第18講原電池化學電源【課標要求】1.理解原電池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。考點1原電池的工作原理及應用1．概念：把化學能轉化為電能的裝置。2．構成條件(1)有兩個電極(大多數不同，也可能相同，如氫氧燃料電池等)；(2)有電解質(電解質通常是溶液，也可能是熔融狀態或固體電解質)；(3)有閉合回路(首尾連通，教學時展示各種閉合回路)；(4)有自發的氧化還原反應。3．工作原理(以銅鋅原電池為例) (1)工作原理電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn沿導線流向Cu鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負極(2)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。②鹽橋的作用：a.連接內電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產生電流。[提醒]①電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。②無論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。4．原電池原理的應用(1)比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)。(2)加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。(3)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護。(4)設計制作化學電源①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。②根據原電池的工作原理，結合兩個半反應，選擇正、負電極材料以及電解質溶液。1．下面裝置中，能構成原電池的是________(填序號)。答案：②④⑥⑦⑨2．原電池正負極的判斷方法(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動性較強的金屬為________極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為________極。(2)根據電流方向或電子流動方向判斷。電流由________極流向________極；電子由________極流向________極。(3)根據原電池中電解質溶液內離子的移動方向判斷。在原電池的電解質溶液內，陽離子移向________極，陰離子移向________極。(4)根據原電池兩極發生的變化來判斷。原電池的________極失電子發生氧化反應，其________極得電子發生還原反應。(5)根據現象判斷。一般情況下，溶解的一極為________極，增重或有氣體逸出的一極為________極。答案：(1)負正(2)正負負正(3)正負(4)負正(5)負正[歸納提升]原電池正、負極的判斷題組一原電池的工作原理1．如圖所示裝置中，觀察到電流計指針偏轉，M棒變粗，N棒變細，由此判斷表中所列M、N、P物質，其中可以成立的是()MNPAZnCu稀H2SO4BCuFe稀HClCAgZnAgNO3溶液DZnFeFe(NO3)3溶液解析：在裝置中電流計指針發生偏轉，說明該裝置構成了原電池，根據正負極的判斷方法，溶解的一極為負極，增重的一極為正極，所以M棒為正極，N棒為負極，且電解質溶液能析出固體，則只有C項正確。答案：C2．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關敘述正確的是()A.銅電極上發生氧化反應B．電池工作一段時間后，甲池的c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)))減小C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加D．陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡解析：Zn作負極，Cu作正極，銅電極上發生還原反應，A項錯誤；負極發生的反應為Zn－2e－=Zn2＋，正極反應為Cu2＋＋2e－=Cu，而該離子交換膜是陽離子交換膜，因此Zn2＋由甲池交換到乙池，故甲池中硫酸根離子濃度幾乎不變，B、D項錯誤；銅電極上Cu2＋放電，Zn2＋通過陽離子交換膜進入乙池，C項正確。答案：C3．常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示，反應過程中有紅棕色氣體產生。0～t1時，原電池的負極是Al片，此時，正極的電極反應式是______________，溶液中的H＋向________極移動。t1時，原電池中電子流動方向發生改變，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案：2H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋e－=NO2↑＋H2O正Al在濃HNO3中發生鈍化，氧化膜阻止了Al的進一步反應[歸納提升]原電池工作原理簡圖題組二原電池原理的應用4．(1)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入一定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。(2)將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液。請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。(3)將第(2)題中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，請畫出產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系圖像。答案：(1)(2)(3)5．某校化學興趣小組進行探究性活動：將氧化還原反應2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2，設計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任選。請畫出設計的原電池裝置圖，并標出電極材料，電極名稱及電解質溶液。答案：歸納提升畫原電池裝置圖常見失分點失分點1.不注明電極材料名稱或元素符號。失分點2.不畫出電解質溶液(或畫出但不標注)。失分點3.誤把鹽橋畫成導線。失分點4.不能連成閉合回路。題組三聚焦“鹽橋”原電池6．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2設計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流表讀數為零時，反應達到化學平衡狀態D．電流表讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極解析：由圖示結合原電池原理分析可知，Fe3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流表讀數為零時，Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態，C正確；D項，在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確。答案：D7．(雙選)如圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將反應“AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2I－＋2H＋?AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))＋I2＋H2O”設計成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40%NaOH溶液。下列敘述中正確的是()A．甲組操作時，電流表(A)指針發生偏轉B．甲組操作時，溶液顏色變淺C．乙組操作時，C1做正極D．乙組操作時，C1上發生的電極反應為I2＋2e－=2I－解析：裝置Ⅰ中的反應，AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2I－＋2H＋?AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))＋I2＋H2O，當加入適量濃鹽酸時，平衡向右移動，有電子轉移，但電子不會沿導線通過，所以甲組操作時，電流表(A)指針不會發生偏轉，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深；向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液，C2上發生：AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3))－2e－＋2OH－=AsOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋H2O，電子沿導線到C1棒，I2＋2e－=2I－，所以C2為負極，C1為正極。答案：CD考點2化學電源一、一次電池：只能使用一次，不能充電復原繼續使用1．堿性鋅錳干電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：碳棒。電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。2．紐扣式鋅銀電池總反應式：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。電解質是KOH。負極材料：Zn。電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正極材料：Ag2O。電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。3．鋰電池Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表示為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)負極材料為鋰，電極反應為8Li－8e－=8Li＋。(2)正極的電極反應為3SOCl2＋8e－=2S＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6Cl－。二、二次電池：放電后能充電復原繼續使用鉛蓄電池總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)(1)放電時——原電池負極反應：Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4；正極反應：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O。(2)充電時——電解池陰極反應：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))；陽極反應：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))_。三、“高效、環境友好”的燃料電池1．氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。電池酸性堿性或中性負極反應式2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極反應式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應式2H2＋O2=2H2O備注燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用2.解答燃料電池題目的思維模型(1)鉛蓄電池放電時，正極與負極質量均增加。()(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。()(3)若使反應Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵做電極材料。()(4)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長。()(5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能。()(6)鉛蓄電池工作時，當電路中轉移0.2mol電子時，消耗0.1molH2SO4。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×可充電電池充電時電極與外接電源的正、負極如何連接？答案：題組一傳統一次電池1．酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程中產生MnOOH。(1)該電池的正極反應式為___________________________________________，電池總反應的離子方程式為___________________________________________。(2)維持電流強度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅________g(已知F＝96500C·mol－1)。解析：(1)根據酸性鋅錳干電池的構造可知，放電時，負極Zn失去電子生成Zn2＋，正極MnO2得到電子生成MnOOH，從而可寫出正極和負極的電極反應式，然后在遵循得失電子守恒的前提下，將兩極反應式加合可得電池總反應的離子方程式。(2)電池工作5分鐘，通過的電量Q＝0.5A×5min×60s·min－1＝150C，則理論上消耗Zn的質量m(Zn)＝eq\f(150C,2×96500C·mol－1)×65g·mol－1≈0.05g。答案：(1)MnO2＋e－＋H＋=MnOOHZn＋2MnO2＋2H＋=Zn2＋＋2MnOOH(2)0.05題組二傳統二次電池2．鎘鎳可充電電池的充、放電反應按下式進行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判斷錯誤的是()A．放電時，Cd作負極B．充電時，正極上發生還原反應C．電解質溶液為堿性溶液D．放電時，負極反應為Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2解析：該原電池放電時，Cd元素化合價由0價變為＋2價，Cd失電子發生氧化反應而作負極，故A正確；充電時，正極是陽極，發生氧化反應，故B錯誤；放電時，正、負極上電極反應式分別為NiO(OH)＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－、Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，根據電極反應式知，電解質溶液為堿性溶液，故C正確；放電時，Cd失電子發生氧化反應而作負極，電極反應式為Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2，故D正確。答案：B3．鉛蓄電池是典型的可充電電池，它的正、負極板是惰性材料，電池總反應式為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))2PbSO4＋2H2O。請回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時：正極的電極反應式是_________________________________________________________________________________________________________；電解液中H2SO4的濃度將變________；當外電路通過1mol電子時，理論上負極板的質量增加________g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按如圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成________，B電極上生成________，此時鉛蓄電池的正極、負極的極性將________。解析：(1)原電池里正極上得電子，負極上失電子。根據電池總反應式負極反應為Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4質量增加2mol96g1molΔm求得Δm＝48g。(2)電解池里與電源正極相連的電極(陽極)上失電子，與電源負極相連的電極(陰極)上得電子。則陽極反應為PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))；陰極反應為PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。根據圖示，電解一段時間后，原PbO2極變成Pb，原Pb極變成PbO2，即鉛蓄電池的正負極的極性對換。答案：(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4＋2H2O小48(2)PbPbO2對換題組三新型二次電池4．(2020·河北省承德月考)用吸附了H2的碳納米管等材料制作的二次電池的原理如圖所示。下列說法正確的是()A．放電時，甲電極為正極，OH－移向乙電極B．放電時，乙電極反應為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiO(OH)＋H2OC．充電時，電池的甲電極與直流電源的正極相連D．電池總反應為H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2解析：A.放電時，該電池為原電池，電解質溶液中陰離子向負極移動，所以OH－向負極甲電極移動，A錯誤；B.放電時，乙電極為正極，得電子發生還原反應，電極反應為NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，B錯誤；C.放電時，氫氣在碳電極發生氧化反應，碳電極作負極；充電時，碳電極發生還原反應，作陰極，應與電源的負極相連，C錯誤；D.放電時，正極電極反應式為NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，負極電極反應式為H2＋2OH－－2e－=2H2O，兩式相加得總反應：H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2，D正確。答案：D題組四鋰離子電池5．石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，而研發的新型可充放電電池，其反應式為LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如圖所示。下列關于該電池的說法正確的是()A．充電時，Li＋嵌入LiCoO2中B．放電時，LiCoO2極發生的電極反應為LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋C．放電時負極反應式為Li－e－=Li＋D．充電時，若轉移1mole－，石墨烯電極增重7g解析：根據電池反應式知，負極反應式為LixC6－xe－=C6＋xLi＋，正極反應式為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，B、C錯誤；充電時，陰極、陽極反應式與負極、正極反應式正好相反，石墨烯為陰極，C6發生還原反應生成LixC6，則Li＋向石墨烯移動，故A項錯誤；充電時，石墨烯電極的電極反應式為C6＋xLi＋＋xe－=LixC6，根據關系式xe－～C6～LixC6電極增重的實際質量為鋰元素的質量，所以若轉移1mole－，電極增重為1mol×7g·mol－1＝7g，故D項正確。答案：D6．(雙選)鋁-石墨雙離子電池是一種全新的低成本高效能電池，反應原理為AlLi＋Cx(PF6)Al＋xC＋Li＋＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))。下列說法正確的是()A．放電時，外電路中電子向鋁鋰電極移動B．充電時，應將石墨電極與電源負極相連C．放電時，正極反應式為Cx(PF6)＋e－=xC＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))D．充電時，若電路中轉移1mol電子，則陰極質量增加7g解析：根據反應總方程式可知，該裝置放電過程中，鋰元素化合價升高發生氧化反應，所以鋁鋰電極作負極，石墨電極作正極，則外電路電子向石墨電極移動，故A項錯誤；充電過程為放電過程的逆過程，石墨電極作為陽極與電源的正極相連，故B項錯誤；放電時正極發生還原反應，其電極反應式可表示為Cx(PF6)＋e－=xC＋PFeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(6))，故C項正確；充電時，陰極鋰離子發生還原反應，電極反應為：Al＋Li＋＋e－=AlLi，所以轉移1mole－，陰極電極從Al變為AlLi將增重1mol×7g·mol－1＝7g，故D項正確。答案：CD四步敲定高考新情景電池電極反應式的書寫近幾年高考中的新型電池種類繁多，“儲氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等，這些新型電源常以選擇題的形式呈現。解答這類考題，首先要理解常見的化學電源種類及原電池的工作原理，其次會判斷正負電極或陰陽極，以及會書寫電極反應式等，其中，電極反應式的書寫要求較高，難度較大。1．以CH3OH燃料電池的負極為例解讀四步法第一步，還原劑－ne－→氧化產物：CH3OH－ne－→CO2↑(注意電解質溶液呈堿性時：CH3OH－ne－→COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))。第二步，標變價算n值：n＝[4－(－2)]×1＝6。第三步，根據電池情景用H＋、OH－、O2－、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等陰、陽離子配平電荷；即在第二步的基礎上觀察方程式：CH3OH－6e－→CO2↑左邊有6個單位的正電荷。(1)酸性電解質時右邊加6個單位的H＋使電荷守恒：得CH3OH－6e－→CO2↑＋6H＋；(2)熔融氧化物為電解質時左邊加3個單位的O2－使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－→CO2↑；(3)熔融碳酸鹽為電解質時左邊加3個單位的COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))→4CO2↑；(4)堿性電解質時，在第二步的基礎上觀察方程式：CH3OH－6e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))左邊有6個單位的正電荷，右邊有2個單位的負電荷，此時，左邊加8個單位的OH－使電荷守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－→COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))。第四步，用H2O等小分子配平原子。(1)酸性電解質時左邊加1個單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋；(2)熔融氧化物為電解質時右邊加2個單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O；(3)熔融碳酸鹽為電解質時右邊加2個單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=4CO2↑＋2H2O；(4)堿性電解質時右邊加6個單位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6H2O。“四步法”書寫電極反應式的步驟歸納如下：第一步：書寫負極(陽極)，還原性微粒－ne－→氧化性產物；正極(陰極)：氧化性微粒＋ne－→還原性產物。第二步：標變價算n值，n＝(高價－低價)×變價原子個數。第三步：根據電池情景用H＋、OH－、O2－、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等陰、陽離子配平電荷。第四步：用H2O等小分子配平原子。2．已知總方程式，書寫電極反應式的步驟與技巧(1)書寫步驟①步驟一：在電池總反應式上標出電子轉移的方向和數目(ne－)。②步驟二：找出正、負極，失電子的電極為負極；確定溶液的酸堿性。③步驟三：寫電極反應式。負極反應：還原劑－ne－→氧化產物正極反應：氧化劑＋ne－→還原產物(2)書寫技巧若某電極反應式較難寫時，可先寫出較易的電極反應式，用總反應式減去較易的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。[考能突破練]1．MgAgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池反應方程式為2AgCl＋Mg=Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，試書寫該電池的電極反應式：負極：___________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：Mg－2e－=Mg2＋2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－2．鋁-空氣海水電池：以鋁板為負極，鉑網為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產生電流。電池總反應為4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3；負極：__________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：4Al－12e－=4Al3＋3O2＋6H2O＋12e－=12OH－3．某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時電池總反應為Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x<1)；負極：__________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO24．一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池(如下圖所示)的碳電極。該電池的電解質溶液為6mol·L－1的KOH溶液。寫出放電時的正、負極電極反應式：負極：____________________________________________________________________________________________________________________________________；正極：___________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：H2－2e－＋2OH－=2H2O2NiO(OH)＋2H2O＋2e－=2Ni(OH)2＋2OH－5．以甲烷燃料電池為例來分析不同的環境下電極反應式的書寫。(1)酸性介質(如H2SO4)負極：______________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應式：_________________________________________________________。(2)堿性介質(如KOH)負極：_____________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應式：_______________________________________________________。(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)負極：____________________________________________________________；正極：_____________________________________________________________；總反應式：________________________________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下負極：____________________________________________________________；正極：____________________________________________________________；總反應式：________________________________________________________。答案：(1)CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋=4H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2O(2)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O=8OH－CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋3H2O(3)CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O2O2＋8e－=4O2－CH4＋2O2=CO2＋2H2O(4)CH4－8e－＋4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=5CO2＋2H2O2O2＋8e－＋4CO2=4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))CH4＋2O2=CO2＋2H2O1．(2020·高考全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發生反應：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4H2O，該電池工作時，下列說法錯誤的是()A．負載通過0.04mol電子時，有0.224L(標準狀況)O2參與反應B．正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高C．電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))D．電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極解析：根據VB2電極發生的反應VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))＋2B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4H2O，判斷得出VB2電極為負極，復合碳電極為正極，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋4VOeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))，C正確；負載通過0.04mol電子時，有0.01mol氧氣參與反應，即標準狀況下有0.224L氧氣參與反應，A正確；負極區消耗OH－，溶液的pH降低，正極區生成OH－，溶液的pH升高，B錯誤；電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極，D正確。答案：B2．(2020·高考全國卷Ⅰ)科學家近年發明了一種新型Zn-CO2水介質電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時，溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等，為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))B．放電時，1molCO2轉化為HCOOH，轉移的電子數為2molC.充電時，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高解析：由裝置示意圖可知，放電時負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，A項正確；放電時CO2轉化為HCOOH，C元素化合價降低2，則1molCO2轉化為HCOOH，轉移電子2mol，B項正確；由裝置示意圖可知充電時正極(陽極)產生O2，負極(陰極)產生Zn，C項正確；充電時正極(陽極)上發生反應2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－濃度降低，D項錯誤。答案：D3．(2019·高考全國卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是()A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能B.陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動解析：A對：該反應中，可產生電流，反應條件比較溫和，沒有高溫高壓條件。B錯：該生物燃料電池中，左端電極反應式為MV＋－e－=MV2＋，則左端電極是負極，應為負極區，在氫化酶作用下，發生反應H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋。C對：右端電極反應式為MV2＋＋e－=MV＋，是正極，在正極區N2得到電子生成NH3，發生還原反應。D對：原電池中，內電路中H＋通過交換膜由負極區向正極區移動。答案：B4．(2019·高考全國卷Ⅲ)為提升電池循環效率和穩定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3D-Zn-NiOOH二次電池，結構如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)