专题1 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
一、一次电池
1．一次电池的特点
一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能_________。
2．常见的一次电池
(1)碱性锌锰干电池
电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2
负极反应式：____________________________________；
正极反应式：____________________________________。
(2)银锌纽扣电池：
电池反应式：____________________________________。
负极反应式：____________________________________。
正极反应式：____________________________________。
二、二次电池
1．二次电池的特点
二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以_________使活性物质获得再生。
2．铅蓄电池
(1)铅蓄电池的放电反应为_________反应
负极：_____________________________________________
正极：_____________________________________________
电池反应：_____________________________________________
(2)铅蓄电池的充电反应
阴极：_____________________________________________
阳极：_____________________________________________
总反应：_____________________________________________
(3)铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为：_____________________________________________。
3．新型二次电池
(1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。
(2)锂离子电池
①锂离子电池的组成
正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子_________或_________结构的化合物；
负极材料大多数是_________材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。
电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的____________中。
②锂离子电池的工作原理
负极：____________________________________
正极：____________________________________
电池反应：____________________________________
【易错提醒】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则
(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。
(2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。
(3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。
三、燃料电池
1．燃料电池
(1)概念：
燃料电池是利用_________和_________之间发生的氧化还原反应，将化学能_________转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。
(2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从___________，同时将电极反应产物不断___________。
2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液）
氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生_______反应和______反应。
负极：___________________________
正极：___________________________
电池反应：___________________________
3．基础实验——制作简单的燃料电池
(1)实验步骤
①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查_______，标记_________到达的位置；
②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近__________________的位置为宜；
③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的_________接近溢出时，切断学生电源；
④取出时钟内的干电池，将_________与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。
(2)实验现象
①接通学生电源，______________________________________________________。
②连接时钟，_________。
(3)判断燃料电池中正、负极的方法
接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是______，该电极为燃料电池的_____极；另外一个电极产生的是_______，该电解为燃料电池的_______极。
4．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。
【易错提醒】
(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。
(2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。
(3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。
【名师点拨】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
CH4；
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒
H4－8e－―→O＋H2O；
第三步 依据电解质性质，用OH－使电荷守恒
CH4－8e－＋10OH－―→CO＋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－===CO＋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－===2CO。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)碱性锌锰电池比能量高，能提供较大电流并连续放电( )
(2)二次电池的放电过程，负极质量一定减小( )
(3)锂电池由于Li的性质活泼所以不能用水溶液作电解质( )
(4)铅蓄电池充电时，正极接直流电源正极，发生还原反应( )
(5)锂离子电池放电时，Li＋移向正极区( )
(6)燃料电池所有能量均转化为电能( )
(7)燃料电池中通入燃料的一极为正极( )
(8)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O( )
(9)燃料电池电极材料本身不参与化学反应( )
(10)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移( )
2．简答题
(1)铅蓄电池充、放电时互为逆向过程，是可逆反应吗？
(2)铅蓄电池在充、放电过程中，溶液的pH分别如何变化？
(3)铅蓄电池放电完成时，正、负极的质量如何变化？
(4)燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属或一种金属与一种导电的非金属吗？
3．从理论上讲，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，如甲烷、乙醇、肼(N2H4)等。请写出以下原电池的电极反应：
(1)甲烷燃料电池
①电解质溶液：KOH溶液
正极：____________________________________；负极：____________________________________；
总反应：____________________________________。
②电解质溶液：稀硫酸
正极：____________________________________；
负极：____________________________________；
总反应：____________________________________。
(2)乙醇燃料电池
①电解质溶液：KOH溶液
正极：_____________________________________________；
负极：_____________________________________________；
总反应式：_____________________________________________。
②电解质溶液：稀硫酸
正极：_____________________________________________；
负极：_____________________________________________；
总反应式：_____________________________________________。
问题一 一次电池
【典例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．燃料电池能量转换率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电
【解题必备】
1．化学电池的分类
化学电池的种类很多，常分为以下三类。
种类 特点(分类依据) 实例
一次电池 放完电以后不能再使用 普通锌锰电池、碱性锌锰电池
二次电池 充电、放电可循环进行 铅蓄电池、镍氢电池
燃料电池 可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用 氢氧燃料电池、CH4燃料电池
2．常见化学电池的比较
(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。
(2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。
(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。
3．化学电池的特点
化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。
【变式1-1】日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋，2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH。下列有关锌锰干电池的叙述正确的是( )
A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极
B．干电池可实现电能向化学能的转化
C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器
D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒
【变式1-2】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
问题二 二次电池
【典例2】如图为铅蓄电池示意图，其总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的( )
A．放电时，左侧电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，电解质溶液的浓度逐渐增大
C．充电时，B电极与外接直流电源的负极相连
D．放电时，两电极的质量均增大
【解题必备】
1．化学电池电极反应式书写
在书写化学电池中电极反应式时应注意以下问题：
(1)正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。
(4)书写电极反应的原则
①加和性原则：两电极反应相加，消去电子后得电池总反应式。利用此原则，电池总反应式减去已知的一电极反应得另一电极反应。
②共存原则：碱性溶液中，CO2不可能生成，也不会有H+参加反应或生成；同样酸性溶液中，不会有OH-参加反应或生成。
根据此原则，物质得失电子后在不同的电解质环境中所存在的形式不同。
2．可充电电池电极反应式的书写
(1)在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。
(2)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素的化合价升高。
(3)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。
【变式2-1】锂离子电池有多种。
(1)某新型锂离子电池以含Li＋导电固体为电解质，电池反应为Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。该电池的负极材料是__________，正极反应式为_______________________。
(2)另一种锂电池由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大而广泛应用于心脏起搏器。电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2，锂电池比容量特别大的原因是_________________________。
(3)不管哪种锂电池都标明“严禁投入水中”，试用化学方程式解释其原因：______________________。
【变式2-2】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是__________，放电时负极反应式为_______________________________。
(2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应，正极反应式为____________________________。放电时，_______(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
问题三 燃料电池
【典例3】如图为氢氧燃料电池工作原理示意图，下列叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
【解题必备】
1．燃料电池的工作原理
一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2) 得电子发生还原反应。
2．常见的四种类型的氢氧燃料电池
名称 电解质 电极反应和总反应
酸性氢氧燃料电池 H2SO4 负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4H++4e-=2H2O 总反应：2H2+O2=2H2O
碱性氢氧燃料电池 KOH 负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应：2H2+O2=2H2O
熔融盐氢氧燃料电池 熔融碳酸盐 负极：2H2-4e-+2CO=2CO2+2H2O 正极：2CO2+4e-+O2= 2CO 总反应：2H2+O2=2H2O
固体氧化物燃料电池 固体氧化物 负极：2H2-4e-+2O2-=2H2O 正极：O2+4e-=2O2- 总反应：2H2+O2=2H2O
【变式3-1】我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是( )
A．物质A可以是硫酸氢钾
B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO
C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O
D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧
【变式3-2】法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．该生物燃料电池不可以在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．消耗1 mol氧气时转移4 mol e－，H＋向负极移动
D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能
1．下列关于电池的说法正确的是( )
A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
B．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，再经过电解质流回负极
C．铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
D．氢氧燃料电池，通入氢气的电极为电池的负极
2．近年来电池研发领域涌现出的纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有很大的突破，如图为纸电池的结构示意图。据此，现在用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和另一种银白色金属片，先后制作了两个简易电池。在用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。则另一种银白色金属片可能是下列的哪种金属( )
A．Ag B．Fe C．Al D．Mg
3．鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是( )
A．Ag2O为电池的正极
B．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
C．Al在电池反应中被氧化
D．溶液中的OH－向Al极迁移
4．被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，下列说法不正确的是( )
A．当该电池消耗2 mol MnO2时，与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等
B．该电池二氧化锰为正极，发生还原反应
C．当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023
D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
5．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C
6．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强
D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
7．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
B．电极B为负极，MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．燃料电池每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过的电子数为6NA
D．燃料电池在放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
8．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极
B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2＋32H＋
C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32
D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高
9．(1)利用原电池检测CO的原理如图所示，完成下列问题：
负极反应式为______________________，正极反应式为_____________________。
电池总反应为_________________________________。
(2)废气中NH3的发电原理如图所示，完成下列问题：
负极反应式为_________________________，正极反应式为_________________________。
电池总反应为____________________________。
(3)氢氧燃料固体电池(传导H＋固体电解质)如图所示，回答下列问题：
负极反应式为______________________，正极反应式为_____________________。
电池总反应为_________________________________。
1．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应式可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
2．微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．a极为该电池的负极
B．b极的电极反应式为[Fe CN 6]4－－e－===[Fe CN 6]3－
C．放电过程中a极附近溶液pH降低
D．当外电路通过1 mol e－时，理论上溶液中会有1 mol H＋通过质子交换膜移向b极
3．一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A．使用碱性电解质水溶液
B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2
C．使用的隔膜是阳离子交换膜
D．充电时，电子从Mg电极流出
4．某微生物电池在运行时可同时实现净化含葡萄糖的污水、净化含Cr2O废水(常温时pH约为6)和淡化食盐水，其装置示意图如图所示，图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为待淡化食盐水。已知Cr2O转化为Cr(OH)3，下列说法不正确的是( )
A．D为阴离子交换膜
B．X为含葡萄糖的污水，Y为含Cr2O废水
C．A室的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋
D．理论上处理1 mol的Cr2O的同时可脱除3 mol的NaCl
5．(1)Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。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-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_____________________________。
(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx。
①正极的电极反应式为_________________________。
②M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是___________________________________________。
③与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。
6．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。
(2)电池正极反应式为________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是_____________________。专题1 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
一、一次电池
1．一次电池的特点
一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。
2．常见的一次电池
(1)碱性锌锰干电池
电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2
负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2；
正极反应式：MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH-。
(2)银锌纽扣电池：
电池反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。
正极反应式：Ag2O+2e-+2H2O===2Ag+2OH-。
二、二次电池
1．二次电池的特点
二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。
2．铅蓄电池
(1)铅蓄电池的放电反应为原电池反应
负极：Pb - 2e- + SO42- = ==PbSO4
正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4+ 2H2O
电池反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4=== 2PbSO4+ 2H2O
(2)铅蓄电池的充电反应
阴极：PbSO4 + 2e- ===Pb + SO42-
阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O=== PbO2 + SO42- + 4H+
总反应：2PbSO4+ 2H2O === Pb + PbO2 + 2H2SO4
(3)铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O。
3．新型二次电池
(1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。
(2)锂离子电池
①锂离子电池的组成
正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物；
负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。
电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中。
②锂离子电池的工作原理
负极：LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+
正极：6C+xLi++xe-===LixC6
电池反应：LiCoO2+6C===Li1-xCoO2+LixC6
【易错提醒】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则
(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。
(2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。
(3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。
三、燃料电池
1．燃料电池
(1)概念：
燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。
(2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。
2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液）
氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。
负极：2H2 - 4e- + 4OH- === 4H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
电池反应：2H2+O2===2H2O
3．基础实验——制作简单的燃料电池
(1)实验步骤
①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置；
②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜；
③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源；
④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。
(2)实验现象
①接通学生电源，两个石墨棒上都有气泡产生，U形管内液面下降，玻璃管液面上升。
②连接时钟，时钟指针又开始走动。
(3)判断燃料电池中正、负极的方法
接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是H2，该电极为燃料电池的负极；另外一个电极产生的是O2，该电解为燃料电池的正极。
4．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。
【易错提醒】
(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。
(2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。
(3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。
【名师点拨】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
CH4；
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒
H4－8e－―→O＋H2O；
第三步 依据电解质性质，用OH－使电荷守恒
CH4－8e－＋10OH－―→CO＋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－===CO＋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－===2CO。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)碱性锌锰电池比能量高，能提供较大电流并连续放电(√)
(2)二次电池的放电过程，负极质量一定减小(×)
(3)锂电池由于Li的性质活泼所以不能用水溶液作电解质(√)
(4)铅蓄电池充电时，正极接直流电源正极，发生还原反应(×)
(5)锂离子电池放电时，Li＋移向正极区(√)
(6)燃料电池所有能量均转化为电能(×)
(7)燃料电池中通入燃料的一极为正极(×)
(8)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O(√)
(9)燃料电池电极材料本身不参与化学反应(√)
(10)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移(×)
2．简答题
(1)铅蓄电池充、放电时互为逆向过程，是可逆反应吗？
二次电池的充电反应和放电反应是两个相反的过程，但反应条件不同，不是可逆反应。
(2)铅蓄电池在充、放电过程中，溶液的pH分别如何变化？
根据电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O可作出判断。放电时，消耗硫酸，pH增大；充电时，生成硫酸，pH减小。
(3)铅蓄电池放电完成时，正、负极的质量如何变化？
由负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4；正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O知，两极的质量均增加。
(4)燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属或一种金属与一种导电的非金属吗？
不一定，如氢氧燃料电池的正、负极均为Pt。
3．从理论上讲，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，如甲烷、乙醇、肼(N2H4)等。请写出以下原电池的电极反应：
(1)甲烷燃料电池
①电解质溶液：KOH溶液
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；
总反应：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。
②电解质溶液：稀硫酸
正极：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O；
负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋；
总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。
(2)乙醇燃料电池
①电解质溶液：KOH溶液
正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；
负极：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O；
总反应式：C2H5OH＋3O2＋4OH－===2CO＋5H2O。
②电解质溶液：稀硫酸
正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O；
负极：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋；
总反应式：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。
问题一 一次电池
【典例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．燃料电池能量转换率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电
答案：A
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；铅蓄电池的缺点是比能量(单位质量所蓄电能)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，能量转换率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电，D正确。
【解题必备】
1．化学电池的分类
化学电池的种类很多，常分为以下三类。
种类 特点(分类依据) 实例
一次电池 放完电以后不能再使用 普通锌锰电池、碱性锌锰电池
二次电池 充电、放电可循环进行 铅蓄电池、镍氢电池
燃料电池 可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用 氢氧燃料电池、CH4燃料电池
2．常见化学电池的比较
(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。
(2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。
(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。
3．化学电池的特点
化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。
【变式1-1】日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋，2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH。下列有关锌锰干电池的叙述正确的是( )
A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极
B．干电池可实现电能向化学能的转化
C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器
D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒
答案：C
解析：干电池中锌筒作负极，非金属石墨棒作正极，A错误；干电池是一次电池，不能实现电能向化学能的转化，B错误；NH4Cl是强酸弱碱盐，水解呈酸性，所以干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀用电器，C正确；干电池工作时，电流由正极石墨棒经外电路流向负极锌筒，D错误。
【变式1-2】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
答案：D
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。
问题二 二次电池
【典例2】如图为铅蓄电池示意图，其总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的( )
A．放电时，左侧电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，电解质溶液的浓度逐渐增大
C．充电时，B电极与外接直流电源的负极相连
D．放电时，两电极的质量均增大
答案：B
解析：放电时，B电极为负极，则充电时，B电极应与外接直流电源的负极相连，C项正确；由电极反应式可知，放电时，两电极的质量均增大，D项正确。
【解题必备】
1．化学电池电极反应式书写
在书写化学电池中电极反应式时应注意以下问题：
(1)正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。
(4)书写电极反应的原则
①加和性原则：
两电极反应相加，消去电子后得电池总反应式。利用此原则，电池总反应式减去已知的一电极反应得另一电极反应。
②共存原则：
碱性溶液中，CO2不可能生成，也不会有H+参加反应或生成；同样酸性溶液中，不会有OH-参加反应或生成。
根据此原则，物质得失电子后在不同的电解质环境中所存在的形式不同。
2．可充电电池电极反应式的书写
(1)在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。
(2)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素的化合价升高。
(3)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。
【变式2-1】锂离子电池有多种。
(1)某新型锂离子电池以含Li＋导电固体为电解质，电池反应为Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。该电池的负极材料是__________，正极反应式为_______________________。
(2)另一种锂电池由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大而广泛应用于心脏起搏器。电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2，锂电池比容量特别大的原因是_________________________。
(3)不管哪种锂电池都标明“严禁投入水中”，试用化学方程式解释其原因：______________________。
答案：(1)Li LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
(2)Li相对原子质量较小，单位质量的Li释放的电子多 (3)2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：(1)Li的化合价升高作负极；LiMn2O4作正极，正极反应式为LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4。(3)Li是一种碱金属元素，很活泼，化学性质与钠类似，会与水发生反应。
【变式2-2】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是__________，放电时负极反应式为_______________________________。
(2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应，正极反应式为____________________________。放电时，_______(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
答案：(1)Zn 3Zn＋6OH－－6e－===3Zn(OH)2
(2)还原 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 正
解析：放电时，电池的负极上发生氧化反应，电极反应式为3Zn＋6OH－－6e－===3Zn(OH)2，正极上发生还原反应，电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。
问题三 燃料电池
【典例3】如图为氢氧燃料电池工作原理示意图，下列叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
答案：B
【解题必备】
1．燃料电池的工作原理
一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2) 得电子发生还原反应。
2．常见的四种类型的氢氧燃料电池
名称 电解质 电极反应和总反应
酸性氢氧燃料电池 H2SO4 负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4H++4e-=2H2O 总反应：2H2+O2=2H2O
碱性氢氧燃料电池 KOH 负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应：2H2+O2=2H2O
熔融盐氢氧燃料电池 熔融碳酸盐 负极：2H2-4e-+2CO=2CO2+2H2O 正极：2CO2+4e-+O2= 2CO 总反应：2H2+O2=2H2O
固体氧化物燃料电池 固体氧化物 负极：2H2-4e-+2O2-=2H2O 正极：O2+4e-=2O2- 总反应：2H2+O2=2H2O
【变式3-1】我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是( )
A．物质A可以是硫酸氢钾
B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO
C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O
D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧
答案：D
解析：HCOOH碱性燃料电池中，左侧电极HCOO－失去电子生成HCO，所在电极为负极，电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，B正确；由图可知，原电池工作时K＋通过半透膜移向正极(右侧)，右侧电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，从装置中分离出的物质为K2SO4，放电过程中需补充的物质A是H2SO4或硫酸氢钾，A正确；右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，其物质的量是0.5 mol，转移2 mol电子，左侧有2 mol K＋通过半透膜移向右侧，D错误。
【变式3-2】法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．该生物燃料电池不可以在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．消耗1 mol氧气时转移4 mol e－，H＋向负极移动
D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能
答案：C
解析：大部分酶属于蛋白质，在高温下会发生变性，失去生理活性，所以该生物燃料电池不可以在高温下工作，故A正确；葡萄糖生物燃料电池中葡萄糖在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，其电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋，故B正确；氧气在正极得电子，其电极方程式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，消耗1 mol氧气则转移4 mol e－，在溶液中阳离子向正极移动，所以H＋会向正极移动，故C错误；提高葡萄糖生物燃料电池的效率，能提高葡萄糖的能量利用率，向外提供更多的电量，故D正确；答案选C。
1．下列关于电池的说法正确的是( )
A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
B．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，再经过电解质流回负极
C．铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O
D．氢氧燃料电池，通入氢气的电极为电池的负极
答案：D
解析：太阳能电池的主要材料是高纯度硅，光导纤维的主要材料是二氧化硅，故A错误；电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，溶液中离子发生移动，电子不经过溶液，故B错误；铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，故C错误；氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子而发生氧化反应，则氢气被氧化，故D正确。
2．近年来电池研发领域涌现出的纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有很大的突破，如图为纸电池的结构示意图。据此，现在用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和另一种银白色金属片，先后制作了两个简易电池。在用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。则另一种银白色金属片可能是下列的哪种金属( )
A．Ag B．Fe C．Al D．Mg
答案：A
解析：用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反，说明Cu在两组电池中的作用不同：Cu和Zn、NaCl溶液构成原电池时，Cu作正极，Zn作负极；铜与另一种银白色的金属构成原电池时，Cu作负极，另一种银白色的金属作正极。而Mg、Al、Zn、Fe四种金属的活泼性均比Cu强，它们分别与Cu形成原电池时，Cu电极均为负极，电流表的指针偏转方向相同，与题意不符；铜与银、NaCl溶液构成原电池时，铜的活泼性大于Ag，Cu作负极，银作正极，电子流动方向为Cu→导线→Ag，Cu和Zn、NaCl溶液构成原电池中电子流动方向为Zn→导线→Cu，二者电流方向相反，符合题意，故A正确。
3．鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是( )
A．Ag2O为电池的正极
B．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
C．Al在电池反应中被氧化
D．溶液中的OH－向Al极迁移
答案：B
解析：该原电池中，Al元素化合价由0价升高为＋3价，发生氧化反应，所以Al为负极，Ag2O为正极，A、C正确；放电时，电子从负极沿导线流向正极即电子由Al极通过外电路流向Ag2O极，B错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，即溶液中的OH－向Al极迁移，D正确。
4．被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，下列说法不正确的是( )
A．当该电池消耗2 mol MnO2时，与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等
B．该电池二氧化锰为正极，发生还原反应
C．当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023
D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
答案：A
解析：当该电池消耗2 mol MnO2时，转移2 mol电子，CH4燃料电池在碱性环境下负极电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，产生相等电量时，可知消耗0.25 mol CH4，A错误；反应中Mn元素化合价降低，发生还原反应，作电池的正极，B正确；Zn元素化合价由0价升高为＋2价，则当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移0.2 mol电子，电子数约为1.204×1023，C正确；正极上MnO2得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，D正确。
5．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C
答案：D
解析：该电池负极为Li，外电路电子由负极流向正极，即由a流向b，A错误；Li＋通过离子交换膜在正极上形成LiF，即离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；Li是活泼金属，能与乙醇反应，所以不能用乙醇溶液代替，C错误。
6．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强
D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
答案：C
解析：该电池中活泼金属Fe失去电子，为负极，Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解质溶液为碱性溶液，A正确；放电时，负极铁失去电子生成Fe2＋，因为电解质溶液为碱性溶液，所以负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；放电时正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，C错误、D正确。
7．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
B．电极B为负极，MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．燃料电池每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过的电子数为6NA
D．燃料电池在放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
答案：C
解析：电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，结合图示，电极A反应为BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O，电极A为负极，A错误；电极B反应式为H2O2＋2e－===2OH－，电极B为正极，B错误；反应中H2O2中O元素的化合价由－1价降低为－2价，每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过电子的物质的量为6 mol，数目为6NA，C正确；燃料电池在放电过程中，阳离子Na＋从负极区向正极区迁移，D错误。
8．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极
B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2＋32H＋
C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32
D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高
答案：C
解析：在电极b硝酸根离子中氮元素化合价由＋5价降低为0价，则该电极为正极，电极a为负极，电子由a极经导线流向b极，H＋移向正极，即b电极，A错误；a极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－===7CO2＋32H＋，B错误；b电极为正极，1个硝酸根离子转移5个电子，a电极1个C6H5CHO转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32，C正确；加热时微生物会变性，效率会降低，D错误。
9．(1)利用原电池检测CO的原理如图所示，完成下列问题：
负极反应式为______________________，正极反应式为_____________________。
电池总反应为_________________________________。
(2)废气中NH3的发电原理如图所示，完成下列问题：
负极反应式为_________________________，正极反应式为_________________________。
电池总反应为____________________________。
(3)氢氧燃料固体电池(传导H＋固体电解质)如图所示，回答下列问题：
负极反应式为______________________，正极反应式为_____________________。
电池总反应为_________________________________。
答案：(1)CO－2e－＋O2－===CO2 O2＋4e－===2O2－ 2CO＋O2===2CO2
(2)2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O O2＋4e－===2O2－ 4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
(3)H2－2e－===2H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
解析：(1)CO为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为CO－2e－＋O2－===CO2；O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－===2O2－，电池总反应为2CO＋O2===2CO2。
(2)NH3为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O，O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－===2O2－，电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。
(3)根据题意，该装置为氢氧燃料电池，燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入氧气(或空气)的一极为正极，结合图示，通入氢气的Pt电极为负极，通入氧气的Pt电极为正极，据此分析解答。 (1)结合分析，H2是负极反应物，负极反应式为H2－2e－===2H＋；(2)结合分析，O2是正极反应物，负极产生的H＋移向正极，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，正极和负极电极反应式加和，电池总反应为2H2＋O2===2H2O。
1．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应式可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
答案：B
解析：根据总反应式中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应式为5MnO2＋2e－===Mn5O，负极反应式为2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl，A项错误、B项正确；原电池中阳离子向正极移动，C项错误；AgCl是氧化产物，D项错误。
2．微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．a极为该电池的负极
B．b极的电极反应式为[Fe CN 6]4－－e－===[Fe CN 6]3－
C．放电过程中a极附近溶液pH降低
D．当外电路通过1 mol e－时，理论上溶液中会有1 mol H＋通过质子交换膜移向b极
答案：B
解析：该电池中CH3OH作还原剂，所以a极为该电池的负极，A正确；b极的电极反应式为[Fe CN 6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－，B错误；放电过程中a极的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，所以其附近溶液pH降低，C正确；H＋通过质子交换膜移向b极，D正确。
3．一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A．使用碱性电解质水溶液
B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2
C．使用的隔膜是阳离子交换膜
D．充电时，电子从Mg电极流出
答案：C
解析：Mg为活泼金属，所以放电时Mg被氧化，Mg电极为负极，聚合物电极为正极。碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－ ===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。
4．某微生物电池在运行时可同时实现净化含葡萄糖的污水、净化含Cr2O废水(常温时pH约为6)和淡化食盐水，其装置示意图如图所示，图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为待淡化食盐水。已知Cr2O转化为Cr(OH)3，下列说法不正确的是( )
A．D为阴离子交换膜
B．X为含葡萄糖的污水，Y为含Cr2O废水
C．A室的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋
D．理论上处理1 mol的Cr2O的同时可脱除3 mol的NaCl
答案：D
解析：原电池中，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，电子从负极流出，电子沿着导线流向正极，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，电化学反应时，电极上电子数守恒，据此分析回答；A室为负极区，阴离子向负极移动，D为阴离子交换膜，允许阴离子通过，A正确；A室为负极区，X为含葡萄糖的污水，葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳，C室为正极区，Y为含Cr2O废水，正极反应式为Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3↓＋H2O，B正确；A室为负极区，葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，C正确；理论上处理1 mol的Cr2O的同时转移电子6 mol，即Na＋、Cl－分别定向移动6 mol，即可脱除6 mol的NaCl，D错误。
5．(1)Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。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-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_____________________________。
(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx。
①正极的电极反应式为_________________________。
②M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是___________________________________________。
③与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。
答案：(1)Zn(或锌) 正极 锌与还原出来的铜构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀
(2)xS＋2e－===S 离子导体(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5
解析：(2)正极上是S得到电子发生还原反应：xS＋2e－===S；要形成闭合回路，M必须能使离子在其中定向移动，故M的两个作用是导电和隔离；假设消耗的质量都是207 g，则铅蓄电池能提供的电子为2 mol，而钠硫电池提供的电子为9 mol，故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的4.5倍。
6．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。
(2)电池正极反应式为________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是_____________________。
答案：(1)b a (2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
(3)否 电极Li是活泼金属，能与水反应解析：(1)原电池中电流方向是由正极b流向负极a。(2)在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。(3)由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。
