，故B错误；放电时，阳离子移向正极，故C错误；充电时，A为阴极，与外接电源的负极相连，故D错误。
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13.(2025年1月·八省联考四川卷)我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。下列说法错误的是 ( )
A 放电时，K+从负极向正极迁移
B.放电时，[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性
C.充电时，电池总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2==Zn+S4+4OH-
D.充电时，若生成1.0 mol S4，则有4.0 mol K+穿过离子交换膜
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解析:由电池装置图可知，放电时Zn为负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-==[Zn(OH)4]2-，多孔碳为正极，电极反应为S4+2e-==2S2；充电时Zn为阴极，电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-==Zn+4OH-，多孔碳为阳极，电极反应为2S2-2e-==S4。放电为原电池，原电池中K+向正极移动，A正确；碱性环境中有[Zn(OH)4]2-生成说明Zn(OH)2能与碱反应，既能与酸反应又能与碱反应说明Zn(OH)2具有两性，B正确；充电时为电解池，根据分析，总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2==Zn+S4+4OH-，C正确；由电极反应2S2-2e-==S4，生成1 mol S4转移2 mol电子，应有2 mol K+穿过离子交换膜，D错误。
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14.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是( )
A.电池总反应为2C6H12O6+O2==2C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
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解析:由题图知，该电池的总反应为2C6H12O6+O2 ==2C6H12O7，A正确；b电极上发生转化:CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和质量不变，故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知当消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中，阳离子向正极迁移，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。
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二、非选择题
15.(12分)化学电池广泛应用在通讯、交通等方面。
(1)常用的酸性锌锰干电池(构造如图所示)中的电解质糊状物由ZnCl2和NH4Cl混合而成。该电池的负极材料是 。电池工作时，电子流向_____ (填“正极”或“负极”)。若ZnCl2和NH4Cl混合糊状物中含有杂质Cu2+，会加速某电极的反应，其主要原因是________________________________________________
。
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解析:原电池的负极是发生氧化反应的一极:Zn-2e-==Zn2+；电池工作时，电子从负极流向正极；Zn与Cu2+发生氧化还原反应，生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快Zn的腐蚀；
Zn(或锌)
正极
Zn与Cu2+反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快
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(2)铅酸蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为H2SO4溶液。电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O，放电时，电解质溶液中的阴离子移向 (填“Pb”或“PbO2”)，正极附近溶液的酸性_____ (填“增强”“减弱”或“不变”)，负极反应式为 。
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解析:铅酸蓄电池工作时，硫酸参加反应生成硫酸铅同时生成水，导致硫酸浓度降低、酸性减弱，原电池放电时阴离子向负极移动；放电时，铅为负极，失去电子被氧化，电极反应为Pb-2e-+S==PbSO4。
Pb
减弱
Pb-2e-+S==PbSO4课时跟踪检测(三十) 化学电源
一、选择题
1.(2024·湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是 ( )
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
2.(2025·兰州高二期末)我国高铁技术全球领先。CRH380B型动车组使用的是镍镉( Ni-Cd)可充电电池,它作为原电池时,发生的反应为Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。由此推断,该电池负极材料是 ( )
A.Cd(OH)2 B.Cd
C.Ni(OH)2 D.NiO(OH)
3.(2025·新乡高二期末)铅酸蓄电池使用方便安全可靠,多用于维持汽车用电系统的正常运转,下列说法错误的是 ( )
A.铅酸蓄电池为二次电池
B.放电时,Pb电极上的质量增加
C.铅酸蓄电池中的稀硫酸为电解质
D.充电时,阳极上的电极反应式为2H2O+PbSO4-2e-PbO2+S+4H+
4.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是 ( )
A.石墨作电池的负极材料
B.电池工作时,N向负极方向移动
C.MnO2发生氧化反应
D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-Zn2+
5.Li-O2电池在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。电池反应为2Li+O2Li2O2,放电时,下列说法不正确的是 ( )
A.Li在负极失去电子
B.O2在正极发生还原反应
C.阳离子由正极移向负极
D.化学能转化成电能
6.根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池。该燃料电池工作时,负极上发生的反应为 ( )
A.CH3OH+O2-2e-H2O+CO2+2H+
B.O2+4H++4e-2H2O
C.CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+
D.4OH--4e-O2↑+2H2O
7.(2025·南通高二期中)“乌铜走银”制作中的走银工序是将氧化变黑的银丝嵌入铜器表面已錾刻好的花纹内,再经揉黑工序,用手边焐边搓揉铜器,直到铜器表面变成乌黑、银丝变得光亮。下列有关“乌铜走银”的说法不正确的是 ( )
A.用铝丝代替银丝,铜器也会变黑
B.走银工序中没有发生化学变化
C.揉黑工序中发生了原电池反应
D.反应的方程式为Cu+Ag2O2Ag+CuO
8.(2025·黄冈高二检测)有人提出了一种可完全生物降解的锌 钼(Zn Mo)原电池,是实现生物可吸收电子药物的重要电源,结构如表所示。已知电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜,下列说法正确的是 ( )
Zn Mo
水凝胶掺杂NaCl
A.Zn作原电池负极,其质量逐渐减小
B.该电池在放电过程中,水凝胶的pH不变
C.Zn表面发生的电极反应:Zn-2e-Zn2+
D.电路中转移0.02 mol电子时,理论上消耗0.02 mol O2
9.(2025·山东名校联盟联考)制备物质、获取能量是化学反应的两大重要用途,一种NO2燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.N可降低正极反应的活化能
B.电池中N向石墨Ⅰ电极移动
C.正极的电极反应式为O2+2N2O5+4e-4N
D.该装置的突出优点是制备Y物质的同时获取电能
10.通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.a为电池的正极,发生还原反应
B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+
C.当电路中转移0.2 mol电子时,传感器内参加反应的HCHO为3.0 g
D.传感器工作过程中,电解质溶液中硫酸的浓度减小
11.(2025·丽江高二检测)我国科学院研究所发布的新型固态锂硫正极材料(2Li2S·CuI),能量密度较高且成本较低。由这种材料制成的锂离子电池放电、充电时的工作原理如图所示,反应的化学方程式为3Li+S+CuS+LiI2Li2S·CuI。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,a极为负极
B.放电时,b极上的电极反应式:3Li++CuS+LiI+3e-2Li2S·CuI
C.充电时,电子的流向:b极→外接电源的正极,外接电源的负极→a极
D.充电时,每转移3 mol电子,a极增重21 g
12.已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图如图所示,下列说法中正确的是 ( )
A.放电时,正极的电极反应为O2+4e-+2CO22C
B.放电时,负极的电极反应为H2+CO-4e-+2CH2O+3CO2
C.放电时,K+移向负极
D.充电时,A电极与外接电源的正极相连
13.(2025年1月·八省联考四川卷)我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池,其工作示意图如图。下 列说法错误的 是 ( )
A 放电时,K+从负极向正极迁移
B.放电时,[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性
C.充电时,电池总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2Zn+S4+4OH-
D.充电时,若生成1.0 mol S4,则有4.0 mol K+穿过离子交换膜
14.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时,下列叙述错误的是 ( )
A.电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
二、非选择题
15.(12分)化学电池广泛应用在通讯、交通等方面。
(1)常用的酸性锌锰干电池(构造如图所示)中的电解质糊状物由ZnCl2和NH4Cl混合而成。该电池的负极材料是 。电池工作时,电子流向 (填“正极”或“负极”)。若ZnCl2和NH4Cl混合糊状物中含有杂质Cu2+,会加速某电极的反应,其主要原因是 。
(2)铅酸蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为H2SO4溶液。电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,放电时,电解质溶液中的阴离子移向 (填“Pb”或“PbO2”),正极附近溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”),负极反应式为 。
课时跟踪检测(三十)
1.选D 理想的新能源应具有可再生、无污染等特点,A正确;氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;脱嵌是锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子在阳极脱嵌,C正确;太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D错误。
2.选B 镍-镉(Ni-Cd)可充电电池作为原电池时,Cd发生失电子的反应生成Cd(OH)2,NiO(OH)发生得电子还原反应生成Ni(OH)2,则Cd作负极,NiO(OH)作正极,故B正确。
3.选C 铅酸蓄电池可多次充放电,属于二次电池,故A正确;放电时,Pb电极作负极,失电子生成PbSO4,质量增加,故B正确;硫酸是电解质,稀硫酸是电解质溶液,属于混合物,故C错误;充电时,阳极上PbSO4失电子生成PbO2,阳极反应式为2H2O+PbSO4-2e-PbO2+S+4H+,故D正确。
4.选D 酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,故A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,故B错误;MnO2发生得电子的还原反应,故C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-Zn2+,故D正确。
5.选C Li价态升高失电子作负极,故A正确;O2在正极得电子发生还原反应,故B正确;阳离子向正极移动,故C错误;放电时,原电池中化学能转化为电能,故D正确。
6.选C 对于燃料电池,燃料作负极,则负极为甲醇放电生成CO2,结合电子转移、电荷守恒书写电极反应式为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+。
7.选A Al比Cu活泼,氧化铝不能被铜还原为铝,故铜器不会变黑,故A错误;走银工序中银没有发生反应,故B正确;揉黑工序中发生了原电池反应,故C正确;电池反应为Cu+Ag2O2Ag+CuO,故D正确。
8.选B Zn作负极,反应生成ZnO,电极质量增加,故A错误;该电池总反应为2Zn+O22ZnO,水凝胶的pH不变,故B正确;Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-+H2OZnO+2H+,故C错误;1 mol氧气在反应中得4 mol电子,故电路中转移0.02 mol电子时,理论上消耗0.005 mol O2,故D错误。
9.选A 由图可知,燃料电池中NO2作燃料、O2作氧化剂,所以石墨Ⅰ为负极、石墨Ⅱ为正极,石墨Ⅰ电极上NO2失电子,生成N2O5,电极反应式:4NO2+4N-4e-4N2O5,石墨Ⅱ电极反应式:2N2O5+O2+4e-4N;总反应:4NO2+O22N2O5。由分析可知,N为正极产物,不是催化剂,不能降低正极反应的活化能,A错误;原电池中阴离子向负极石墨Ⅰ电极移动,B正确;由分析可知,正极氧气得到电子发生还原反应生成硝酸根离子,电极反应式为O2+2N2O5+4e-4N,C正确;该装置为原电池装置,其突出优点是制备Y(N2O5)的同时获取电能,D正确。
10.选C 氧气得电子,a为正极,发生还原反应,A正确;b极是负极,发生失去电子的氧化反应,故电极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+,B正确;负极电极方程式为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+,当电路中转移0.2 mol电子时,反应的甲醛物质的量=0.05 mol,质量0.05 mol×30 g·mol-1=1.5 g,C错误;传感器工作过程中,氧化还原反应生成水,电解质溶液中硫酸的浓度变小,D正确。
11.选B a极是活泼金属Li,作原电池的负极,b为正极,放电时a极发生Li-e-Li+,正极发生3Li++S+CuS+LiI+3e-2Li2S·CuI。由分析可知,a电极是Li,活泼金属失去电子发生氧化反应,放电时,为负极,A正确;放电时,b极上的电极反应式:3Li++S+CuS+LiI+3e-2Li2S·CuI,B错误;充电时,原电池的负极接外加电源的负极,b极接外加电源的正极,电子的流向:b极→外接电源的正极,外接电源的负极→a极,C正确;充电时,a极发生Li++e-Li,每转移3 mol电子,a极增重3 mol Li,质量为21 g,D正确。
12.选A 放电时,B为正极,电极反应式为O2+4e-+2CO22C,故A正确;放电时,A为负极,电极反应式为3H2+CO-8e-+4C3H2O+5CO2,故B错误;放电时,阳离子移向正极,故C错误;充电时,A为阴极,与外接电源的负极相连,故D错误。
13.选D 由电池装置图可知,放电时Zn为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,多孔碳为正极,电极反应为S4+2e-2S2;充电时Zn为阴极,电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,多孔碳为阳极,电极反应为2S2-2e-S4。放电为原电池,原电池中K+向正极移动,A正确;碱性环境中有[Zn(OH)4]2-生成说明Zn(OH)2能与碱反应,既能与酸反应又能与碱反应说明Zn(OH)2具有两性,B正确;充电时为电解池,根据分析,总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2Zn+S4+4OH-,C正确;由电极反应2S2-2e-S4,生成1 mol S4转移2 mol电子,应有2 mol K+穿过离子交换膜,D错误。
14.选C 由题图知,该电池的总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7,A正确;b电极上发生转化:CuO→Cu2O→CuO,反应前后CuO的性质和质量不变,故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据负极的电极反应式可知当消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时,转移0.2 mmol电子,故理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C错误;原电池中,阳离子向正极迁移,b电极为负极,a电极为正极,故两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a,D正确。
15.解析:(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极:Zn-2e-Zn2+;电池工作时,电子从负极流向正极;Zn与Cu2+发生氧化还原反应,生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池,加快反应速率,从而加快Zn的腐蚀;(2)铅酸蓄电池工作时,硫酸参加反应生成硫酸铅同时生成水,导致硫酸浓度降低、酸性减弱,原电池放电时阴离子向负极移动;放电时,铅为负极,失去电子被氧化,电极反应为Pb-2e-+SPbSO4。
答案:(1)Zn(或锌) 正极 Zn与Cu2+反应生成Cu,Zn与Cu构成原电池,加快反应速率
(2)Pb 减弱 Pb-2e-+SPbSO4
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