資源簡介

第四章　化學反應與電能
第一節　原電池
第1課時　原電池的工作原理
基礎過關練
題組一　　原電池的形成條件
1.下列裝置中,電流表指針不能發生偏轉的是 (　　)
A　B
C　D
2.(經典題)如圖所示裝置,電流表指針發生偏轉,同時A極逐漸變粗,B極逐漸變細,C為電解質溶液,則下列各項中符合的是(　　)
A.A是Zn,B是Cu,C為稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C為稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C為稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C為稀AgNO3溶液
題組二　　原電池的工作原理
3.(易錯題)將鎂條、鋁條平行插入盛有一定濃度的NaOH溶液的燒杯中,用導線和電流表連接成原電池,裝置如圖所示。此電池工作時,下列敘述正確的是 (　　)
A.Mg比Al活潑,Mg失去電子被氧化成Mg2+
B.若鋁條表面有氧化膜,也不必處理
C.該電池的內外電路中,電流均是由電子定向移動形成的
D.Al是電池負極,開始工作時溶液中會立即有白色沉淀析出
4.某原電池裝置如圖所示,下列說法錯誤的是 (　　)
A.電池工作時,石墨棒上始終無氣泡產生
B.電池工作時,溶液中的Cu2+向鐵棒移動
C.電池工作一段時間后,溶液中的溶質質量逐漸減輕
D.電池工作時,外電路中的電流方向為石墨棒→燈泡→鐵棒
5.某原電池裝置如圖所示,鹽橋中裝有用飽和氯化鉀溶液浸泡過的瓊脂。下列敘述正確的是 (　　)
A.原電池工作一段時間后,FeCl2溶液中c(Cl-)增大
B.此電池工作原理與硅太陽能電池工作原理相同
C.Fe為正極,石墨電極上發生的反應為2H++2e- H2↑
D.該裝置中的鹽橋可用金屬絲代替,原理不變
6.某原電池裝置如圖所示,鹽橋中裝有瓊脂-KNO3。
①在外電路中,電流由銅電極流向銀電極
②正極反應為Ag++e- Ag
③實驗過程中取出鹽橋,原電池仍繼續工作
④將銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池總反應相同
⑤鹽橋中的K+移向Cu(NO3)2溶液
⑥電子的移動方向:Cu電極→導線→Ag電極→AgNO3溶液→鹽橋→Cu(NO3)2溶液
上述①~⑥中正確的有 (　　)
A.4個　　 B.3個　　 C.2個　　 D.1個
題組三　　原電池工作原理的應用
7.(經典題)用A、B、C、D四種金屬按表中裝置進行實驗,下列敘述中正確的是 (　　)
實驗 裝置 甲 乙 丙
實驗 現象 A不斷溶解 C的表面有紅色固體析出 A上有氣泡產生
A.裝置甲中的B金屬是原電池的負極
B.裝置乙中,外電路中電流的流向為B→C
C.裝置丙中溶液里的S移向A
D.四種金屬的活動性由強到弱的順序是D>A>B>C
8.已知氧化性:Au3+>Ag+>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。現有如圖所示的電化學裝置,下列敘述中正確的是 (　　)
A.若X為Ti,則Y極的電極反應式可能是Zn-2e- Zn2+
B.若X為Cr,則Y可以選Zn或Ti
C.若Y為Cu,則X極的電極反應式可能是Cr-3e- Cr3+
D.若X為Zn、Y為Pb,形成原電池,則鹽橋中陰離子移向右側燒杯
9.(1)利用反應Cu+2FeCl3 CuCl2+2FeCl2設計成如圖所示的原電池,回答下列問題:
①正極電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　;負極電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　。
②圖中X是　　　　,Y是　　　　。
③原電池工作時,鹽橋中的　　　　(填“陽”或“陰”)離子向X溶液方向移動。
(2)利用反應2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O可制備CuSO4,若將該反應設計成原電池,其正極反應式為　　　　　　　　　 　。
10.(易錯題)根據下列圖像,將字母填在相應橫線上:
A B C D
(1)將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,產生H2的體積V與時間t的關系是　　　　。
(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入等量的稀硫酸中,同時向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,產生H2的體積V與時間t的關系是　　　　。
(3)將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CH3COONa溶液,產生H2的體積V與時間t的關系是　　　　。
能力提升練
題組一　　原電池正、負極的判斷與電極反應式的書寫
1.按如圖所示裝置進行實驗,觀察到圖1裝置中銅電極上產生大量無色氣泡;圖2裝置中銅電極上無氣泡產生,鉻電極上產生大量有色氣泡。下列敘述不正確的是 (　　)
　
圖1 圖2
A.圖1裝置中Cu電極上電極反應式為2H++2e- H2↑
B.圖2裝置中Cu電極上電極反應式為Cu-2e- Cu2+
C.圖2裝置中Cr電極上電極反應式為N+e-+2H+ NO2↑+H2O
D.兩個裝置中,電子均由Cr電極經導線流向Cu電極
2.我國在太陽能光電催化電池處理H2S研究中獲得新進展,相關裝置如圖所示。
下列說法錯誤的是 (　　)
A.該裝置中能量轉化形式只有化學能轉化為電能
B.該裝置工作時,b極為正極
C.a極的電極反應式為Fe2+-e- Fe3+
D.電路中每通過1 mol e-,可處理17 g H2S
題組二　　與原電池相關的實驗探究
3.某實驗小組依據反應As氧化性的影響,測得輸出電壓與pH的關系如圖2。下列有關敘述錯誤的是 (　　)
圖1
圖2
A.c點時,正極的電極反應為As+H2O
B.b點時,反應處于化學平衡狀態
C.a點時,鹽橋中的K+向左移動
D.pH>0.68時,氧化性I2>As
4.現有FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、AgNO3溶液,采用如圖裝置驗證Ag++Fe2+ Fe3++Ag↓為可逆反應。
回答下列問題:
(1)按照裝置圖,組裝好儀器后,分別在兩燒杯中加入一定濃度的a、b,閉合開關K,觀察到的現象為:Ag電極上有銀白色固體析出,檢流計指針向右偏轉,一段時間后指針歸零,說明此時反應達到平衡狀態。則a為　　　　溶液;b為　　　　溶液。
(2)再向左側燒杯中滴加較濃的　　　　溶液,產生的現象為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,表明Ag++Fe2+ Fe3++Ag↓為可逆反應。
答案與分層梯度式解析
基礎過關練
1.A 2.D 3.B 4.B 5.A 6.C 7.D 8.C
1.A　A項,鋅插入CuCl2溶液中,鋅置換出銅,電子不經過導線(易錯點),沒有電流產生,則電流表指針不發生偏轉;B項,可構成原電池,鎂為負極,鋁為正極,電流表指針發生偏轉;C項,可構成原電池,鋅為負極,銅為正極,電流表指針發生偏轉;D項,可構成原電池,鋅為負極,銅為正極,電流表指針發生偏轉。
2.D　A極逐漸變粗,說明A極發生還原反應,有金屬析出,A極為正極;B極逐漸變細,說明B極失電子發生氧化反應,B極為負極,D符合題意。
3.B　Mg雖然比Al活潑,但鋁能與NaOH溶液發生氧化還原反應,鎂與NaOH溶液不反應,所以在題述裝置中鋁失電子,為原電池的負極,A錯誤;鋁條表面的氧化膜能與NaOH溶液反應,故不必處理,B正確;該裝置外電路的電流是由電子的定向移動形成的,而內電路的電流則是由溶液中離子的定向移動形成的,C錯誤;在該反應中,鋁失電子,為原電池的負極,由于電池開始工作時,生成的鋁離子的量較少,NaOH過量,此時不會有Al(OH)3白色沉淀析出,D錯誤。
4.B　鐵棒為負極,石墨棒為正極,正極上銅離子得電子生成單質銅,硫酸銅溶液足量,石墨棒上始終無氣泡產生,A正確;石墨棒為正極,正極上銅離子得電子生成單質銅,溶液中的銅離子向石墨棒移動,B錯誤;電池總反應為Fe+Cu2+ Fe2++Cu,當溶液中有1 mol Cu2+變成單質銅時,會有1 mol Fe2+進入溶液中,電池工作一段時間后,溶液中的溶質質量逐漸減輕,C正確;鐵棒作負極,石墨棒作正極,外電路中的電流方向為石墨棒→燈泡→鐵棒,D正確。
5.A　Fe為負極,失去電子生成Fe2+,鹽橋中Cl-向負極移動,則FeCl2溶液中c(Cl-)會增大,A正確;原電池是將化學能轉化為電能的裝置,硅太陽能電池是將太陽能轉化為電能的裝置,B錯誤;Fe為負極,石墨為正極,正極上電極反應為2H++2e- H2↑,C錯誤;若裝置中的鹽橋用金屬絲代替,則此裝置原理會發生變化,D錯誤。
6.C　根據金屬活動性和圖示裝置可知,Cu為負極,Ag為正極。外電路中,電流由正極(Ag電極)流向負極(Cu電極),①錯誤;正極Ag+得電子生成Ag,②正確;取出鹽橋,不能構成閉合回路,無法形成原電池,③錯誤;銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池總反應相同,均為Cu+2Ag+ Cu2++2Ag,④正確;鹽橋中的K+向正極移動,即移向AgNO3溶液,⑤錯誤;電子只能在外電路中移動,不能通過電解質溶液,⑥錯誤;綜上,正確的只有②④,故選C。
7.D　裝置甲中A不斷溶解,則A為負極,B為正極,A錯誤;裝置乙中C的表面有紅色固體析出,則C為正極,B為負極,外電路中電流方向:C→B,B錯誤;裝置丙中A上有氣泡產生,則A為正極,D為負極,溶液中S向D移動,C錯誤;根據實驗現象可知金屬活動性:A>B、B>C、D>A,故金屬活動性:D>A>B>C,D正確。
8.C　根據裝置圖可知,X電極是負極,失去電子發生氧化反應,Y電極是正極,得到電子發生還原反應。若X為Ti,由于Y電極是正極,應得到電子發生還原反應,A不正確;若X為Cr,則Y的金屬性要弱于Cr的金屬性,Zn和Ti的金屬性均強于Cr的金屬性,則Y不能選Zn或Ti,可以選擇Cu或Pb等,B不正確;若Y為Cu,由于X是負極,則X的金屬性要強于Cu,所以可以選擇Cr,負極反應式可能是Cr-3e- Cr3+,C正確;X電極是負極,鹽橋中陰離子移向負極,故鹽橋中陰離子移向左側燒杯,D不正確。
9.答案　(1)①2Fe3++2e- 2Fe2+　Cu-2e- Cu2+　②FeCl3　CuCl2　③陽
(2)O2+4e-+4H+ 2H2O
解析　(1)①該原電池中Cu為負極,電極反應式為Cu-2e- Cu2+;石墨為正極,電極反應式為2Fe3++2e- 2Fe2+。②X溶液應為FeCl3溶液,Y溶液應為CuCl2溶液。③原電池工作時,鹽橋中的陽離子向正極移動。
(2)Cu為負極,O2在正極上得電子,電極反應為O2+4e-+4H+ 2H2O。
10.答案　(1)A　(2)B　(3)C
解析　以圖析題:
A B C D
(1)向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,Zn可以置換出Cu,在溶液中構成原電池,生成氫氣的速率加快,但由于部分Zn參與置換Cu的反應,產生H2的量減少,選A。
(2)向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,Zn與CuSO4反應置換出Cu,在溶液中構成原電池,加快反應速率,但由于Zn足量,n(H+)相同,產生H2的量相同(易錯點),選B。
(3)向加入鋅粉a的稀硫酸中加入少量CH3COONa溶液,CH3COO-與H+反應生成弱電解質CH3COOH,溶液中c(H+)減小,但n(H+)不變,故反應速率減慢,產生H2的量一樣多(易錯點),選C。
能力提升練
1.D 2.A 3.A
1.D　圖1裝置中銅電極上產生大量無色氣泡,說明Cu為正極,電極反應式為2H++2e- H2↑,A正確;圖2裝置中銅電極上無氣泡產生,鉻電極上產生大量有色氣泡,則銅被氧化,為負極,電極反應式為Cu-2e- Cu2+,Cr為正極,正極上是HNO3被還原生成NO2,電極反應式為N+e-+2H+ NO2↑+H2O,B、C正確;圖1裝置中,電子由Cr電極(負極)經導線流向Cu電極(正極),圖2裝置中電子由Cu電極(負極)經導線流向Cr電極(正極),D錯誤。
2.A　根據“太陽能光電催化電池”可知該裝置中存在的能量轉化形式還有光能轉化為化學能,A錯誤;在b極上H+得到電子被還原產生H2,故b極為原電池的正極,B正確;根據題圖可知在a極上Fe2+失去電子生成Fe3+,a極的電極反應式為Fe2+-e- Fe3+,C正確;由H2S~2e-~S及得失電子守恒(解題技法)可知,電路中每通過2 mol e-,可處理34 g H2S,則電路中每通過1 mol e-,可處理17 g H2S,D正確。
3.A　c點時,輸出電壓小于0,反應逆向進行,As在負極失電子,I2在正極得電子,正極的電極反應式為I2+2e- 2I-,A錯誤;b點時,輸出電壓為0,反應處于平衡狀態,B正確;a點時,輸出電壓大于0,反應正向進行,乙中I-失電子,則乙中石墨電極為負極,甲中石墨電極為正極,原電池中陽離子向正極移動,所以鹽橋中的K+向左移動,C正確;pH>0.68時,電壓小于0,反應逆向進行,I2作氧化劑,所以氧化性I2>As,D正確。
4.答案　(1)FeSO4或FeSO4與Fe2(SO4)3的混合
AgNO3
(2)Fe2(SO4)3　Ag電極上固體逐漸減少,指針向左偏轉,一段時間后指針歸零
解析　(1)題圖中原電池工作時,Ag電極上有銀白色固體(Ag)析出,檢流計指針向右偏轉,Ag電極為正極,電極反應式為Ag++e- Ag,則石墨電極為負極,電極反應式為Fe2+-e- Fe3+,所以a溶液為FeSO4溶液或FeSO4與Fe2(SO4)3的混合溶液;b為AgNO3溶液。
(2)再向左側燒杯中滴加較濃的Fe2(SO4)3溶液,此時正極電極反應式為Fe3++e- Fe2+,負極電極反應式為Ag-e- Ag+,Ag電極為負極,石墨電極為正極,則產生的現象為Ag電極上固體逐漸減少,指針向左偏轉,一段時間后指針歸零。
知識拓展　(1)帶鹽橋的原電池中,通常在同側燒杯內電解質溶液中的金屬離子與金屬電極的材料相同。
　　(2)對于可逆的氧化還原反應,當改變條件,平衡移動的方向改變時,電池的正、負極改變,電流方向相反,當達到平衡時,輸出電壓為0。
13第四章　化學反應與電能
第一節　原電池
第2課時　化學電源
基礎過關練
題組一　　一次電池
1.鋅錳電池是生活中常用的電池,普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池的結構分別如圖所示,下列說法錯誤的是 (　　)
A.鋅錳電池屬于一次電池,用完不可隨意丟棄
B.普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池放電過程中鋅均發生氧化反應
C.放電時,普通鋅錳電池的石墨電極上反應為2N+2e- N2↑+4H2↑
D.放電時,堿性鋅錳電池正極反應式為MnO2+H2O+e- MnO(OH)+OH-
2.(經典題)微型銀—鋅電池可用作電子儀器的電源,其電極分別是Ag/Ag2O和Zn,電解質溶液為KOH溶液,電池總反應為Ag2O+Zn+H2O 2Ag+Zn(OH)2。下列說法正確的是 (　　)
A.電池工作過程中,負極發生還原反應
B.電池工作過程中,電解液中OH-向正極移動
C.負極電極反應為Zn+2OH--2e- Zn(OH)2
D.正極電極反應為Ag2O+2H+-2e- 2Ag+H2O
題組二　　二次電池
3.鉛酸蓄電池構造如圖所示,下列說法不正確的是 (　　)
A.鉛酸蓄電池是二次電池,充電時電能轉化為化學能
B.放電時,外電路中電子由Pb流向PbO2
C.放電時,負極反應為Pb-2e- Pb2+
D.放電時,H+移向PbO2
4.鎳鎘電池是一種新型的封閉式體積小的可充電電池,其放電時的工作原理如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.放電時,OH-向b極移動
B.放電時,a極發生還原反應
C.充電時電流的方向:外電源正極→b極,a極→外電源負極
D.充電時,a極的電極反應為Cd-2e-+2OH- Cd(OH)2
5.如圖為鐵鎳電池,具有優良的耐過充和過放電性能。下列說法正確的是 (　　)
A.放電時,a極電勢比b極電勢高
B.放電時,b極電極反應為Ni(OH)2+2e- Ni+2OH-
C.充電時,a極附近pH減小
D.充電時,每消耗1 mol Fe3O4·4H2O,有4 mol Ni(OH)2被氧化
6.高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通電池相比,該電池能較長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池放電時的總反應式為3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。請回答下列問題:
(1)高鐵電池的負極材料是　　　　,放電時負極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)放電時,正極發生　　　　(填“氧化”或“還原”)反應;正極反應式為　　　　　　　　　　　　　　。放電時,　　　　(填“正”或“負”)極附近溶液的堿性增強。
題組三　　燃料電池
7.一種鋁—空氣電池工作原理如圖,下列說法正確的是(　　)
A.a極為負極,發生氧化反應
B.工作時OH-向b極遷移
C.外電路中,電流從a極流向b極
D.該電池正極電極反應式為O2+4e-+4H+ 2H2O
8.氨氣是一種重要的化工原料,工業合成氨反應為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,將上述合成氨反應設計成燃料電池,工作原理如圖所示,其中溶有HCl的稀的A溶液為電解質溶液。下列說法錯誤的是 (　　)
A.a電極為正極,發生還原反應
B.A溶液中所含溶質為NH4Cl,可用蒸發結晶的方法分離出A
C.a電極發生的反應為N2+8H++6e- 2N
D.導線中電流方向為a→b
9.在石油化工生產中,丁烷(C4H10)是一種重要的化工原料。丁烷的燃料電池工作原理如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.M電極上發生氧化反應
B.R電極上的電極反應為C4H10-26e-+13O2- 4CO2+5H2O
C.該電池工作時,每轉移0.4 mol電子,此時消耗O2的質量為1.6 g
D.該電池工作時,外電路中電子的移動方向為M電極→燈泡→R電極
10.一種甲醇燃料電池采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑,在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇,同時向一個電極通入空氣。回答下列問題:
(1)這種電池放電時的總反應式為　　　　　　　　　　　　　　。
(2)此電池的正極反應式:　　　　　　　　　　　　　;負極反應式:　　　　　　　　　　　　　。
(3)電解液中H+向　　　　(填“正”或“負”,下同)極移動,向外電路釋放電子的電極是　　　　極。
能力提升練
題組一　　非水系電池
1.我國報道了一種新型Li-NO2電池,為NO2的治理和利用提供了新的研究思路,其工作原理如圖所示,電池放電時的總反應為2Li+NO2 Li2O+NO。下列有關該電池工作時的說法不正確的是 (　　)
A.外電路電流的方向:b極→電流表→a極
B.b極的電極反應:NO2+2e-+2Li+ Li2O+NO
C.電解液中Li+向b極附近遷移
D.當外電路通過1 mol e-時,b極質量增加7 g
2.一種鋰離子電池的結構如圖所示,電池反應為LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2(x<1)。下列說法正確的是 (　　)
A.充電時a極接外電源的負極
B.放電時Li+在電解質中向b極遷移
C.充電時若轉移0.02 mol電子,石墨電極將減少0.14 g
D.該電池進行“放電處理”有利于鋰在LiCoO2極回收
3.以Fe[Fe(CN)6]為代表的新型可充電鈉離子電池,其放電時工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.放電時,正極反應式為Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6]
B.充電時,Mo箔接電源的正極
C.放電時,Na+通過離子交換膜從右室移向左室
D.外電路通過0.2 mol電子時,Mg箔質量變化為1.2 g
題組二　　化學電源的應用
4.一種液態肼(N2H4)燃料電池被廣泛應用于發射通信衛星、戰略導彈等的運載火箭中。該燃料電池以固體氧化物為電解質,生成物為無毒無害的物質。下列有關該電池的說法正確的是 (　　)
A.電子沿電極a→用電器→電極b→電解質→電極a流動
B.電極a上的電極反應式為N2H4+2O2-+4e- N2↑+2H2O
C.當電極a上消耗1 mol N2H4時,電極b上被氧化的O2在標準狀況下的體積約為22.4 L
D.該電池常溫下不能工作
5.Hg-Hg2SO4標準電極在生活中常用于測定其他電極的電勢,測知Hg-Hg2SO4電極的電勢高于Cu電極的電勢。以下說法正確的是 (　　)
A.K2SO4溶液可用CCl4代替
B.Hg-Hg2SO4電極反應為Hg2SO4-2e- 2Hg+S
C.微孔瓷片起到阻隔離子通過的作用
D.若把Cu-CuSO4體系換作Zn-ZnSO4體系,電壓表的示數變大
6.某污水處理廠利用微生物電池將鍍鉻廢水中的Cr2催化還原,其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是　 (　　)
A.電池工作時外電路電流由b極流向a極
B.b極的電極反應式為Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O
C.電池工作過程中,a極區有H+生成
D.每處理0.5 mol Cr2,可生成16.8 L CO2
7.我國科研人員研發出一種Zn-NO電池系統,該電池同時具備合成氨和對外供電的功能,其工作原理如圖所示。已知雙極膜可將水解離為H+和OH-,并實現其定向通過。下列說法錯誤的是 (　　)
A.Zn/ZnO電極電勢比MoS2電極電勢低
B.電池工作時,NaOH和Na2SO4的濃度均變小
C.Zn/ZnO電極表面發生的反應為Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O
D.當電路通過1 mol e-時,整個電池系統質量會增大3.0 g
8.我國科學家發明了一種Zn-PbO2電池,可廣泛應用于汽車啟動、照明和電力系統等領域。電解質分別為K2SO4、H2SO4和KOH,由a和b兩種離子交換膜隔開,形成A、B、C三個電解質溶液區域,結構示意圖如圖所示:
(1)電池中,Zn為　　　　極,B區域的電解質為　　　　(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。
(2)電池總反應的離子方程式為　　　　　　　　。
(3)陽離子交換膜為圖中的　　　　(填“a”或“b”)。
答案與分層梯度式解析
基礎過關練
1.C 2.C 3.C 4.C 5.B 7.A 8.B 9.B
1.C　鋅錳電池屬于一次電池,含有重金屬離子,用完不可隨意丟棄,A正確;普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池都是鋅為負極,放電過程中鋅均發生氧化反應,B正確;放電時,普通鋅錳電池的石墨電極上MnO2得電子,被還原,C錯誤;放電時,堿性鋅錳電池正極反應式為MnO2+H2O+e- MnO(OH)+OH-,D正確。
2.C　電池工作過程中,Zn失電子作負極,發生氧化反應,電極反應為Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,A錯誤、C正確;電池工作過程中,電解液中的OH-向負極移動,B錯誤;正極Ag2O得電子,發生還原反應,堿性環境下,電極反應為Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,D錯誤。
3.C　鉛酸蓄電池是典型的二次電池,充電時把電能轉化成化學能,A正確;放電時,Pb作負極,PbO2作正極,外電路中電子由Pb流向PbO2,B正確;放電時,負極Pb發生氧化反應生成PbSO4,電極反應為Pb+S-2e- PbSO4,C錯誤;放電時,H+向正極移動,D正確。
4.C　由題圖中電子移動方向可知放電時Cd為負極,NiO(OH)為正極(破題關鍵)。放電時,a極失電子,發生氧化反應,OH-向a極移動,A、B錯誤;放電時a極為負極,b極為正極,充電時a與電源負極相連,b與電源正極相連,電流的方向:電源正極→b極,a極→電源負極,C正確;充電時,a極的電極反應為Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-,D錯誤。
5.B　根據題圖可知,放電時a為負極,Fe轉化為Fe3O4·4H2O,b為正極,Ni(OH)2轉化為Ni。放電時,a為負極,a極電勢比b極電勢低,A錯誤;放電時b為正極,Ni(OH)2轉化為Ni,b極電極反應為Ni(OH)2+2e- Ni+2OH-,B正確;充電時,a極Fe3O4·4H2O轉化為Fe,電極反應為Fe3O4·4H2O+8e- 3Fe+8OH-,故a極附近pH增大,C錯誤;充電時,每消耗1 mol Fe3O4·4H2O,轉移8 mol e-,有4 mol Ni被氧化,D錯誤。
6.答案　(1)Zn　Zn+2OH--2e- Zn(OH)2
(2)還原　Fe+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-　正
解析　放電時,電池的負極上發生氧化反應,負極反應式為Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正極上發生還原反應,正極反應式為Fe+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-,正極附近溶液的堿性增強。
7.A　由題圖可知,a極為負極,鋁失去電子在堿性條件下轉化為[Al(OH)4]-,電極反應式為Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,A正確;工作時OH-向負極(a極)遷移,B錯誤;放電時,外電路中電流從正極(b極)流向負極(a極),C錯誤;在堿性條件下,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-,D錯誤。
8.B　由題圖可知,通入氮氣的a電極為燃料電池的正極,酸性條件下氮氣在正極得到電子發生還原反應,通入氫氣的b電極為負極,氫氣在負極失去電子發生氧化反應生成氫離子,A溶液為氯化銨溶液,濃溶液經冷卻結晶、過濾得到氯化銨和可以循環使用的氯化銨的稀溶液,A正確、B錯誤;正極電極反應為N2+8H++6e- 2N,C正確;導線中電流方向為正極流向負極,即a→b,D正確。
9.B　燃料電池中,通入空氣的一端為正極,即M電極為正極,發生還原反應,丁烷燃料通入的R電極為負極,發生氧化反應,A錯誤;1 mol C4H10參加反應失去26 mol電子,發生氧化反應生成CO2和H2O,B正確;O2~4e-,當有0.4 mol電子發生轉移時,消耗0.1 mol O2,質量為3.2 g,C錯誤;外電路中電子的移動方向為R電極→燈泡→M電極,D錯誤。
10.答案　(1)2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O
(2)3O2+12H++12e- 6H2O　2CH3OH+2H2O-12e- 2CO2↑+12H+
(3)正　負
解析　(1)甲醇燃料電池的反應原理為甲醇的氧化反應,電解質溶液為稀硫酸,電池放電時的總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。
(2)電池正極上O2得電子,由于是酸性環境,所以會生成H2O;用電池總反應式減去正極反應式即可得出負極反應式。
反思升華　(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3等均可作為燃料電池的燃料。(2)電解質可以是酸(如H2SO4)、堿(如KOH),也可以是熔融鹽(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。(3)燃料電池電極反應式的書寫與電解質溶液有密切關系,一般酸性溶液中電極反應式產物中不能出現OH-,堿性溶液中電極反應式產物中不能出現H+。
能力提升練
1.D 2.D 3.D 4.D 5.D 6.D 7.D
1.D　根據電池放電時的總反應2Li+NO2 Li2O+NO可知,Li失電子發生氧化反應,a極為負極,b極為正極,電流方向:b極(正極)→電流表→a極(負極),A正確;b極為正極,正極反應式為NO2+2e-+2Li+ Li2O+NO,由2e-~Li2O可知,電路中通過1 mol e-時,b極生成0.5 mol Li2O,質量增加0.5 mol×30 g·mol-1=15 g,B正確、D錯誤;原電池工作時,陽離子移向正極,即電解液中Li+向b極附近遷移,C正確。
2.D　放電時a極為正極,得電子,充電時a極為陽極,失電子,故充電時a極接外電源的正極,A錯誤;放電時b極為負極,a極為正極,陽離子移向正極,陰離子移向負極,則Li+在電解質中向a極遷移,B錯誤;充電時,陰極、陽極反應式與放電時負極、正極反應式正好相反,放電時負極反應式為LixC6-xe- C6+xLi+,則充電時陰極反應式為C6+xLi++xe- LixC6,所以充電時若轉移0.02 mol電子,石墨電極將增重0.02 mol×7 g/mol=0.14 g,C錯誤;放電時,陽離子移向正極,即“放電處理”有利于Li+移向正極并嵌入正極材料,有利于鋰在LiCoO2極回收,D正確。
3.D　放電時,Mg箔為負極,Mo箔為正極,Fe[Fe(CN)6]在正極得電子,電極反應式為Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6],故A正確;放電時,Mo箔為正極,所以充電時,Mo箔電極為陽極,接電源的正極,故B正確;放電時,正極反應式為Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6],為了維持溶液呈電中性,Na+通過離子交換膜從右室移向左室,故C正確;外電路通過0.2 mol電子時,負極0.1 mol Mg失去電子生成[Mg2Cl2]2+,Mg箔質量變化為2.4 g,故D錯誤。
4.D　燃料電池工作時,電子不能經過電解質(易錯點),A錯誤;由題給示意圖可知,通入N2H4的一極為負極,在氧離子參與下,N2H4在負極上失去電子發生氧化反應生成氮氣和水,B錯誤;通入O2的一極為正極,O2在正極得到電子發生還原反應生成氧離子,電極反應式為O2+4e- 2O2-,電池總反應為N2H4+O2 N2+2H2O,當電極a上消耗1 mol N2H4時,電極b上有1 mol O2被還原,在標準狀況下的體積約為22.4 L,C錯誤;該燃料電池以固體氧化物為電解質,需要高溫條件,該電池在常溫下不能工作,D正確。
5.D
6.D　由題圖可知,在b極,Cr2在微生物作用下被還原生成Cr3+,在a極,CH3COOH在微生物作用下被氧化生成CO2,所以a極為負極,b極為正極。電池工作時電流由b極(正極)流向a極(負極),A正確;Cr2在正極得電子發生還原反應生成Cr3+,b極的電極反應式為Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O,B正確;CH3COOH在微生物作用下在負極失電子發生氧化反應生成CO2,電極反應式為CH3COOH+2H2O-8e- 2CO2↑+8H+,則a極區有H+生成,C正確;處理0.5 mol Cr2時,轉移3 mol e-,由得失電子守恒可知,負極上生成CO2為3 mol×=0.75 mol,所以標準狀況下的體積為0.75 mol×22.4 L·mol-1=16.8 L,D錯誤。
7.D　結合圖示裝置可知Zn/ZnO電極為負極,MoS2電極為正極,正極電勢高于負極電勢,A正確;負極上Zn被氧化,電極反應為Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O,正極反應為NO+5e-+4H2O NH3+5OH-,雙極膜中水解離出的OH-和H+分別向負極、正極移動,H+與正極生成的OH-反應生成H2O,負極有水生成,正極生成的水比消耗的水多,則NaOH和Na2SO4濃度均變小,B、C正確;由正極反應式可知1 mol NO反應生成NH3時轉移5 mol電子,整個電池系統質量會增大30 g-17 g=13 g,則當電路中通過1 mol電子時,整個電池系統質量會增大2.6 g,D錯誤。
8.答案　(1)負　K2SO4
(2)PbO2+S+Zn+2H2O PbSO4+[Zn(OH)4]2-
(3)a
解析　(1)根據Zn失去電子生成[Zn(OH)4]2-,可知Zn為負極(破題關鍵),則A區域電解質是KOH,正極上PbO2放電轉化為PbSO4,C區域電解質是H2SO4,故B區域電解質是K2SO4。
(2)負極的電極反應式為Zn-2e-+4OH- [Zn(OH)4]2-,正極的電極反應式為PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O,則電池總反應為PbO2+S+Zn+2H2O PbSO4+[Zn(OH)4]2-。
(3)A區域電解質是KOH,OH-參與電極反應生成[Zn(OH)4]2-,負電荷減少,為了維持溶液呈電中性,K+通過離子交換膜a進入B區域,因此a為陽離子交換膜(易錯點)。
16(共27張PPT)
第一節 原電池
知識點 1 原電池的工作原理
必備知識 清單破
1.原電池的形成條件

2.工作原理
(1)單液原電池與雙液原電池的比較

①單液鋅銅原電池(如圖Ⅰ所示)在工作過程中,鋅直接和CuSO4溶液接觸,會有化學反應發生,
使部分化學能轉化為熱能,導致電池供電能力減弱。
②雙液鋅銅原電池(如圖Ⅱ所示)中,鋅插入ZnSO4溶液、銅插入CuSO4溶液,避免了鋅和CuSO4
溶液直接接觸,提高了原電池的供電能力。
特別提醒 (1)鹽橋作用:使溶液保持電中性,起導電作用,形成閉合回路;完全隔離兩電極反
應,使原電池能持續、穩定地產生電流。(2)原電池輸出電能的能力,取決于形成原電池的反
應物的氧化、還原能力。
(2)原電池工作原理(以雙液鋅銅原電池為例)
特別提醒 原電池工作時形成外電路與內電路,外電路通過電子的定向移動形成電流,內電
路通過離子的定向移動形成電流。電子只能在導線中移動而不能在溶液中移動,離子只能在
溶液中移動而不能在導線中移動,可形象地描述為“電子不下水,離子不上岸”。
(3)原電池中正極、負極的判斷

3.原電池工作原理的應用
(1)比較金屬活動性強弱:原電池中,負極一般是活潑性較強的金屬,正極一般是活潑性較弱的金屬。
(2)加快化學反應速率:形成原電池時,氧化還原反應速率加快。
(3)設計制作化學電源

(4)用于金屬的防護:將需要保護的金屬制品作原電池的正極。(詳見第三節　金屬的腐蝕與
防護)
4.原電池電極反應式的書寫規律和方法【詳見定點1】
知識點 2 化學電源
1.一次電池
(1)堿性鋅錳電池

　　負極反應:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2;
　　正極反應:2MnO2+2H2O+2e- 2MnO(OH)+2OH-;
　　總反應:Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2。

　　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)鋰電池
　　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LiAlCl4-
SOCl2,電池總反應可表示為4Li+2SOCl2 4LiCl+SO2↑+S。其中負極材料是Li,負極反應式
為4Li-4e- 4Li+,正極反應式為2SOCl2+4e- SO2↑+S+4Cl-。
(2)鋅銀電池
2.二次電池
(1)鉛酸蓄電池
①充電時電極的連接:“負接負”后作陰極,“正接正”后作陽極。
②工作時的電極反應式:

特別提醒　放電時負極生成的Pb2+和電解質溶液中的S 不能共存,Pb2+與S 結合生成PbSO4。
(2)鋰離子電池
　　一種鋰離子電池放電時的原理示意圖如下:

　　負極:LixCy-xe- xLi++Cy;
　　正極:Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2;
　　總反應:LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy。
3.燃料電池
(1)氫氧燃料電池工作原理

電解質溶液 H2SO4溶液 KOH溶液
負極反應 2H2-4e- 4H+ 2H2+4OH--4e- 4H2O
正極反應 O2+4H++4e- 2H2O O2+2H2O+4e- 4OH-
總反應 2H2+O2 2H2O (2)燃料電池與一般電池的不同之處
①一般電池的容量受限制;燃料電池的燃料和氧化劑連續地由外部供給,在電極上不斷反應,
生成物不斷地被排出,可以連續不斷地提供電能。
②燃料電池的兩電極可使用同種材料。
(3)在燃料電池中燃料并不燃燒,燃料電池的總反應方程式與燃燒反應的化學方程式相似,但
二者條件不同。理論上,所有的燃燒反應均可設計成燃料電池,燃料電池的燃料除氫氣外,還
有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體。燃料電池的能量轉化率較高,能源利用率也較高。
4.突破新型化學電池【詳見定點2】
知識辨析
1.利用原電池的正、負極判斷金屬活動性,一定是作負極的金屬更活潑,這種說法對嗎
2.原電池工作時,電子從負極流出經導線流入正極,然后通過電解質溶液流回負極,這種說法
對嗎
3.一般來說,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高,這種說法對嗎
4.二次電池的放電反應和充電反應互為可逆反應,這種說法對嗎
5.燃料電池的正、負兩極必須是兩種活潑性不同的金屬,這種說法對嗎
一語破的
1.不對。利用原電池的正、負極判斷金屬活動性時,還要結合電解質溶液,如Mg-NaOH溶液-
Al構成的原電池中,Al作負極,Mg作正極,但Mg比Al活潑。
2.不對。電子不進入溶液,溶液中陰、陽離子定向移動形成電流。
3.對。鹽橋中通常裝有瓊脂凝膠,內含氯化鉀或硝酸銨等,鹽橋中的離子能夠定向移動。鹽橋
可隔離兩電極反應,使原電池能持續、穩定地產生電流。
4.不對。二次電池的充電與放電不是在相同條件下發生的,不能理解為可逆反應。
5.不對。如氫氧燃料電池的正、負極可以均為Pt。
關鍵能力 定點破
定點 1 原電池電極反應式的書寫規律和方法
1.根據裝置書寫電極反應式
(1)確定氧化劑和還原劑
先分析題目給定的圖示裝置,確定原電池正、負極,找出正、負極上的反應物(即氧化劑和還
原劑)。
(2)負極反應式的書寫
　　規律:活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H+(或其他氧化產物)。
　　特例:若電解質溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H+能反應,則該陰離子應寫入電
極反應式,如鉛酸蓄電池的負極反應式為Pb-2e-+S PbSO4。
　　
(3)正極反應式的書寫
　　規律:一般為陽離子得電子生成單質或氧氣得電子。
特例:若是氧氣得電子,要考慮電解質溶液的情況。電解質溶液呈堿性或中性時,正極反
應式為O2+2H2O+4e- 4OH-;電解質溶液呈酸性時,正極反應式為O2+4H++4e- 2H2O。
(4)電池總反應式的書寫
　　正、負極反應式相加(注意兩電極得失電子數相等)得到電池的總反應式。
2.根據總反應式書寫電極反應式
(1)如果題目給定的是總反應式,分析有關元素的化合價變化情況,找出氧化劑及其對應的還
原產物,氧化劑發生的反應(還原反應)為正極反應;找出還原劑及其對應的氧化產物,還原劑
發生的反應(氧化反應)為負極反應。
(2)先寫出較簡單的電極反應式,然后利用總反應式減去該電極反應式,即得另一電極反應式。
知識拓展 燃料電池的總反應通常為燃料的燃燒反應,但還需要關注燃料燃燒后的產物與介
質中的物質是否反應。以CH3OH氣體-O2燃料電池為例,分析不同介質中的電極反應。
介質一:K2SO4溶液(中性)
總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;負極反應為2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2+12H+;正極
反應為3O2+12e-+6H2O 12OH-。
介質二:KOH溶液(堿性)
總反應為2CH3OH+3O2+4OH- 2C +6H2O;負極反應為2CH3OH-12e-+16OH- 2C +
12H2O;正極反應為3O2+12e-+6H2O 12OH-。
介質三:H2SO4溶液(酸性)
總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;負極反應為2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2+12H+;正極
反應為3O2+12e-+12H+ 6H2O。
介質四:熔融鹽(如熔融的K2CO3)
總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;負極反應為2CH3OH-12e-+6C 8CO2+4H2O;正
極反應為3O2+12e-+6CO2 6C 。
介質五:摻雜Y2O3的ZrO3固體電解質(在高溫下能傳導O2-)
總反應為2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;負極反應為2CH3OH-12e-+6O2- 2CO2+4H2O;正極
反應為3O2+12e- 6O2-。
典例　如圖所示是一個燃料電池的示意圖,a、b兩極均為Pt,當此燃料電池工作時,下列分析
正確的是 (　 )
A.如果a極通入H2,b極通入O2,NaOH溶液作電解質溶液,則a極上的
電極反應式為H2-2e- 2H+
B.如果a極通入H2,b極通入O2,H2SO4溶液作電解質溶液,則b極上的
電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-
C.如果a極通入CH4,b極通入O2,NaOH溶液作電解質溶液,則a極上的電極反應式為CH4-8e-+10
OH- C +7H2O
D.如果a極通入H2,b極通入O2,NaOH溶液作電解質溶液,則溶液中的OH-向b極移動
C
思路點撥 燃料電池中,一般燃料(H2、CO、CH4、CH3OH、C2H5OH等)是負極反應物,氧化
劑(如O2)是正極反應物。寫電極反應式時,注意介質類型對產物的影響。
解析 如果a極通入H2,b極通入O2,NaOH溶液作電解質溶液,則a極是負極,電極反應式為H2-2e
-+2OH- 2H2O,故A項錯誤;如果a極通入H2,b極通入O2,H2SO4溶液作電解質溶液,則b極是正
極,電極反應式為O2+4H++4e- 2H2O,故B項錯誤;如果a極通入CH4,b極通入O2,NaOH溶液作
電解質溶液,則a極是負極,電極反應式為CH4-8e-+10OH- C +7H2O,故C項正確;如果a極
通入H2,b極通入O2,NaOH溶液作電解質溶液,則溶液中的OH-向負極(a極)移動,D項錯誤。
定點 2 突破新型化學電池
1.突破新型燃料電池
(1)燃料電池是一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源,基本工作
原理與原電池相同。
(2)解答新型燃料電池題目的幾個關鍵點:
①通入負極的物質為燃料,通入正極的物質一般為氧氣。
②通過介質中離子的移動方向,可判斷電池的正、負極,同時考慮該離子是否參與靠近一極
的電極反應。
③若正極通入的是O2,正極反應的本質都是O2+4e- 2O2-,但在不同電解質環境中,其正極反
應式的書寫形式有所不同。
④書寫燃料電池的電極反應式時,若是酸性電解質溶液則不能出現OH-,若是堿性電解質溶液
則不能出現H+,若是水溶液則不能出現O2-,若是能傳導O2-的固體電解質則O2被還原為O2-。
2.突破二次電池
　　二次電池放電時遵循原電池原理,充電時遵循電解原理,其工作原理特點如下:

　　如果已知二次電池的總反應式,可先寫出較易寫的電極反應式,然后用總反應式減去較
易寫的電極反應式,即可得出較難寫的電極反應式。
典例 鈉電池具有性能穩定、安全性好等優點。某鈉離子二次電池工作原理如圖所示,電池
總反應為NaC6+Na1-xMO2 NaMO2+Na1-xC6(0≤x≤0.55,M為過渡元素)。
下列說法正確的是 (　 )
A.鋁箔是原電池的負極
B.放電時,導線中每通過1 mol電子,理論上石墨烯納米片質量
減輕23 g
C.充電時,陽極上發生的電極反應為NaMO2+xe- Na1-xMO2+xNa+
D.放電時,Na+在鋁箔電極上得電子被還原
B
思路點撥 根據圖示信息分析電池的工作原理,需明確二次電池工作時,充電時陽極發生氧
化反應。
解析 放電時鈉失去電子被氧化,銅箔作負極,鋁箔是原電池的正極,A錯誤;放電時負極反應
為NaC6-xe- xNa++Na1-xC6,即放電時,導線中每通過1 mol電子,理論上石墨烯納米片釋放出
1 mol Na+,其質量減輕23 g,B正確;充電時鋁箔與電源的正極相連,作陽極,失電子,發生氧化反
應,陽極反應為NaMO2-xe- Na1-xMO2+xNa+,C錯誤;放電時,Na+鑲嵌在鋁箔電極上,M元素得
電子被還原,D錯誤。
解題模板

展開更多......

收起↑