第18讲 原电池原理1．下列为原电池装置的是( )图K18－12．图K18－2为铜锌原电池的示意图，下列说法正确的是( )图K18－2A．铜片为负极B．铜片逐渐溶解C．锌片发生还原反应D．该装置能将化学能转化为电能3．(双选)在铜锌原电池中，锌电极上发生的反应为Zn－2e－===Zn2＋，则( )A．锌电极为负极B．锌电极为正极C．反应中Zn被氧化D．反应中Zn被还原4．图K18－3表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是( )图K18－3A．该金属腐蚀过程为吸氢腐蚀B．正极为C，发生的反应为氧化反应C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－5．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO36\n的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①② B．②③C．②④D．③④6．图K18－4实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是( )图K18－4A．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀B．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋C．红色首先在食盐水滴的中心出现D．食盐水中有气泡逸出7．[2022·广东六校联考](双选)燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。下列关于甲烷燃料电池(NaOH溶液作电解质)的说法中正确的是( )A．负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2OC．放电时溶液中的阴离子向负极移动D．随着放电的进行，溶液的pH不发生改变8．原电池的电极名称不仅与电极材料性质有关，也与电解质溶液有关。下列不正确的是( )A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，负极反应式为：Al－3e－===Al3＋B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，负极反应式为：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋9．[2022·肇庆二模]“固体离子导体”是因为离子能在固体中迁移传递电荷。如图K18－5，空气中的O2与AlI3在聚四氟乙烯膜中反应生成I2，I2与Ag形成原电池，在RbAg4I5晶体中迁移的离子全是Ag＋。下列说法中错误的是( )6\n图K18－5A．电流从银电极流向石墨电极B．Ag＋从下往上移动C．石墨电极为正极，银电极为负极D．银电极的电极反应式：Ag－e－===Ag＋10．图K18－6表示利用碳纳米管能够吸附氢气的原理设计的一种新型二次电池。下列叙述正确的是( )图K18－6A．电池放电时K＋移向负极B．电池放电时负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2OC．电池充电时镍电极NiO(OH)转化为Ni(OH)2D．电池充电时碳纳米管电极与电源的正极相连11．(1)在以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________________________________________________________________________，正极的反应式为________________________________________________________________________。已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1，理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为____________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。(2)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M①电池放电时，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，6\n阴极的电极反应式为________________________________________________________________________。12．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。(1)如图K18－7为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)________________________________________________________________________设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，导线中通过________mol电子。图K18－7(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为________________________________________________________________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量的氯水，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出反应的离子方程式________________________________________________________________________。(3)如图K18－8所示，其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨连成n形，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是________________________________________________________________________，电极反应为________________________________________________________________________；乙装置中石墨(1)为________(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)。图K18－86\n1．A [解析]B项，乙醇是非电解质，不能形成闭合回路；C项，Zn、Cu之间没有用导线相连或接触，也不能形成闭合回路；D项，Cu、Cu的性质相同，外电路中没有电子得失。2．D [解析]该装置为原电池，将化学能转化为电能；锌片上流出电子，发生氧化反应，逐渐溶解，则锌片为负极；铜片上流入电子，铜片为正极，本身不反应，但溶液中H＋移向正极并在正极上得到电子，发生还原反应，放出氢气。3．AC [解析]Zn极电子流出为负极，发生氧化反应，反应中Zn被氧化；Cu极电子流入为正极发生还原反应。4．D [解析]钢铁在海水中发生的吸氧腐蚀，A项错误；钢铁在酸性条件下发生析氢腐蚀，C项错误；钢铁腐蚀的本质就是铁失去电子被氧化，作负极，而氧气在正极(钢铁中的碳)发生还原反应，D项正确。5．C [解析]该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式Cu－2e－===Cu2＋，正极反应式Ag＋＋e－===Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。6．A [解析]NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，A项正确；铁为负极，发生反应为Fe－2e－===Fe2＋，B项错误；铁板中的碳作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，因正极反应需要氧气参加，故溶液周边接触空气处显碱性，首先变红，C项错误；反应整个过程中没有气体生成，因此D项错误。7．BC [解析]负极发生氧化反应，而非还原反应，故A错；放电时生成水，消耗氢氧化钠，则溶液的碱性减弱，pH减小，故D错。8．C [解析]Al比Cu活泼，在由Al、Cu、稀硫酸组成原电池中，Al作负极，其电极反应为Al－3e－===Al3＋，A正确；虽然Mg比Al活泼，但由于Mg不与NaOH溶液反应，而Al能与NaOH溶液反应，所以由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，Al为负极，其电极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B正确；Fe比Cu活泼，由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，Fe为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C错；Al在浓硝酸中被钝化，因此Al、Cu、浓硝酸组成原电池，Cu为负极，D项正确。9．A10．B [解析]原电池的负极发生失电子氧化反应，即产生阳离子或消耗阴离子，而溶液是呈电中性的，故阳离子会移向正极，而阴离子会移向负极，A项错误；电池充电的过程实质上就是电解的过程，但要注意电池的正负极分别与电源的正负极连接，此时镍电极做阳极，发生氧化反应，C、D项错误。11．(1)CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ O2＋6H＋＋6e－===3H2O 96.6%(2)①MH＋OH－－e－===M＋H2O②2H2O＋O2＋4e－===4OH－[解析](1)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为：CH3OH＋O2===CO2＋2H2O……①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O2＋6H＋＋6e－===3H2O……②，①－②得电池负极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；该燃料电池的理论效率为×100%＝96.6%。(2)①蓄电池放电时是原电池、充电时是电解池。根据原电池中“负氧化、正还原”，电解池中“阳氧化、阴还原”的规律，6\n在分清楚是原电池还是电解池的基础上并结合电解质溶液显碱性，可写出该蓄电池放电时负极的电极反应式为MH＋OH－－e－===M＋H2O。②中阴极的电极反应有两个，第一阶段是充电时的反应式，由①中的方法不难确定为M＋H2O＋e－===MH＋OH－，第二阶段为吸收氧气的电解反应式，由题意氧气在阴极上被还原，结合该蓄电池中电解质溶液碱性可知氧气被还原为OH－，所以其电解反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。12．(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 0.2(2)2H＋＋2e－===H2↑ 酸性 2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋(3)溶液变红 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 阴[解析](1)根据电池示意图可知该原电池总反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 两极质量之差1mol120g0．1mol12g0．1molFe参加反应，转移电子的物质的量为0.1mol×2＝0.2mol。(2)若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，NH4Cl溶液因NH水解而显酸性，溶液中的H＋在石墨电极上发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(3)甲装置是原电池，发生的是铁的吸氧腐蚀，铜丝作原电池的正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故在铜丝附近滴加酚酞试液，溶液变红。乙装置构成电解池，与铁相连的石墨(1)是电解池的阴极，与铜丝相连的石墨是阳极，电解CuCl2溶液，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。6
