4.1 二、化学电源-【重难点手册】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

国避食手细高中化学选择性必修1化学反应原理) 点有 方案一 方案二 初始条件 高铁电池 (其他条件 pH=4.5 pH=2.5 1.2 相同) 1.0 0.8 高能碱性电池 NO去除 0.6 <50% 接近100% 0.4 率 0.2 0 24小时后 0.20.40.60.81.0放电时间/h pH 接近中性 接近中性 图2 C培优突破练 测试时间：5分钟 铁的最终 FeO(OH) FeO(OH) (不导电) (不导电】 1.(2023·四川成都期末)用零价铁(Fe)去除 物质形态 Fe,O FeO. 水体中的硝酸盐(NO方)已成为环境修复的 研究热点之一。Fe还原水体中NO方的反 A.图示电池中Fe作负极，可被NO完全 应原理及相关实验分别如图、如表所示。下 氧化 列说法正确的是()。 B.图示电池的正极反应为NO。十8e+ NO、NH 9Ht-NH◆+3HO 段时间后 FeO(OH) C.FcO(OH)的产生与pH升高有关 (不导电) D.改变Fe的粒径大小，NO方的去除速率 Fe,O. FeO(能导电) 不变 二、化学电源 口-01必备知识梳理。 基础梳理 知识点1化学电源 1.化学电源的概念及分类 卫拓考点 化学电源是根据原电池原理设计和生产的将化学能转化成 电池的分类 电能的装置，又称为电池。 化学电泡 将化学能转化成电能的装置 化学电源分为一次电池、二次电池和燃料电池等。 电池 太阳能电池 将太阳隐转化成电能的装置 2.判断电池优劣的主要标准 原子能电池 (1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位 将放射性同位素自然衰变时 产生的热能通过热徒转提露 是(W·h)/kg或(W·h)/L 转化成屯能的装置 (2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位 是W/kg或W/L (3)一般地，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时 232 第四章 化学反应与电能收出组 间长的电池，更符合使用者的需求。 冒敲黑板 例☐下列有关化学电源的描述，正确的是()。 化学电池的优缺点 ①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生 (1)优点： ②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生 ①化学电池的能量转化 ③任何电池都是依据原电池的原理制造的④化学电源与其他 效率较高，供能稳定可靠。 能源相比，具有携带方便、可制成各种形状等优点⑤比能量、比 ②使用方便，易于雏护， 并可在各种环境中工作。 功率以及可储存时间的长短是判断电池优劣的主要标准 ③可制成形状、大小和容 A.①②③④⑤ B.①②④⑤ 量不同的电池或电池组，使用 C.③④⑤ D.①②③⑤ 方便 解析部分电池（如太阳能电池）不是依据原电池的原理制造 (2)缺点：电池中的镍、 的，③错误。 镉、锰、铅等重金属离子会对 [答案B 土壤、水源造成污染，应集中 回收处理。 知识点2一次电池 次电池就是放电后不可再充电的电池，一次电池中电解质 司敲黑板 溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。常见的一次电池主要有 锌银电池（纽扣电池）】 普通锌锰电池，碱性锌锰电池和锌银电池等。如表所示为普通锌 Zn负极 锰电池和碱性锌锰电池的比较。 AgO正极 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 浸了KOH(aq)金属外壳 的隔板 锌银电池的负极是Zn, 石器棒 锌粉和KOH 正极是A),电解质是K()H, 装置 MnO 的混合物 NHC1糊 MnO. 其电极反应式及总反应式 锌简 金属外壳 如下： 负极：Zn+20H一2e —Zn(OHD: 负极：Zn-2e-Zn2+ 负极：Zn十2OH-2e 正极：AgO+H0+2e 电极反 正极：2NH+2MnO,+2e Zn(OH) —2Ag+2OHΓ； 应式及2NH,↑+MnO+HO 正极：2Mn)+2HO+2e 总反应：Zn+AgO十 电池总总反应：Zn+2Mn(O,+2NH -2MnO(OH)+20H 反应式 —Zm2++2NH1↑+MnO+ 总反应：Zn+2MnO2+2HzO HO—Zn(OH)2+2Ag。 H2O -2MnO(OH)+Zn(OH): 特，点：比能量大，电压稳 定，储存时间长，适宜小电流 连续放电 优点：克服了普通锌锰电池的 优点：制作简单，价格便宜 用途：常制成纽扣式微型 缺点，单位质量所输出的电能 特点 缺点：新电池会自动放电，使存放 电池，广泛用于电子手表、照 多且储存时间长，适合大电流 时间缩短，放电后电压下降较快 相机、计算器和其他微型电子 和连续放电时使用 仪器。 233 重滩食手册高中化学选择性必修1化学反应原理圆 例2(2023·吉林省实验中学期末)碱性电池具有容量大、 卫拓考点 放电电流大的特点。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶 锂电池 液，电池总反应为Zn+2MnO2+2HO—Zn(OH)2+ (1)构成：锂电池以Li为 2MnO(OH)。下列说法中错误的是()。 负极，正极可以是MnO,、Cu) A.电池工作时，锌失去电子 或FeS等，电解质溶液可由 B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2HO+2e 四氯铝酸锂(LiAICL,)溶解在 2MnO(OH)+20H 亚硫酰氯(SOC12)中制成， C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 (2)电极反应式及电池总 反应式 D.外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g 负权：81i-8e 解析从总反应Zn十2MnO2十2HOZn(OH)2+ 8Li: 2MnO(OH)可以看出，Zn失去电子被氧化，Zn为负极，A项正 正极：3S(CL+8e 确：根据总反应和化合价变化可写出正极的电极反应式为2MO2十 SO+2S+6CI: 2HO+2e—2MnO(OH)+2OH,B项正确；电池工作时，电 总反应：8i+3S0C12 子从负极流出经外电路流向正极，C项错误；当外电路中通过 6LiC1+2S+Li2S)。 0.2mol电子时，理论上参加反应的锌为0.1mol,其质量减少 (3)特，点：比能量高，放电 6.5g,D项正确。 电压高，工作温度范国大，可 [答案C 储存时间长。 [说明]锂电池分为锂 知识点3二次电池 金属电池（一次电池）和锂离 二次电池又称可充电电池或蓄电池，它在放电时所进行的氧 子电池（二次电池）。 化还原反应在充电时可以逆向进行，使活性物质获得再生，如此 自敲黑板 充、放电可循环进行。这类电池可以多次重复使用，如铅酸蓄电 (1)电化学上常把充电时 池（装置如下图）、辐镍电池、镍氢电池、锂离子电池等。 发生气化反应的电极叫做阳 极，发生还原反应的电极叫做 H SO (ag) 阴极。 (2)铅酸蓄电池放电时， PbSO在两个电极上生成：充 PbO,(正极) 电时，PSO,在两个电极上消 Pb(负极) 耗。书写电极反应式时，必须 1.铅酸蓄电池(Ph/HSO4/PbO2)】 考虑溶液中的离子参与反应， (1)负极反应：Pb-2e+SO—PhS0。 如负极生成的Pb被S) (2)正极反应：PbO2+2e+4H++SO一PbSO,+ 沉淀，正极上H、S)参与 2HO。 反应。 (3)总反应：Pb+PbO2+2H2SO) 电2P%S0,+2H,0。 (3)二次电池充电可简记 充电 为“正接正，负接负”，即原电 2.镉镍电池[Cd/OH/NiO(OH)] 池的正极连接外接电源的正 (1)负极反应：Cd+2OH-2e=Cd(OH)2. 极，原电池的负极连接外接电 234 第四章化学反应与电能收出组 (2)正极反应：2NiO(OH)+2HO+2e一2Ni(OH)2+ 源的负极。 20H. 回拓考点 (3)总反应：Cd+2NiO(OH)+2H,0故售Cd(OH),+ 镍氢电池[H,/OH/NiO(OH)] 充电 (1)负极反应：H,-2e+ 2Ni(OHD2。 20H=2H0。 例3(2023·江苏常州中学月考)液流式铅蓄电池以可溶性 (2)正极反应：2NOHD十 2HO+2e-2Ni(OH):+ 的甲基磺酸铅[(CHSO,),Pb]代替硫酸作为电解质，该电池充放 20H。 电的，总反应为Pl十PO,十4H这粤2Pb++2H,O,下列说法错 (3)总反应：2NO(OH)十 充电 误的是( )。 H器2NOH A.放电时，电极的质量均减小 圆诊考策 B.放电时，正极的电极反应是PbO2十4H+十2e一一Pb2++ 二次电池放电时为原电 池，将化学能转化为电能：充 2H2O 电时为电解池，将电能转化为 C.充电时，溶液中的Pb+向Pb电极移动 化学能 D.充电时，PbO2电极周围溶液的pH增大 负极： 还原 解析电池放电时，负极的电极反应为Pb一2e—Pb+,正 氧化→反应： (-) 反应 阴极 、充电 极的电极反应为PbO2十4H+十2e一Pb+十2H2O,则放电时， 正极： 氧化 电源 还原+反应： (+) 电极的质量均减小，A、B两项正确：充电时，Pb电极上发生得电 反应 阳极 子的还原反应，Pb电极为阴极，溶液中的阳离子向Pb电极（阴 [注意]二次电池的充、 极)移动，C项正确；充电时，PbO2电极的电极反应为Pb+十 放电反应在不同条件下进行， 2HO一2ePbO2十4H,该电极周围溶液的pH减小，D项错误。 不属于可逆反应。 [答案D 知识点4燃料电池 燃料电池是一种能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转 敲黑板 化成电能的化学电源。燃料电池的电极本身一般不参与氧化还 燃料电池和一次电池、二次 原反应，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化 电池的区别 (1)一次电池的活性物质 剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反 利用完后就不能再放电，二次 应，生成物不断地被排出，于是就能连续不断 H. 电池在充电时不能输出电能， 地提供电能。 正极室 而燃料电池只要不断地供给 1.氢氧燃料电池 负极室 燃料和氧化剂，就能持续地输 如图所示，以H2为燃料，O2为氧化剂， 电解质 出电能。 溶液 质子交换膜 (2)一次电池和二次电池 铂作电极，使用碱性或酸性电解质溶液，可以 与环境只有能量交换而没有 形成燃料电池。 物质交换，是一个封闭的电化 235 重避官手册高中化学 选择性必修1化学反应原理 电解质溶液 KOH溶液 HS),溶液 学系统：而燃料电池却是一个 Pt(H2)负极 敞开的电化学系统，与环境既 2H2-4e十4()H=4H,O 2H2-4e4H 有能量交换，又有物质交换。 Pt(O)正极 0+4e+2H20=4OH O,+4e+4H=2H2O 总反应 2H2+0,—2HO 2H+O2—2H0 2.甲烷燃料电池 将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液或H,SO,溶液 中，然后向两电极分别通入CH和O2,则发生原电池反应，CH 口拓考点 的氧化产物是CO或CO2。 熔融盐燃料电池 电解质溶液 KOH溶液 H.S),溶液 例如，用iC)和C) 混合物的熔融盐作电解质，在 Pt(CH,) CH,-8e+100H- CH,-8e +2H,O= 负极通入CO,在正极通入空 负极 7H,O+CO 8H++CO 气与(C0的混合气体，制得在 P(O2】 2O,+8e+4H.O一8OH 202+8e+8H—4HO 650℃下工作的燃料电池. 正极 负极：2C0+2C0 CH+2OH+202= 总反应 CH.+20),-2H0+C0 4e4C0,. 3H,O+CO 正极：0+4e+2C0, 3.甲醇燃料电池 2C0。 将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两电 总反应：2C0+O2 极分别通入CHOH和O2,则发生原电池反应。 2C02. 负极：2CH,OH-12e+16OH一2CO+12H2O。 正极：3O2+6H0+12e一12OH。 国诊考策 该原电池总反应的离子方程式：2CHOH+3O,+4OH (1)燃料电池的负极一定 2CO+6HO.。 是可燃物，失去电子发生氧化 例④(2023·湖南长郡中学月考)一种新型的燃料电池以多 反应：正极一定是氧化剂（一 孔镍板为电极，将电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙 般是O,),得到电子发生还原 烷和氧气，其总反应为2CH+7O2十8KOH4KCO+ 反应。 10Hz(O,下列有关此电池的推断正确的是()。 (2)燃料电池的电极材料 A.放电一段时间后，负极周围溶液的pH增大 一般不参加电极反应，只起传 B.正极反应式为2HO+O2十4e=4OH 导电子的作用 C.每消耗1molC2H6,则电路中转移12mol电子 (3)燃料电池的电极反应 式作为一种特殊的离子方程 D.放电过程中KOH溶液的物质的量浓度不变 式，也必须遵循元素质量守 解析负极发生氧化反应，电极反应式为C2H十18()H一 恒、电荷守恒规律。 14e—2CO十12HO.负极消耗OH厂，负极周围溶液的pH减 (4)燃料电池的电极反应 小，A项错误；正极发生还原反应，电极反应式为2HO十O)2十4e 一般是燃料的燃烧产物进一步 一4OH,B项正确：由负极反应式可知，每消耗1 mol C.H6,电 与电解质溶液的反应，如CH、 236 第四章 化学反应与电能收组 路中转移14mol电子，C项错误；该电池的总反应为2C2H十7O2 CHOH的燃烧产物C(),可 +8KOH一4KCO3+10HO.KOH参加反应，物质的量减少， 进一步与(OH反应生成C月。 且有水生成，所以KOH溶液的物质的量浓度减小，D项错误。 答案B 重难拓展 重难点1原电池（化学电源）电极反应式的书写方法 后敲黑板 1.电极反应式的一般书写步骤 书写电极反应式时的三个原则 列物质。按照负极发生氧化反应、正极发生还原反应，判断 (1)共存原则：因为物质 标得失 出电极反应产物以及得失电子的数目 得失电子后在不同介质中的 电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如 存在形式不同，所以电极反应 看环境. 碱性介质中生成的H应结合(OH生成水。电极反 式的书写必须考虑介质环境。 配守恒 应式要依据电荷守恒、元素质量守恒和得失电子守 碱性溶液中（○(）不可能存在， 恒等规律加以配平 也不可能有参加反应；当 电解质溶液呈酸性时，不可能 两式加，根据正、负极得失电子数相等将两电极反应式相加， 验总式■ 与总反应式对照验证 有OH参加反应 (2)得氧失氧原则：得氧 2.已知总反应式书写电极反应式的步骤 时，在反应物中加H2O(电解 步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目。 质溶液呈酸性时)或OH(电 步骤二：判断正、负极，失去电子发生氧化反应的电极为负 解质溶液呈碱性或中性时)： 极；确定溶液的酸碱性。 失氧时，在反应物中加H(O 步骤三：写电极反应式。 (电解质溶液呈碱性或中性 负极反应式：还原剂一e—氧化产物 时)或H广（电解质溶液呈酸 正极反应式：氧化剂十ne还原产物 性时)。 (3)中性吸氧反应成碱原 3.五类燃料电池的电极反应式（以CH为例） 则：在中性电解质溶液中，通 电池类型 负极反应式 正极反应式 过金属吸氧所建立起来的原 酸性燃料电CH,+2HO一8e 电池反应，其反应的最终产物 (0.+4e+4H—2H0 池 8H+CO 是碱。 碱性燃料电CH,+10OH一8e 02+2H0+4e-40H 池 CO+7HO 图记方法 熔融碳酸盐CH,十4C房一8e 燃料电池电极反应式的书写 O+4e+2C0,—2C0 燃料电池 5C()+2H(0 (1)正极反应式的书写 燃料电池的正极发生还 熔融氧化物CH+4()一8e— 燃料电池 C0,+2H.O (0+4e—2y 原反应，通入的气体一般是 (O,根据电解质溶液的不同， 质子交换膜 CH +2H.O-8e O,+4e十4H-2HO 其正极反应式的书写分以下 燃料电池 8H+C) 几种情况： 例I(2020·江苏卷节选)研究HCOOH燃料电池性能的装 ①酸性电解质：O十4e十 置如图所示，两电极区之间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。 4H—2H2O: 237 重避包手细高中化学选择性必修1化学反应原理凡则 用电器 ②碱性电解质：(O十4e十 HCOOH. 2H20—4OH: KOH HCOO ③嫁融氧化物电解质：O十 物质A 4e=20; ④炫融碳酸盐电解质：O十 4e+2C0—2C0片. KHCO K SO (2)负极反应式的书写 半透膜 燃料电池的负极通入的 (1)电池负极的电极反应式为 :放电过程中 一定是燃料。若负极通入含 需补充的物质A为 (填化学式)。 碳元素的化合物，如CO、 (2)装置图中的HCOOH燃料电池放电的本质是通过 CH,CHOH等，碳元素均转 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程 化为十4价，其中在酸性溶液 及熔融碳酸盐中生成C):,在 式为 碱性溶液中生成C):若负 解析(1)由题图可知，该燃料电池中通入HCOOH的一极 极通入含氢元素的化合物，则 为负极，发生氧化反应，碱性条件下，HCOO(其中的碳元素为 最终都有H2O生成。 十2价)被氧化为HCO方（其中的碳元素为十4价），则负极的电极 回诊考策 反应式为HCOO十2OH一2e—HCO十HO。正极反应 当某电极反应式较难书 中，Fe3+被还原为Fe2+,在酸性条件下Fe2+再被O2氧化为Fe3+, 写时，可先写出较易写的电极 Fe3+相当于催化剂，因为最终有KSO,生成，O2氧化Fe2+的过 反应式，用总反应式减去较易 程中要消耗H叶，故放电过程中需要补充的物质A为HS),。 写的电极反应式，即可得出较 (2)结合上述分析可知，HC(O)H与()2反应的离子方程式为 难写的电极反应式 2HCOOH+20H+0-2HCO+2H2O. 4纠错练17 [答案(1)HCO0+2OH-2e—HCO5+HO: 一种基于酸性燃料电池 H2SO4。 原理设计的酒精检测仪，负极 (2)2HC(0OH+2OH-+02—2HC()+2HO 上的反应为CHCH OH 4e+H2O-CH,COOH+ 易错点1书写电极反应式时忽视介质的影响 4H。下列有关说法正确的 书写原电池的电极反应式需要考虑放电产物与介质的反 是( ）。 应，并将反应合写为合理的电极反应式。例如，酸性氢氧 A.检测时，电解质溶液 燃料电池中，O在正极得到电子生成OH,OH随即被H+中 中的H向负极移动 和，所以不能写成O2十2H2O+4e一4OH,而应是O2十 B.若有0.4mol电子转 4e十4H一2HO。同理，碱性氢氧燃料电池中，H在负极失 移，则消耗4.48L(标准状况) 去电子生成H,但不能写成H一2e一2H十，而应是H一 氧气 2e+2OH一2HO。又如，A1作负极时，若稀硫酸为电解 C.电池总反应的化学方 程式为O+CH,CH-OH 质溶液，电极反应式为Al一3e一A13+;若NaOH溶液作电 -CH COOH+H:O 解质溶液，电极反应式为A1一3e+4OHA1O方+2HO D.正极上发生的反应为 (考虑A1B+与OH厂反应)。 O:+4e+2H,O-40H 238 第四章 化学反应与电能收9 重难点2与二次电池有关的分析和规律 二次电池在放电时是原电池，将化学能转化为电能，而在充 自敲黑板 电时是电解池，将电能转化为化学能。 二次电池的pH变化规律 1.对二次电池电极极性和参加反应的物质的判断 若电极反应消耗OT(「)， 判断电池放电时电极极性和参加反应的物质，可先标出放电 则电极周围溶液的pH减小 时（原电池）总反应中电子转移的方向和数目，物质失去电子的一 (增大)，若电极反应生成 极为负极，该物质即为负极参加反应的物质：物质得到电子的一极为 OH厂(H),则电极周国溶液 正极，该物质即为正极参加反应的物质。电池充电时，阳极反应为 的pH增大（减小）：若总反应 放电时正极反应的逆过程，阴极反应为放电时负极反应的逆过程， 的结果是消耗OH(H),则 溶液的pH减小（增大），若总 由此判断电极极性和参加反应的物质。 反应的结果是生成()H(H), 2.电极反应式的书写方法 则溶液的pH增大（减小）：若 放电时的负极和充电时的阳极发生氧化反应，放电时的正极 两极消耗或生成的OH(H) 和充电时的阴极发生还原反应。负极与阴极反应的形式互逆，正 的物质的量相等，则溶液的 极与阳极反应的形式互逆。将放电时的负（正）极反应式左右倒 pH变化视溶液的酸碱性变化 置并将电子移项即可得到充电时的阴（阳）极反应式。 而定，碱性增强（酸性减弱）则 3.对溶液中离子移动方向的判断 pH增大，酸性增强（碱性减 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移 弱)则pH减小。 向阳极，阳离子移向阴极。 例2(2023·河北石家庄一中月考)2019年10月9日，瑞典 皇家科学院将诺贝尔化学奖授予古迪纳夫等三位科学家，表彰他 图记方法 们在锂离子电池方面的研究成果。钴酸锂电池是他们的研究成 电化学的学习中有两个 果之一，其工作原理为LiC6十Li-Co)2 放电C,十LiCoO:。下 “正靠正，负靠负”：一个为原 充电 电池电解质溶液内部离子的 列说法正确的是( )。 移动：另一个为二次电池充电 A.放电时，L从正极通过导线流向负极 时，标有“十”的电极接电源的 B.放电时，负极的电极反应式为Li,C6一xe一C6十xLi 正极，标有“一”的电极接电源 C.充电时，电池的负极与电源的正极相连 的负极。 D.充电时，阴极的电极反应式为LiCoO,一xe Li1-,CoO十xli 解析放电时，电解质溶液中的阳离子（即L十）从负极移向 正极，且【仅在电解质溶液中移动，不会进入导线，故A项错 国诊考策 误；放电时，负极上IiC6失去电子发生氧化反应，电极反应式为 判断电池中转移电子的 Li,C6一xe一C十xi计，故B项正确：充电时，电池的负极应与 数目，一般只看氧化反应或还 电源的负极相连，作阴极，发生还原反应，故C项错误：充电时，阴 原反应的一方：判断放电时两 极C得到电子，发生还原反应，电极反应式为C十xLi计十xe 极溶液酸碱性的变化，关键是 —LiC,故D项错误。 看该极是否消耗了H()H) 答案B 或生成了H(OH). 239 重雕官手册高中化学 选择性必修1化学反应原理) 02关健能动提升◆ 题型1二次电池 ●跟踪练1(2022·辽宁选择考)某储能 例①(2023·新课标卷)一种以V2(O5和 电池的工作原理如图所示。下列说法正确的 Zn为电极、Zn(CFS)a)2水溶液为电解质溶 是( 液的电池的示意图如图所示。放电时，Z+可 电源 俯视图 嵌入V2O层间形成ZnV2O·HO。下列 用电器 -CI/CCI 说法错误的是( 多孔活性 炭电极 NaCI/H.O 放电 NaTi,(PO )/Na Ti,(PO) 充电 CICCI NaC/H,O:电极 VO. ZnVO.·nHO A.放电时负极反应：NaTi2(PO)3一2e Zn电极 V,O电极 -NaTiz(PO)3+2Na+ Zn(CFSO,),水溶液 B.放电时CI透过多孔活性炭电极向 A.放电时，VO为正极 CCL中迁移 B.放电时，Zn2+由负极向正极迁移 C.放电时每转移1mol电子，理论上CCL C.充电总反应：xZn+V2O+nH2O 吸收0.5molC2 Zn,V2O·nH2O D.充电过程中，NaCI溶液的浓度增大 D.充电时阳极反应：ZnV,(O·nHO 2xe =xZn2+V2O+nH2O 题型2燃料电池 例2研究发现，在酸性乙醇燃料电池中 解析放电时，Zn失去电子生成Zn2+,Zn 加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作 电极为负极，V2O电极为正极，A项正确；放 原理如图所示。 电时，阳离子向正极移动，B项正确；xZ十 VzO5十nHO一ZnrV2O5·nHO是放电时 H,O+CH CH,OH -NO+H.O 的总反应，C项错误；充电时阳极失去电子，电 极反应式为ZnV2O5·nHO一2xe C0. HNO HO xZn2++V2O5十H2O,D项正确。 质子交换膜 答案C 下列说法错误的是( ）。 名师支用 A.加入HNO,降低了正极反应的活化能 二次电池充、放电时各电极上 B.电池工作时正极区溶液的pH降低 发生的反应 C.1 mol CH:CH2OH被完全氧化时有 电源(-） 3molO2被还原 负极 氧化反应 还原反应 阴极 D.负极反应为CH CH2OH+3HO一 放电 电池 充电 12e-=2C0z↑+12H 正极 还原反应 氧化反应 阳极 解析负极反应为CH CH2OH十3H2O 电源(+) 12e一2CO2↑十12H+;正极反应为HN) 240 第@章化学反应与电能么出 +3e+3HT-NO+2H2O,4NO+302+ ③通过介质中离子的移动方向，可判断 2HO一4HNO:总反应为CH CH2OH+ 电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与电 3O2一2CO2十3HO。由正极区电极反应可 极反应。 知，正极区的总反应为O2十4e十4H+ 2HO,HNO在反应前后总量不变，作催化 ●跟踪练2化学家正在研究尿素燃料电 剂，则加入HNO降低了正极反应的活化能， 池，这种电池可直接除去城市废水中的尿素， A项正确：由A项中正极区总反应可知，反应 既能净化水，又能发电。某尿素燃料电池的工 消耗H中，溶液中c(H十)减小，pH增大，B项错 作原理如图所示，下列有关叙述正确的是 误；由电池总反应可知，C项正确；由负极的电 ( 极反应可知，D项正确。 负载 答案B 甲电极 乙电极 名师支的 CO,+N,- 0: (1)解答燃料电池题目的思维模型 质子 CO(NH 交换膜 氧气正极还原反应电子流入 b HO 正◆ d -HO 燃料 电池 阴离子 阳离子 多孔炭电极 燃料负极氧化反应电子流出 A.电池工作时电子移向负极 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 B.该电池使用的电解质溶液是KOH溶液 ①要注意介质是电解质溶液还是熔融 C.甲电极的电极反应式为CO(NH2)2+ 盐或氧化物 H2O-6eCO,个+N2◆+6H ②通入负极的物质为燃料，通入正极的 D.该电池工作时，理论上每净化1mol 物质一般为氧气。 CO(NH2)2,消耗标准状况下22.4L(O为 03学业质量测评。 A基础过关练 测试时间：15分钟 图如下。下列说法错误的是( 1.(经典·北京卷)下列电池工作时，O2在正极 用电器 M 放电的是( Li 隔膜玻璃陶瓷 A.海水起电解质溶液的作用 A.锌锰 B.氢氧 C.铅酸 D.镉镍 B.N极仅发生电极反应：2HO+2e 电池 燃料电池 蓄电池 电池 2OH+H2个 2.(2022·湖南选择考)海水电池在海洋能源 C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 领域备受关注，一种锂海水电池的构造示意 D.该锂海水电池属于一次电池 241Zn +Cu.B项不符合题意;若将CuSO.溶液换成 为原电池正极,Zn为负极,正极的电极反应式为 稀疏酸,电池总反应变成乙n+2H-乙n{* +H$^, FeO +4H.O+3e--Fe(OH)+5OH;负极的电 C项符合题意。(4)在2Fe+21-2Fe*+I中. 极反应式为Zn-2e +2OH-Zn(OH)。,负极消耗 元素由一1价升高到0价,1失去电子,发生氧化反 OH,故放电时负极附近溶液的pH减小;原电池中 应,负极电解质溶液可为K1溶液,铁元素由十3价降 阴离子移向负极,则盐桥中的Cl移向右侧烧杯;电子 低为十2价,Fe得到电子,发生还原反应,正极电解 由负极经外电路流向正极,即由Zn到石墨;根据正极 质溶液可以选FeC。溶液,正、负极可用石墨作电极材 的电极反应式,放电过程中每转移1.5mol电子,消耗 料,连接导线,用盐桥形成闭合回路,组成原电池。 的m(KFeO)-1.5 3 mol×198g·mol-1-99g.] 综合提能练 培优突破练 1.D [题图1装置中铜电极上产生大量无色气泡,分析 1.C [由题图可知,反应一段时间后生成了FeO(OHD. 溶液中的离子可知,应是H在Cu电极上得到电子生 FeO(OH)不能导电,其将Fe全部覆盖,阻碍了电子的 成H..则Cr电极为负极,Cu电极为正极,Cu电极上 的电极反应式为2H +2e--H。,A项正确;题图 转移,因此Fe不能被NO 完全氧化,A项错误;在正 2装置中铜电极上无气泡产生,Cr电极上产生大量有 极上NO 得到电子被还原为NH.,正极的电极反应 色气泡,说明Cr电极上NO被还原生成二氧化氮气 为NO +8e +10H--NH +3H.O,B项错误:对 体,则Cu电极为负极,Cr电极为正极,负极反应式为 比方案一、二可知,FeO(OH)的产生与pH升高有关, Cu-2e --Cu*,B项正确;由B项分析可知.Cr电 C项正确;改变Fe的粒径大小,可以形成许多微小原 极上的电极反应式为NO+e+2H--NO.+ 电池,从而使NO的去除速率加快,D项错误。 H.O.C项正确:原电池外电路中电子由负极经导线流 二、化学电源 向正极,故题图1装置中,电子由Cr电极经导线流向 【必备知识梳理】 Cu电极,题图2装置中电子由Cu电极经导线流向Cr [纠错练1] C [该酸性燃料电池的正极反应式为O十 电极,D项不正确。] 4e +4H--2HO.负极反应式为CHCHOH- 2.B [负极发生氧化反应,Fe-2e --Fe ,A项正确; 4e+H.O--CHCOOH+4H,电解质溶液中的 正极上O发生还原反应生成HO,O+2e +2H H 向正极移动,A、D两项错误;根据正极反应式,每转 --HO,B项错误;若不通入氧气,则甲酸电离出的 移0.4mol电子,消耗0.1mol0:即标准状况下2.241 H在正极得到电子产生氢气,C项正确;HO与 O..B项错误;根据电池的正、负极反应式可知电池的 HCOOH反应产生CO.和HO,HCOOH+HO- 总反应为CHCHOH+O.CHCOOH+HO. CO.+2H.O.D项正确.] C项正确。] 3.D [装置①中NaI发生氧化反应,所以石墨I作负极, 【关键能力提升】 装置②中NaIO:发生还原反应,NaHSO.发生氧化反 [跟踪练1] A[放电时负极发生的是Na:Ti。(PO.)。 应,所以石墨III作负极,A、B两项正确:装置①中 失去电子生成NaTi。(PO.)。的氧化反应,A项正确;放 MnO.作正极,MnO:得电子被还原,电极反应为 电时钛电极是负极,多孔活性炭电极是正极,所以Cl MnO +4H +2e -Mn+2HO.C项正确;装置 透过多孔活性炭电极向NaCI/H.O中迁移,B项错误; ①中碑元素由一1价升高为0价,装置②中礁元素由 放电时每转移1mol电子,理论上左侧容器中有0.5mol 士5价降低为0价,根据得失电子守恒可知,装置①、② CL. 参与反应,而不是吸收CL.C项错误:充电过程中 中生成等量的1.时,导线上通过的电子数之比为1:5. 多孔活性炭电极作阳极,发生Cl失去电子生成Cl。的 D项错误。] 氧化反应,所以NaCI溶液的浓度减小,D项错误。] 4.(1DFeO+4H.O+3e--Fe(OH):+5OH;减小 [跟踪练2] C [原电池中电子向正极移动,A项错误 右;由乙n到石墨;99。 质子交换膜只允许氢离子通过,H无法在碱性环境中 (2)使用时间长、工作电压稳定。 大量存在,则该原电池不能使用碱性电解液,B项错 [(1)由电池总反应可知,KFeO.发生还原反应,石墨 误:负极上CO(NH):失电子生成二氧化碳和氮气 40 则负极反应式为CO(NH)+H.O-6e--CO.+ 溶液中阳离子移向正极,由题图可知,Li移向复合电 N.*+6H.C项正确;该电池的总反应为2CO(NH。)。 极,Li电极为负极,复合电极为正极,则放电时电流由 +30.--2CO.+2N.+4H.O.则理论上每净化1mol 复合电极流向Li电极,故A项错误;充电时,Li电极应 CO(NH):.消耗1.5molO.标准状况下氧气的体积 与电源的负极相连,故B项错误;根据上述分析可知, 为33.6L.D项错误。 充电时,复合电极作阳极,阳极的电极反应式为L。0 【学业质量测评】 -2e--O。+2Li,故C项正确;放电时,复合电 基础过关练 极的电极反应式为O.+2e-+2Li -Li.O,如果电 1.B [铎电池中,n是负极,二氧化是正极,正极放 路中转移1mol电子,理论上复合电极上有0.5mol 电的物质是二氧化钱,A项错误;氢氧燃料电池中,通 Li.O.生成,理论上质量增加23g,故D项错误。 人氢气的一极为原电池的负极,通入氧气的一极为原 2.C [对题图装置的分析如下: 电池的正极,B项正确;铅酸蓄电池的负极为P,正极 负极:N.H+4OH-4e正极:O+4e+2H0 N.f+.HO.消耗OH 4OH,产生OH 上PbO:放电,C项错误;辐电池的负极为Cd.正极 上NiO(OH)放电,D项错误。] 2.B [海水在电池中作电解质溶液,形成闭合回路,A项 NaOH游液- 甲乙楷 正确:N极是电池的正极,海水中可能溶有O,O和 NH- -NaOH落液 H.O都可以得到电子发生还原反应,B项错误;玻璃陶 阳离子交换 瓷可传导离子,形成闭合回路:目可避免Li与H0接 由上述分析可知,A项错误,C项正确;由正极的电极 触发生反应,C项正确;铿-海水电池只能放电,不可充 反应可知,当消耗1molO.时,转移4mol电子,则有 电,为一次电池,D项正确。] 3.C [由题图可知,反应物为NH。和O。,生成物为N 4molN。由甲橹向乙迁移,B项错误;若去掉阳离 子交换膜,腊会与水中溶解的氧气直接接触,易发生爆 和HO.则电极a为正极,电极b为负极,电池工作时 0.得到电子,发生还原反应,故A项正确;电极b上 炸,D项错误。] 3.C [由题图可知,充电时,电池总反应为Li0 NH:失去电子生成N。,电解质溶液为NaOH溶液,电 极反应式为2NH。+6OH--6e --N+6H.O.故 21.+O*,A项正确;光照产生的电子和空穴参与反 B项正确;燃料电池是将化学能转化为电能的装置,故 应,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B项 C项错误:原电池工作时,阳离子移向正极,故Na 向 正确;放电时,该装置为原电池:阳离子向正极移动,C 电极a移动,故D项正确。 项错误;此装置为二次电池,放电时的正极反应为充电 4.(1)正:FePO+Li +e-LiFePO。 时阳极反应的逆过程,则正极反应式为O。十2Li十 (2)①a;CH -8e-+10OH-C0 +7HO 2e--LiO,D项正确。] 4.(1)右;左。 ②减小。 (2)4。 [(1)电池在放电过程中是原电池,电池放电时Li向 (1)从题图中可以看出,右侧O得电子转化为H.O 正极移动,用总反应减去负极反应得到正极反应 所以右侧为正极,左侧为负极,电流由右侧电极经过负 FePO.+Li +e-LiFePO。(2)①碱性甲完燃料 载后流向左侧电极。(2)正极的电极反应式为4H十 电池中通入甲烧的a电极为原电池的负极,该极上甲 O.+4e--2HO,当1molO.参与反应时消耗4mol 完发生失电子的氧化反应,电极反应式为CH.一8e H ,故从左侧穿过质子交换膜进人右侧的H的数目 +100H--CO+7H0。②在碱性溶液中,甲烧 为4N。] 燃料电池的总反应式为CH.+20.+20H--CO 培优突破练 +3H.O,电池工作一段时间后,由于氢氧根离子被消 1.C [电极室a中氢气失电子产生氢离子,为负极室,电 耗且反应生成H.O,所以电解质溶液的pH会减小。] 极室b中氧气得电子产生氢氧根离子,为正极室,A项 综合提能练 正确;燃料电池的能量变化主要为化学能转化为电能 1.C [原电池中电流从正极沿外电路流向负极,电解质 能量利用率比柴油发动机(化学能转化为机械能和热 41 能)的能量利用率高,B项正确;电解液呈减性的氢氧 出的H放电。(2)C为阳极,F为阴极,根据放电顺序 燃料电池中,H:失去电子产生的氢离子与氢氧根离子 书写电极反应式。(3)根据电解反应式2CuSO。十 反应生成水,水在通人H;的一侧产生,电解液呈酸性 2Ho也解O. +2Cu+2He.SO 并结合c-号计算即 的氢氧燃料电池中,O.得到电子和氢离子反应生成 水,水在通入O的一侧产生,C项不正确;多孔隔膜是 可。(4)电解足量R(NO.).溶液时,某一极析出了ag 反应产物H.0的通道,电解液除KOH溶液外也可用 金属R,由得失电子守恒并结合R十xe --R进行 H.SO.溶液或固态离子导体,起到导电的作用,D项 计算。(5)电装置中,层金属作阳极,件作阴极 正确。] 电液中含有层金属阳离子。] 第二节 电解池 【学业质量测评】 【必备知识梳理】 基础过关练 [纠错练1] D [0.1molCu(OH):相当于0.1mol 1.C [电解NaC1溶液时,总反应为2NaCI+2H:O电解 CuO和0.1molH.O.说明最后还有H.O被电解。 2NaOH+C1.^+H:^,加H.O不能使溶液恢复电解 [纠错练2] B [用铜作电极电解CuSO:溶液,阳极: 前的状态,应通入适量的HC1气体,A项不符合题意 Cu-2e-Cu,阴极:Cu?+2e-Cu,相当于 电解CuSO。溶液时,SO不放电,无损失,故要恢复 电,故A项错误;金属铜作阳极时,Cu本身失去电子 原电解液,不能加CuSO.溶液,B项不符合题意;电解 发生氧化反应生成Cu ,阴极上Ag 得到电子生成 电解2Ag+Cu,故B项 H.SO.溶液的实质是电解水,加人适量水可使H.SO. Ag,离子方程式为Cu+2Ag 溶液恢复电解前的状态,C项符合题意;Ag作阳极、Fe 正确:用石墨作电极电解MgCl。溶液,阳极上C1-失去 作阴极电解AgNO.溶液,实质是在Fe上键Ag, 电子生成Cl。,阴极上水电离出的H得到电子生成 AgNO.溶液的浓度不变,无需加AgNO.晶体,D项不 H.,使溶液中OH的浓度增大,Mg”与OH不能大 符合题意。] 量共存,生成Mg(OH)。,离子方程式为Mg+2H{O 2.B [电解氢化钟溶液的化学方程式为2NaCl+2H.O +2C1-电解Mg(OH):+H。+Cle^,故C项错误; 电解2NaOH+Cl+H。^,阳极生成氢气,氢气溶于 用石墨作电极电解NaC1溶液的离子方程式为2C1十 水生成具有漂白性的次氢酸,使石葵褪色,由此判断 2H-o电解2OH-+Cle+H:,故D项错误。] a'端为阳极,a为正极,A项错误;结合上述分析可知. 【关键能力提升】 b端为阴极,电极反应式为2H.O十2e--H十 [跟踪练1] A [b电极上N转化为NH,氧元素由0价 20H,生成氢氧根离子,故b端的字迹呈蓝色,B项正 降低为一3价,N:被还原,b电极为阴极,A项正确; 确;电子从电源的负极出来,即b→b',电子不能流入溶 a电极上O转化为O,a电极为阳极,若用金属Ag 液中,Cl在a极失去电子,电子由a→a,C项错误:如 作为电极材料,则阳极反应为Ag-e--Ag ,B项 果将a、b换成铜棒,则阳极的电极反应为Cu-2e 错误;改变工作电源电压,反应速率发生改变,C项错 -Cu*,不是Cl放电,所以不会产生Cl。,故阳极现 误;电解总反应为2N。+6H0电解4NH。+30,固体 象不相同,同时阴极生成氢氧根离子,遇铜离子会生成 Cu(OH):蓝色沉淀,D项错误。] 氧化物电解质不参与总反应,因此电解质中O的数 3.(1)①O:②Cl:③O。 (2)①H;②H:③Cu. 目不变,D项错误。] [跟踪练2](1)正极。 (2)阳极,2H0-4e- (3)2Ag +2e---2Ag:Cu-2e --Cu :Cu+ 2Ag电解Cu+2Ag。 0.+4H';阴极,2HO+2e-H +2OH。 (3)0.05.(4)50r。 (5)铜件。 4.(1)Cu+2Fe-Cu+2Fe。 (2)负极:Cu一 2eCu。 [(1)F极附近溶液呈红色,说明F极附近OH浓度增 (3)①2HO-4eO+4H; 大,溶液呈碱性,则F为阴极,所以C、E、G、1为阳极. Fe +e--Fe。②阴极(或铜片)表面开始有气泡 D.F、H、J为阴极,A为正极,B为负极,C极上OH放 生成;0.06mol. 电,D极上Cu放电,E极上CI放电,F极上水电离 [(2)题图1装置为原电池装置,X电极应为铜电极,作 42