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培優(yōu)點(diǎn)二十 原電池的電極方程式 一．原電池的電極方程式 典例1．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，298K時(shí)，在FeCl3酸性溶液中加少量鋅粒后，F(xiàn)e3立即被還原成Fe2。某夏令營(yíng)興趣小組根據(jù)該實(shí)驗(yàn)事實(shí)設(shè)計(jì)了如圖所示原電池裝置。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ） A．該原電池的正極反應(yīng)是Zn－2e－===Zn2 B．左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去 C．該電池鉑電極上有氣泡出現(xiàn) D．該電池總反應(yīng)為3Zn+ 2Fe3===2Fe+ 3Zn2 【解析】該電池的總反應(yīng)為Zn+ 2Fe3 ===2Fe2+ Zn2，所以左燒杯Pt為正極，電極反應(yīng)為Fe3+ e－===Fe2，右燒杯Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2。由于左燒杯中的Fe3被還原為Fe2，所以左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去。 【答案】B 典例2．一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如下圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ） A．b電極為該電池的負(fù)極 B．b電極附近溶液的pH減小 C．a(chǎn)電極反應(yīng)式：C6H10O5－24e－+ 7H2O===6CO2↑+ 24H+ D．中間室：Na+ 移向左室，Cl－移向右室 【解析】b電極上硝酸根離子得電子生成N2，發(fā)生還原反應(yīng)，故b電極應(yīng)為正極，A錯(cuò)誤；b電極反應(yīng) 式：2NO+ 10e－+ 6H2O===N2↑+ 12OH－，故b電極附近溶液的pH增大，B錯(cuò)誤；原電池工作時(shí)陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。 【答案】C 典例3．一個(gè)完整的氧化還原反應(yīng)方程式可以拆開(kāi)，寫(xiě)成兩個(gè)“半反應(yīng)式”，一個(gè)是“氧化反應(yīng)式”，一個(gè)是“還原反應(yīng)式”。如2Fe3+ Cu===2Fe2+ Cu2，可拆寫(xiě)為氧化反應(yīng)式：Cu－2e－===Cu2，還原反應(yīng)式：2Fe3+2e－===2Fe2。據(jù)此，回答下列問(wèn)題： （1）將反應(yīng)3Cu+ 8H+2NO===3Cu2+ 2NO↑+ 4H2O拆寫(xiě)為兩個(gè)“半反應(yīng)式”，還原反應(yīng)式：________ ____________________________________。 （2）此原理可用于電化學(xué)。鋅錳堿性電池廣泛應(yīng)用于日常生活，電池的總反應(yīng)式為Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l)===Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)。該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________。 【解析】（1）反應(yīng)3Cu+ 8H+ 2NO===3Cu2+ 2NO↑+ 4H2O，其中Cu元素的化合價(jià)升高，被氧化，N元素的化合價(jià)降低，被還原，還原反應(yīng)式為8H+ 2NO+ 6e－===2NO↑+ 4H2O；（2）電池的總反應(yīng)式為Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l) ===Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)，其中錳元素的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，該電池的正極反應(yīng)式為2MnO2+ 2H2O+ 2e－===2MnOOH+ 2OH－ 【答案】（1）8H+ 2NO+ 6e－===2NO↑+ 4H2O （2）2MnO2+ 2H2O+ 2e－===2MnOOH+ 2OH－ 二．對(duì)點(diǎn)增分集訓(xùn) 1．某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是（ ） (鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液) A．Fe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng) B．負(fù)極反應(yīng)：2H+ 2e－===H2↑ C．工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶液pH均不變 D．工作一段時(shí)間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大 【解析】此原電池的負(fù)極是鐵，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是石墨，H在此發(fā)生還原反應(yīng)，右池中氫離子在石 墨棒上被還原為H2不斷逸出，使溶液酸性減弱，所以溶液的pH有變化。 【答案】D 2．如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有大小相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中分別滴入CuSO4濃溶液和FeSO4濃溶液。一段時(shí)間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不考慮兩球的浮力變化)（ ） A．杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，均為A端高B端低 B．杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，均為A端低B端高 C．當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端低B端高 D．當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端高B端低 【解析】當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，構(gòu)成原電池，F(xiàn)e球作負(fù)極，Cu球作正極，電極反應(yīng)式分別為負(fù)極：Fe－2e===Fe2，正極：Cu2+ 2e－===Cu，銅球質(zhì)量增加，鐵球質(zhì)量減少，杠桿A端低B端高。 【答案】D 3．某同學(xué)做如下實(shí)驗(yàn)： 裝置 圖1 圖2 現(xiàn)象 電流表指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 下列說(shuō)法正確的是（ ） A．“電流表指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”，說(shuō)明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ均未被腐蝕 B．用K3[Fe(CN)3]溶液檢驗(yàn)鐵片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判斷電池的正、負(fù)極 C．鐵片Ⅰ、Ⅲ所處的電解質(zhì)溶液濃度相同，二者的腐蝕速率相等 D．鐵片Ⅳ的電極反應(yīng)式為Fe－3e－===Fe3+ 【解析】對(duì)比兩個(gè)鹽橋的雙液裝置，圖1中因兩溶液中氯化鈉的濃度相等，因此發(fā)生的是普通的化學(xué)腐 蝕，且腐蝕速率相等。圖2中因兩溶液中氯化鈉的濃度不相等，因此發(fā)生的是電化學(xué)腐蝕，且濃度大的 一極是負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)是Fe－2e－===Fe2+ ，可以用K3[Fe(CN)3]檢驗(yàn)Fe2+ 的存在，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，就證明含有Fe2+ ，B正確。 【答案】B 4．利用人工光合作用合成甲酸的原理為2CO2+ 2H2O2HCOOH+ O2，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是（ ） A．該裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能 B．電極1周圍pH增大 C．電極2上發(fā)生的反應(yīng)為CO2+2H+ +2e－===HCOOH D．H+ 由電極1室經(jīng)過(guò)質(zhì)子膜流向電極2室 【解析】在太陽(yáng)能作用下CO2和H2O轉(zhuǎn)化為HCOOH和O2，并且有電子流動(dòng)，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能，A正確；電極1流出電子，反應(yīng)式是2H2O－4e－===4H+ +O2↑，周圍pH減小，B錯(cuò)誤；根據(jù)總反應(yīng)方程式推出電極2上發(fā)生的反應(yīng)為CO2+2H+ +2e－===HCOOH，C正確；電極1反應(yīng)產(chǎn)生H+ ，電極2反應(yīng)消耗H+ ，故H+ 由電極1室經(jīng)過(guò)質(zhì)子膜進(jìn)入電極2室，D正確。 【答案】B 5．我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋰離子電池，放電時(shí)有關(guān)離子轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是（ ） A．Li+ 透過(guò)膜除允許 Li+ 通過(guò)外，還允許H2O分子通過(guò) B．放電時(shí)，進(jìn)入貯罐的液體發(fā)生反應(yīng)：S2O+ 2Fe2+ ===2Fe3+ + 2SO C．充電時(shí)，鈦電極與外電源的負(fù)極相連 D．充電時(shí)，電池內(nèi)部發(fā)生的總反應(yīng)為 Li+ Fe3+ === Li+ + Fe2+ 【解析】Li+ 透過(guò)膜只允許Li+ 通過(guò)，故A錯(cuò)誤；鈦電極是電池的正極，充電時(shí)，應(yīng)該與外電源的正極相連，故C錯(cuò)誤；放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i+ Fe3+ ===Li+ +Fe2+ ，則充電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)為L(zhǎng)i+ +Fe2+ Li+Fe3+ ，故D錯(cuò)誤。 【答案】B 6．一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ） A．電池的正極反應(yīng)為H2O2+ 2e－===2OH－ B．電池放電時(shí)Na+ 從a極區(qū)移向b極區(qū) C．電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a D．b極室的輸出液經(jīng)處理后可輸入a極室循環(huán)利用 【解析】由圖分析可知，通入a電極的為BH，其中的B失電子，化合價(jià)升高，生成BO，因此a為電池的負(fù)極。b為電池的正極，H2O2中O由?1價(jià)降到－2價(jià)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為H2O2+ 2e===2OH，A正確；原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)，B正確；電子由負(fù)極流出，正極流入，即a→b，C錯(cuò)誤；正極區(qū)產(chǎn)生的OH－經(jīng)處理后輸入a極室可循環(huán)使用，D正確。 【答案】C 7．“直接煤燃料電池”能夠?qū)⒚褐械幕瘜W(xué)能高效、清潔地轉(zhuǎn)化為電能。用熔融Na2CO3作電解質(zhì)的直接煤燃料電池的工作原理如下圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ） A．該電池的總反應(yīng)為C+ O2===CO2 B．煤直接燃燒發(fā)電比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率高 C．進(jìn)入反應(yīng)室的煤塊粉碎成粉末狀對(duì)反應(yīng)速率和限度均無(wú)影響 D．電子由電極b沿導(dǎo)線流向電極a，入口A加入的物質(zhì)為煤粉 【解析】A項(xiàng)，在原電池中陰離子移向電源負(fù)極，由圖中CO移向左邊可知a為負(fù)極，電極反應(yīng)為C+2CO－4e－===3CO2，b為正極，電極反應(yīng)為O2+ 2CO2+4e－===2CO，所以該電池的總反應(yīng)為C+O2===CO2，故A正確；B項(xiàng)，煤直接燃燒發(fā)電會(huì)有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能，所以比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率低，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，將煤塊粉碎成粉末狀，有利于在電極a附近參與反應(yīng)，加快了反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，a為負(fù)極，電子由負(fù)極a沿導(dǎo)線流向正極b，故D錯(cuò)誤。 【答案】A 8．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是（ ） A．該燃料電池放電時(shí)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，pH變大 B．a(chǎn)極的反應(yīng)式：N2H4+ 4OH－－4e－===N2↑+ 4H2O C．放電時(shí)，電流從a極經(jīng)過(guò)負(fù)載流向b極 D．其中的離子交換膜需選用陽(yáng)離子交換膜 【解析】根據(jù)原電池的工作原理，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，通空氣的一極為正極，反應(yīng)式為O2+2H2O+ 4e－===4OH－，pH增大，故A錯(cuò)誤；通肼的一極為負(fù)極，反應(yīng)式為N2H4+4OH－－4e－===N2↑+4H2O，故B正確；根據(jù)原電池的工作原理，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，電流的方向和電子移動(dòng)的方向相反，即電流從b極經(jīng)過(guò)負(fù)載流向a極，故C錯(cuò)誤；根據(jù)電極反應(yīng)式，OH－應(yīng)從正極流向負(fù)極，交換膜應(yīng)選用陰離子交換膜，故D錯(cuò)誤。 【答案】B 9．微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，下圖是利用一種微生物將廢水中的尿素[CO(NH2)2]轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害物質(zhì)的裝置。下列敘述錯(cuò)誤的是（ ） A．M電極有CO2和N2生成 B．H+ 透過(guò)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng) C．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 D．N電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e－===4OH－ 【解析】因?yàn)槭琴|(zhì)子交換膜，因此反應(yīng)的環(huán)境呈酸性，有O2的一邊(N)是正極反應(yīng)區(qū)，即O2+ 4H+ + 4e===2H2O。尿素[CO(NH2)2]轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害物質(zhì)，M極反應(yīng)為CO(NH2)2+ H2O－6e－===CO2↑+ N2↑+ 6H+ ，H+ 應(yīng)該透過(guò)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng)；在微生物的作用下，此裝置構(gòu)成原電池，加速了反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。綜上，A、B、C正確，D錯(cuò)誤。 【答案】D 10．科學(xué)家預(yù)言，燃料電池是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑。甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在硫酸電解質(zhì)溶液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答以下問(wèn)題： （1）配平電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)方程式： CH3OH+____O2―→____CO2+____H2O。 （2）在硫酸電解質(zhì)溶液中，CH3OH失去電子，此電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是___________________，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是_____________。 （3）電解質(zhì)溶液中的H+ 向________極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是________極。 【解析】（1）根據(jù)得失電子守恒配平反應(yīng)方程式，注意CH3OH中的H顯+1價(jià)，O顯－2價(jià)。（2）電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)應(yīng)注意電解質(zhì)溶液，本題給出的是酸性溶液。(3)由電極反應(yīng)可知，H+ 在正極被消耗，在負(fù)極生成，所以H+ 向正極移動(dòng)。 【答案】（1）2　3　2　4　 （2）3O2+12H+ +12e－===6H2O 2CH3OH+2H2O?12e－===2CO2+12H+ 　 （3）正　負(fù) 11．用零價(jià)鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO)已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一。 （1）Fe還原水體中NO的反應(yīng)原理如圖所示。 作負(fù)極的物質(zhì)是________。正極的電極反應(yīng)式是______________。 （2）將足量鐵粉投入水體中，經(jīng)24小時(shí)測(cè)定NO的去除率和pH，結(jié)果如下： 初始pH pH＝2.5 pH＝4.5 NO的去除率 接近100% <50% 24小時(shí)pH 接近中性 接近中性 鐵的最終物質(zhì)形態(tài) pH＝4.5時(shí)，NO的去除率低，其原因是_________________________。 【解析】（1）根據(jù)圖可知，F(xiàn)e失電子，使NO還原為NH，故Fe作負(fù)極，結(jié)合電子守恒、電荷守恒和元素守恒寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式：NO+8e－+10H+ ===NH+3H2O。（2）pH越大，F(xiàn)e3+ 越容易水解生成不導(dǎo)電的FeO(OH)，阻礙反應(yīng)進(jìn)行，所以NO去除率低；pH越小，越容易生成疏松、能導(dǎo)電的Fe3O4，所以NO去除率高。 【答案】（1）Fe　NO+8e－+10H+ ===NH+3H2O （2）pH越大，F(xiàn)e3+越易水解成FeO(OH)，F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移 12．鋰電池應(yīng)用越來(lái)越廣泛，大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠湔龢O(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。其工作原理如圖，電池總反應(yīng)為4Li+O2+2H2O===4LiOH。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）該電池的正極反應(yīng)式是_____________________________________________。 （2）在負(fù)極的有機(jī)電解液和正極的水性電解液之間，用只能通過(guò)鋰離子的固體電解質(zhì)隔開(kāi)，使用該固 體電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)有___________________________________。 （3）正極使用水性電解液的優(yōu)點(diǎn)是______________________________。 【解析】（1）O2+2H2O+4e－===4OH－。（2）在負(fù)極的有機(jī)電解液和空氣極的水性電解液之間，用只能通過(guò)鋰離子的固體電解質(zhì)隔開(kāi)，既可防止兩種電解液發(fā)生混合，又可防止水和氧氣與負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)。 （3）該電池正極若使用非水性電解液，則生成的是固體氧化鋰(Li2O)，而使用水性電解液時(shí)，生成的氫氧化鋰(LiOH)溶于水，這樣就不會(huì)引起空氣極的碳孔堵塞。 【答案】（1）O2+2H2O+4e－===4OH－ （2）既可防止兩種電解液混合，又可防止水和氧氣等和負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng) （3）可防止正極的碳孔堵塞