第2讲 原电池 化学电源[考纲要求] 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。考点一 原电池及其工作原理1．概念把化学能转化为电能的装置。2．工作原理以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===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3．原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。题组一 原电池工作原理的考查25\n1．下列装置中能构成原电池产生电流的是( )答案 B解析 A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。2．有关电化学知识的描述正确的是( )A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池答案 D解析 CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。 规避原电池工作原理的4个易失分点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(2)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。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。题组二 原电池正、负极的判断3．下列有关原电池的说法中正确的是( )A．在内电路中，电子由正极流向负极B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化答案 D解析 A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构25\n成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑答案 B解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。 原电池正、负极判断方法说明 原电池的正极与负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。25\n考点二 原电池原理的应用1．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2．设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。3．比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。题组训练 原电池原理的应用1．电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：______________________________________________________________________。答案 铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路2．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 Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO425\n溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是( )A．A>B>C>D>EB．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>ED．B>D>C>A>E答案 B解析 金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。4．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________。答案 (1)A (2)B (3)C解析 加入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CH3COO－＋H＋CH3COOH，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。 改变Zn与H＋反应速率的方法(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。25\n25\n考点三 化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。2．锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。3．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。(2)充电时的反应①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。4．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O深度思考1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？答案25\n2．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时电解液中H2SO4的浓度将变_______________________________________________________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成____________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。答案 (1)小 48 (2)Pb PbO2 对换解析 (1)放电时为原电池，正极为PbO2，其电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由Pb＋SO－2e－===PbSO4可知，当外电路通过1mole－时，理论上负极板有0.5molPb变为0.5molPbSO4，即质量增加96g·mol－1×0.5mol＝48g。(2)当完全放电耗尽PbO2和Pb时，两极均变为PbSO4，再按图中通电——电解时，A极板发生反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B极板发生反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。3．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH_______________________________________________。(填“减小”、“增大”或“不变”)(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH______________________________________________。(填“减小”、“增大”或“不变”)答案 (1)减小 减小 (2)减小 增大题组一 化学电源中电极反应式的书写1．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4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。25\n请回答下列问题：(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________。答案 (1)锂 Li－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑解析 分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，Li－e－===Li＋；(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。2．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4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3负极：______________________________________________________________；正极：______________________________________________________________。答案 4Al－12e－===4Al3＋3O2＋6H2O＋12e－===12OH－化学电源中电极反应式书写的一般程序“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。题组二 不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响3．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)酸性条件燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①25\n燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。(2)碱性条件燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②①－②×2，得燃料电池负极反应式：______________________________________。(3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②①－②×2，得燃料电池负极反应式：_____________________________________。(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO②①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。答案 (1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O(3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O(4)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O燃料电池电极反应式的书写根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。考点四 盐桥原电池的专题突破25\n1．盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。(2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。2．单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。深度思考1．能用金属代替盐桥吗？答案 不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属作盐桥(已经不能叫做盐桥了)，电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。所以，光有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？25\n答案 可以的，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。反正这边发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，例如硫酸铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况，至于电解液要跟电极相同那只是一个做题的技巧，具体问题具体分析就行。题组一 有关原电池原理的考查1．某原电池构造如下图所示。下列有关叙述正确的是( )A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转C．外电路中每通过0.1mol电子，铜的质量理论上减小6.4gD．原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2答案 D解析 Cu作负极，Ag作正极，电极反应式分别为负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Ag＋＋2e－===2Ag总反应式：Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，D正确。2．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)( )A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高C．当杠杆为导体时，A端低B端高D．当杠杆为导体时，A端高B端低答案 C解析 当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A低B高。25\n题组二 可逆反应与原电池的工作原理3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案 D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；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。4．已知在酸性条件下发生的反应为AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。(3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为___________________________________；25\n(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为___________________________________。(5)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液(填“A”或“B”)。答案 (1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。(2)(Ⅰ)加酸，c(H＋)增大，AsO得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。(Ⅱ)加碱，c(OH－)增大，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。(3)2I－－2e－===I2(4)AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O(5)A解析 由于酸性条件下发生反应AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，碱性条件下发生反应AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素：①不同环境中的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路。当加酸时，c(H＋)增大，C1：2I－－2e－===I2，这是负极；C2：AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O，这是正极。当加碱时，c(OH－)增大，C1：I2＋2e－===2I－，这是正极；C2：AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O，这是负极。当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。1．(2022·海南，12改编)根据下图，下列判断中正确的是( )A．烧杯a中的溶液pH升高B．烧杯b中发生还原反应25\nC．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2答案 A解析 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。2．(2022·福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成C．放电时OH－向正极移动D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑答案 C解析 根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；正极周围聚集大量OH－，因此溶液中的阳离子Li＋向正极移动，负极周围聚集大量Li＋，因此溶液中的阴离子OH－向负极移动，C错误。3．(2022·新课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( )A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O答案 C解析 由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。4．(2022·福建理综，9)将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )25\nA．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C．片刻后甲池中c(SO)增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色答案 A解析 将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。5．[2022·海南，13(4)]肼—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为__________________________________________________________。答案 N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑解析 该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑。6.[2022·新课标全国卷，26(4)节选]与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为______________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。答案 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－解析 正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，两电极反应式相加得2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。25\n7．[2022·新课标全国卷，27(5)]在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。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，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1)。答案 CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ 3/2O2＋6e－＋6H＋===3H2O 96.6%解析 负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋。正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。该电池的理论效率为×100%≈96.6%。8．[2022·山东理综，29(2)]如图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的___________倍。答案 xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx) 离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5解析 正极上硫得电子被还原：xS＋2e－===S；M的两个作用：作固体电解质和隔膜(隔离钠与硫)；钠硫电池和铅蓄电池的负极分别为Na和Pb，则消耗等质量的Na和Pb时，钠硫电池的放电量(转移电子数)是铅蓄电池的＝4.5倍。9．[2022·江苏，20(3)]铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为________________________________________。答案 2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O解析 由铝电池原理图可知，Al作负极，AgO/Ag作正极，电池反应式为2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O。25\n1．关于原电池的叙述正确的是( )A．原电池工作时，电极上不一定都发生氧化还原反应B．某可逆电流充、放电时的反应式为Li1－xNiO2＋xLiLiNiO2，放电时此电池的负极材料是Li1－xNiO2C．铅、银和盐酸构成的原电池工作时，铅板上有5.175g铅溶解，正极上就有1120mL(标准状况)气体析出D．在理论上可将反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH<0设计成原电池答案 D解析 A中原电池工作时电极上一定都发生氧化还原反应；B中电池放电时，负极材料是Li；C中通过计算知正极上生成的气体在标准状况下应为560mL。2．将两金属A、B分别用导线相连接，并同时插入电解质溶液中，发现A极的质量增加，则下列说法正确的是( )A．金属活动性：A>BB．A极是正极，电解质溶液可以是盐酸C．B极是负极D．要判断A极与B极是正极还是负极，还需考虑电解质溶液答案 C解析 A极质量增加，故A极是正极，B极是负极；若电解质溶液是盐酸，则A极的表面有氢气产生，没有金属析出。3．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O。有关此电池的推断不正确的是( )A．通入氧气的电极为正极B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小答案 D解析 A项，通入乙烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，正确；B项，125\nmol乙烷参与反应时转移14mol电子，则参与反应的氧气的量为＝mol，故正确；C项，根据电极反应式或总反应方程式可知，氢氧化钾被消耗，故正确；D项，放电时正极产生OH－，则pH增大，D错。4．由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是( )A．石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极B．Y的化学式可能为NOC．石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5D．石墨Ⅱ极上发生氧化反应答案 C解析 A项，氧气在反应中被还原，所以石墨Ⅱ是正极，石墨Ⅰ是负极，故不正确；B项，Y是NO2被氧化后的产物，则为N2O5，故不正确；D项，石墨Ⅱ极上发生的是还原反应。5．如图所示为某原电池的结构示意图，下列说法不正确的是(盐桥中装满用饱和KCl溶液和琼胶做成的冻胶)( )A．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋B．该电池工作时，Cu2＋在电极上得到电子，发生还原反应C．若用此电池电解饱和氯化钠溶液制取Cl2，当铜电极的质量减少6.4g时，产生氯气的体积为2.24L(折算为标准状况)D．电池工作过程中，电子由铜电极经过电流表流向石墨电极答案 B解析 由原电池的结构示意图可知总反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。其电极反应式分别为负极(铜电极)：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应)正极(石墨电极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(还原反应)电池工作过程中，电子由负极(铜电极)经过电流表流向正极(石墨电极)。根据电子守恒知消耗的铜、生成的氯气与转移的电子数之间的关系为Cu～2e－～Cl2，当铜电极的质量减少6.4g时，产生氯气的体积为2.24L(折算为标准状况)。6．综合如图判断，下列说法正确的是( )25\nA．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大答案 D解析 装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。7．实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去C．该电池铂电极上有气泡出现D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋答案 B解析 该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，所以左烧杯Pt为正极，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，右烧杯Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。由于左烧杯中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。8．甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。电池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。则下列说法正确的是( )A．电池放电时通入空气的电极为负极25\nB．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋C．由于CO水解显碱性，电池放电时，电解质溶液的pH逐渐增大D．电池放电时每消耗1molCH3OH转移6mol电子答案 D解析 该燃料电池为原电池，从化合价判断，氧气在正极参与反应，A错；甲醇在电池的负极参与反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B错；从电池的总反应式可知，反应过程中OH－浓度降低，溶液的pH减小，C错；从电极反应来看，每消耗1molCH3OH转移6mol电子，D正确。9．可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是( )A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案 A解析 本题中电解质溶液显中性或碱性时，该燃料电池的正极反应均为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；铝作负极，Al失去电子变为Al3＋，在NaOH溶液中Al3＋与过量的OH－反应生成AlO，因此负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B错误；以NaOH溶液为电解液时，该燃料电池的总反应为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，反应过程中消耗了OH－，所以电解液的pH降低，C错误；燃料电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，D错误。10．近日，中美联合研究小组通过共同努力，采用廉价的钠离子，同时使用纳米氧化锰和锂材料作电极制作出了钠离子充电电池，其工作示意图如图所示。关于该电池的说法中正确的是( )A．放电时A极作正极B．放电时Na＋向负极移动C．充电时是将化学能转化为电能D．充电时B极为阳极，发生氧化反应答案 D解析 电池放电时，化学能转变为电能，A极是电子流出的一极，发生氧化反应，作负极，A错；在原电池中，阳离子向正极移动，B错；充电是电能转化为化学能的过程，B极为阳极，发生氧化反应，C错，D对。11.如图所示，在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。(1)①当电解质溶液为稀硫酸时，Fe电极是________(填“正”或25\n“负”)极，其电极反应式为______________________________。②当电解质溶液为NaOH溶液时，Al电极是________(填“正”或“负”)极，其电极反应式为_______________________________。(2)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则Fe电极是________(填“正”或“负”)极，其电极反应式为___________________________________________________。答案 (1)①正 2H＋＋2e－===H2↑②负 Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O(2)正 NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O解析 (1)①电解质溶液是稀硫酸时，Al电极是负极，Fe电极是正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。②当电解质溶液是NaOH溶液时，铝与NaOH溶液反应，而Fe不反应，故铝作原电池的负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。(2)把铝改为锌，用浓硝酸作电解质溶液，铁遇浓硝酸发生钝化，则Fe电极是正极，Zn电极是负极，Fe电极上的电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。12．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图所示为电池示意图，该电池电极表面均匀地镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答下列问题：(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是__________，在导线中电子流动的方向为__________(用a、b表示)。(2)负极反应式为_________________________________________________。(3)电极表面镀铂粉的原因为_______________________________________。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能，因此大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ.2Li＋H22LiHⅡ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑①反应Ⅰ中的还原剂是__________，反应Ⅱ中的氧化剂是__________。②已知LiH固体的密度为0.82g·cm－3。用锂吸收224L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积之比为__________。③由②生成的LiH与H2O反应放出的H2用作电池燃料，若能量的转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。答案 (1)化学能转化为电能 由a到b(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，可加快反应速率25\n(4)①Li H2O ②8.6×10－4 ③32解析 本题考查电化学知识。(1)原电池原理是将化学能转化成电能。该燃料电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O，其中H元素从0价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于电解质溶液是碱性的，故电极反应式左右两边应各加上OH－。(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。(4)由题给两个方程式可知，Li从0价升至＋1价，作还原剂。H2O中的H由＋1价降至H2中的0价，作氧化剂。由反应Ⅰ知，当吸收10molH2时，生成20molLiH，V(LiH)＝m/ρ＝20×7.9/(0.82×103)≈192.68×10－3(L)。V(LiH)/V(H2)＝192.68×10－3L/224L≈8.6×10－4。20molLiH可生成20molH2，实际参加反应的H2的物质的量为20×80%＝16(mol)，1molH2转移2mol电子，所以16molH2转移32mol电子。13．(1)分析如图所示的四个装置，回答下列问题：①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为______________________________________________、___________________________________________________。②装置c中产生气泡的电极为________电极(填“铁”或“铜”)，装置d中铜电极上的电极反应式为__________________________________________________。(2)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为_____________________________________、____________________________________________________________________。答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O②铁 O2＋2H2O＋4e－===4OH－25\n(2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2 金属铬易被稀硝酸钝化解析 (1)在稀H2SO4溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO的还原反应，产生气泡。装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)由图1可知还原性Cr>Cu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，导致活性降低。14．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。(2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)两烧杯中的电极反应式分别为甲________________________________________________________________，乙________________________________________________________________。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。答案 (1)a 还原(2)乙(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O5Fe2＋－5e－===5Fe3＋(4)0.5解析 (1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1mol·L－1变为1.5mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5mol·L－1×0.2L＝0.1mol，转移的电子为0.1mol×5＝0.5mol。25\n15．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。下图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是____________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋。放电时的正极反应式为_______________________________，充电时的阴极反应式为______________________________________________。放电过程中，电解液的pH________(填“升高”、“降低”或“不变”)。(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。a．VO、VO2＋混合液b．V3＋、V2＋混合液c．VO溶液d．VO2＋溶液e．V3＋溶液f．V2＋溶液(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_______________。答案 (1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解(2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高(3)acd (4)H＋解析 (1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项acd。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。25
