2023届新教材新高考一轮复习鲁科版第6章第20讲　化学能转化为电能-电池学案.docx

第20讲化学能转化为电能电池复习目标核心素养1了解原电池及常见化学电源的工作原理。2能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。3能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。1变化观念与平衡思想：认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应；能多角度动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。2证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，构建原电池工作原理的模型，并利用模型分析常见化学电源的工作原理。考点一原电池的工作原理及应用1概念：利用氧化还原反应将把化学能直接转化为电能的装置。2构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。(2)二看两电极：一般是金属活动性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液。微思考在如图所示的8个装置中，属于原电池的是 。提示：3工作原理(以铜锌原电池为例)(1)原理分析电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极(2)两种装置比较盐桥作用：a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。装置中有部分Zn与Cu2直接反应，使电池效率降低；装置中使Zn与Cu2隔离，电池效率提高，电流稳定。电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。4原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。(4)设计制作化学电源首先将氧化还原反应分成两个半反应。根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。()(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。()(4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。()(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。()(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。()答案：(1)(2)(3)×(4)×(5)×(6)典例控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原C电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极解析由图示结合原电池原理分析可知，Fe3得电子变成Fe2被还原，I失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3得电子速率等于Fe2失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe32I2Fe2I2向左移动，I2被还原为I，乙中石墨为正极，甲池中Fe2被氧化、甲中石墨为负极，D不正确。答案D延伸探究(1)反应开始时，如何确定原电池的两个电极？(2)电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，盐桥中离子是怎样定向移动的？(已知盐桥填充物中含有KNO3)提示：(1)反应开始时，反应2Fe32I2Fe2I2向正向进行，I失去电子变成I2被氧化，乙中的石墨电极为负极，Fe3得电子变成Fe2被还原，甲中的石墨电极为正极。(2)电流表读数为零后，反应处于平衡状态，在甲中溶入FeCl2固体，反应2Fe32I2Fe2I2逆向移动，甲池中Fe2失电子变成Fe3，导致溶液中阳离子所带正电荷增加，盐桥中NO离子向甲池移动；乙池中I2得电子变成I，导致溶液中阴离子所带负电荷增加，盐桥中K离子向乙池移动。对点练1(原电池正负极的判断方法)(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为 极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为 极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由 极流向 极；电子由 极流向 极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向 极，阴离子移向 极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的 极失电子发生氧化反应，其 极得电子发生还原反应。(5)根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为 极，增重或有气体逸出的一极为 。答案：(1)负正(2)正负负正(3)正负(4)负正(5)负正练后归纳原电池正、负极的判断对点练2(原电池的工作原理)在探究柠檬电池的工作原理时，某课外小组同学发现：当按图所示连接一个柠檬时，二极管不发光；按图所示连接几个柠檬时，二极管发光。下列说法不正确的是()A图中二极管不发光，说明该装置不构成原电池B图中铁环为负极、铜线为正极，负极的电极反应为Fe2e=Fe2C图中二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小D图中所得的电池组的总电压是各个柠檬电池的电压之和解析：A图连接一个柠檬时，形成原电池，二极管不发光的原因是单个柠檬电池的电压较小，A错误、C正确。图中多个柠檬电池串联，铁比铜活泼，则铁环是负极，负极上Fe失电子被氧化生成Fe2，电极反应式为Fe2e=Fe2，B正确。图所得的电池组是多个柠檬电池串联形成，故该电池组的总电压等于各个柠檬电池的电压之和，D正确。对点练3(设计原电池)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2、Fe3氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极 ，正极 ，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。答案：Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2练后归纳画原电池装置图常见失分点失分点1不注明电极材料名称或元素符号。失分点2不画出电解质溶液(或画出但不标注)。失分点3误把盐桥画成导线。失分点4不能连成闭合回路。对点练4(原电池原理的应用)把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t (min)的关系是 。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是 。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是 。解析：加入少量的CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COOHCH3COOH，a中c(H)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。答案：(1)A(2)B(3)C考点二化学电源一、一次电池干电池1碱性锌锰干电池总反应：Zn2MnO2H2O=2MnOOHZnO。负极材料：Zn。电极反应：Zn2OH2e=ZnOH2O。正极材料：碳棒。电极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。2纽扣式锌银电池总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。电解质是KOH。负极材料：Zn。电极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2。正极材料：Ag2O。电极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH。3锂电池Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为8 Li3SOCl2=6 LiClLi2SO32S。(1)负极材料为锂，电极反应为8 Li8e=8 Li。(2)正极的电极反应为3SOCl28e=2SSO6Cl。二、二次电池充电电池或铅蓄电池铅蓄电池总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)微思考可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？提示：三、“高效、环境友好”的燃料电池1氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。电池酸性碱性或中性负极反应式2H24e=4H2H24e4OH=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH总反应式2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用2.解答燃料电池题目的思维模型(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。()(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。()(3)若使反应Fe2Fe3=3Fe2以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料。()(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。()(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。()(6)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H24e=4H。()答案：(1)(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×典例利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时H通过交换膜由负极区向正极区移动解析由图示知，N2NH3为N原子得电子过程，故MVMV2为失电子过程，故左侧电极为负极，电极反应为：MVeMV2，右侧电极为正极，电极反应为：MV2eMV。A该方法为室温下合成氨，相比工业合成氨条件温和，同时形成原电池可提供电能，A正确；B.由图示知，在氢化酶催化下，H2失电子转化为H，MV2得电子转化为MV，根据得失电子守恒得反应为：H22MV22H2MV，选项中阴极区应为负极区，B错误；C由分析知，右侧为正极区，N2在固氮酶催化下与MV反应转化为NH3，C正确；D.由分析知，左侧电极为负极，右侧电极为正极，负极产生的H经过交换膜移向正极，与N2结合生成NH3，D正确。答案B延伸探究(1)分析电池工作原理，判断电池中间的交换膜是何种类？(2)写出正极区在固氮酶作用下N2发生反应的离子方程式。(3)当电路中通过3 mol电子时，可产生氨气的体积(标准状况下)为 L；正极区中n(H) (填“增加”“减少”或“不变”)。提示：(1)质子交换膜或阳离子交换膜。因为在负极区H2通过氢化酶的作用生成H，而在正极区N2通过固氮酶生成NH3需要H，因此需要将负极区生成的H通过交换膜移动至正极区。(2)N26H6MV2NH36MV2(3)22.4；不变。负极区氢气在氢化酶作用下发生氧化反应，反应式为H22MV22H2MV，正极区得电子发生还原反应，生成NH3，发生反应：N26H6MV2NH36MV2，根据反应可知转移6 mol 电子时生成2 mol NH3，负极区产生6 mol H进入正极区，同时正极区消耗6 mol H，故正极区H总量不变，当电路中通过3 mol电子时，可产生氨气的体积(标准状况下)为22.4 L，正极区n(H)不变。对点练1(可充电池的分析)最近，科学家报道了一种新型可充电钠电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是()A放电时，X极为负极B充电时，Na向X极迁移C放电时，Y极反应为CaFeO3Nae=CaFeO2.50.5Na2OD电极材料中，单位质量金属放出的电能：NaLi解析：DA放电时，该装置为原电池，X极上钠失电子形成钠离子，发生氧化反应，为原电池的负极，故A正确；B.充电时，X极是阴极，Na向X极迁移，故B正确；C放电时，该装置为原电池，Y极为原电池的正极，由图可知CaFeO3转化为CaFeO2.5，电极反应为：CaFeO3Nae=CaFeO2.50.5Na2O，故C正确；D.锂的摩尔质量比钠小，故锂单位质量输出的电能多，单位质量金属放出的电能： LiNa，故D错误。 对点练2(常见化学电源的分析)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程中产生MnOOH。(1)该电池的正极反应式为 ，电池总反应的离子方程式为 。(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌 g。(已知F96 500 C·mol1)解析： (1)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极Zn失去电子生成Zn2，正极MnO2得到电子生成MnOOH，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循得失电子守恒的前提下，将两极反应式加合可得电池总反应的离子方程式。(2)电池工作5分钟，通过的电量Q0.5 A×5 min×60 s·min1150 C，则理论上消耗Zn的质量m(Zn)×65 g·mol10.05 g。答案：(1)MnO2eH=MnOOHZn2MnO22H=Zn22MnOOH(2)0.05对点练3(燃料电池的分析)以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。(1)酸性条件总反应式： ；正极反应式： ；负极反应式： 。(2)碱性条件总反应式： ；正极反应式： ；负极反应式： 。(3)固体电解质(高温下能传导O2)总反应式： ；正极反应式： ；负极反应式： 。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下总反应式： ；正极反应式： ；负极反应式： 。答案：(1)CH42O2=CO22H2O2O28H8e=4H2OCH48e2H2O=CO28H(2)CH42O22OH=CO3H2O2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(3)CH42O2=CO22H2O2O28e=4O2CH44O28e=CO22H2O(4)CH42O2=CO22H2O2O24CO28e=4COCH44CO8e=5CO22H2O练后归纳解答燃料电池题目的三个关键点(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 一、尝试设计载人航天器用化学电池1“阿波罗”飞船燃料电池的工作原理(1)“阿波罗”飞船燃料电池(离子导体为KOH溶液)负极反应为：2H24OH4e= 4H2O，正极反应为：O22H2O4e= 4OH(2)“阿波罗”登月飞船一代燃料电池(离子导体为H2SO4溶液)负极反应为：2H24e= 4H，正极反应为：O24H4e= 2H2O2“神舟”飞船中的化学电池的工作原理负极：Cd2OH2e = Cd(OH)2正极：2NiOOH2H2O2e= 2Ni(OH)22OH总反应式：Cd2NiOOH2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2二 、尝试设计载人航天器的氧气再生方案1计算萨巴蒂尔反应的焓变H2(g)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJ·mol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H802.3 kJ·mol1Na(s)O2(g)=Na2O2(s)H510.9 kJ·mol1C(s，石墨)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1。萨巴蒂尔(Sabatier)反应为：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)根据盖斯定律，由×4可得：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)H164.9 kJ·mol1。2利用萨巴蒂尔反应再生氧气的大体流程 1镉镍可充电电池的充、放电反应原理如下：Cd2NiOOH2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2。下列说法错误的是()A放电时，Cd作为负极B放电时，NiOOH作为负极C电解质溶液为碱性溶液D放电时，负极反应为Cd2OH2e= Cd(OH)2解析：B镉镍电池放电时，Cd作为负极，电极反应为Cd2OH2e= Cd(OH)2；NiOOH作为正极，电解质溶液为碱性溶液，B项错误。2一种突破传统电池设计理念的镁锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是()A放电时，Mg(液)层的质量减小B放电时正极反应为：Mg22e= MgC该电池充电时，MgSb(液)层发生还原反应D该电池充电时，Cl向中层和下层分界面处移动解析：C放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，A项正确；正极镁离子得电子得到Mg，则放电时正极反应为：Mg22e= Mg, B项正确；该电池充电时，MgSb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，C项错误；该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl向中层和下层分界面处移动，D项正确。3科学家们发明了一种能够给电子设备提供动力的生物燃料电池。该电池包括两个涂覆着酶的电极，它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A左边为该电池的负极B该电池可在高温环境下使用 C该电池负极反应为H22e = 2HD该电池正极反应为O24e = 2O2解析：C由电池示意图可知，H2H是H2被氧化的过程，通入H2的一极为原电池的负极，发生反应：H22e = 2H；O2H2O是O2被还原的过程，通入O2的一极为原电池的正极，发生反应：O24H4e = 2H2O，故A、D错误，C正确；该电池包括两个涂覆着酶的电极，高温下会使酶变性，不能在高温下使用，B错误。4为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2来提供O2，我国科学家设计了如图装置。反应后，电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是 ()A图中N型半导体为正极，P型半导体为负极BY电极的反应：4OH4e= 2H2OO2C图中离子交换膜为阳离子交换膜D该装置实现了“太阳能化学能电能”的转化解析：B根据装置图中电荷移动的方向可知，N型半导体为负极，P型半导体为正极，A项错误；Y电极连接电源的正极，作为阳极，根据电解原理，电极反应为4OH4e = 2H2OO2，B项正确；反应后，电解质溶液的pH保持不变，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误；该装置实现了“太阳能电能化学能”的转化，D项错误。5为循环利用人体呼出的CO2并提供氧气，我国科学家设计了一种装置(如图所示)，实现“太阳能电能化学能”的转化，总反应为2CO2 = 2COO2，下列有关说法不正确的是()A该装置属于电解池BX极发生氧化反应，Y极发生还原反应C人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2H2O2e= CO2OHDX极每产生标准状况下22.4 L气体，有2 mol的OH从Y极移向X极解析：D题给装置实现“太阳能电能化学能”的转化，将电能转化为化学能的装置为电解池，A项正确；根据图中电子的流向“XY”可知，X极为阳极，失电子发生氧化反应，Y为阴极，得电子发生还原反应，B项正确；Y为阴极，根据总反应可知，阴极为CO2得电子生成CO，电极反应为CO2H2O2e= CO2OH，C项正确；X极为阳极，OH放电生成氧气，电极反应为4OH4e= 2H2OO2，生成1 mol O2，阳极有4 mol OH放电，根据溶液电中性原理，X电极区阴离子减少，则会有4 mol OH从Y极透过阴离子交换膜移向X极，使得溶液保持电中性，D项错误。6氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。(1)a电极的电极反应为 ； (2)为了使碱溶液浓度不变，一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因： 。解析：(1)a电极是通入NH3的电极，NH3失去电子发生氧化反应，所以该电极为负极，电极反应是2NH36OH6e = N26H2O。(2)一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生反应4NH33O2 = 2N26H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱溶液的浓度不变，所以要补充KOH。答案：(1)2NH36OH6e = N26H2O(2)发生反应4NH33O2 = 2N26H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH命题分析近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等。一、“四步法”书写电极反应式第一步：书写负极(阳极)，还原性微粒ne氧化性产物；正极(阴极)：氧化性微粒ne还原性产物。第二步：标变价算n值，n(高价低价)×变价原子个数。第三步：根据电池情景用H、OH、O2、CO等阴、阳离子配平电荷。第四步：用H2O等小分子配平原子个数。 二、已知总方程式，书写电极反应式的步骤与技巧1书写步骤(1)步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne)。(2)步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。(3)步骤三：写电极反应式。负极反应：还原剂ne氧化产物正极反应：氧化剂ne还原产物2书写技巧若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。1Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4 Li2SOCl2=4 LiClSSO2。请回答下列问题。(1)负极材料为 ，其电极反应为 。(2)正极反应式为 。解析：分析反应中各元素的化合价变化，可知Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，负极反应式为Lie=Li。(2)正极反应式为2SOCl24e=4ClSSO2。答案：(1)锂4 Li4e=4 Li(2)2SOCl24e=4ClSSO22铝­空气海水电池：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4Al3O26H2O=4Al(OH)3；负极： ；正极： 。答案：4Al12e=4Al33O26H2O12e=12OH3一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L1的KOH溶液。(1)写出放电时的正、负极电极反应式： 。(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式： 。答案：(1)负极：H22e2OH=2H2O；正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH(2)阴极：2H2O2e=H22OH；阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O1(2021·广东卷，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时()A负极上发生还原反应BCO2在正极上得电子C阳离子由正极移向负极D将电能转化为化学能解析：B根据题干信息可知，放电时总反应为4Na3CO2=2Na2CO3C。A放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na，故A错误；B.放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C放电时阳离子移向正极，故C错误；D.放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能，故D错误。2(2021·河北卷，9)KO2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是()A隔膜允许K通过，不允许O2通过B放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水解析：D由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为Ke=K，b电极为正极，钾离子通过隔膜进入正极区，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾电极反应式为O2eK=KO2。A金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K通过，不允许O2通过，故A正确；B.由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的阳极，故B正确；C由分析可知，生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比值为1 mol×71 g/mol1 mol×32 g/mol2.221，故C正确；D.铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO42H2O=PbO2Pb2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗3.9 g钾时，电子转移为0.1 mol，即铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g/mol1.8 g，故D错误。3(2021·山东卷，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OHO2、N2H4O2、(CH3)2NNH2O2清洁燃料电池，下列说法正确的是()A放电过程中，K均向负极移动B放电过程中，KOH物质的量均减小C消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2O2燃料电池的理论放电量最大D消耗1 molO2时，理论上N2H4O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L解析：C碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O；N2H4O2清洁燃料电池总反应为：N2H4O2=N22H2O；偏二甲肼(CH3)2NNH2中C和N的化合价均为2价，H元素化合价为1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH24O24KOH=2K2CO3N26H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。A放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；B.根据上述分析可知，N2H4O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是：×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D.根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。4(2020·全国卷，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB216OH11e=VO2B(OH)4H2O该电池工作时，下列说法错误的是()A负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应B正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C电池总反应为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4VOD电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极解析：BA当负载通过0.04 mol电子时，正极也得到0.04 mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04 mol电子消耗0.01 mol氧气，在标况下为0.224 L，A正确；B.反应过程中正极生成大量的OH使正极区pH升高，负极消耗OH使负极区OH浓度减小pH降低，B错误；C根据分析，电池的总反应为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4VO，C正确；D.电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极负载VB2电极KOH溶液复合碳电极，D正确。5(2020·全国卷，12)科学家近年发明了一种新型Zn­CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A放电时，负极反应为Zn2e4OH=Zn(OH)B放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移电子的物质的量为2 molC充电时，电池总反应为2Zn(OH)=2ZnO24OH2H2OD充电时，正极溶液中OH浓度升高解析：DA放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：Zn2e4OH=Zn(OH)，故A正确；B.放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价由4价降为2价，降低了2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子的物质的量为2 mol，故B正确；C充电时，阳极上H2O转化为O2，阴极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH)=2ZnO24OH2H2O，故C正确；D.充电时，正极即为阳极，电极反应式为：2H2O4e=4HO2，溶液中H浓度增大，溶液中c(H)·c(OH)KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH浓度降低，故D错误。6(经典高考题)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：负极区发生的反应有 (写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气 L(标准状况)。解析：负极区发生还原反