几种重要的化学电池A讲解.docx

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几种重要的化学电池A讲解

考点一几种重要的化学电池

高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”（如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池）、“锂离子电池”、“锌银电池”、“钮扣电池”、“Mg—AgCl电池”、“Mg—H2O2电池”等。

新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。

1．判断电极

（1）“放电”时正、负极的判断

①负极：

元素化合价升高或发生氧化反应的物质；②正极：

元素化合价降低或发生还原反应的物质。

（2）“充电”时阴、阳极的判断

①阴极：

“放电”时的负极在“充电”时为阴极；②阳极：

“放电”时的正极在“充电”时为阳极。

2．微粒流向

（1）电子流向

①电解池：

电源负极→阴极，阳极→电源正极；

②原电池：

负极→正极。

提示：

无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。

（2）离子流向

①电解池：

阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；②原电池：

阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3．书写电极反应式

（1）“放电”时电极反应式的书写

①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；

②根据守恒书写负极（或正极）反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。

（2）“充电”时电极反应式的书写

充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

题组一　“一池多变”的燃料电池

1．（2012·四川理综，11）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（　　）

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

答案　C

解析　解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。

在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错；电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。

2．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。

下列叙述正确的是（　　）

①通入CH4的电极为正极　②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－　③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O　④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O　⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动　⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动

A．①③⑤B．②④⑥

C．④⑤⑥D．①②③

答案　B

解析　根据题意知发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反应产生的CO2在KOH溶液中会转化为CO

。

CH4为还原剂，应通入电源的负极，所以①错误；正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正确，③错误；放电时溶液（原电池内电路）中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。

3．下列叙述中正确的是（　　）

A．图①中正极附近溶液pH降低

B．图①中电子由Zn流向Cu，盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液

C．图②正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．图②中加入少量K3[Fe（CN）6]溶液，有蓝色沉淀生成

答案　D

解析　A项，正极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，c（Cu2＋）减小，Cu2＋＋2H2OCu（OH）2＋2H＋平衡向左移动，酸性减弱，pH应升高；B项，盐桥中的Cl－应移向负极区域；C项，应发生析氢腐蚀；D项，K3[Fe（CN）6]和Fe2＋反应生成Fe3[Fe（CN）6]2蓝色沉淀。

4．硼化钒（VB2）—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如右，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。

下列说法正确的是（　　）

A．电极a为电池负极

B．图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过

C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极

D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O

答案　D

解析　电极反应式为正极：

11O2＋44e－＋22H2O===44OH－，

负极：

4VB2＋44OH－－44e－===2V2O5＋4B2O3＋22H2O；B项，因为负极上消耗OH－，所以选择性透过膜应只让阴离子选择性透过；C项，电子不会进入电解质溶液。

5．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。

下列说法不正确的是（　　）

A．在熔融电解质中，O2－向正极定向移动

B．电池的总反应是：

2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为O2＋4e－===2O2－

D．通入丁烷的一极是负极，电极反应为C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O

答案　A

解析　电极反应式为

正极：

O2＋4e－===2O2－

负极：

C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O

A项，O2－在正极上生成，应移向负极。

6．（2014·上海，12）如下图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是（　　）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－―→H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体

答案　B

解析　本题考查电化学原理。

K1闭合，该装置为原电池，根据原电池原理铁棒为负极，发生的反应为Fe－2e－―→Fe2＋，石墨棒为正极，发生的反应为O2＋4e－＋2H2O―→4OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，所以A错误、B正确；K2闭合则为电解池装置，根据电解原理，铁棒为阴极，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C错；此电解池是电解饱和NaCl溶液，两极产生氢气和氯气共为0.002mol，D错。

7．近年来，金属—空气电池的研究和应用取得很大进步，这种新型燃料电池具有比能量高、污染小、应用场合多等多方面优点。

铝—空气电池工作原理如图所示。

关于金属—空气电池的说法不正确的是（　　）

A．铝—空气电池（如上图）中，铝作负极，电子通过外电路到正极

B．为帮助电子与空气中的氧气反应，可使用活性炭作正极材料

C．碱性溶液中，负极反应为Al（s）＋3OH－（aq）===Al（OH）3（s）＋3e－，每消耗2.7gAl（s），需耗氧6.72L（标准状况）

D．金属—空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀

答案　C

解析　C项，电极反应式为

负极：

4Al（s）－12e－＋16OH－（aq）===4AlO

（aq）＋8H2O

正极：

3O2＋12e－＋6H2O===12OH－（aq）

所以每消耗2.7gAl，需耗氧（标准状况）的体积为

×

×3×22.4＝1.68L。

不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。

主要集中在：

一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。

下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。

（1）酸性介质，如H2SO4。

CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。

电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

正极：

O2＋6e－＋6H＋===3H2O

（2）碱性介质，如KOH溶液。

CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO

，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O

正极：

O2＋6e－＋3H2O===6OH－

（3）熔融盐介质，如K2CO3。

在电池工作时，CO

移向负极。

CH3OH在负极上失去电子，在CO

的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO

，其电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋3CO

===4CO2↑＋2H2O

正极：

O2＋6e－＋3CO2===3CO

（4）掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。

根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O

正极：

O2＋6e－===3O2－

题组二　“久考不衰”的可逆电池

8．（2014·天津理综，6）已知：

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．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

答案　B

解析　锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋移向正极，A错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程，D错误。

9．（2014·浙江理综，11）镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH

已知：

6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

答案　A

解析　A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确；B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误；C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误；D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。

10．液流电池是一种新型可充电的高性能蓄电池，其工作原理如下图。

两边电解液存储罐盛放的电解液分别是含有V3＋、V2＋的混合液和VO

、VO2＋酸性混合液，且两极电解液分开，各自循环。

下列说法不正确的是（　　）

A．充电时阴极的电极反应是V3＋＋e－===V2＋

B．放电时，VO

作氧化剂，在正极被还原，V2＋作还原剂，在负极被氧化

C．若离子交换膜为质子交换膜，充电时当有1mole－发生转移时，左槽电解液的H＋的物质的量增加了1mol

D．若离子交换膜为阴离子交换膜，放电时阴离子由左罐移向右罐

答案　C

解析　放电时的电极反应式为

负极：

V2＋－e－===V3＋

正极：

VO

＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O

充电时的电极反应式为

阴极：

V3＋＋e－===V2＋

阳极：

VO2＋＋H2O－e－===VO

＋2H＋

A、B正确；D项，右罐正电荷增多，所以阴离子由左罐移向右罐；C项，根据电解池电极反应式，充电时当有1mole－发生转移时，左槽电解液的H＋增加2mol，错误。

11．我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。

常见镍氢电池的某极是储氢合金LaNi5H6（LaNi5H6中各元素化合价均可视为零价），电池放电时发生的反应通常表示为LaNi5H6＋6NiO（OH）===LaNi5＋6Ni（OH）2。

下列说法正确的是（　　）

A．放电时储氢合金作正极

B．放电时负极反应为LaNi5H6－6e－===LaNi5＋6H＋

C．充电时阳极周围c（OH－）减小

D．充电时储氢合金作负极

答案　C

解析　放电时的电极反应式为

负极：

LaNi5H6－6e－＋6OH－===LaNi5＋6H2O

正极：

6NiO（OH）＋6e－＋6H2O===6Ni（OH）2＋6OH－

充电时的电极反应式为

阴极：

LaNi5＋6H2O＋6e－===LaNi5H6＋6OH－

阳极：

6Ni（OH）2＋6OH－－6e－===6NiO（OH）＋6H2O

C项，在阳极周围消耗OH－，其浓度减小。

12．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，某研究小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．装置A中碳棒为阴极

B．装置B中通入空气的电极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．污水中加入适量的硫酸钠，既可增强溶液的导电性，又可增强凝聚净化的效果

D．标准状况下，若A装置中产生44.8L气体，则理论上B装置中要消耗CH411.2L

答案　C

解析　燃料电池电极反应式为

负极：

CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O

正极：

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

电解池电极反应式为

阳极：

Fe－2e－===Fe2＋，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

Fe（OH）3具有吸附性，从而达到净水目的；

C项，Na2SO4易溶于水且呈中性；

D项，A装置除产生H2外，还会产生O2，所以消耗的CH4不是11.2L。

对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池的工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。

题组三　“全新应用”的高科技电池

13．气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。

下图为电池的工作示意图：

气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。

下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。

则下列说法中正确的是（　　）

待测气体

敏感电极部分产物

NO2

NO

Cl2

HCl

CO

CO2

H2S

H2SO4

A.上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极

B．检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－

C．检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同

答案　B

解析　A项，NO2―→NO，得电子，作正极，Cl2―→HCl，得电子，作正极，CO―→CO2，失电子，作负极，H2S―→H2SO4，失电子，作负极；B项，根据产物可以判断Cl2得电子，生成Cl－，正确；C项，应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；D项，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以检测体积分数相同的两气体时传感器上产生的电流大小不相同。

14．（2014·大纲全国卷，9）下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

答案　C

解析　A项，在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正极发生的是还原反应，分析化合价的升降，正确；B项，因为该电池为金属氢化物镍电池，又有Ni（OH）2等产生，因此可用碱性溶液作电解质溶液，正确；C项，该反应为放电时的负极反应，错误；D项，氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密度越高，正确。

考点二电解池的“不寻常”应用

“六点”突破电解池

1．分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。

2．剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

3．注意放电顺序。

4．书写电极反应式，注意得失电子守恒。

5．正确判断产物。

（1）阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解（注意：

铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋）；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）。

（2）阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）

6．恢复原态措施。

电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。

一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3复原。

题组一　电解原理在“治理环境”中的不寻常应用

1．工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

已知：

①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解

②氧化性：

Ni2＋（高浓度）＞H＋＞Ni2＋（低浓度）

A．碳棒上发生的电极反应：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

答案　B

解析　电极反应式为

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

Ni2＋＋2e－===Ni

2H＋＋2e－===H2↑

A项正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中，OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水pH；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，正确。

2．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

（1）图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）________极，C口流出的物质是________。

（2）SO

放电的电极反应式为____________。

（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因________。

答案　

（1）负　硫酸

（2）SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

（3）H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

解析　根据Na＋、SO

的移向判断阴、阳极。

Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为

阳极：

SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c（H＋）减小，c（OH－）增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

题组二　电解原理在“制备物质”中的不寻常应用

3．

（1）[2014·新课标全国卷Ⅰ，27（4）]H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式__________________________________________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因__________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO

穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2

4．根据2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的______极，其电极反应式为________________

________________________________________________________________________。

答案　正极　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

解析　根据NaOH溶液浓度的变化及Na＋交换膜，左侧为阴极区域，右侧为阳极区域，电极反应式为

阴极：

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－

阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

在阳极区域：

2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O。

考点三　金属腐蚀与防护的“两种比较”、“两种方法”

1．两种比较

（1）析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

类型

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜呈酸性

水膜呈弱酸性或中性

正极

反应

2H＋＋2e－===H2↑

O2＋2H2O＋4e－

===4OH－

负极反应

Fe－2e－===Fe2＋

其他反应

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

Fe（OH）3失去部分水转化为铁锈

（2）腐蚀快慢的比较

①一般来说可用下列原则判断：

电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；

②对同一金属来说，腐蚀的快慢：

强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；

③活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；

④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。

2．两种保护方法

（1）加防护层

如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。

（2）电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：

正极为被保护的金属，负极为比被保护的金属活泼的金属；

②外加电流的阴极保护法——电解原理：

阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。