資源簡介

第2課時　化學電源
基礎過關練
題組一　　化學電源的分類
1.下列有關電池的敘述不正確的是(　　)
A.水果電池是方便實用的家用電池
B.鉛蓄電池是一種常用的二次電池
C.氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發電裝置
D.鋅錳干電池工作一段時間后,鋅外殼逐漸變薄
2.(經典題)下列有關四個常用電化學裝置的敘述中,正確的是　(　　)
A.圖1所示電池中,MnO2的作用是作為催化劑
B.圖2所示電池充電過程中,硫酸濃度不斷降低
C.圖3所示氫氧燃料電池中,負極室的H+通過隔膜進入正極室
D.圖4所示電池中,Ag2O是負極反應物,電池工作過程中被還原為Ag
題組二　　一次電池
3.某電池原理如圖所示,電池總反應為Zn+2N Zn2++2NH3↑+H2↑。下列有關該電池的說法中,錯誤的是(　　)
A.鋅片上發生氧化反應
B.碳棒上反應為2N+2e- 2NH3↑+H2↑
C.該電池工作時Zn逐漸被消耗
D.斷開導線,圖示裝置中不再發生任何反應
4.(經典題)銀鋁電池具有能量密度高的優點,其工作原理如圖所示,電池放電時的反應為2Al+3Ag2O+2NaOH 2NaAlO2+6Ag+H2O。
下列說法錯誤的是(　　)
A.Al為電池負極
B.正極反應式為Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-
C.放電時負極區pH增大
D.放電時Na+通過交換膜向右側移動
題組三　　二次電池
5.(經典題)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池,充放電時的總反應為Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列有關該電池的說法不正確的是(　　)
A.電池放電時陽離子向正極移動
B.電池充電過程中,陰極附近溶液的pH降低
C.電池的電解液為堿性溶液
D.電池充電時,陽極反應為2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O
6.(經典題)鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現代生活中有廣泛應用。電解質溶液為KOH溶液,電池反應為Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2。下列有關鎳鎘電池的說法正確的是　(　　)
A.充電過程是化學能轉化為電能的過程
B.充電時陽極反應為Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-
C.放電時電池內部OH-向正極移動
D.充電時與直流電源正極相連的電極上發生Ni(OH)2轉化為NiO(OH)的反應
7.近年來電池研究領域涌現出一類紙電池,其厚度僅0.5毫米,可以任意彎曲。組成與傳統電池類似。某紙電池結構如圖所示,其M極為嵌鋰石墨(LixC6),N極為鈷酸鋰(LiCoO2),電解質溶液為六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯溶液(無水)。下列說法錯誤的是(　　)
A.放電時,M電極的電極反應式為LixC6-xe- xLi++6C
B.放電時,Li+由N極向M極遷移
C.充電時,M極連接直流電源負極
D.充電時,N極的電極反應式為LiCoO2-xe- xLi++Li1-xCoO2
題組四　　燃料電池
8.二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池將化學能轉變成電能的同時,實現了制硫酸、發電、環保三位一體的結合,其原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.負極的電極反應式為SO2+2H2O-2e- S+4H+
B.總反應為2SO2+O2+2H2O 2H2SO4
C.質子的移動方向為從電極B到電極A
D.SO2氣流速度的大小可能影響電池的電動勢
9.微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。某污水處理廠利用微生物燃料電池處理含鉻廢水的工作原理如圖所示,下列說法不正確的是(　　)
A.電池工作時b極發生還原反應
B.a極的電極反應式為CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+
C.電池工作一段時間后,右邊溶液的酸性增強
D.每處理1 mol Cr2,a極上會生成1 mol CO2
能力提升練
題組一　　二次電池
1.可充電Na-CO2電池示意圖如下,放電時電池總反應為4Na+3CO2 2Na2CO3+C。下列說法正確的是(　　)
A.該電池也可用水作溶劑
B.放電時,正極的電極反應為4Na++3CO2+4e- 2Na2CO3+C
C.充電時,鈉箔與外接電源的正極相連
D.每吸收1 mol CO2,理論上電路中轉移4 mol e-
2.一種新型全固態電解質氟離子電池工作時放電的示意圖如下所示,下列判斷正確的是(　　)
A.放電時,b極為該電池的正極
B.充電時,F-移向b極
C.充電時,陽極的電極反應式為MgF2+2e- Mg+2F-
D.電池總反應為3Mg+2BiF3 2Bi+3MgF2
3.(教材深研拓展)以Sn-Cu-C復合電極材料(鋰單質鑲嵌其中)為電極的一種鋰離子電池,容量高、循環性能好,總反應為Li1-xNiaCobMncO2+yCu+LixSn LiNiaCobMncO2+SnCuy,其工作原理如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.電解質溶液可選用Li2SO4溶液
B.放電時M極的反應為yCu+LixSn-xe- SnCuy+xLi+
C.充電時N極的電極反應為Li1-xNiaCobMncO2+xLi++xe- LiNiaCobMncO2
D.放電時,當轉移0.1 mol電子時,N電極增重1.4 g
題組二　　帶“膜”電池
4.科研人員設計的一種微生物脫鹽電池的裝置如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.該裝置工作時,電能轉化為化學能
B.負極反應為CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
C.該裝置可以在高溫下工作
D.X為陽離子交換膜,Y為陰離子交換膜
5.(經典題)微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水,其工作原理如圖所示。該電池工作時,下列說法正確的是(　　)
A.M極是電池的正極
B.N極的電極反應式為Cr2+6e-+8H+ 2Cr(OH)3+H2O
C.電池工作時,電子由M極通過離子交換膜流向N極
D.電路中轉移0.6 mol電子時,M極上有2.24 L CO2生成
6.《科學》雜志報道了王浩天教授團隊發明的制取H2O2的綠色方法,原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.X膜為陽離子交換膜
B.a極為正極,發生還原反應
C.該裝置可實現化學能與電能間的完全轉化
D.當外電路通過2 mol e-時,消耗22.4 L O2
題組三　　新型電池
7.Zn-NO電池系統同時具有合成氨和對外供電的功能,其工作原理如圖所示。下列說法中不正確的是(　　)
A.電池工作過程中,負極區溶液pH減小
B.電池的總反應式為5Zn+2NO+3H2O 5ZnO+2NH3
C.Zn/ZnO電極反應為Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O
D.當電路中轉移5 mol電子時,理論上可獲得34 g NH3
8.非水系鋰氧(Li-O2)電池因其高能量密度而成為一種有前景的電池,其放電示意圖如下,隔膜a只允許Li+通過。
(1)放電時,電池的總反應為　　　　　　;電解液a不選用LiCl水溶液的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)不考慮其他副反應,若放電前兩電極質量完全相同,放電時,電路中轉移1 mol e-,正、負電極的質量之差為　　　　g(假設生成的不溶物全覆蓋在電極表面,生成的可溶物全部擴散至電解液中,參與電極反應的物質均過量)。
答案與分層梯度式解析
第2課時　化學電源
基礎過關練
1.A　水果電池不能作為穩定的電源使用,不是方便實用的家用電池,A項錯誤;鉛蓄電池是一種常用的二次電池,B項正確;氫氧燃料電池的能量轉換效率高且產物為水,是一種高效、無污染的化學電池,C項正確;鋅錳干電池是一次電池,工作一段時間后,鋅失電子,不斷溶解,鋅外殼逐漸變薄,D項正確。
2.C　圖1中二氧化錳為原電池的正極,不是催化劑,A錯誤;鉛蓄電池充、放電時原理可以用:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O表示,充電過程中硫酸濃度升高,B錯誤;原電池中,陽離子移向正極區,所以圖3所示氫氧燃料電池中,負極室的H+通過隔膜進入正極室,C正確;銀鋅電池中,正極Ag2O得電子生成銀,D錯誤。
3.D　放電時,Zn作為負極,發生氧化反應,A項正確;Zn作為負極,碳棒作為正極,正極上N得電子,電極反應為2N+2e- 2NH3↑+H2↑,B項正確;由電池總反應可知,該電池工作時Zn逐漸被消耗,C項正確;Zn+2N Zn2++2NH3↑+H2↑為自發的氧化還原反應,斷開導線Zn也可與電解質溶液發生反應,D項錯誤。
4.C　放電時Al被氧化,因此Al為電池負極,A項正確;Ag2O為電池正極,放電時被還原成Ag,電極反應式為Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-, B項正確;負極的電極反應式為Al-3e-+4OH- Al+2H2O,反應時負極區c(OH-)減小,則pH減小,C項錯誤;電池放電時,陽離子移向正極,因此Na+通過交換膜向右側移動,D項正確。
5.B　放電時,陽離子向正極移動,A項正確;充電時,陰極發生還原反應,電極反應為Fe(OH)2+2e- Fe+2OH-,生成OH-,陰極附近溶液的pH會升高,B項錯誤;由總反應可知,電池的電解液為堿性溶液,C項正確;電池充電時,陽極失去電子發生氧化反應,電極反應為2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O,D項正確。
知識儲備　負極和陽極發生氧化反應,正極和陰極發生還原反應。
6.D　充電過程是將電能轉化為化學能的過程,A項錯誤;放電時,電解質溶液中OH-向負極移動,C項錯誤;充電時與直流電源正極相連的是陽極,而陽極上電極反應式為Ni(OH)2-e-+OH- NiO(OH)+H2O,發生Ni(OH)2轉化為NiO(OH)的反應,B項錯誤,D項正確。
7.B　根據題意知,M極是原電池的負極,發生失電子的氧化反應,電極反應式為:LixC6-xe- xLi++6C,A正確;N極為原電池的正極,放電時,Li+由M極(負極)向正極N遷移,B錯誤;充電時,M極作陰極,連接直流電源的負極,C正確;放電時,N極發生得電子的還原反應:xLi++xe-+Li1-xCoO2 LiCoO2,則充電時,N極電極反應式為LiCoO2-xe- xLi++Li1-xCoO2解題技法,D正確。
方法點撥　放電時的負極反應式 充電時的陰極反應式
放電時的正極反應式充電時的陽極反應式
8.C　A極通入SO2,SO2在負極失電子生成S,則電極反應式為SO2+2H2O-2e- S+4H+,故A項正確;該電池總反應為2SO2+O2+2H2O 2H2SO4,故B項正確;A為負極,B為正極,質子的移動方向為從電極A移到電極B,故C項錯誤;反應物的濃度大,反應速率快,SO2氣流速度的大小可能影響電池的電動勢,故D項正確。
9.C　原電池中,陽離子向正極移動,由H+的移動方向可知,a極為微生物燃料電池的負極,b極為正極,正極發生還原反應,A正確;甲醇在負極失去電子發生氧化反應生成CO2和H+,電極反應式為CH3OH-6e-+ H2O CO2↑+6H+,B正確;酸性條件下Cr2在正極得到電子發生還原反應生成Cr3+,電極反應式為Cr2+6e-+14H+ 2Cr3++7H2O,電池工作消耗1 mol Cr2時,消耗14 mol H+、生成2 mol Cr3+,2 mol Cr3+反應生成6 mol H+,負極CH3OH放電生成的6 mol H+進入右側溶液,則右側溶液中共消耗2 mol H+,溶液的酸性減弱,C錯誤;根據正、負極的電極反應式,結合得失電子守恒可得如下轉化關系:Cr2~ 6e-~CO2,則處理1 mol Cr2時,負極會生成1 mol CO2氣體,D正確。
能力提升練
1.B　鈉與水反應生成NaOH和氫氣,則該電池不能用水作溶劑,應選擇有機溶劑,A錯誤;放電時,多壁碳納米管為原電池的正極,CO2在正極上得到電子,電極反應式為4Na++3CO2+4e- 2Na2CO3+C,B正確;放電時,鈉箔為原電池的負極,則充電時,鈉箔與外接電源的負極相連,C錯誤;由電池總反應可知,每吸收3 mol CO2,理論上電路中轉移4 mol e-,D錯誤。
2.D　根據電子的移動方向,知該電池放電時,Mg失去電子,即b極為負極,A錯誤;充電時,a極為陽極、b極為陰極,陰離子由陰極移向陽極,即F-從b極移向a極,B錯誤;充電時,電解池的陽極發生失去電子的氧化反應,陽極的電極反應式為Bi+3F--3e- BiF3,C錯誤;放電時,負極的電極反應式為Mg+2F--2e- MgF2,正極的電極反應式為BiF3+3e- Bi+3F-,因此該電池總反應為3Mg+2BiF3 2Bi+3MgF2,D正確。
3.B　Li易與水反應,因此電解質溶液不能選用Li2SO4溶液,A錯誤;根據其工作原理分析得到M電極為負極,放電時M極的電極反應式為yCu+LixSn-xe- SnCuy+xLi+,B正確;根據總反應方程式得到充電時N極的電極反應為LiNiaCobMncO2-xe- Li1-xNiaCobMncO2+xLi+,C錯誤;放電時,當轉移0.1 mol電子時,則有0.1 mol Li+轉移到N電極,則N電極增重0.1 mol×7 g·mol-1=0.7 g,D錯誤。
總結提升　①首先應分清電池是放電還是充電。②再判斷出正、負極或陰、陽極。放電:陽離子→正極,陰離子→負極;充電:陽離子→陰極,陰離子→陽極;總之:陽離子→發生還原反應的電極;陰離子→發生氧化反應的電極。
4.B　該裝置工作時為原電池,是將化學能轉化為電能的裝置,故A錯誤;由題圖可知,負極發生失電子的氧化反應,電極反應式為CH3COO-+ 2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故B正確;高溫能使微生物蛋白質變性,所以該裝置不能在高溫下工作,故C錯誤;原電池內電路中,陽離子移向正極,陰離子移向負極,從而達到脫鹽的目的,所以Y為陽離子交換膜,X為陰離子交換膜,故D錯誤。
5.B　
思路 分析
根據化合價變化判斷正負極 碳元素化合價升高,M極作負極,Cr元素化合價降低,N極作正極,A錯誤
正極發生還原反應 N極的電極反應式為Cr2+6e-+8H+ 2Cr(OH)3+H2O,B正確
電子從負極經外電路流向正極,陽離子從負極經陽離子交換膜移向正極 電子不能經過電解質溶液,C錯誤
M極電極反應式為CH3OH+H2O-6e- CO2↑+6H+ 轉移0.6 mol電子時,生成0.1 mol CO2,CO2所處狀況未知,無法計算其體積,D錯誤
6.A　通入H2的a極發生氧化反應,是原電池的負極,其電極反應式為H2-2e- 2H+,H+通過X膜向正極移動,進入多孔固體電解質中,通入O2的b極發生還原反應,是原電池的正極,電極反應式為O2+2e- ,能夠通過Y膜向負極移動,進入多孔固體電解質中,與H+反應生成H2O2,總反應方程式為H2+O2 H2O2。a極生成的H+通過X膜向正極移動,X膜是陽離子交換膜,A項正確;a極發生氧化反應,是原電池的負極,B項錯誤;原電池不可能實現化學能與電能間的完全轉化,還有一部分化學能轉化為其他形式的能量,如熱能,C項錯誤;當外電路流過2 mol e-時,根據b極的電極反應式可知需要消耗1 mol O2,但本題中未指明氣體所處狀況,不能確定O2體積易錯點,D項錯誤。
知識儲備　隔膜的作用
(1)能將兩極區隔離,阻止兩極區產生的物質接觸,防止發生化學反應。
(2)能選擇性地允許離子通過,起到平衡電荷的作用。
7.D　Zn/ZnO電極作負極,Zn失電子發生氧化反應,電極反應式為Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O,雙極膜中OH-向負極移動,補充消耗的OH-,但有H2O生成,溶液體積變大,pH變小,A、C正確;負極,Zn轉化為ZnO,正極,NO轉化為NH3,可得電池的總反應式為5Zn+2NO+3H2O 5ZnO+2NH3,B正確;根據電池的總反應式,知當電路中轉移5 mol電子時,理論上可獲得1 mol NH3,質量為17 g,D錯誤。
8.答案　(1)2Li+O2 Li2O2　Li能與水劇烈反應,產生易爆的H2,存在安全隱患(或其他合理答案)
(2)30
解析　(1)由題圖可知,反應物為Li和O2,最終生成Li2O2,所以電池總反應為2Li+O2 Li2O2;Li可以與水劇烈反應,產生易爆的H2,所以不能選用水溶液。(2)負極反應為Li-e- Li+,正極反應為O2+2Li++2e- Li2O2,當電路中轉移1 mol e-,負極減少Li的質量為7 g,正極增加Li2O2的質量為23 g,所以正、負電極的質量之差為 30 g。
2(共36張PPT)
1.原電池:將化學能轉化為電能的裝置。
2.原電池的構成條件
①兩個活潑性不同的電極(材料可以是金屬或導電的非金屬);
②電解質;
③溶液、導線將兩電極連接,形成閉合回路;
④有能自發進行的氧化還原反應。
第二單元 化學能與電能的轉化
必備知識 清單破
知識點 1 原電池工作原理
裝置 現象 鋅片逐漸溶解,銅片上有紅色物質析出,電流表指針發生偏轉 電極名稱 Zn電極——負極 Cu電極——正極
得失電子 失電子 得電子
反應類型 氧化反應 還原反應
電極反應 Zn-2e- Zn2+ Cu2++2e- Cu
3.原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)
1.加快氧化還原反應的速率
例如:在鋅與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液,能使產生H2的速率加快。
2.比較金屬的活動性

知識點 2 原電池工作原理的應用
3.設計原電池
電解質溶液:一般能與負極反應,或者溶解在溶液中的物質(如O2)能與負極反應。
電極材料:一般較活潑的金屬作負極,較不活潑的金屬或石墨等惰性電極作正極。
1.一次電池
(1)堿性鋅錳電池
負極:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2;
正極:2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-;
電池反應:Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)2。
(2)銀鋅紐扣電池
知識點 3 化學電源
負極:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2;
正極:Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-;
電池反應:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2。
2.二次電池
(1)鉛蓄電池
①鉛蓄電池的放電反應是原電池反應:
負極:Pb+S -2e- PbSO4;
正極:PbO2+S +4H++2e- PbSO4+2H2O;
電池反應:Pb+PbO2+4H++2S 2PbSO4+2H2O。
②鉛蓄電池的充電反應是上述反應的逆過程:
陰極:PbSO4+2e- Pb+S ;
陽極:PbSO4+2H2O-2e- PbO2+4H++S ;
充電總反應:2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+4H++2S 。
(2)鋰離子電池
正極材料采用磷酸鐵鋰或鈷酸鋰等,負極材料大多數是碳素材料,如人工石墨、碳纖維、天
然石墨等。以鈷酸鋰—石墨鋰電池為例,放電時電極反應表示為:
負極:LixC6-xe- 6C+xLi+;
正極:Li(1-x)CoO2+xLi++xe- LiCoO2;
電池反應:LixC6+Li(1-x)CoO2 LiCoO2+6C。

氫氧燃料電池用Pt作電極,不斷充入燃料(H2)和氧化劑(O2),分別在兩極發生氧化反應和還原
反應,電池總反應式是2H2+O2 2H2O。
3.燃料電池——氫氧燃料電池
(1)燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能直接轉化成電能的化學電池。
(2)燃料電池的工作原理
負極反應式 正極反應式
酸性 2H2-4e- 4H+ O2+4H++4e- 2H2O
中性 2H2-4e- 4H+ O2+2H2O+4e- 4OH-
堿性 2H2-4e-+4OH- 4H2O O2+2H2O+4e- 4OH-
(3)氫氧燃料電池在不同介質中的電極反應式
1.基本概念
(1)電解:在直流電的作用下,在兩電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。
(2)電解池:把電能轉化為化學能的裝置。
(3)電極名稱
陰極:與電源負極相連的電極,發生還原反應。
陽極:與電源正極相連的電極,發生氧化反應。
2.電解熔融氯化鈉
陰極:2Na++2e- 2Na(還原反應),生成銀白色金屬;
陽極:2Cl--2e- Cl2↑(氧化反應),有氣泡產生;
電解反應:2NaCl 2Na+Cl2↑。
知識點 4 電解與電解池
3.電解CuCl2溶液

陰極:Cu2++2e- Cu(還原反應),有紅色物質析出;
陽極:2Cl--2e- Cl2↑(氧化反應),有黃綠色氣體生成;
電解反應:CuCl2 Cu+Cl2↑。

陰極:2H2O+2e- H2↑+2OH-(還原反應);
陽極:2Cl--2e- Cl2↑(氧化反應);
4.電解飽和食鹽水——氯堿工業基礎
電解反應:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑(離子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑)。
5.電鍍
(1)定義:應用電解原理在某些金屬或其他材料制品表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。
(2)目的:a.增強材料的抗腐蝕能力;
b.提升美觀或增加表面硬度。
(3)電鍍裝置
在餐具上鍍銀時,餐具作為陰極,銀作為陽極,含有Ag+的溶液作為電解液,發生的反應如下:
陰極:Ag++e- Ag(還原反應);
陽極:Ag-e- Ag+(氧化反應)。
注意 電鍍過程中電鍍液濃度基本不變。
6.銅的電解精煉
(1)陽極:粗銅作電極,銅和比銅活潑的金屬雜質失去電子,轉化為陽離子進入溶液,金、銀等活
動性較弱的金屬沉積下來形成陽極泥。
(2)陰極:純銅薄片作電極,溶液中銅離子得到電子成為金屬銅析出,得到精銅。
知識辨析
1.原電池是將化學能轉化為電能的裝置,放熱反應均可設計成原電池。這種說法對嗎
2.活潑性不同的金屬作原電池的兩個電極,負極金屬的活潑性一定比正極金屬的活潑性強。
這種說法對嗎
3.甲烷燃料電池的負極一定是甲烷參與電極反應,失去電子生成CO2。這種說法對嗎
4.電解一定體積、一定濃度的硫酸銅溶液時,兩極一定分別生成銅和氧氣。這種說法對嗎
一語破的
1.不對。一般情況下,放熱的氧化還原反應可設計成原電池。
2.不對。負極金屬不一定比正極金屬活潑,需看哪種金屬能發生自發的反應,如鎂、鋁與氫氧
化鈉溶液形成原電池,鋁可與氫氧化鈉溶液反應,鎂不能反應,所以相對不活潑的鋁作負極。
3.不對。若為堿性電池,則甲烷失去電子與氫氧根離子結合生成碳酸根離子。
4.不對。陽極的電極反應與電極材料有關,若為銅電極則不生成氧氣,若使用惰性電極電解,
電解的后期實質可能是電解水,不會生成銅。
　
1.原電池正、負極的判斷

關鍵能力 定點破
定點 1 原電池正、負極及離子和電子移動方向的判斷
2.原電池中陰、陽離子及電子的移動方向分析
(1)外電路:電子由負極流向正極,與電流方向相反。
(2)內電路:陰離子移向負極,陽離子移向正極。具體情況如圖。

注意 電子在導線中定向移動而不能在溶液中通過,自由離子在溶液中移動而不能在導線中
通過。
典例 如圖所示的雙液原電池,下列敘述正確的是 (　 )

A.負極的電極反應式是Ag++e- Ag
B.Cu電極上發生氧化反應
C.鹽橋中的陽離子向左池移動
D.外電路中,電流從Cu電極流向Ag電極
B
思路點撥：根據原電池反應原理,銅電極為負極,銅失去電子發生氧化反應;銀電極為正極,銀
離子得電子發生還原反應。
解析：負極銅失去電子,發生氧化反應,A錯誤,B正確;原電池中,陽離子向正極移動,故鹽橋中
的陽離子向右池移動,C錯誤;電子由Cu電極流向Ag電極,電流方向與電子移動方向相反,故電
流從Ag電極流向Cu電極,D錯誤。
1.一般步驟

書寫電極反應式需遵守離子方程式的書寫要求,如難溶物、難電離物、氣體、單質、氧化物
定點 2 原電池電極反應式的書寫
等均應寫成化學式形式。電解質溶液中的離子若與電極反應生成的離子不能共存,則電解質
溶液中的離子參與電極反應,應寫入電極反應式。
2.二次電池電極反應式的書寫
(1)先標出電池總反應中電子轉移的方向和數目,指出參與負極和正極反應的物質。
(2)寫出一個比較容易書寫的電極反應式(書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液中
的各離子共存)。
(3)在得失電子守恒的基礎上,用總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。
(4)充電反應是放電反應的逆過程。
3.燃料電池電極反應式的書寫
(1)先寫出燃料電池總反應
一般都是可燃物在氧氣中燃燒的反應方程式(反應條件不同)。若“燃燒產物”能與電解質
溶液反應,則“燃燒產物”與電解質溶液反應的方程式與其相加得總反應方程式。
(2)再寫出燃料電池正極的電極反應式
燃料電池正極都是O2得到電子發生還原反應,基礎反應為O2+4e- 2O2-。
①電解質為固體時,O2-可自由通過,正極的電極反應式為O2+4e- 2O2-;
②電解質為熔融的碳酸鹽時,正極的電極反應式為O2+2CO2+4e- 2C ;
③電解質處于中性或堿性環境時,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-;
④電解質處于酸性環境時,正極的電極反應式為O2+4e-+4H+ 2H2O。
(3)最后寫出燃料電池負極的電極反應式
燃料電池負極的電極反應式=總反應式-正極的電極反應式。
方法技巧 根據題干信息找出放電物質→正確判斷產物→根據元素化合價變化配電子→根
據電荷守恒配電荷(注意介質的環境,是酸性溶液、堿性溶液或非水體系等)→根據原子守恒
配原子。
典例 氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600~700 ℃),具有效率高、噪聲低、無污
染、余熱利用價值高等優點。氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關該
電池的說法正確的是 (　 )
A.電池工作時,熔融碳酸鹽只起導電的作用
B.負極反應式為H2-2e-+C CO2+H2O
B
C.該電池可利用工廠中排出的CO2,減少溫室氣體的排放
D.電池工作時,外電路中通過0.2 mol電子,消耗3.2 g O2
思路點撥：本題中燃料電池與一般燃料電池不同的是電解質,電解質是熔融的碳酸鹽。從圖
示中可分析出,通入氫氣的電極是負極,生成的氫離子與碳酸根離子反應生成二氧化碳氣體
和水,正極氧氣得到電子生成的氧離子與二氧化碳結合成碳酸根離子。
解析：根據題給圖示可知,在氫氧熔融碳酸鹽燃料電池中,通入氫氣的電極為負極,電極反應
式為H2-2e-+C CO2+H2O;通入氧氣的電極為正極,電極反應式為O2+2CO2+4e- 2C ;
總反應式為2H2+O2 2H2O。根據上述分析可知,電池工作時,熔融碳酸鹽參與了電極
反應,A項錯誤;負極反應式為H2-2e-+C CO2+H2O,B項正確;根據總反應式可知,該電池
工作時沒有消耗二氧化碳,不能減少溫室氣體的排放,C項錯誤;電池工作時,外電路中通過
0.2 mol電子,消耗0.05 mol氧氣,則消耗氧氣的質量為1.6 g,D項錯誤。
1.電解池陰、陽極的判斷方法

定點 3 電解原理和電解規律
2.電極產物的判斷
3.用惰性電極電解電解質溶液的類型
典例 用惰性電極進行下列電解,有關說法正確的是 (　 )
①電解稀硫酸　②電解Cu(NO3)2溶液　③電解KOH溶液　④電解NaCl溶液
A.電解進行一段時間后,四份溶液的pH均增大
B.②中電解一段時間后,向溶液中加入適量的CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況
C.③中陽極消耗OH-,故溶液濃度變小
D.④中陰、陽兩極上產物的物質的量之比為2∶1
B
思路點撥：該題需分析各溶液中的電解對象,各電極的電極反應。恢復溶液,需考慮體系中
生成了什么物質,各多少,遵循的原則是“少多少加多少”。
解析： A項,①②電解后溶液酸性增強,pH減小;B項,②中反應為2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+,
故加入適量CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況;C項,③中反應為2H2O 2H2↑+O2↑,
故KOH溶液濃度增大;D項,④中反應為2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-,陰極產生H2,陽極產生
Cl2,二者物質的量之比為1∶1。
特別提醒：(1)若陰極為H+放電,則陰極區c(OH-)增大;若陽極為OH-放電,則陽極區c(H+)增大;
若陰、陽極分別為H+、OH-放電,相當于電解水,電解質溶液濃度增大。(2)用惰性電極電解
時,若使電解后的溶液恢復原狀態,應遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原則,一般加入
陰極產物與陽極產物的化合物,例如電解CuSO4溶液,發生反應2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+
2H2SO4,若使溶液恢復原狀態,可向溶液中加入CuO,若加入Cu(OH)2會使溶液中水量增多,
CuSO4溶液被稀釋。
要多角度、動態地去分析電化學中的化學反應,既能從宏觀上認識電化學裝置(原電池和電
解池)中發生的變化,又能從微觀的角度(電子的轉移、離子的移動等)分析其反應的本質(氧
化還原反應)。利用典型的原電池裝置和電解池裝置,分析其原理,建立相關的思維模型,并能
運用模型分析解決問題。如:原電池及其正、負極的判定,電解問題的分析方法,電解規律的
應用等。常見解題模型有:
定點 4 建模思想在電化學中的應用

1.(2)幾個關鍵點
①要注意介質是什么,是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。
②通入負極的物質為燃料,通入正極的物質為氧化劑。
③通過介質中離子的移動方向,可判斷電池的正、負極,同時考慮該離子參與靠近一極的電
極反應。
1.解答燃料電池的步驟
(1)思維模型
2.圖解二次電池的充、放電
種類 允許通過的離子及移動方向 說明
陽離子交換膜 陽離子移向電解池的陰極或原電池的正極 陰離子和氣體不能通過
陰離子交換膜 陰離子移向電解池的陽極或原電池的負極 陽離子和氣體不能通過
質子交換膜 質子移向電解池的陰極或原電池的正極 不允許除H+外其他離子通過
雙極膜 膜的一側為陽膜,只允許陽離子通過,另一側為陰膜,只允許陰離子通過 也稱雙極性膜
3.離子交換膜的類型
典例 某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是 (　 )

A.放電時負極反應:Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
B.放電時Cl-透過多孔活性炭電極向左池遷移
C.放電時每轉移1 mol電子,理論上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充電過程中,NaCl溶液濃度增大
A
思路點撥：充電時,可充電電池的正極連接外接電源的正極,可充電電池的負極連接外接電
源的負極。
解析：放電時鈦電極為負極,Na3Ti2(PO4)3失去電子,發生氧化反應,電極反應:Na3Ti2(PO4)3-2e-
NaTi2(PO4)3+2Na+,A正確;放電時,陰離子移向負極,所以Cl-透過多孔活性炭電極向右池
中遷移,B錯誤;正極:Cl2+2e- 2Cl-,每轉移1 mol電子,理論上Cl2/CCl4釋放0.5 mol Cl2,C錯誤;充電過程中,陽極反應:2Cl--2e- Cl2,消耗Cl-,NaCl溶液濃度減小,D錯誤。第3課時　電解池的工作原理及應用
基礎過關練
題組一　　電解池的工作原理
1.下列關于電解的說法正確的是(　　)
①電解過程將電能轉化成化學能　②電解過程將化學能轉化成電能　③某些不能自發進行的氧化還原反應,通過電解可以實現　④任何水溶液被電解時,必然發生氧化還原反應
A.②③　　　　　　B.①②③　　　
C.①②④　　　　　D.①③④
2.某同學將電解池工作時電子、離子移動方向及電極種類等信息表示在下圖中,下列有關分析完全正確的是(　　)
選項 A B C D
a電極 陽極 陰極 陽極 陰極
d電極 正極 正極 負極 負極
Q離子 陽離子 陽離子 陰離子 陰離子
題組二　　電解規律
3.(經典題)圖中X、Y分別是直流電源的兩極,通電后發現a極板質量增加,b極板處有無色無臭氣體放出,符合這一情況的是(　　)
a極板 b極板 X電極 Z
A 鋅 石墨 負極 CuSO4
B 石墨 石墨 負極 NaOH
C 銀 鐵 正極 AgNO3
D 銅 石墨 正極 CuCl2
4.(經典題)某學習小組用如圖所示裝置進行相關電解實驗,下列說法正確的是(　　)
A.該裝置中電子移動方向:外接電源負極→石墨1→X溶液→石墨2 →外接電源正極
B.若X是Na2SO4,電解一段時間后,向U形管兩端滴入酚酞溶液,只有石墨1電極附近的溶液呈紅色
C.若X是AgNO3,電解一段時間后,電解液的氧化性減弱
D.若X是NaOH,石墨2的電極反應式為2H2O-4e- 4H++O2↑
5.用惰性電極電解下列溶液一段時間后再加入一定量的某種物質(括號內物質),能夠使溶液恢復到原來的成分和濃度的是(　　)
A.AgNO3溶液(AgNO3)　　　　　　　B.NaOH溶液(NaOH)
C.KCl溶液(KCl)　　　　　　　 D.CuSO4溶液(CuO)
題組三　　電解原理的應用
6.(經典題)(教材習題改編)將“銅牌”變成“銀牌”的裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.銅牌連接電源的正極
B.反應前后,溶液a的濃度不變
C.溶液a可以為CuSO4溶液
D.反應一段時間后,電源反接,銅牌可恢復原狀
7.電解原理具有廣泛的應用。下列敘述不正確的是(　　)
　
　　　　
A.用裝置甲制取Cl2和NaOH溶液
B.用裝置乙在金屬制品表面鍍銀
C.用裝置丙電解精煉粗銅
D.用裝置丁制取Na
8.近年研究發現,電催化CO2和含氮物質(N等)在常溫常壓下合成尿素,有助于實現碳中和及解決含氮廢水污染問題。向一定濃度的KNO3溶液通CO2至飽和,在電極上反應生成CO(NH2)2,電解原理如圖所示,下列說法不正確的是(　　)
A.電極b是陽極,電極表面發生氧化反應
B.電解過程中生成尿素的電極反應式是2N+16e-+CO2+18H+ CO(NH2)2+7H2O
C.電解時陰極區的pH增大
D.當電極a生成0.25 mol CO(NH2)2時,電極b生成22.4 L O2
題組四　　電解相關計算
9.以鐵為陽極、銅為陰極對足量的NaOH溶液進行電解。一段時間后得到2 mol Fe(OH)3沉淀,此過程中共消耗水的物質的量為(　　)
A.2 mol　　　　　　B.3 mol　　　
C.4 mol　　　　　　D.5 mol
10.500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=6 mol/L,用石墨作為電極電解此溶液,通電一段時間后,兩極均收集到氣體22.4 L (標準狀況),假定電解后溶液體積仍為500 mL。下列說法正確的是(　　)
A.原混合溶液中c(Na+)=6 mol/L
B.電解后溶液中c(H+)=4 mol/L
C.上述電解過程中共轉移8 mol電子
D.電解后得到的Cu的物質的量為2 mol
11.用石墨電極電解鉻酸鈉(Na2CrO4)溶液,可制取重鉻酸鈉(Na2Cr2O7),裝置如圖所示,已知:2Cr+2H+ Cr2+H2O,試回答下列問題。
(1)電極b連接電源的　　　(填“正”或“負”)極,b極發生的電極反應:　　　　　　　　　　　。
(2)電解一段時間后,測得陽極區溶液中Na+物質的量由a mol變為 b mol,則理論上生成重鉻酸鈉的物質的量是　　　　mol。
能力提升練
題組一　　電解規律及電極反應式的書寫
1.如圖所示裝置中,試管A、B中電極為多孔石墨電極,C、D為鉑夾。斷開K1,閉合K2、K3一段時間后,A、B中氣體的量之間的關系如圖所示:
下列說法正確的是(　　)
A.a為正極,b為負極
B.濾紙上紫紅色向C端移動
C.斷開K2、K3,閉合K1,A極電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-
D.斷開K2、K3,閉合K1,水槽中溶液的pH增大
2.已知鉛蓄電池的工作原理為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),現用如圖1裝置進行電解(電解液足量),測得當鉛蓄電池中轉移0.4 mol電子時,鐵電極的質量減少11.2 g。請回答下列問題:
圖1
圖2
(1)A是鉛蓄電池的　　　　極,鉛蓄電池正極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)Ag電極的電極反應式是　　　　　　　　　　　　,該電極的電極產物共　　　　g。
(3)Cu電極的電極反應式是　　　　　　　　　　　　　　,CuSO4溶液的濃度　　　　(填“減小”“增大”或“不變”)。
(4)如圖2表示電解進行過程中某個量(縱坐標x)隨時間的變化曲線,則x可表示　　　　。
a.各U形管中產生的氣體的體積
b.各U形管中陽極質量的減少量
c.各U形管中陰極質量的增加量
題組二　　電解原理的應用
3.工業上用Na2SO3溶液吸收硫酸工業尾氣中的SO2,并通過電解方法實現吸收液的循環再生。其中陰、陽離子交換膜組合循環再生機理如圖所示,下列有關說法正確的是(　　)
A.X應為直流電源的正極
B.電解過程中陰極區OH-濃度降低
C.圖中的b%>a%
D.S在電極上發生的反應為S+2OH-+2e- S+H2O
4.如圖所示裝置,通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐漸溶解,下列判斷正確的是(　　)
A.a是電源的正極
B.通電一段時間后,向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出現藍色
C.當1.6 g Fe2O3完全溶解時,至少產生氧氣0.336 L(標準狀況下)
D.Cl-通過陰離子交換膜移動到石墨電極Ⅱ
題組三　　電解池和原電池裝置的綜合應用
5.(經典題)用堿性丙烷燃料電池電解苦鹵水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的裝置如圖所示(a、b均為石墨電極),下列說法正確的是(　　)
A.電池工作時,負極反應式為:C3H8+26OH--20e- 3C+17H2O
B.電解時,a電極周圍首先放電的是Br-而不是Cl-,說明當其他條件相同時后者的還原性強于前者
C.電解時,電子流動的路徑是:負極→外電路→陰極→溶液→陽極→正極
D.忽略能量損耗,當消耗0.16 g O2時,a極產生0.71 g Cl2
6.(經典題)某同學設置了如圖所示裝置(電解質溶液均過量),下列說法正確的是(　　)
A.a極的電極反應式為CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+
B.N極試管收集到黃綠色的氣體
C.電路中每轉移2 mol電子,理論上乙池陰極區生成2 mol NaOH
D.相同條件下,甲池b極消耗的氣體與乙池陰極產生的氣體的體積比為2∶1
7.(易錯題)用一種新型H2O2液態燃料電池(乙池)電解催化氮氣制備銨鹽和硝酸鹽(甲池)的工作原理示意圖如下(c、d均為石墨電極)。下列說法正確的是(　　)
A.乙池中若生成15 mol m氣體,則甲池a、b兩極共消耗8 mol N2
B.甲池中H+從b極區通過質子交換膜轉移至a極區
C.一段時間后,乙池中c極區的pH增大
D.甲池a極反應式為N2+12OH-+10e- 2N+6H2O
題組四　　電解池中的離子交換膜問題
8.隔膜電解法制備K2FeO4的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.隔膜為陰離子交換膜
B.該方法中KOH可以循環使用,但需另外補充
C.Fe電極上的反應為Fe-6e-+4H2O Fe+8H+
D.電路中每轉移0.2 mol e-,Pt電極上理論上產生2.24 L氣體
9.(經典題)電解制備鈷(Co)的工作原理如圖所示。下列關于該裝置工作時的說法不正確的是(　　)
A.a為電源的正極
B.鈷電極上的電極反應式為Co2++2e- Co
C.Ⅱ室中HCl的濃度減小
D.若不使用離子交換膜,石墨電極上會析出Cl2
10.采用電化學方法使Fe2+與H2O2反應,可生成非常活潑的·OH(羥基自由基)中間體用于降解廢水中的有機污染物,原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.X電極上發生的電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+
B.可將X電極上產生的O2收集起來,輸送到Y電極使用
C.根據裝置推測,Y電極是陽極,·OH在該電極側產生
D.起始時,在Y電極附近加入適量Fe2+或Fe3+,均能讓裝置正常工作
題組五　　電化學計算
11.用惰性電極電解硫酸銅溶液,整個過程轉移電子的物質的量與產生氣體總體積的關系如圖所示(氣體體積均在相同狀況下測定)。欲使溶液恢復到起始狀態,可向溶液中加入(　　)
A.0.1 mol CuO
B.0.1 mol CuSO4
C.0.1 mol Cu(OH)2
D.0.05 mol Cu2(OH)2CO3
12.如圖所示,通電5 min后,電極5的質量增加2.16 g,請回答下列問題。
(1)a為電源的　　　(填“正”或“負”)極。A池陽極的電極反應為　　　　　　　　,C池陰極的電極反應為　　　　　　　　。
(2)如果B池中共收集到224 mL氣體(標準狀況)且溶液體積為 200 mL(設電解過程中溶液體積不變),則通電前溶液中Cu2+的物質的量濃度為　　　　　。
(3)如果A池溶液是200 mL足量的食鹽水(設電解過程中溶液體積不變),則通電5 min后,c(NaOH)為　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
第3課時　電解池的工作原理及應用
基礎過關練
1.D　電解過程將電能轉化成化學能,①正確,②錯誤;某些不能自發進行的氧化還原反應,通過電解可以實現,③正確;在電解池中電解質溶液的導電過程就是電解過程,發生了電子的轉移,一定發生了氧化還原反應,④正確。
2.B　電子由電源的負極流出,故a是陰極,d是正極,溶液中陽離子移向陰極,Q離子為陽離子,故選B。
3.A　電解CuSO4溶液,溶液中Cu2+在陰極得電子生成銅單質,若X電極為負極,則a極作陰極,a極板質量增加,在b極溶液中的OH-放電生成O2,A項符合題意;電解NaOH溶液的實質為電解水,產物為O2和 H2,B項不符合題意;電解AgNO3溶液,若X電極為正極,則a極作陽極,電極反應式為Ag-e- Ag+,a極板質量減小,C項不符合題意;電解CuCl2溶液,若X電極為正極,在b極板上Cu2+得到電子生成Cu,在 a極板上Cu失電子生成Cu2+,a極板質量減小,D項不符合題意。
4.B　電子不能經過電解質溶液,故該裝置中電子移動方向為外接電源負極→石墨1、石墨2→外接電源正極,A項錯誤;若X是Na2SO4,則石墨1上的電極反應為2H2O+2e- H2↑+2OH-,石墨2上的電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,故電解一段時間后,向U形管兩端滴入酚酞溶液,只有石墨1電極附近的溶液呈紅色,B項正確;若X是AgNO3,則石墨1上電極反應為Ag++e- Ag,石墨2上電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,電解一段時間后,電解液由AgNO3變為HNO3和AgNO3的混合液,由于HNO3的氧化性強于AgNO3,則電解液的氧化性增強,C項錯誤;若X是NaOH,石墨2即陽極發生氧化反應,該電極反應式為 4OH--4e- 2H2O+O2↑,D項錯誤。
5.D　電解AgNO3溶液的反應式為4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,所以應當加入適量Ag2O,A項不符合題意;電解NaOH溶液實質是電解水,應加水,B項不符合題意;電解KCl溶液的反應式為2KCl+2H2O 2KOH+H2↑+Cl2↑,應通入適量HCl氣體,C項不符合題意;電解CuSO4溶液的反應式為2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,故應加入適量CuO,D項符合題意。
6.B　該裝置為電鍍池,Ag作陽極,與電源正極相連,A項錯誤;溶液中含有鍍層金屬的陽離子,陽極Ag-e- Ag+,陰極Ag++e- Ag,反應前后,溶液a的濃度不變,B項正確;若溶液a為CuSO4溶液,c(Cu2+)較大,陰極主要反應為Cu2++2e- Cu,不能達到銅牌上鍍銀的效果,C項錯誤;當反應一段時間后,電源反接,陽極有Ag和Cu,Cu活潑性比Ag強,會優先失去電子變成Cu2+,銅牌不能恢復原狀,D項錯誤。
7.A　氯堿工業中,NaCl溶液應通入陽極區,Cl-在陽極放電產生Cl2, Na+通過交換膜向陰極移動,則應選用陽離子交換膜,A項錯誤;在金屬制品表面鍍銀,Ag作陽極,與電源正極相連,金屬制品作陰極,與電源負極相連,B項正確;粗銅精煉時,粗銅作陽極,與電源正極相連,精銅作陰極,與電源負極相連,C項正確;制取金屬鈉,用惰性電極電解熔融的NaCl,D項正確。
8.D　電極b上H2O發生氧化反應生成O2,則電極b為陽極,A項正確;電極a為陰極,在酸性條件下N和CO2在陰極得到電子生成CO(NH2)2和水,電極反應式為2N+16e-+CO2+18H+ CO(NH2)2+7H2O,B項正確;電極b的電極反應式為2H2O-4e- 4H++O2↑,結合電極a的電極反應式可知,每轉移16 mol e-,陰極區消耗18 mol H+,陽極區生成 16 mol H+,有16 mol H+從陽極區進入陰極區,故陰極區的pH增大,C項正確;生成0.25 mol CO(NH2)2時,轉移電子數為4 mol,則電極b生成1 mol O2,但未指明是標準狀況下,故生成O2的體積不一定是 22.4 L,D項錯誤。
9.D　陽極的電極反應為Fe-2e- Fe2+,陰極的電極反應為2H2O+2e- 2OH-+H2↑,則消耗4 mol水可生成2 mol Fe2+和4 mol OH-,Fe2+恰好與OH-結合成2 mol Fe(OH)2沉淀。由于Fe(OH)2沉淀不穩定,轉化成Fe(OH)3沉淀,即4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,又消耗1 mol水,故共消耗5 mol水。
10.B　通電一段時間后,兩極均收集到氣體22.4 L(標準狀況), n(O2)=n(H2)==1 mol,根據陽極反應2H2O-4e- 4H++O2↑,轉移的電子為4 mol,陰極發生反應Cu2++2e- Cu、2H++2e- H2↑,生成1 mol氫氣轉移2 mol電子,因此還生成了1 mol銅。 c(Cu2+)==2 mol/L,由電荷守恒可知,原混合溶液中c(Na+)為 6 mol/L-2 mol/L×2=2 mol/L,A項錯誤;電解后溶液中c(H+)==4 mol/L,B項正確;由上述分析可知,電解過程中共轉移 4 mol電子,C項錯誤;電解后得到Cu的物質的量為1 mol,D項錯誤。
11.答案　(1)正　2H2O-4e- O2↑+4H+　(2)
解析　(1)根據2Cr+2H+ Cr2+H2O可知,電解過程中b極區溶液中c(H+)增大,則b極的電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,因此電極b是陽極,連接電源的正極。
(2)電解一段時間后,測得陽極區溶液中Na+物質的量由a mol變為 b mol,Na+通過Na+交換膜從陽極區移至陰極區,則陽極生成的氫離子的物質的量為(a-b)mol,根據2Cr+2H+ Cr2+H2O可知,理論上生成重鉻酸鈉的物質的量是 mol。
能力提升練
1.C　斷開K1,閉合K2、K3,電源與左側裝置連接形成電解池,水槽中的電解質溶液為KOH溶液,總反應為2H2O 2H2↑+O2↑,結合題圖試管中氣體的量之間的關系可知,A中的氣體是氧氣,A中多孔石墨作陽極,B中多孔石墨作陰極,陽極與電源正極相連,則a為負極,b為正極,A錯誤;濾紙上C與電源負極相連,作陰極,D與電源正極相連,作陽極,電解池中陰離子向陽極移動,則濾紙上紫紅色向D端移動,B錯誤;斷開K2、K3,閉合K1,構成氫氧燃料電池,A中的氣體為氧氣,A電極作正極,B中的氣體為氫氣,B電極作負極,A極電極反應式為O2+ 4e-+2H2O 4OH-,C正確;斷開K2、K3,閉合K1,構成氫氧燃料電池,電池總反應為O2+2H2 2H2O,則溶液中c(OH-)減小,pH減小,D錯誤。
2.答案　(1)負　PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O　(2)2H++2e- H2↑　0.4　(3)Cu-2e- Cu2+　不變　(4)b
解析　已知鉛蓄電池中轉移0.4 mol電子時,鐵電極的質量減少 11.2 g,則左側電解池中Fe為陽極,右側電解池中Cu為陽極,鉛蓄電池中B為正極,A為負極。(1)分析可知,A是鉛蓄電池的負極;鉛蓄電池正極二氧化鉛得電子,與硫酸反應生成PbSO4和水,電極反應式為 PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O。(2)Ag電極為電解池的陰極,H+得電子生成氫氣,電極反應式為2H++2e- H2↑;轉移0.4 mol電子時,生成0.2 mol氫氣,即0.4 g。(3)Cu電極為陽極,銅失電子生成Cu2+,電極反應式為Cu-2e- Cu2+;Cu2+在陰極得電子生成銅,則溶液中的Cu2+濃度不變。(4)該裝置電解CuSO4溶液無氣體生成,與圖像不符,a錯誤;兩U形管中陽極分別為Fe、Cu,隨反應時間的增加,質量逐漸減少,符合圖像,b正確;Ag電極上產生氫氣,Ag電極的質量不變,與圖像不符,c錯誤。
3.C　陽離子向Pt(Ⅰ)電極移動,陰離子向Pt(Ⅱ)電極移動,因此 Pt(Ⅰ)為陰極,Pt(Ⅱ)為陽極,所以X為直流電源的負極,Y為正極,A項錯誤;Pt(Ⅰ)為陰極,水電離產生的H+得電子生成H2,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-,故陰極區OH-濃度增大,B項錯誤;陽極室中, S、HS放電產生S和H+,所以b%>a%,C項正確;陽極區顯強酸性,電極反應式為S+H2O-2e- S+2H+,D項錯誤。
4.C　通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,則在石墨電極Ⅱ上氧元素化合價升高,發生氧化反應,故石墨電極Ⅱ為陽極,電極反應式為2H2O-4e- O2↑+4H+,石墨電極Ⅰ為陰極,電極反應式為Cu2++2e- Cu。石墨電極Ⅰ為陰極,故a為電源負極,A錯誤;石墨電極Ⅱ為陽極,電極反應式為2H2O-4e- O2↑+4H+,向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,不可能出現藍色,B錯誤;1.6 g Fe2O3的物質的量為0.01 mol,又 Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O說明陽極H2O放電產生了0.06 mol H+,結合陽極電極反應式:2H2O-4e- O2↑+4H+知產生的O2的物質的量為 0.015 mol,在標準狀況下的體積為0.336 L,C正確;陰離子無法通過質子交換膜,D錯誤。
5.A　堿性介質中,燃料C3H8在負極上失電子發生氧化反應,電極反應式為C3H8+26OH--20e- 3C+17H2O,A正確;還原性強的離子在陽極先放電,電解時,a電極周圍首先放電的是Br-而不是Cl-,說明還原性:Br->Cl-,B錯誤;電子不進入溶液,C錯誤;當消耗0.16 g O2時,轉移電子0.02 mol,在a極Br-優先放電,故不可能產生0.71 g Cl2,D錯誤。
6.C　甲為燃料電池,通入O2的b極為正極,通入CH3OH的a極為負極,乙為電解池,M極為陽極,N極為陰極。甲中KOH溶液為電解液,則a極的電極反應式為CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O,A項錯誤;N極為陰極,電極反應式為4H2O+4e- 2H2↑+4OH-,N極試管收集到的是H2,B項錯誤;根據陰極電極反應式可知,電路中每轉移2 mol電子,陰極區生成2 mol NaOH,C項正確;相同條件下,根據得失電子守恒,甲池b極消耗的O2與乙池陰極產生的H2的體積比為1∶2,D項錯誤。
7.A　甲池為電解池,a極氮元素價態升高失電子,a極為陽極,b極為陰極,故乙池中,c極為負極,d極為正極破題關鍵。乙池中c極為H2O2失電子生成O2,電極反應式為H2O2-2e-+2OH- O2↑+2H2O,若生成15 mol O2,電路中轉移30 mol電子,甲池中,a電極:N2~2N~10e-,b電極: N2~2N~6e-,甲池和乙池中轉移電子數相等,則甲池a、b兩極共消耗N2為(+) mol=8 mol,A項正確;甲池中a為陽極,b為陰極,故甲池中H+從a極區通過質子交換膜轉移至b極區,B項錯誤;c極電極反應式為H2O2-2e-+2OH- O2↑+2H2O,c極區的pH減小,C項錯誤;甲池a極反應為N2失去電子被氧化為N,注意電解質溶液為酸性環境,正確的電極反應式為N2-10e-+6H2O 2N+12H+,D項錯誤。
易錯提示　a極和b極轉移的電子均為30 mol,若誤認為a極和b極轉移電子數之和為30 mol,則會導致解題錯誤。
8.B　該裝置為電解池,與直流電源正極相連的鐵電極為陽極,鐵失去電子發生氧化反應生成Fe,鉑電極為陰極,水電離產生的H+得到電子生成H2,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-。陰極區由稀KOH溶液得到濃KOH溶液,則需要補充K+破題關鍵,陽極區K+需要向陰極區移動,隔膜為陽離子交換膜,A項錯誤;該電解池的總反應為Fe+2H2O+2OH- Fe+3H2↑,反應中消耗OH-,需要補充KOH,B項正確;電解質溶液顯強堿性,Fe電極反應式為Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O,C項錯誤;根據陰極電極反應式可知,轉移0.2 mol電子時,生成0.1 mol H2,但是未指明是標準狀況下,不確定生成的氣體的體積,D項錯誤。
方法點撥　根據題圖找出離子的移動方向,進而判斷隔膜的類型,陰極區:稀KOH溶液→濃KOH溶液,說明陽極區K+需向陰極區移動,則該隔膜為陽離子交換膜。
9.C　利用該裝置電解制備Co,則鈷作陰極,b為電源的負極,a為電源的正極,A正確;鈷為陰極,在鈷電極上發生還原反應,電極反應式為Co2++2e- Co,B正確;在石墨電極上發生的電極反應為2H2O-4e- 4H++O2↑,裝置工作時Ⅰ室溶液中的H+通過陽離子交換膜向陰極移動,H+無法通過陰離子交換膜,從而H+留在Ⅱ室,同理Ⅲ室中的Cl-通過陰離子交換膜向陽極移動,Cl-無法通過陽離子交換膜,從而Cl-留在Ⅱ室,則Ⅱ室HCl的濃度增大,C錯誤;若不使用離子交換膜,Cl-在陽極上失電子,則石墨電極上會析出Cl2,D正確。
方法點撥　帶“離子交換膜”的電解池的解題步驟
第一步,分清離子交換膜的類型,判斷允許哪種離子通過離子交換膜。
第二步,寫出電極反應式,判斷離子交換膜兩側離子變化,推斷電荷變化,根據電荷守恒判斷離子遷移方向。
第三步,分析離子交換膜的作用。在產品制備中,離子交換膜的作用主要是提高產品純度,避免某些反應的發生。
10.C　據題圖可知,X電極上H2O失電子生成氧氣,發生氧化反應,X電極為陽極,電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,A正確;Y電極上的反應物有O2,而X電極產生O2,所以可將X電極上產生的O2收集起來,輸送到Y電極使用,B正確;Y電極上Fe3+得電子轉化為Fe2+,O2得電子結合氫離子生成H2O2,發生還原反應,所以Y電極為陰極,C錯誤;據題圖可知該裝置工作時Fe2+與Fe3+循環轉化,所以起始時,在Y電極附近加入適量Fe2+或Fe3+,均能讓裝置正常工作,D正確。
11.D　觀察圖像中曲線的斜率可知,OP段和PQ段氣體的成分不同。由于陽極始終是OH-放電,所以可以推斷出,OP段只有陽極產生O2(陰極無氣體生成),PQ段陰、陽兩極都產生氣體。因此,整個過程發生的反應為①2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑和②2H2O 2H2↑+ O2↑。結合圖像中轉移電子的物質的量,可計算出反應①析出0.1 mol Cu和0.05 mol O2,反應②消耗0.05 mol H2O。根據“出什么加什么,出多少加多少”,欲使溶液恢復到起始狀態,應向溶液中加入 0.1 mol CuO和0.05 mol H2O。加入0.05 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液恢復,故D正確。
12.答案　(1)負　2Cl--2e- Cl2↑　Ag++e- Ag
(2)0.025 mol/L
(3)0.1 mol/L
解析　(1)通電5 min后,電極5的質量增加,則電極5為陰極,a為電源的負極;A池中陽極上Cl-放電生成Cl2,電極反應式為2Cl--2e- Cl2↑;C池中陰極上Ag+放電析出銀,電極反應式為Ag++e- Ag。(2)電極5上析出的金屬為Ag,通電5 min后,電極5質量增加 2.16 g,則析出的n(Ag)==0.02 mol,則轉移電子的物質的量為0.02 mol,B中陽極上通過0.02 mol電子時生成氧氣的體積=×22.4 L/mol=0.112 L=112 mL,B中共收集氣體的體積是 224 mL,所以氣體中還有氫氣,氫氣的體積是112 mL,生成112 mL氫氣轉移電子的物質的量=×2=0.01 mol,所以生成銅轉移電子的物質的量為0.01 mol,n(Cu)==0.005 mol,n(Cu2+)=n(Cu), c(Cu2+)==0.025 mol/L。(3)A中總反應式為2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH,可知轉移0.02 mol電子時生成0.02 mol NaOH,所以c(NaOH)==0.1 mol/L。
2第二單元　化學能與電能的轉化
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.選用稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液、鐵棒、銅棒、鉑棒,組成下圖所示的原電池裝置(只有兩個電極),觀察到電流計的指針均明顯偏轉,則其可能的組合共有(　　)
A.6種　　　B.5種　　　C.4種　　　D.3種
2.(經典題)下列裝置能產生電流的是(　　)
A.　　　　　　B.
C.　　　　　　D.
題組二　　原電池的工作原理
3.(經典題)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構成一個原電池。
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
4.在如圖裝置中,觀察到圖1裝置中銅電極上產生大量無色氣泡,而圖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(　　)
　
A.圖1裝置中Cu電極上電極反應式是2H++2e- H2↑
B.圖2裝置中Cu電極上發生的電極反應為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
5.原電池的電極反應不僅與電極材料的性質有關,還與電解質溶液有關。下列說法中不正確的是(　　)
A.由Al、Cu、稀H2SO4組成原電池,其負極反應式為Al-3e- Al3+
B.由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池,其負極反應式為Al-3e-+4OH- Al+2H2O
C.由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池,其負極反應式為Cu-2e- Cu2+
D.由Al、Cu、濃硝酸組成原電池,其負極反應式為Cu-2e- Cu2+
6.某科學家將吸有食鹽水的濕抹布夾在銀板和鋅板的圓形板中間,堆積成圓柱狀,制造出最早的電池——伏打電池。下列敘述正確的是(　　)
A.該電池中電子由銀極經導線流向鋅極
B.銀極上消耗2.24 L(標準狀況下)氧氣時,轉移0.4 mol電子
C.若用稀硫酸替代食鹽水,則在正極放電的物質不變
D.該電池負極的電極反應式為Zn+2OH-+2e- Zn(OH)2
題組三　　原電池原理的應用
7.某化學興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用,設計并進行了以下一系列實驗,部分實驗結果記錄如下:
編號 電極材料 電解質溶液 電流表指針偏轉方向
1 Mg、Al 稀硫酸 偏向Al
2 Cu、Al 稀硫酸 ……
3 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
根據上表中記錄的實驗現象,推斷下列說法不正確的是(　　)
A.實驗1中Al為電池的負極,發生還原反應
B.實驗2中H+在Cu極上得電子,電流表的指針偏向Cu
C.實驗3中的Al電極反應式為Al-3e-+4OH- Al+2H2O
D.通過以上實驗說明原電池的正負電極不僅與電極的性質有關,而且與電解質溶液有關
8.(經典題)現有A、B、C、D和Fe五種金屬片,將其分別用導線連接后浸入稀硫酸中(如圖),每次實驗時,通過靈敏電流計測出電子流動方向如下。
實驗分組 所用金屬 電子流向
① A、Fe A→Fe
② C、D D→C
③ A、C C→A
④ B、Fe Fe→B
⑤ …… ……
根據上述情況,回答下列問題:
(1)上述五種金屬的活動性順序:　　　　　　　。
(2)在①中,Fe片上觀察到的現象是　　　　　　　　　　。
(3)在②中,溶液中H+向金屬片　　　　(填“C”或“D”)移動。
(4)如果實驗⑤用B、D,則導線中電流方向為　　　(填“B→D”或“D→B”)。
(5)已知反應:Cu+2Fe3+ Cu2++2Fe2+。請用下列試劑和材料,用上圖所示裝置,將此反應設計成原電池。
試劑:CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、雙氧水、NaOH溶液。
材料:Cu片、Fe片、石墨棒。
設計原電池應選用的試劑和材料是　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
第二單元　化學能與電能的轉化
第1課時　原電池的工作原理
基礎過關練
1.B　符合條件的原電池組合有:①鐵棒、銅棒、稀H2SO4;②鐵棒、銅棒、Fe2(SO4)3溶液;③鐵棒、鉑棒、稀H2SO4;④鐵棒、鉑棒、Fe2(SO4)3溶液;⑤銅棒、鉑棒、Fe2(SO4)3溶液。
2.D　A項,未構成閉合回路,錯誤;B項,無自發進行的氧化還原反應,錯誤;C項,乙醇不是電解質,不能導電,錯誤;D項,有活潑性不同的電極,有電解質溶液,形成閉合回路,形成原電池,能產生電流,正確。
方法點撥　原電池的判定方法
一看反應原理(能否自發地進行氧化還原反應);二看構成條件(兩極一液成回路:兩個活潑性不同的電極,插入電解質溶液中,裝置形成閉合回路)。
3.C　金屬活動性:Cu>Ag,故在該原電池中Cu為負極,Ag為正極。在外電路中電流由正極流向負極,①錯誤;正極上得電子發生還原反應,電極反應式為Ag++e- Ag,②正確;取出鹽橋,則不能形成閉合回路,原電池不能繼續工作,③錯誤;負極:Cu-2e- Cu2+,正極:Ag++e- Ag,故總反應為Cu+2Ag+ Cu2++2Ag,銅片與AgNO3反應的離子方程式為Cu+2Ag+ Cu2++2Ag,與原電池總反應相同,④正確;鹽橋中的K+向正極區移動,即K+向AgNO3溶液移動,⑤錯誤;電子不能進入電解質溶液,⑥錯誤;選C。
知識拓展　鹽橋作用:離子通道,形成閉合回路。避免電極與電解質溶液直接反應。
4.D　圖1裝置中銅電極上產生大量的無色氣泡,說明鉻為負極,銅為正極,正極上析出H2,電極反應式是2H++2e- H2↑,A項正確;圖2裝置中銅電極上無氣體產生,鉻電極上產生大量有色氣泡,說明銅被氧化,應為負極,電極反應式為Cu-2e- Cu2+,B項正確;圖2裝置中鉻電極上產生大量有色氣泡,說明正極為硝酸被還原生成NO2,電極反應式為N+e-+2H+ NO2↑+H2O,C項正確;圖1中電子由Cr電極經導線流向Cu電極,圖2中電子由Cu電極經導線流向Cr電極,D項錯誤。
5.C　A項,鋁是負極,負極反應式為Al-3e- Al3+,正確;B項,鋁和NaOH溶液反應,鋁是負極,負極反應式為Al-3e-+4OH- Al+2H2O,正確;C項,鐵是負極,負極反應式為Fe-2e- Fe2+,錯誤;D項,鋁在濃硝酸中鈍化,因此銅是負極,負極反應式為Cu-2e- Cu2+,正確。
6.B　鋅比銀活潑,鋅極是電池的負極,銀極是電池的正極,電子由負極流向正極,A錯誤;銀是電池的正極,電極反應為O2+2H2O+4e- 4OH-,銀極上消耗2.24 L(標準狀況下)氧氣時,消耗氧氣的物質的量為0.1 mol,轉移0.4 mol電子,B正確;若用稀硫酸替代食鹽水,銀是電池的正極,電極反應為2H++2e- 2H2↑,C錯誤;鋅是電池的負極,在負極Zn失電子,D錯誤。
總結歸納　原電池的工作原理
7.A　Mg和Al作兩極,稀硫酸作電解質溶液,鎂的活潑性比鋁強,鎂作負極,發生氧化反應,鋁作正極,在正極上H+得到電子發生還原反應,A項錯誤;電流表指針偏向正極,Cu和Al作兩極,稀硫酸作電解質溶液,鋁比銅活潑,鋁作負極,銅作正極,電流表指針偏向銅,B項正確;Mg和Al作兩極,NaOH溶液作電解質溶液,Al能自發和NaOH溶液發生氧化還原反應,所以鋁作負極,失去電子生成Al,電極反應式為Al-3e-+4OH- Al+2H2O,C項正確;通過實驗1和實驗2比較可知,原電池的正負電極與電極的性質有關,通過實驗1和實驗3比較可知,原電池的正負電極與電解質溶液也有關解題技法,D項正確。
8.答案　(1)D>C>A>Fe>B　(2)有無色氣泡生成　(3)C　(4)B→D　(5)FeCl3溶液、Cu片、石墨棒
解析　(1)原電池工作時,電子從負極經外電路流向正極,以稀硫酸為電解質溶液時較活潑的金屬作負極,由電子流向可知金屬活動性:A> Fe、D>C、C>A、Fe>B,則金屬活動性:D>C>A>Fe>B。
(2)在①中,Fe為正極,氫離子得電子生成氫氣,可觀察到Fe片上有無色氣泡生成。
(3)在②中,溶液中H+向正極移動,即向C移動。
(4)如果實驗⑤用B、D,因活潑性B(5)根據反應Cu+2Fe3+ Cu2++2Fe2+設計原電池,Cu被氧化,應為負極,正極可為石墨棒,電解質溶液為氯化鐵溶液。
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