人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：21【基础】化学电源

化学电源

【学习目标】
1、了解常见电池的分类及优点；
2、了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。
【要点梳理】
知识点一、化学电池
1、定义
化学电池是将化学能转变成电能的装置。

2、分类

3、化学电池的优点
①化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。
②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。
③使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。
4、判断电池优劣的主要标准
①比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位(W·h)/k或(W·h)/L。
②比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位W/kg或W/L。
③电池的可储存时间的长短。

知识点二、常见的化学电池
电池
负极反应
正极反应
总反应式
一次
电池
普通干电池
(Zn、MnO2、NH4Cl、C)
Zn－2e－＝Zn2+
2MnO2+2NH4++2e－
＝2NH3+Mn2O3+H2O
2MnO2+2NH4++Zn＝
2NH3+Mn2O3+H2O+Zn2+
碱性锌锰电池
(Zn、KOH、MnO2)
Zn+2OH－－2e－
＝Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e－
＝2MnOOH+2OH－
Zn+2MnO2+2H2O＝
2MnOOH+Zn(OH)2
锌银电池
(Zn、KOH、Ag2O)
Zn+2OH－－2e－
＝Zn(OH)2
Ag2O+H2O+2e－
＝2Ag+2OH－
Zn+Ag2O+H2O＝
Zn(OH)2+2Ag
二次电池
铅蓄电池
(Pb、H2SO4、PbO2)
Pb+SO42－－2e－
＝PbSO4
PbO2+4H++SO42－+2e－＝PbSO4+2H2O
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
氢镍电池
[H2、OH－、NiO(OH)]
H2+2OH－－2e－
＝2H2O
2NiO(OH)+2H2O+2e－＝2Ni(OH)2+2OH－
2NiO(OH)+H2
2Ni(OH)2
燃料电池
氢氧燃料电池
(H2、H+、O2)
2H2－4e－＝4H+
O2+4H++4e－
＝2H2O
2H2+O2＝2H2O
氢氧燃料电池
(H2、Na2SO4、O2)
2H2－4e－＝4H+
O2+2H2O+4e－
＝4OH－
2H2+O2＝2H2O
氢氧燃料电池
(H2、OH－、O2)
2H2+4OH－－4e－
＝4H2O
O2+2H2O+4e－
＝4OH－
2H2+O2＝2H2O
知识点三、各种化学电池的特点
名称
一次电池(干电池)
二次电池(充电电池或蓄电池)
燃料电池
定义
发生氧化还原反应的物质消耗到一定程度，就不能再使用
放电后可以再充电使发生氧化还原反应的物质获得再生
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池
特点
电解质溶液制成胶状，不流动
可以多次重复使用
工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能
举例
普通的锌锰电池、碱性锌锰电池
铅蓄电池、氢镍电池、镉镍电池
氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池
知识点四、化学电池电极反应式的书写
1、根据装置书写电极反应式
①先分析题目给定的图示装置，确定原电池正负极上的反应物质，并标出电子得失的数目。
②电极反应式的书写
a．负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：Pb+SO42－－2e－＝PbSO4。
b．正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：
电解质溶液是碱性或中性：O2+2H2O+4e－＝4OH－
电解质溶液是酸性；O2+4H++4e－＝2H2O
③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
2、给出总反应式，写电极反应式
如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，选择一个简单的变化去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。以2H2+O2＝2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下。
①根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应为：2H2－4e－＝4H+。
②根据电解质溶液为碱性，与H+不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式为：2H2+4OH－－4e－＝4H2O。
③用总反应式2H2+O2＝2H2O减去负极反应式得正极反应式为：2H2O+O2+4e－＝4OH－。
3、可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。
①原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；
②原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。
要点诠释：书写燃料电池的电极反应式时，首先要明确电解质是酸、碱还是熔融盐。在酸性电解质溶液中电极反应式中不能出现OH－，碱性电解质溶液中电极反应式中不要出现H+，同时还要分清燃料是H+还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C2H5OH……)，但无论是哪一种燃料在碱性条件下正极反应式都是一样的，即O2+4e－+2H2O＝4OH－。如果是含碳燃料，负极反应式的书写同CH4作负极时的书写方法相同，只是需要配上不同的化学计量数。一般来说，燃料电池的总反应式与燃料燃烧的反应方程式相同，因此可以通过将两极加和的方法，判断各极反应方程式的书写是否正确。
知识点五、新型电池
1、菠菜电池
科学家参照光合作用原理，利用生物技术手段发明了一种新型菠菜电池。科学家们首先从菠菜的叶绿体中分离出多种蛋白质，并将这些蛋白质分子与一种肽分子混合，这种肽分子能在蛋白质分子外形成保护层，为其创造类似植物叶片内的生存环境。之后，科学家又将提取出的蛋白质分子铺在一层金质薄膜上，而后在其最上方再加一层有机导电材料，做成一个类似“三明治”的装置。当光照射到这个“三明治”上时，装置内会发生光合作用，最终产生电流。
2、水充电池
水充电池的发明使水直接转化为电能成为现实。当水流动时，因摩擦而充满带正、负电荷的物质，与固体相互吸引，这样就会产生一个很薄的带静电荷的水流层，也叫双电荷层或者电偶层，如果将这两种电荷分开，就能使其像我们日常生活中使用的电池那样提供电能。这种“水充电池”无污染、无毒并且易于携带，预计在不久的将来，这种电池就可以投入商用了。
3、生物热电池
生物热电池是一块植有数千个微型热电发生器的芯片。它利用“热电偶效应”发电，即将两种不同的材料连接起来组成一个闭合回路，如果两个连接点的温度不一样，就能产生微小的电压。该装置用碲化铋半导体材料制造，其中掺入了杂质，使得一端富有多余的电子，另一端则因为缺少了电子而带正电，这样的制造方法使热电偶的发电能力比同等规模的金属装置更强。“生物热电池”能够持续工作约30年，这就可以减少更换电池的次数。
4、汽油电池
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通人空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了YO3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。
5、溶氧生物电池
用作人体心脏起搏器的电池规格与通常的电池有很大的不同。要求是一次电池，输出功率只需几个毫瓦，但必须连续工作若干年，其间不需要维持保养，例如Zn2+/Zn和H+/O2、Pt构成的“生物电池”。因人体体液中含有一定量的溶解氧，若该“生物电池”在低功率下工作，人体就会易于适应Zn2+的增加和H+的迁出。
【典型例题】
类型一：常见的化学电源
例1 下列说法中正确的是( )
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质储存在电池内
【答案】C
【解析】碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池，燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是从外界不断输入电池。
例2 普通锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为：Zn+2MnO2+2NH4+＝Zn2++Mn2O3+ 2NH3+H2O。此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A．MnO2和NH4+ B．Zn2+和NH4+ C．Zn D．碳棒
【答案】A
【解析】在电池的正极上发生的是得e－的还原反应，是总反应中氧化剂发生反应的电极。由普通锌锰干电池的总反应式可知，MnO2与NH4+发生的反应为正极反应。
举一反三：
【变式1】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法中错误的是( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时Pb是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－+SO42－＝PbSO4
D．工作时电解质溶液的密度减小
【答案】A
【解析】铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+，而Pb2+又与溶液中的SO42－生成PbSO4沉淀；放电时消耗硫酸的量与充电时生成硫酸的量相等，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
例3锂离子电池的总反应为：LixC+Li1﹣xCoO2 C+LiCoO2；
锂硫电池的总反应为：2Li+S Li2S。有关上述两种电池说法正确的是（　　）
A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移
B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C．理论上两种电池的比能量相同
D．图中表示用锂离子电池给锂硫电池充电
【思路点拨】电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电是电解的过程，解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。
【答案】B
【解析】A、原电池中阳离子向正极移动，则锂离子电池放电时，Li+向正极迁移，故A错误；
B、锂硫电池充电时，锂电极与外接电源的负极相连，锂电极上Li+得电子发生还原反应，故B正确；
C、比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，锂硫电池放电时负极为Li，锂离子电池放电时负极为LixC，两种电池的负极材料不同，所以比能量不同，故C错误；
D、用锂离子电池给锂硫电池充电时，Li为阴极，应与负极C相连，S为阳极应与正极LiCoO2相连，故D错误；
故选B。
【总结升华】原电池中应注意的3个“方向”：
(1)外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极；
(2)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极；
(3)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K+→正极，Cl-→负极。
类型二：电极方程式的书写
例4（2019 浙江模拟）Mg-H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下，下列说法不正确的是（ ）
A．石墨电极是该电池的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．Mg电极的电极反应式：Mg-2e-=Mg2+
D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再出石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
【思路点拨】该装置中Mg易失电子作负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+，石墨电极是该电池的正极，H2O2具有氧化性，应在原电池的正极被还原，电极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O，据此分析解答。
【答案】B
【解析】A项Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，A项正确；B项H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，B项正确；C项Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为：Mg-2e-=Mg2+，C项正确；D项电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，D项错误。故选D。
【总结升华】原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极，电流的方向是正极流向负极；内电路中阴离子流向负极，阳离子流向正极。

举一反三：
【变式1】某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说法正确的是
A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应
B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e－=Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应
D．充电时，阳极反应为：Li++e-=Li
【答案】B
【变式2】（2019 武汉模拟）可以将反应Zn+Br2====ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2+2e-====2Br-，②2Br--2e-====Br2，③Zn-2e-====Zn2+，④Zn2++2e-====Zn，其中表示放电时负极和正极反应的分别是（ ）
A．②和③　　　　　　　 B．②和①
C．③和① D．④和①
【答案】C
【解析】放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
【巩固练习】
1．下列说法错误的是（ ）
A．依据原电池的原理可设计出化学电源
B．原电池是化学电源的雏形
C．原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的负极材料的活动性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
2．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ 　）
　　A．利用电池外壳的金属材料
　　B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
　　C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
　　D．回收其中石墨电极
3．某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3+＋Fe＝3Fe2+，不能实现该反应的原电池是 (　　 )　?
　　A．正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
　　B．正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3溶液
　　C．正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液
　　D．正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4?溶液
4．（2019 武汉质检）纽扣电池可作为计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极组成分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。下列关于该电池的叙述不正确的是（ ）
A．电池工作时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
B．电池工作时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极
C．正极的电极反应为Ag2O+H2O+2e－==2Ag+2OH－
D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
5．下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
6．如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH﹣Ni电池），下列有关说法中不正确的是（　　）
A．放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e﹣→Ni（OH）2+OH﹣
B．电池的电解液可为KOH溶液
C．充电时负极反应为：MH+OH﹣→H2O+M+e﹣
D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
7．最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为：Zn+2MnO2+2H2O＝Zn(OH)2+2MnOOH。下列说法不正确的是（ ）
A．该电池中Zn为负极，MnO2为正极
B．该电池的正极反应为：2MnO2+2e－+2H2O＝2MnOOH+2OH－
C．导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn
D．电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片
8．蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是（ ）
A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极
B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中
C．放电时，负极上的电极反应为：Fe+2OH－－2e－＝Fe(OH)2
D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
9．电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源为铅蓄电池，其反应原理为PbO2+Pb+2H2SO4PbSO4+2H2O，下列叙述正确的是（ ）
A．电池放电时，PbO2是电池的正极，被氧化
B．电池放电时，SO42－只在负极发生反应
C．电池放电时，溶液的pH不断减小
D．电池放电时，正极反应式为：PbO2+4H++SO42－+2e－＝PbSO4+2H2O
10．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3，下列说法不正确的是（ ）
A．正极反应为：O2+2H2O+4e－＝4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
11．（2019 北京东城）实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是（ ）。

A．该原电池的正极反应：Zn－2e－==Zn2+
B．左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡生成
D．该电池总反应：3Zn+2Fe3+==2Fe+3Zn2+
12．锂电池是新一代高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li+MnO2＝LiMnO2，下列说法正确的是（ ）
A．Li是正极，电极反应为：Li－e－＝Li+
B．Li是负极，电极反应为：Li－e－＝Li+
C．MnO2是负极，电极反应为：MnO2+e－＝MnO2－
D．Li是负极，电极反应为：Li－2e－＝Li2+
13．（2019天津高考）铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（　　）
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
二、填空题
1．一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向另一个电极通入空气。回答下列问题：
（1）此电池放电时发生的化学反应是________________。
（2）此电池的正极发生的电极反应是________；负极发生的电极反应是________。
（3）电解液中的H+向________极移动；向外电路释放电子的电极是________。
（4）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是________。
2．锰锂电池的体积小、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　 　极流向　 　极（填字母）。
（2）电池正极反应式　 　。
（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　 　。
（4）MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为　 　。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为　 　。
【答案与解析】
1．C
【解析】A项，化学电源是依据原电池原理设计的，A项正确；B项也正确；C项，原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力，故C项错误，D项正确。
2．B
【解析】考查电池材料与环境保护的关系。
3．CD
【解析】根据方程式化合价的变化，可得出在原电池中Fe做负极，Fe3+在正极参加反应(即溶液中含有Fe3+)。
4．B
【解析】由总反应可以看出，Zn为负极，Ag2O为正极，电池工作时电子由负极Zn经外电路流向正极Ag2O，A项正确，B项错误；负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，C、D项正确。
5．B
【解析】锂离子电池可以重复使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中，电流是由铜电极流向锌电极，而电子是由锌电极流向铜电极，B项错；电池的实质即是把化学能转化成电能，C项正确；锌锰干电池中Zn失去电子生成Zn2+，故为负极，D项正确。
6．C
【解析】A、放电时，正极：NiOOH+H2O+e﹣=Ni（OH）2+OH﹣，故A正确；
B、为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故B正确；
C、充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e﹣=MH+OH﹣，故C错误；
D、M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故D正确；故选C。
7．C
【解析】原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子，因此该电池负极为Zn，正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式Zn－2e－+2OH－＝Zn(OH)2即得正极反应式2MnO2+2e－+2H2O＝2MnOOH+2OH－。电子只能由Zn经外电路流向MnO2，而不能通过内电路。
8．BD
【解析】蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属Fe，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+。由于负极（Fe）的附近聚集较多的Fe2+，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：
放电：负极，Fe－2e－+2OH－＝Fe(OH)2；
正极，NiO2+2e－+2H2O＝Ni(OH)2+2OH－。
充电：阴极，Fe(OH)2+2e－＝Fe+2OH－；
阳极，Ni(OH)2－2e－+2OH－＝NiO2+2H2O。
可见以上反应都是在碱性溶液中进行的，B不正确，C正确。
9．D
10．B
【解析】此电池在工作时，电子由铝电极沿导线流向铂电极，电流方向是电子流动方向的反方向，即由铂电极沿导线流向铝电极。
11．B
【解析】Zn失去电子，发生氧化还原反应，Zn为负极，A项错误；Fe3+被还原为Fe2+，溶液红色逐渐褪去，B项正确；铂电极作正极，无气泡生成，C项错误；该电池总反应：Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+，D项错误。
12．B
【解析】分析电池的总反应式Li+MnO2＝LiMnO2，可以知道Li失去电子，发生氧化反应，所以Li是负极，电极反应为Li－e－＝Li+；MnO2是正极，发生还原反应，电极反应为MnO2+e－＝MnO2－。
13．C
【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
A．Zn比Cu活泼，则Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，故A错误；
B．阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则两池中c(SO42－)不会改变，故B错误；
C．甲池中电极反应式为Zn-2e-→Zn2+，乙池中电极反应式为Cu2++2e-→Cu，Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中，由于Zn的摩尔质量比Cu大，则乙池溶液的总质量增加，故C正确；
D．由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则阴离子并不能通过交换膜，故D错误；
故选C。
二、填空题
1．（1）2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O
（2）3O2+12H++12e－＝6H2O 2CH3OH+2H2O－12e－＝2CO2↑+12H+
（3）正 负极 （4）产物对环境无污染
【解析】甲醇燃料电池实质就是利用甲醇燃料与氧气反应来提供电能。CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应式为2CH3OH+2H2O－12e－＝2CO2↑+12H+；氧气作正极，电极反应式为3O2+12H++12e－＝6H2O，两反应式相加得总反应式。在电池中负极释放电子并传导到正极上，故H+向正极移动。该电池的反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
2．（1）b；a；
（2）MnO2+e﹣+Li+=LiMnO2；
（3）否；电极Li是活泼金属，能与水反应；
（4）3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O；2：1。
【解析】（1）Li为负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从b极流向a极；
（2）MnO2为正极，被还原，电极方程式为MnO2+e﹣+Li+=LiMnO2；
（3）因负极材料为Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂；
（4）MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O，K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2，反应中Mn元素化合价分别由+6价升高到+7价、降低到+4价，由氧化还原反应氧化剂和还原剂之间得失电子数目相等可知，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2：1。