/第29講原電池和化學(xué)電源1.(2024·湖南卷，1,3分)近年來，我國新能源產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，下列說法錯(cuò)誤的是()A．理想的新能源應(yīng)具有資源豐富、可再生、對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)B．氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點(diǎn)C．鋰離子電池放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫嵌，充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌D．太陽能電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置[答案]D[解析]氫氧燃料電池可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)物為水，具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點(diǎn)，B正確；鋰離子電池放電時(shí)，Li＋從負(fù)極脫嵌向正極移動(dòng)，充電時(shí)Li＋從正極脫嵌，移向負(fù)極，C正確；太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，D錯(cuò)誤。2．(2024·江西卷，11,3分)我國學(xué)者發(fā)明了一種新型多功能甲醛—硝酸鹽電池，可同時(shí)處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說法正確的是()A．CuAg電極反應(yīng)為2HCHO＋2H2O－4e－=2HCOO－＋H2↑＋2OH－B．CuRu電極反應(yīng)為NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋8e－=NH3↑＋9OH－C．放電過程中，OH－通過質(zhì)子交換膜從左室傳遞到右室D．處理廢水過程中溶液pH不變，無需補(bǔ)加KOH[答案]B[解析]原電池中電子由負(fù)極流向正極，則CuAg電極為負(fù)極，CuRu電極為正極。A項(xiàng)，由題圖可知，負(fù)極電極反應(yīng)式為2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋H2↑＋2H2O，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，正極電極反應(yīng)式為NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋8e－=NH3↑＋9OH－，正確；C項(xiàng)，質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，總反應(yīng)為8HCHO＋NOeq\o\al(－,3)＋7OH－=NH3↑＋8HCOO－＋4H2↑＋2H2O，處理廢水過程中消耗OH－，溶液pH減小，需補(bǔ)加KOH，錯(cuò)誤。3．(2024·安徽卷，11,3分)我國學(xué)者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn－TCPP(局部結(jié)構(gòu)如標(biāo)注框內(nèi)所示)形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說法錯(cuò)誤的是()A．標(biāo)注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價(jià)鍵和配位鍵B．電池總反應(yīng)為Ieq\o\al(－,3)＋Zneq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))Zn2＋＋3I－C．充電時(shí)，陰極被還原的Zn2＋主要來自Zn－TCPPD．放電時(shí)，消耗0.65gZn，理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子[答案]C[解析]由題圖可知，標(biāo)注框內(nèi)結(jié)構(gòu)中含有C—N、C—H、C—C共價(jià)鍵，Zn2＋接受N原子提供的孤電子對(duì)形成配位鍵，A項(xiàng)正確；根據(jù)電池示意圖可知，放電時(shí)Zn電極處Zn失電子生成Zn2＋，Zn－TCPP超分子材料電極處Ieq\o\al(－,3)得電子生成I－，故電池總反應(yīng)為Ieq\o\al(－,3)＋Zneq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))Zn2＋＋3I－，B項(xiàng)正確；充電時(shí)，原本作負(fù)極的Zn電極變?yōu)殛帢O，由于Zn－TCPP中的Zn2＋形成了配位鍵難以電離，故充電時(shí)，陰極被還原的Zn2＋主要來自電解質(zhì)溶液ZnSO4，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，負(fù)極(Zn電極)的電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋，則每消耗0.65gZn(0.01mol)，理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子，D項(xiàng)正確。4．(2024·新課標(biāo)卷，12,6分)一種可植入體內(nèi)的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發(fā)電，從而控制血糖濃度。當(dāng)傳感器檢測到血糖濃度高于標(biāo)準(zhǔn)，電池啟動(dòng)。血糖濃度下降至標(biāo)準(zhǔn)，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計(jì))電池工作時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．電池總反應(yīng)為2C6H12O6＋O2=2C6H12O7B．b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入D．兩電極間血液中的Na＋在電場驅(qū)動(dòng)下的遷移方向?yàn)閎→a[答案]C[解析]根據(jù)題圖，a電極上O2轉(zhuǎn)化為OH－，發(fā)生還原反應(yīng)，為正極，則b電極為負(fù)極，b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用，實(shí)現(xiàn)了葡萄糖向葡萄糖酸的轉(zhuǎn)化。電池總反應(yīng)為2C6H12O6＋O2=2C6H12O7，A項(xiàng)正確；綜上分析可知，B項(xiàng)正確；根據(jù)電池總反應(yīng)可知2C6H12O6～O2～4e－，消耗18mg(即0.1mmol)葡萄糖，a電極有0.2mmol電子流入，C項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池中，陽離子從負(fù)極向正極遷移，則Na＋的遷移方向?yàn)閎→a，D項(xiàng)正確。5．(2023·新課標(biāo)卷，10,6分)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質(zhì)的電池，其示意圖如下所示。放電時(shí)，Zn2＋可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)V2O5為正極B．放電時(shí)Zn2＋由負(fù)極向正極遷移C．充電總反應(yīng)：xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2OD．充電陽極反應(yīng)：ZnxV2O5·nH2O－2xe－=xZn2＋＋V2O5＋nH2O[答案]C[解析]放電時(shí)，Zn為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為xZn－2xe－=xZn2＋，V2O5為正極，正極反應(yīng)為V2O5＋xZn2＋＋nH2O＋2xe－=ZnxV2O5·nH2O，總反應(yīng)為xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2O；放電時(shí)Zn2＋由負(fù)極移向正極；充電時(shí)總反應(yīng)為ZnxV2O5·nH2O=xZn＋V2O5＋nH2O，陽極反應(yīng)為ZnxV2O5·nH2O－2xe－=V2O5＋xZn2＋＋nH2O。綜上所述，A、B、D均正確，C不正確。6．(2023·山東卷，11(改編)，4分)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法不正確的是()A．甲室Cu電極為負(fù)極B．隔膜為陽離子膜C．電池總反應(yīng)為Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋D．NH3擴(kuò)散到乙室將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響[答案]B[解析]甲室中發(fā)生反應(yīng)：Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)=[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，根據(jù)Cu2＋的濃度差可以設(shè)計(jì)濃差電池。NH3通入甲室發(fā)生反應(yīng)NH3＋H2O=NH3·H2O，溶液中Cu2＋與NH3·H2O結(jié)合生成[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋＋4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，甲室Cu電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)Cu－2e－=Cu2＋，則甲室中總反應(yīng)為Cu－2e－＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋；乙室Cu電極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)Cu2＋＋2e－=Cu，乙室中SOeq\o\al(2－,4)向甲室移動(dòng)，甲室中[Cu(NH3)4]SO4濃度增大，排出收集，低溫?zé)峤馍蒀uSO4和NH3，NH3回到甲室中生成NH3·H2O循環(huán)使用。甲室中Cu電極為負(fù)極，A項(xiàng)正確；因需要在甲室中實(shí)現(xiàn)CuSO4溶液的再生，故需要使乙室中SOeq\o\al(2－,4)通過陰離子交換膜進(jìn)入甲室，B項(xiàng)錯(cuò)誤；上述分析中甲室中總反應(yīng)與乙室中Cu電極的電極反應(yīng)相加得總反應(yīng)Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋，C項(xiàng)正確；如果NH3進(jìn)入乙室，則乙室中Cu2＋濃度降低，濃差電池的電動(dòng)勢(shì)差將減小，D項(xiàng)正確。本講要點(diǎn)速記：1．原電池中的能量轉(zhuǎn)化及本質(zhì)(1)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)反應(yīng)本質(zhì)：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2．原電池中粒子的“移動(dòng)方向”(1)外電路中電子移動(dòng)方向：負(fù)極→正極。(2)外電路中電流方向：正極→負(fù)極。(3)電池內(nèi)部離子移動(dòng)方向：陰離子→負(fù)極，陽離子→正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動(dòng)方向：K＋→正極，Cl－→負(fù)極。3．原電池中正、負(fù)極的確定方法注：原電池正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，即活潑電極不一定作負(fù)極例：Mg-Al、NaOH溶液形成的原電池中，鋁作負(fù)極4．化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物。(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物。(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確