第四章 第一节 第1课时 原电池的工作原理（讲义及解析）-2024-2025学年高二化学选择性必修1（人教版2019）

化学反应原理(周星星·化学） 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 一、原电池的工作原理 1．实验探究 (1)实验探究1 实验步骤 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象 装置图 实验现象 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡； Cu片：无变化 原因解释 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑； Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 (2)实验探究2 实验步骤 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 装置图 实验现象 Zn片：锌片溶解；Cu片：铜片表面有气泡 原因解释 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 (3)实验探究3 实验步骤 用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 装置图 实验现象 Zn片：锌片溶解；Cu片：铜片表面有气泡；电流表A指针偏转 原因解释 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 2．原电池的概念：将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应 3．组成原电池的条件 (1)两个活泼性不同的电极 注意 ①其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属 ②燃料电池中两极可同选石墨或铂 (2)电解质溶液 (溶液或者熔融) (3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 (4)有自发进行的氧化还原反应 4．原电池的工作原理 当用导线连接铜片和锌片一同进入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子则有锌片经导线流向铜片，溶液中的H+从铜片中获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上析出。由于导线上有电子通过，因此产生了电流，电流表的指针会发生偏转 5．原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向 (1)外电路中电子的流向：负极——经导线——正极 (2)外电路中电流的流向：正极——经导线——负极 (3)内电路中离子的迁移：阴离子移向负极，阳离子移向正极 6． 判断原电池正、负极的五种方法沿导线 (1)根据电极反应或总反应方程式来判断 作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极 作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极 (2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断 电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极 (3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断 阳离子向正极移动；阴离子向负极移动 (4)根据原电池的两电极材料来判断 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极 (5)根据电极质量的变化来判断 工作后，电极质量减少，说明该电极金属溶解，失去电子变成金属离子，该电极为负极；电极质量增加或不变，说明溶液中的阳离子在该电极放电生成金属单质或溶液中的阳离子得电子，该电极为正极 【对点训练1】 1．下列各装置能形成原电池的是(　　) 2．下图为番茄电池装置示意图，下列说法正确的是(　　) A．铜片上发生氧化反应 B．锌片质量减小，发生还原反应 C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．该装置可将电能转化为化学能 3．对于原电池的电极名称，叙述错误的是(　　) A．发生氧化反应的一极为负极 B．正极为电子流入的一极 C．比较不活泼的金属为负极 D．电流流出的一极为正极 4．将Al片和Cu片用导线连接，一组插入浓硝酸中，一组插入稀氢氧化钠溶液中，分别形成原电池，在这两个原电池中，负极分别为(　　) A．Cu片、Al片 B．Al片、Cu片 C．Al片、Al片 D．Cu片、Cu片 5．如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C可能分别为Zn、Cu和稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应 二、盐桥电池(原电池)的工作原理 1．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 实验过程 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化 实验装置图 [注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动] 实验现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转；取出装置中的盐桥，电流表的指针不偏转 实验结论 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子流向 负极流向正极 离子迁移方向 盐桥中Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 电极反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)；正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 2．单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比——以铜锌原电池为例 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 电极名称 负极 (锌片) 正极 (铜片) 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ (氧化反应) Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应) 总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 电子流向 电子由负极经导线流向正极：由Zn沿导线流向Cu 电流流向 电流由正极经导线流向负极：由Cu沿导线流向Zn 不同点 离子迁移 方向 电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 Cu2＋移向正极，SO移向负极 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 能量转化效率 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长 3．盐桥的成分及作用 (1)成分：盐桥通常是装有饱和KCl或者NH4NO3琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动 (2)作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减 (3)半反应：即氧化反应和还原反应，也就是盐桥将原电池分成两个半电池 半电池：Zn与ZnSO4(aq)组成的锌半电池；Cu与CuSO4(aq)组成的铜半电池 4．盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢？ Zn棒失去电子成为Zn2＋进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋过多，带正电荷。Cu2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2＋过少，SO过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl－向ZnSO4 溶液迁移，K＋向CuSO4 溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触 【对点训练2】 1．下列关于下图装置(该盐桥为含KNO3的琼脂)的说法正确的是(　　) A．银电极是负极 B．铜电极上发生的反应为Cu-2e-=Cu2+ C．外电路中的电子是从银电极流向铜电极 D．盐桥中K+移向CuSO4溶液 2．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(　　) A．均发生了化学能转化为电能的过程 B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高 3．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 4．控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 5．某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol/L，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题： （1）此原电池的负极是石墨 (填“a”或“b”)，电池工作时，盐桥中的SO42-移向 (填“甲”或“乙”)烧杯。 （2）正极反应式为： 。 （3）若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol/L，则反应中转移的电子为_______mol。 三、原电池原理的主要应用 1．加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 2．比较金属活动性的强弱 (1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 (2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼 3．设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 (2)选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 4．制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 【对点训练3】 1．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　) 2．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是(　　) A．加入少量稀NaOH溶液 B．加入少量CH3COONa固体 C．加入少量NH4HSO4固体 D．加入少量CuSO4溶液 3．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极 ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡 ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 4．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) 实验装置 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 5．理论上不能设计为原电池的化学反应是(　　) A．CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＜0 B．2FeCl3(aq)＋Fe(s)===3FeCl2(aq)　ΔH＜0 C．2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＜0 D．HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)　ΔH＜0 6．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。 （1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式： 。 （2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是： ①负极： ， ②正极： 。 （3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液： ①不含盐桥 ②含盐桥 四、原电池电极反应式的书写方法 1．拆分法：针对比较简单的原电池可以采取拆分法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失 (1)写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应： 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 负极：Cu－2e－===Cu2＋ 注意 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中 【对点训练4】 Al——Mg (稀盐酸) 总反应 负极反应 正极反应 Cu——Ag (硝酸银溶液) 总反应 负极反应 正极反应 Fe——Cu (FeCl3溶液) 总反应 负极反应 正极反应 2．加减法：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式 复杂电极反应式===总反应式—简单的电极反应式 (1)写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4 (2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如 负极：Li－e－===Li＋ (3)利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即 正极：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4 【对点训练5】 Al——Cu (稀硝酸) 总反应 负极反应 正极反应 Al——Cu (浓硝酸) 总反应 负极反应 正极反应 Al——Mg (NaOH溶液) 总反应 负极反应 正极反应 1．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是(　　) 2．下列说法正确的是(　　) A．构成原电池正极和负极的材料必须都是金属 B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀H2SO4反应 D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能 3．美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法错误的是(　　) A．电池的负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ B．电池工作时，H＋向负极移动 C．电池工作一段时间后，溶液的pH增大 D．电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 4．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极 B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1 5．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O C．当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 6．原电池的应用极为广泛。利用如图所示原电池可测量空气中Cl2的含量，其中电解质是Ag＋可以自由移动的固体物质，下列分析正确的是(　　) A．电流经外电路从Ag流向Pt电极 B．电池工作时，电解质中Ag＋数目增多 C．正极反应：Cl2＋2e－===2Cl－ D．空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快 7．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应： VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是(　　) A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应 B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高 C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极 8．利用反应NO2+NH3→N2+H2O(未配平)消除NO2的简易装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a电极反应式是2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O B．消耗4.48 LNH3时，被消除的NO2的物质的量为0.15 mol C．若离子交换膜是阳离子交换摸，装置右室中溶液的碱性减弱 D．整个装置中NaOH的物质的量不断减少 9．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图。下列说法不正确的是(　　) A．O2在电极b上发生还原反应 B．溶液中OH－向电极a移动 C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5 D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 10．近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂—铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 11．某新型电池以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2(既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用)，该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．每消耗3 mol H2O2，转移6 mol e－ B．电池工作时Na＋从b极区移向a极区 C．a极上的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O D．b极材料是MnO2，该电池总反应方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O 12．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　　) A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂－海水电池属于一次电池 13．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　) A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 14．微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋ B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 15．实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是(　　) A．实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 B．实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 C．实验a、b中原电池总反应的离子方程式均为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ D．锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能 16．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是(　　) A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C．Na＋不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl是还原产物 17．有下图所示的四个装置，回答相关问题： (1)图①中，Mg作________极 (2)图②中，Mg作__________极，写出负极反应式：__________________________，正极反应式：__________________________，总反应的离子方程式：_______________________________________ (3)图③中，Fe作_________极，写出负极反应式： ，正极反应式： ，总反应的化学方程式： 。 (4)图④装置能否构成原电池？________(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为________，电极反应式为_________________________________________________________(若不能构成原电池，后两问不用回答) 18．按要求回答下列问题 (1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图1所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。该电池负极是 ，负极产物是 ，正极是 ，正极产物是________ (2)钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池工作时的反应为2RuⅡ*＋I===2RuⅢ＋3I－，装置如图2。该电池负极材料为_____________，负极产物为________；正极材料为__________，正极产物为__________，正极反应式：____________________________。 (3)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图3。该电池负极是__________，负极产物是__________，正极产物是________ 19．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 mol·L－1NaOH溶液中，如图所示 (1)写出甲池中发生的有关电极反应式： 负极______________________________ 正极______________________________ (2)乙池中负极为_______，正极发生_______反应，总反应的离子方程式为____________________________ (3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强 (4)由此实验，可得到如下哪些结论？________ A．利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质 B．镁的金属性不一定比铝的金属性强 C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值 D．该实验说明化学研究对象复杂，反应条件多变，应具体问题具体分析 (5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案： 。 20．按要求回答下列问题 (1)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动，其装置示意图如图： ①质子的流动方向为_________________(填“从A到B”或“从B到A”)。 ②负极的电极反应式为__________________________________ (2)NH3—O2燃料电池的结构如图所示： ①a极为电池的__________(填“正”或“负”)极 ②当生成1 mol N2时，电路中流过电子的物质的量为_______________ (3)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。在此形成的原电池中： ①负极反应式是____________________________；正极反应式是_______________________________ ②总反应方程式是___________________________________ 答案及解析 【对点训练1】 1．D。解析：判断一个装置能否形成原电池，要看是否符合原电池的形成条件：①电极材料(两种活动性不同的金属或金属与导电非金属)；②电解质溶液；③构成闭合回路；④能自发进行的氧化还原反应。A装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；B装置：酒精不是电解质，不能形成原电池；C装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；D装置：符合原电池形成的条件，能形成原电池。 2、【答案】C 【分析】 根据金属的活泼性知，酸性条件下，锌作负极，铜作正极，负极上锌失电子、发生氧化反应，正极上得电子、发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，电流从正极沿导线流向负极，据此解答。 【详解】 A．该原电池中，锌作负极，发生失电子的氧化反应，铜作正极，得电子、发生还原反应，故A错误； B．该原电池中，锌作负极，发生失电子的氧化反应，即Zn-2e-=Zn2+，锌片质量会减少，故B错误； C．该原电池中，锌作负极，铜作正极，电子从负极Zn沿导线流向正极Cu片，故C正确； D．该装置是原电池是将化学能转化为电能的装置，故D错误； 故选C。 3．C。解析：原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。 4．A。解析：浓硝酸常温下使铝钝化，所以在浓硝酸中铜反应为负极，在氢氧化钠溶液中铝反应为负极。 5．C。解析：原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。 【对点训练2】 1．【答案】B 【分析】 该装置为有盐桥的原电池，在原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，铜比银活泼，铜是负极，银是正极，据此分析解答。 【详解】 A． 铜电极是负极，故A错误； B． 铜电极是负极，发生的反应为Cu-2e-=Cu2＋，故B正确； C． 铜是负极，银是正极，外电路中的电子是从铜电极流向银电极，故C错误； D． 原电池中，阴离子移动向负极，则盐桥中的阴离子会进入硫酸铜溶液，故D错误； 故选B。 2．B。解析：两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化为电能的过程，故A正确；根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，故B错误；锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，故C正确；图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，故D正确。 3．B。解析：由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 4．D。解析：由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3＋得到电子变为Fe2＋，被还原，I－失去电子变为I2，被氧化，A、B项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；向甲中加入FeCl2固体，对于2Fe3＋＋ 2I－2Fe2＋＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2＋被氧化，I2被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D项错误。 5．【答案】 （1）b乙 （2） （3）0.5 【分析】（1）由总反应方程式可知，石墨b是原电池的负极，硫酸亚铁在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸铁，电池工作时，阴离子硫酸根离子向负极移动，即向乙烧杯移动，故答案为：b； （2）由总反应方程式可知，石墨a是正极，酸性条件下，高锰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极反应式为，故答案为：； （3）由电极反应式可知，生成1mol锰离子，反应转移5mol电子，则溶液的体积未变，溶液中的浓度由变为时，转移电子的物质的量为(1.5mol/L—1mol/L) ×0.2L×5=0.5mol，故答案为：0.5。 【对点训练3】 1．B。解析：H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。 2．D。解析：A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中加入CH3COONa固体，在溶液中CH3COO－会结合H＋生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的H2会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且不影响H2的生成量，正确。 3．A。解析：①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，故A项正确。 4．C 5．D。解析：原电池反应均是自发进行的放热的氧化还原反应，选项A、B、C均属氧化还原反应，理论上可以设计成原电池，而选项B是非氧化还原反应，不能设计成原电池。 6．【答案】 （1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋ （2）Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋ （3） 【分析】 （1）Fe3+具有强氧化性，会将Cu单质氧化变为Cu2+，其本身被还原产生Fe2+，反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。 （2）原电池的负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应，因此要将上述反应设计为原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2＋；正极反应式为：2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋（3）①若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极，含有Fe3+的溶液如FeCl3为电解质溶液，若不含有盐桥，则装置图为：； ②若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极。若含有盐桥，则Cu电极插入含有Cu2+的电解质溶液如CuCl2溶液中；正极石墨插入含有Fe3+的溶液如FeCl3溶液中，则装置图为。 【对点训练4】 Al——Mg (稀盐酸) 总反应 Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ 负极反应 Mg－2e－===Mg2＋ 正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ Cu——Ag (硝酸银溶液) 总反应 Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag 负极反应 Cu－2e－===Cu2＋ 正极反应 2Ag＋＋2e－===2Ag Fe——Cu (FeCl3溶液) 总反应 Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 正极反应 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 【对点训练5】 Al——Cu (稀硝酸) 总反应 Al＋4H＋＋NO===Al3＋＋NO↑＋2H2O 负极反应 Al－3e－===Al3＋ 正极反应 4H＋＋NO＋3e－===NO↑＋2H2O Al——Cu (浓硝酸) 总反应 Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 负极反应 Cu－2e－===Cu2＋ 正极反应 4H＋＋2NO＋2e－===2NO2↑＋2H2O Al——Mg (NaOH溶液) 总反应 2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2－＋3H2↑ 负极反应 2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O 正极反应 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 1．A。解析：装置B、C中无化学反应发生；D不能形成闭合回路；只有A能形成原电池，铜电极上有氢气产生。 2．C。解析：构成原电池的电极材料可以是导电的非金属，如碳棒，所以A错。在原电池中，电子流出的一极是负极，失电子被氧化，所以B错。粗锌中含有杂质可形成原电池，所以C对。原电池中的能量除转化为电能外，还有部分转化为热能等，所以D错。 3．B。解析：Mg－H2O2燃料电池中Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正极，电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总反应式为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使溶液中c(H＋)减小，pH增大，原电池中阳离子移向正极，即H＋移向正极。 4．D。解析：放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；根据转移电子数相等可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。 5．A。解析：该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项错误；当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有1 mol O2参与反应，但题目没有指明该过程是否处于标准状况，C项错误；在外电路中，电子由负极(电极甲)移向正极(电极乙)，D项错误。 6．D。解析：在原电池中电子从负极Ag流向正极Pt，电流则从Pt经外电路流向Ag，A项不正确；电池工作时，负极Ag失电子变为Ag＋，正极Cl2得电子变为Cl－，Cl－与溶液中的Ag＋结合生成AgCl，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可知电解质中Ag＋数目不变，B项错误；正极Cl2得电子生成Cl－，Ag＋与Cl－反应生成AgCl沉淀，正极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl↓，C项错误；该电池的反应原理是Ag与Cl2反应，空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗Ag的速率越快，D项正确。 7．B。解析：根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。 8．【答案】A A．根据图示可知：在a电极上NH3失去电子变为N2，故a电极反应式是：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，A正确； B．由于未指明气体所处的外界条件，因此不能计算NH3的物质的量，也就不能确定反应消耗NO2的物质的量，B错误； C．原电池工作时，正极b反应式为：2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2，若离子交换膜是阳离子交换摸，装置右室中生成的OH-不能移向左室，使附近溶液的碱性增强，C错误； D．该原电池总反应为：6NO2+8NH3=7N2+12H2O，由于不消耗或生成NaOH，所以NaOH的物质的量不变，但由于不断反应产生H2O，导致NaOH的浓度降低，D错误； 故合理选项是A。 9．C。解析：O2在电极b上发生还原反应，电极b为正极，电极a为负极，故A正确；因为电极a为负极，溶液中的阴离子向负极移动，故B正确；反应中NH3→N2，O2→OH－，根据得失电子守恒可知，消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3，故C错误；负极是氨发生氧化反应变成氮气，且OH－向电极a移动参与反应，故电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故D正确。 10．B。解析：由题中装置图和放电时总反应可知，放电时Li为负极，Cu为正极，阳离子向正极移动，A项正确；放电时，负极Li失电子转化成Li＋，B项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成Cu2O，C项正确；铜被腐蚀生成Cu2O，放电时Cu2O又被还原成Cu，所以整个反应过程中Cu相当于催化剂，D项正确。 11．B。解析：正极电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 mol，故A正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na＋从a极区移向b极区，故B错误；负极发生氧化反应生成BO，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正确；电极b采用MnO2为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，负极发生氧化反应生成BO，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，故D正确。 12．B。解析：海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。 13．C。解析：A项，由锌的活泼性大于铜可知，铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子生成Cu，发生还原反应，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。 14．B。解析：由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜l为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。 15．A。解析：实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸直接发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转化形式是化学能转化为热能，故A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，故B正确；锌片上没有H＋生成H2，从而有利于更多的化学能转化为电能，故D正确。 26．B。解析：根据总反应中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应为5MnO2＋2e－===Mn5O，负极反应为2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl，A项错误，B项正确；C项，阳离子向正极移动，错误；D项，AgCl是氧化产物，错误。 17．(1)负　 (2)正　2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑　 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　 (3)正　Cu－2e－===Cu2＋　2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O　 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　 (4)能　Cu　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 18．(1)GaN　O2　Cu　CH4　 (2)透明导电玻璃　RuⅢ　镀Pt导电玻璃　I－　I＋2e－===3I－　 (3)铝　Al2(C2O4)3　C2O 19．(1)Mg－2e－===Mg2＋　2H＋＋2e－===H2↑ (2)Al　还原　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ (3)Mg　Al　 (4)AD (5)不可靠　根据电路中电流的方向或电子转移的方向 解析：(1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 (2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。 (3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极。若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。 20．(1)①从A到B ②SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ (2)①负　 ②6 mol (3)①2Al－6e－===2Al3＋　3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－　 ②3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑ 解析：(1)①根据图示，A为燃料电池的负极，B为燃料电池的正极，在原电池电解液中，正电荷由负极向正极移动，即从A到B；②负极发生氧化反应，二氧化硫被氧化为硫酸根离子，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋。 (2)①a极通入氨气，是负极，b极通入氧气，是正极；②氨气中N的化合价由－3变成0，当生成1 mol N2时，转移电子的物质的量为6 mol。 (3)要善于抓住题示信息。“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：2Al－6e－===2Al3＋，正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中都能水解且相互促进：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。原电池的总反应为上述三个反应式的加合：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$