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2019-2020年高考化學一輪復習知識梳理與訓練 第6章 第2講 原電池 化學電源（含解析） [考綱要求]　1.理解原電池的工作原理，能寫出常見的簡單電極反應和電池反應方程式。2.了解常見的化學電源，認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。 1．概念和反應本質 原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。 2．工作原理 以銅鋅原電池為例 　 (1)反應原理 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)兩個裝置的比較 裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)，能避免能量損耗。 3．原電池的構成條件 (1)一看反應：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)。 (2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。 (3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：①電解質溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質溶液中。 深度思考 判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“” (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極(　　) (2)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強(　　) (3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應(　　) (4)其他條件均相同，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長(　　) 答案　(1)√　(2)　(3)　(4)√ 題組一　原電池工作原理的考查 1．下面裝置中，能構成原電池的是________(填序號)。 答案?、冖堍蔻撷? 2．有關電化學知識的描述正確的是(　　) A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉化為電能 B．某原電池反應為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液 C．原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成 D．從理論上講，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池 答案　D 解析　CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化還原反應；KCl和AgNO3反應生成AgCl沉淀易阻止原電池反應的發(fā)生；作電極的不一定是金屬，如石墨棒也可作電極。 　規(guī)避原電池工作原理的4個失分點 1．原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極相接觸。 2．只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。 3．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。 4．無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。 題組二　原電池正、負極的判斷 3．下列有關原電池的說法中正確的是(　　) A．在外電路中，電子由負極流向正極 B．在原電池中，相對較活潑的金屬作負極，不活潑的金屬作正極 C．原電池工作時，正極表面一定有氣泡產生 D．原電池工作時，可能會伴隨著熱能變化 答案　AD 解析　B項，若是由鋁、鎂、氫氧化鈉溶液構成的原電池，則負極是鋁。 4．分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是(　　) A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑ 答案　B 解析?、谥蠱g不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應為2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，負極反應式為2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相減得到正極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D錯。 　原電池正、負極判斷方法 說明　原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。 考點二　原電池原理的“四”個基本應用 1．用于金屬的防護 使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。 2．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(jù)原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。 3．比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。 4．加快氧化還原反應的速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。 深度思考 1．電工經(jīng)常說的一句口頭禪：“鋁接銅，瞎糊弄”，所以電工操作上規(guī)定不能把銅導線與鋁導線連接在一起使用，試說明原因：______________________________________。 答案　銅、鋁接觸在潮濕的環(huán)境中形成原電池，加快了鋁的腐蝕，易造成電路斷路 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。 答案　 一思兩變 1．將(2)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　 2．將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，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。 答案　 改變Zn與H＋反應速率的方法 1．加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量減少，是否影響產生H2的量，應根據(jù)Zn、H＋的相對量多少判斷。 2．加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H＋反應，使c(H＋)減小，反應速率減小，但不影響生成H2的量。 題組一　判斷金屬的活潑性 1．有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極；②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C；③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡；④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應；⑤用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是(　　) A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 答案　B 解析　金屬與稀H2SO4溶液組成原電池，活潑金屬為負極，失去電子發(fā)生氧化反應，較不活潑的金屬為正極，H＋在正極電極表面得到電子生成H2，電子運動方向由負極→正極，電流方向則由正極→負極。在題述原電池中，AB原電池，A為負極；CD原電池，C為負極；AC原電池，A為負極；BD原電池，D為負極；E先析出，E不活潑。綜上可知，金屬活動性順序：A>C>D>B>E。 2．有A、B、C、D四種金屬，做如下實驗：①將A與B用導線連接起來，浸入電解質溶液中，B不易腐蝕；②將A、D分別投入等物質的量濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈；③將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化，如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是(　　) A．A＞B＞C＞D B．C＞D＞A＞B C．D＞A＞B＞C D．A＞B＞D＞C 答案　C 解析?、貯與B用導線連接后浸入電解質溶液中會構成原電池，B不易腐蝕，說明B為原電池的正極，金屬活動性A＞B；②A、D與等物質的量濃度的鹽酸反應，D比A反應劇烈，金屬活動性D＞A；③根據(jù)置換反應規(guī)律，Cu不能置換出B，說明金屬活動性B＞Cu；Cu能置換出C，說明金屬活動性Cu＞C。則四種金屬活動性的排列順序是D＞A＞B＞C。 比較金屬活潑性的“三種方法” 1．根據(jù)原電池：一般情況下，負極大于正極。 2．根據(jù)電解池：易得電子的金屬陽離子，相應金屬的活動性較弱。 3．根據(jù)金屬活動性順序表。 題組二　設計原電池，畫出裝置圖 3．請運用原電池原理設計實驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極________________________________________________________________________， 正極________________________________________________________________________， 并在方框內畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標出外電路電子流向。 答案　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ “裝置圖”常見失分點提示 1．不注明電極材料名稱或元素符號。 2．不畫出電解質溶液(或畫出但不標注)。 3．誤把鹽橋畫成導線。 4．不能連成閉合回路。 考點三　化學電源的工作原理 1．日常生活中的三種電池 (1)堿性鋅錳干電池——一次電池 正極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池——一次電池 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (3)二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。 (1)放電時的反應 ①負極反應：Pb＋SO－2e－===PbSO4； ②正極反應：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； ③總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 (2)充電時的反應 ①陰極反應：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； ②陽極反應：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； ③總反應：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 2．“高效、環(huán)境友好”的燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。 種類 酸性 堿性 負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應式 2H2＋O2===2H2O 深度思考 1．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　 2．(1)氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電解質溶液的濃度將________，溶液的pH____________________________。(填“減小”、“增大”或“不變”) (2)氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質溶液時，工作一段時間后，電解質溶液的濃度將________，溶液的pH________。(填“減小”、“增大”或“不變”) 答案　(1)減小　減小　(2)減小　增大 題組一　判斷正、負極，書寫化學電源電極反應式 1．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LiAlCl4SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 請回答下列問題： (1)電池的負極材料為__________，發(fā)生的電極反應為_______________________。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為_____________________________________________。 答案　(1)鋰　4Li－4e－===4Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑ 解析　分析反應的化合價變化，可知Li失電子，被氧化，為還原劑，SOCl2得電子，被還原，為氧化劑。 (1)負極材料為Li(還原劑)，4Li－4e－===4Li＋。 (2)正極反應式可由總反應式減去負極反應式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。 2．Mg－AgCl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－ 試書寫該電池的正、負極電極反應式。 答案　負極：Mg－2e－===Mg2＋ 正極：2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－ 3．鋁－空氣海水電池：以鋁板為負極，鉑網(wǎng)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－ 化學電源中電極反應式書寫的一般步驟 “加減法”書寫電極反應式 1．先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應物質，并標出相同數(shù)目電子的得失。 2．注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式；若正極上的反應物質是O2，且電解質溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應式中，且O2生成OH－，若電解質溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應式中，O2生成水。 3．正、負極反應式相加得到電池反應的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。 題組二　“一池多變”的燃料電池 4．以甲烷燃料電池為例來分析不同的環(huán)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：___________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)堿性介質(如KOH) 負極：________________________________________________________________________； 正極：________________________________________________________________________； 總反應式：_____________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O (3)固體電解質(高溫下能傳導O2－) 負極：________________________________________________________________________； 正極：________________________________________________________________________； 總反應式：___________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 負極：________________________________________________________________________； 正極：________________________________________________________________________； 總反應式：_________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 2O2＋8e－＋4CO2===4CO CH4＋2O2===CO2＋2H2O 熟記“離子趨向”，抓住“電荷守恒”，熟練書寫 燃料電池電極反應式 1．陽離子趨向正極，在正極上參與反應，在負極上生成(如H＋)；陰離子趨向負極，在負極上參與反應，在正極上生成(如：OH－、O2－、CO)。 2．“－ne－”是正電荷，“＋ne－”是負電荷，依據(jù)電荷守恒配平其他物質的系數(shù)。 3．電池總反應式＝正極反應式＋負極反應式。 題組三　“久考不衰”的可逆電池 5．一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6molL－1的KOH溶液。 (1)寫出放電時的正、負極電極反應式。 答案　負極：H2－2e－＋2OH－===2H2O 正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ (2)寫出充電時的陰、陽極電極反應式。 答案　陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O 考點四　鹽橋原電池的專題突破 1．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：①連接內電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產生電流。 2．單池原電池和鹽橋原電池的對比 圖1和圖2兩裝置的相同點：正負極、電極反應、總反應、反應現(xiàn)象。 負極：Zn－2e－===Zn2＋ 正極：Cu2＋＋2e－===Cu 總反應：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 不同點：圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2＋，會有一部分Zn與Cu2＋直接反應，該裝置中既有化學能和電能的轉化，又有一部分化學能轉化成了熱能，裝置的溫度會升高。 圖2中Zn和CuSO4溶液分別在兩個池子中，Zn與Cu2＋不直接接觸，不存在Zn與Cu2＋直接反應的過程，所以僅是化學能轉化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。 關鍵點：鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。 深度思考 1．能用金屬代替鹽橋嗎？ 答案　不可以，在電路接通的情況下，這個鹽橋只是整個回路的一部分，隨時要保持電中性，瓊膠作為鹽橋因其中含有兩種離子，可以與溶液中的離子交換，從而達到傳導電流的目的，而且瓊膠本身可以容納離子在其中運動；若用金屬代替鹽橋，電子流向一極后不能直接從另一極得到補充，必然結果就是向另一極釋放金屬陽離子或者溶液中的金屬陽離子在電子流出的那一極得電子析出金屬，從而降低了整個電池的電勢。所以，只有自由電子是不夠的，應該有一個離子的通道即“鹽橋”。 2．在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質溶液的選擇為什么要與電極材料的陽離子相同？如Zn極對應的是硫酸鋅，能不能是氯化銅或者氯化鈉？ 答案　可以，如果該溶液中溶質的陽離子對應的金屬單質比電極強的話沒有問題。因為負極區(qū)發(fā)生的反應只是Zn的溶解而已。但是如果比電極弱的話，例如硫酸銅，鋅就會置換出銅，在表面形成原電池，減少供電量。使用鹽橋就是為了避免這種情況，至于電解液要跟電極相同那只是一個做題的技巧，具體問題具體分析就行。 題組一　根據(jù)裝置明確原理 1．根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是(　　) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應 C．燒杯a中發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑ D．燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl－－2e－===Cl2↑ 答案　B 解析　由題給原電池裝置可知，電子經(jīng)過導線，由Zn電極流向Fe電極，則O2在Fe電極發(fā)生還原反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，燒杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。燒杯b中，Zn發(fā)生氧化反應：Zn－2e－===Zn2＋。 2．如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質量相等的空心銅球和空心鐵球，調節(jié)杠桿并使其保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變化)(　　) A．杠桿為導體或絕緣體時，均為A端高B端低 B．杠桿為導體或絕緣體時，均為A端低B端高 C．當杠桿為導體時，A端低B端高 D．當杠桿為導體時，A端高B端低 答案　C 解析　當杠桿為導體時，構成原電池，F(xiàn)e作負極，Cu作正極，電極反應式分別為 負極：Fe－2e－===Fe2＋， 正極：Cu2＋＋2e－===Cu， 銅球質量增加，鐵球質量減少，杠桿A端低B端高。 題組二　平衡移動與“鹽橋”作用 3．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　) A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)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(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流表讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極 答案　D 解析　由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋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(shù)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(tài)；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。 4．下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將反應“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋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)指針不發(fā)生偏轉 B．甲組操作時，溶液顏色變淺 C．乙組操作時，C2作正極 D．乙組操作時，C1上發(fā)生的電極反應為I2＋2e－===2I－ 答案　AD 解析　裝置Ⅰ中的反應，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋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(fā)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溶液中，AsO－2e－＋H2O===AsO＋2H＋，電子沿導線到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2為負極，C1為正極。 1.當氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時，可逆反應達到化學平衡狀態(tài)，電流表指針示數(shù)為零；當電流表指針往相反方向偏轉，暗示電路中電子流向相反，說明化學平衡移動方向相反。 2．電子流向的分析方法 改變條件，平衡移動；平衡移動，電子轉移； 電子轉移，判斷區(qū)域；根據(jù)區(qū)域，判斷流向； 根據(jù)流向，判斷電極。 探究高考　明確考向 江蘇五年高考 1．(xx江蘇，1)燃料電池能有效提高能源利用率，具有廣泛的應用前景。下列物質均可用作燃料電池的燃料，其中最環(huán)保的是(　　) A．甲醇 B．天然氣 C．液化石油氣 D．氫氣 答案　D 解析　甲醇、天然氣(CH4)、液化石油氣(氣態(tài)烴)燃燒均生成CO2和H2O，CO2會造成溫室效應，氫氣燃燒只生成H2O，因此最環(huán)保的是氫氣，D項正確。 2．(xx江蘇，9)Mg－H2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液，示意圖如下。該電池工作時，下列說法正確的是(　　) A．Mg電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應 C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動 答案　C 解析　Mg－H2O2－海水電池，活潑金屬(Mg)作負極，發(fā)生氧化反應：Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正極(石墨電極)發(fā)生還原反應：H2O2＋2e－===2OH－(由于電解質為中性溶液，則生成OH－)，A、B項錯誤，C項正確；原電池電解質溶液中Cl－向負極移動，D項錯誤。 3．(xx江蘇，11)下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是(　　) A．該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉化 B．裝置Y中負極的電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生 D．裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質的零排放，并能實現(xiàn)化學能與電能間的完全轉化 答案　C 解析　太陽能電池利用光能轉化為電能可直接作用于工作馬達實現(xiàn)了電能與機械能的轉化；在裝置X中，電解水生成H2、O2，實現(xiàn)了電能與化學能的轉化；在裝置Y中構成燃料電池，化學能轉化為電能，作用于馬達實現(xiàn)了電能與機械能的轉化，A、D錯誤；氫氧燃料電池的負極上應是H2參加反應，B錯誤；裝置X能利用光能實現(xiàn)H2、O2、H2O的循環(huán)再生，C正確。 各省市兩年高考 1．(xx新課標全國卷Ⅱ，12)xx3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是(　　) A．a為電池的正極 B．電池充電反應為LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化 D．放電時，溶液中Li＋從b向a遷移 答案　C 解析　圖示所給出的是原電池裝置。A項，由圖示分析，金屬鋰易失電子，由原電池原理可知，含有鋰的一端為原電池的負極，即b為負極，a為正極，故正確；B項，電池充電時為電解池，反應式為原電池反應的逆反應，故正確；C項，放電時，a極為原電池的正極，發(fā)生還原反應的是Mn元素，鋰元素的化合價沒有變化，故不正確；D項，放電時為原電池，鋰離子應向正極(a極)遷移，故正確。 2．(xx天津理綜，6)已知：鋰離子電池的總反應為LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2 鋰硫電池的總反應為2Li＋SLi2S 有關上述兩種電池說法正確的是(　　) A．鋰離子電池放電時，Li＋向負極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應 C．理論上兩種電池的比能量相同 D．下圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 答案　B 解析　鋰離子電池放電時，為原電池，陽離子Li＋移向正極，A錯誤；鋰硫電池充電時，為電解池，鋰電極發(fā)生還原反應生成Li，B正確；電池的比能量是指參與電極反應的單位質量的電極材料放出電能的多少，兩種電池材料不同，顯然其比能量不同，C錯誤；由圖可知，鋰離子電池的電極材料為C和LiCoO2，應為該電池放電完全所得產物，而鋰硫電池的電極材料為Li和S，應為該電池充電完全所得產物，故此時應為鋰硫電池給鋰離子電池充電的過程，D錯誤。 3．(xx浙江理綜，11)鎳氫電池(NiMH)目前已經(jīng)成為混合動力汽車的一種主要電池類型。NiMH中的M表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中的總反應方程式是： Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列說法正確的是(　　) A．NiMH電池放電過程中，正極的電極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充電過程中OH－離子從陽極向陰極遷移 C．充電過程中陰極的電極反應式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M還原 D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質溶液 答案　A 解析　A項，放電過程中，NiOOH得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，該項正確；B項，充電過程中發(fā)生電解池反應，OH－從陰極向陽極遷移，該項錯誤；C項，充電過程中，陰極M得到電子，M被還原，H2O中的H化合價沒有發(fā)生變化，該項錯誤；D項，NiMH在KOH溶液、氨水中會發(fā)生氧化還原反應，該項錯誤。 4．(xx大綱全國卷，9)下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH—Ni電池)。下列有關說法不正確的是(　　) A．放電時正極反應為NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－ B．電池的電解液可為KOH溶液 C．充電時負極反應為MH＋OH－―→H2O＋M＋e－ D．MH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高 答案　C 解析　A項，在原電池的負極發(fā)生的是氧化反應，在原電池的正極發(fā)生的是還原反應，分析化合價的升降，正確；B項，因為該電池為金屬氫化物鎳電池，又有Ni(OH)2等產生，因此可用堿性溶液作電解質溶液，正確；C項，該反應為放電時的負極反應，錯誤；D項，氫密度越大，單位體積內放出的電量越多，電池的能量密度越高，正確。 5．(xx福建理綜，11)某原電池裝置如圖所示，電池總反應為2Ag＋Cl2===2AgCl。下列說法正確的是(　　) A．正極反應為AgCl＋e－===Ag＋Cl－ B．放電時，交換膜右側溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應隨之改變 D．當電路中轉移0.01mole－時，交換膜左側溶液中約減少0.02mol離子 答案　D 解析　根據(jù)電池總反應可以看出Cl2得電子，Ag失電子，所以在原電池中Cl2在正極上發(fā)生還原反應，Ag在負極上發(fā)生氧化反應。正極反應為Cl2＋2e－===2Cl－，A項錯誤；因為電解質溶液為鹽酸，所以負極上Ag失電子生成的Ag＋隨即與附近的Cl－反應，B項錯誤；用氯化鈉代替鹽酸后，電極反應不發(fā)生改變，C項錯誤；當電路中轉移0.01mole－時，負極生成0.01molAg＋，由于Ag＋＋Cl－===AgCl↓，所以消耗0.01molCl－，由于電荷守恒，同時有0.01molH＋通過陽離子交換膜轉移至右側溶液中，D項正確。 6．(xx新課標全國卷Ⅱ，11)“ZEBRA”蓄電池的結構如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是(　　) A．電池反應中有NaCl生成 B．電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子 C．正極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動 答案　B 解析　結合蓄電池裝置圖，利用原電池原理分析相關問題。A項，負極反應為Na－e－===Na＋，正極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故電池反應中有NaCl生成；B項，電池的總反應是金屬鈉還原二價鎳離子；C項，正極上NiCl2發(fā)生還原反應，電極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D項，鈉在負極失電子，被氧化生成Na＋，Na＋通過鈉離子導體在兩電極間移動。 7．(xx新課標全國卷Ⅰ，10)銀質器皿日久表面會逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故，根據(jù)電化學原理可進行如下處理，在鋁質容器中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時間后發(fā)現(xiàn)黑色會褪去，下列說法正確的是(　　) A．處理過程中銀器一直保持恒重 B．銀器為正極，Ag2S被還原生成單質銀 C．該過程中總反應為2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉化為白色AgCl 答案　B 解析　鋁質容器、變黑的銀器及食鹽溶液構成原電池裝置，鋁作負極，變質的銀器作正極。負極反應式為Al－3e－===Al3＋，正極反應式為Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。Al3＋與S2－在溶液中不能大量共存，能發(fā)生水解相互促進反應2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原電池總反應為2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故B項正確，C項錯誤；A項，原電池反應是自發(fā)進行的氧化還原反應，銀器中Ag2S被還原成Ag，質量減輕，A項錯誤；D項，黑色褪去的原因是黑色的Ag2S轉化為Ag，D項錯誤。 8．(xx安徽理綜，10)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質的無水LiCl－KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。 下列有關說法正確的是(　　) A．正極反應式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放電過程中，Li＋向負極移動 C．每轉移0.1mol電子，理論上生成20.7gPb D．常溫時，在正負極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉 答案　D 解析　正極應得到電子發(fā)生還原反應，A錯誤；放電時為原電池，陽離子移向正極，B錯誤；每轉移0.1mol電子，根據(jù)電子守恒，應生成0.05molPb，質量為10.35g，C錯誤；常溫下，電解質不能熔融形成自由移動的離子，所以不能導電，故指針不偏轉，D正確。 9．(xx高考試題組合)(1)[xx廣東理綜，33(2)(3)]能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(見下圖)，并作相應標注，要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 ②以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極__________。 ③甲乙兩種原電池可更有效地將化學能轉化為電能的是________，其原因是____________。 ④根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在上述的材料中應選__________作陽極。 (2)[xx北京理綜，26(4)]通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如下： ①Pt電極上發(fā)生的是________反應(填“氧化”或“還原”) ②寫出NiO電極的電極反應式：_________________________________________________。 答案　(1)①(或其他合理答案) ②電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出 ③甲　在甲裝置中，負極不和Cu2＋接觸，避免了Cu2＋直接與負極發(fā)生反應而使化學能轉化為熱能 ④鋅片 (2)①還原?、贜O＋O2－－2e－===NO2 解析　(1)①根據(jù)題給條件和原電池的構成條件可得： a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，F(xiàn)e作負極，Cu作正極，F(xiàn)e插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 c．注意，畫圖時要注意電極名稱，電極材料，電解質溶液名稱(或化學式)，并形成閉合回路。 ②由于金屬活動性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時間后，負極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。 ③帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發(fā)生置換反應，化學能不會轉化為熱能，而是幾乎全部轉化為電能；而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會發(fā)生置換反應，部分化學能轉化為熱能，化學能不可能全部轉化為電能。 ④由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極(陰極)時被保護，作負極(陽極)時被腐蝕，所以應選擇比鐵片更活潑的鋅作負極(陽極)才能有效地保護鐵不被腐蝕。 (2)由圖示可知原電池發(fā)生反應為2NO＋O2===2NO2，NO為還原劑，O2為氧化劑，O2在Pt電極得電子發(fā)生還原反應：O2＋4e－===2O2－。NO在NiO電極上失電子發(fā)生氧化反應：NO＋O2－－2e－===NO2。 練出高分 一、單項選擇題 1．原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法中不正確的是(　　) A．由Al、Cu、稀H2SO4組成的原電池，負極反應式為Al－3e－===Al3＋ B．由Mg、Al、NaOH溶液組成的原電池，負極反應式為Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O C．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋ D．由Al、Cu、濃硝酸組成的原電池，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋ 答案　C 解析　由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，負極材料是Fe，反應式為Fe－2e－===Fe2＋，C錯。 2．鉛酸蓄電池是目前應用普遍的化學電池，新型液流式鉛酸蓄電池以可溶的甲基磺酸鉛為電解質，電池總反應：Pb＋PbO2＋4H＋2Pb2＋＋2H2O 下列有關新型液流式鉛酸蓄電池的說法不正確的是(　　) A．放電時，蓄電池由化學能轉化為電能 B．充放電時，溶液的導電能力變化不大 C．放電時的負極反應式為Pb－2e－===Pb2＋ D．充電時的陽極反應式為Pb2＋＋4OH－＋2e－===PbO2＋2H2O 答案　D 解析　放電時電極反應式為 負極：Pb－2e－===Pb2＋ 正極：PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O 充電時電極反應式為 陰極：Pb2＋＋2e－===Pb 陽極：Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋ 放電時消耗4個H＋，而產生2個Pb2＋，充電時，消耗2個Pb2＋，但產生4個H＋，所以充放電時，溶液的導電能力變化不大，B正確，D錯誤。 3．由于具有超低耗電量、壽命長的特點，LED產品越來越受人歡迎。下圖是氫氧燃料電池驅動LED發(fā)光的裝置。下列有關敘述正確的是(　　) A．a處通入氧氣，b處通入氫氣 B．該裝置中只涉及兩種形式的能量轉化 C．電池正極電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．P－型半導體連接的是電池負極 答案　C 解析　根據(jù)電子移向，a處應通H2，b處應通O2，A錯誤；在該裝置中化學能轉化為電能，電能轉化為光能、熱能等，B錯誤；P－型半導體連接的是電池正極，D錯誤。 4．某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質、以CH4為燃料時，該電池工作原理見下圖。下列說法正確的是(　　) A．a為CH4，b為CO2 B．CO向正極移動 C．此電池在常溫時也能工作 D．正極電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO 答案　D 解析　電極反應式為 負極：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 正極：2O2＋8e－＋4CO2===4CO 根據(jù)圖示中電子的移向，可以判斷a處通甲烷，b處通O2，CO應移向負極，由于是熔融鹽，所以此電池在常溫下不能工作。 5．鋰空氣電池作為新一代大容量電池而備受矚目，其工作原理如圖所示。下列有關鋰空氣電池的說法不正確的是(　　) A．隨著電極反應的不斷進行，正極附近的電解液pH不斷升高 B．若把堿性電解液換成固體氧化物電解質，則正極會因為生成Li2O而引起碳孔堵塞，不利于正極空氣的吸附 C．放電時，當有22.4LO2(標準狀況下)被還原時，溶液中有4molLi＋從左槽移動到右槽 D．鋰空氣電池又稱作“鋰燃料電池”，其總反應方程式為4Li＋O2===2Li2O 答案　D 解析　電極反應式為 負極：4Li－4e－===4Li＋ 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ A項，根據(jù)正極反應可以判斷該項正確；B項，固體氧化物能傳導O2－，然后和負極生成的Li＋反應生成Li2O而造成堵塞，正確；C項，根據(jù)兩個電極反應式可以判斷該項正確；D項應為4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。 二、不定項選擇題 6．利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O構成電池的方法，既能實現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示，下列說法不正確的是(　　) A．電流從右側電極經(jīng)過負載后流向左側電極 B．為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陽離子交換膜 C．電極A極反應式為2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．當有4.48LNO2(標準狀況)被處理時，轉移電子為0.8mol 答案　BC 解析　電極反應式為 負極：8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O 正極：6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－ B項，因為為堿性介質，所以應選用陰離子交換膜；C項，應生成H2O，錯誤；D項，根據(jù)正極反應式轉移電子為24＝0.8mol。 7．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲裝置等優(yōu)點。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質。下列關于該燃料電池的敘述不正確的是(　　) A．電流從左側電極經(jīng)過負載后流向右側電極 B．負極發(fā)生的電極反應式為N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O C．該燃料電池的電極材料應采用多孔導電材料，以提高電極反應物質在電極表面的吸附量，并使它們與電解質溶液充分接觸 D．該燃料電池持續(xù)放電時，K＋從負極向正極遷移，因而離子交換膜需選用陽離子交換膜 答案　AD 解析　根據(jù)圖示，電極反應式為 負極：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ A項，電流從右側電極經(jīng)負載流向左側電極；D項，燃料電池持續(xù)放電時，OH－從正極區(qū)移向負極區(qū)，所以應選用陰離子交換膜。 8．銀制器皿表面日久因生成Ag2S而變黑，可進行如下處理：將表面發(fā)黑的銀器浸入盛有食鹽水的鋁質容器中(如圖)，一段時間后黑色褪去。有關說法正確的是(　　) A．該處理過程中電能轉化為化學能 B．銀器為正極，Ag2S還原為單質銀 C．Ag2S溶解于食鹽水生成了AgCl D．鋁質容器為陽極，其質量變輕 答案　B 解析　A項該處理過程是構成了原電池裝置，是把化學能轉化為電能，A、D都錯誤；由于鋁比較活潑，作負極，銀器為正極，Ag2S還原為單質銀，B正確，C錯誤。 三、非選擇題 9．(1)鐵是用途最廣的金屬材料之一，但生鐵易生銹。請討論電化學實驗中有關鐵的性質。 ①某原電池裝置如圖所示，上圖右側燒杯中的電極反應式為____________，左側燒杯中的c(Cl－)____________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 ②已知下圖甲、乙兩池的總反應式均為Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同側電極(指均在“左電極”或“右電極”)產生H2。請在兩池上標出電極材料(填“Fe”或“C”)。 (2)用高鐵(Ⅵ)酸鹽設計的高鐵(Ⅵ)電池是一種新型可充電電池，電解質溶液為KOH溶液，放電時的總反應為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①寫出正極反應式：____________________________________________________。 ②用高鐵(Ⅵ)電池作電源，以Fe作陽極，以Cu作陰極，對足量KOH溶液進行電解，當電池中有0.2molK2FeO4反應時，則在電解池中生成H2________L(標準狀況)。 答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　增大 ②甲池中：左—Fe，右—C，乙池中：左—Fe，右—C (2)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ ②6.72 解析　(1)①原電池反應中Fe作負極，石墨棒作正極，右側燒杯中電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑。由于平衡電荷的需要，鹽橋中的Cl－向負極遷移，故NaCl溶液中c(Cl－)增大。②裝置乙是電解裝置，陰極(右側)產生H2，同時根據(jù)電池的總反應式可知Fe只能作陽極(左側)。由已知條件知，在裝置甲中，F(xiàn)e作原電池的負極，在左側，C作原電池的正極，在右側。(2)②以轉移的電子數(shù)為橋梁建立K2FeO4和H2的物質的量的關系：2K2FeO4～3H2，由此可知生成H20.3mol，在標準狀況下的體積為6.72L。 10．某研究性學習小組根據(jù)反應2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設計如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質的物質的量濃度均為1molL－1，溶液的體積均為200mL，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。 回答下列問題： (1)此原電池的正極是石墨__________(填“a”或“b”)，發(fā)生________反應。 (2)電池工作時，鹽橋中的SO移向________(填“甲”或“乙”)燒杯。 (3)兩燒杯中的電極反應式分別為 甲________________________________________________________________________； 乙________________________________________________________________________。 (4)若不考慮溶液的體積變化，MnSO4濃度變?yōu)?.5molL－1，則反應中轉移的電子為____mol。 答案　(1)a　還原 (2)乙 (3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－===5Fe3＋ (4)0.5 解析　(1)根據(jù)題目提供的總反應方程式可知，KMnO4作氧化劑，發(fā)生還原反應，故石墨a是正極。(2)電池工作時，SO向負極移動，即向乙燒杯移動。(3)甲燒杯中的電極反應式為MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙燒杯中的電極反應式為5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4濃度由1molL－1變?yōu)?.5molL－1，由于溶液的體積未變，則反應過程中生成的MnSO4的物質的量為0.5molL－10.2L＝0.1mol，轉移的電子為0.1mol5＝0.5mol。 11．(1)分析如圖所示的四個裝置，請回答下列問題： ①裝置a和b中鋁電極上的電極反應式分別為________________________________________、________________________________________________________________________。 ②裝置c中產生氣泡的電極為________電極(填“鐵”或“銅”)，裝置d中銅電極上的電極反應式為___________________________________________