专题六第三单元 化学能与电能的转化(六大题型）-2024-2025学年高一化学同步举一反三系列（苏教版2019必修第二册）

专题六第三单元 化学能与电能的转化 【题型1 原电池及其形成条件】 【题型2 原电池的原理】 【题型3 一次电池及其原理】 【题型4 燃料电池及其原理】 【题型5 新型电池及其原理】 【题型6 电解原理】 【题型1 原电池及其形成条件】 【例1】仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是 选项 A B C D 电极材料 Cu、Cu 锌片、石墨棒 Al、Ag Cu、Fe 电解质溶液 稀HNO3 稀硫酸 Ba(OH)2溶液 FeCl3溶液 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．两个铜电极均会与稀硝酸发生氧化还原反应，不能产生电势差，不能组成原电池，故A符合题意； B．锌能与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，则锌片、石墨棒在稀硫酸中能产生电势差，能组成原电池，故B不符合题意； C．铝能与氢氧化钡溶液反应生成四羟基合铝酸钡和氢气，则铝、银在氢氧化钡溶液中能产生电势差，能组成原电池，故C不符合题意； D．铁能与氯化铁溶液反应生成氯化亚铁，则铜、铁在氯化铁溶液中能产生电势差，能组成原电池，故D不符合题意； 故选A。 【变式1-1】下列装置中能够组成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应，据此分析解答。 【详解】A．只有一个电极，不能构成原电池，故A不选； B．两个电极是相同的，不能构成原电池，故B不选； C．有活动性不同的电极C和Fe、电解质溶液、Fe能与硫酸溶液发生氧化还原反应，能构成原电池，故C选； D．酒精为非电解质，其溶液不能导电，不能构成原电池，故D不选； 故选C。 【变式1-2】理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． 2H2+O2=2H2O B． Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ C． NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O D． Fe+2FeCl3=3FeCl2 【答案】C 【分析】原电池的构成条件为：1、活泼性不同的两个电极；2、电解质溶液；3、形成闭合回路；4、能自发进行氧化还原反应； 【详解】A、B、D反应方程式中都有化合价的变化，所以都是氧化还原反应；C的反应中没有化合价的变化，所以不是氧化还原反应，不能设计成原电池； 故选C。 【变式1-3】某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 装置I                 装置II A．只有装置I中电流表指针偏转 B．只有装置II中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转 【答案】A 【详解】装置I符合原电池的构成条件，装置II没有构成闭合回路，不能形成原电池，因此只有装置I中电流表指针偏转，故选A。 【题型2 原电池的原理】 【例2】某柔性电池的结构如图所示，其中Zn作电池的负极，MnO2作正极。下列关于该电池工作时的说法不正确的是 A．Zn逐渐被消耗 B．MnO2失去电子 C．离子通过电解质膜进行迁移 D．化学能转化为电能 【答案】B 【分析】根据题目已知：电池的总反应为：，则负极反应式为：，正极反应式为：，电解质膜用于传递，据此分析解答。 【详解】A．根据分析，Zn为负极，在电池工作中不断被消耗，质量减少，A正确； B．根据分析，在反应中得到电子被还原为MnO，B错误； C．电池工作中通过电解质膜进行迁移传递电流，C正确； D．原电池是将化学能转化为电能的装置，D正确； 故答案为：B。 【变式2-1】下列关于原电池（装置如图所示）的说法错误的是 A．该装置将化学能转化为电能 B．Cu是负极，其质量逐渐减小 C．正极反应为2H++2e=H2↑ D．电子从锌片通过导线流向铜片 【答案】B 【分析】该装置是原电池，Zn比Cu活泼，则金属Zn作负极，Cu作正极，以此解题。 【详解】A．该装置是原电池，将化学能转化为电能，A正确； B．根据分析，Zn作负极，Zn被氧化为Zn2+，其质量逐渐减小，B错误； C．正极上H+得电子被还原生成H2，则正极反应为：，C正确； D．Zn作负极，Cu作正极，原电池中，电子从负极流出经导线流向正极，即电子从锌片通过导线流向铜片，D正确； 故选B。 【变式2-2】甲烷燃料电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．放电时，CH4发生还原反应 B．电解质溶液中的H+向b电极移动 C．电子由a电极沿导线向b电极移动 D．电极b的电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O 【答案】A 【分析】根据题意该装置为甲烷燃料电池，电解质溶液为酸性，根据燃料电池的特点，通入燃料甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，负极电极反应为：CH4+2H2O－8e-=CO2+8H+；通入氧气的一极为燃料电池的正极，发生还原反应，正极的电极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，电池总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O，结合以上分析解答。 A．根据分析，通入甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，A错误； B．电解质溶液中的向正极移动，而b电极为正极，电解质溶液中的向b移动，B正确； C．电子由负极沿导线向正极移动，因此电子由a电极沿导线向b电极移动，C正确； D．根据分析，电极b为正极，发生还原反应，电极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，D正确； 答案为A。 【变式2-3】把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 （1）装置①、②、③、④中能组成原电池的装置为 （填序号）。 （2）装置④中，正极材料是 ；负极的电极反应式为 ；电池工作时，总反应的离子方程式为 ；烧杯中向 电极移动（填“Cu”或“Ag”）；导线中电子的流动方向为 （填“Cu到Ag”或“Ag到Cu”）。 【答案】 （1）②④ （2） Ag Cu-2e-=Cu2+ Cu+2 Ag+= Cu2++ 2Ag Cu Cu到 Ag 【分析】原电池中，负极上是活泼金属失电子的氧化反应，正极上是得电子的还原反应，总反应式自发氧化还原反应，电子从负极流向正极，电流方向和电子方向相反，溶液中的阴离子移向负极； 【详解】（1）根据原电池的构成条件分析，原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应；装置①中，酒精是非电解质，不能构成原电池，③中是断路，不能形成闭合回路，不能组成原电池，能组成原电池的是装置②④，故答案为：②④； （2）装置④中，金属铜可以和硝酸银之间发生反应，构成原电池，金属铜是负极，发生失电子的氧化应：Cu-2e-=Cu2+，正极是金属银，电极上是银离子得电子的还原反应，电池工作时，总反应的离子方程式为：Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+，烧杯中移向负极，即向着Cu电极移动，电子从负极流向正极，即Cu到Ag，故答案为：Ag；Cu-2e-=Cu2+；Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+；Cu；Cu到Ag。 【题型3 一次电池及其原理】 【例3】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下列说法错误的是 图Ⅰ原电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ：向铁电极方向移动 B．图Ⅱ：碱性锌锰电池比普通锌锰电池的比能量有所提高 C．图Ⅲ：电池放电过程中，正负极质量均增加 D．图Ⅳ：电池使用时，正极附近溶液pH减小 【答案】D 【详解】A．铁较铜活泼，铁为负极，原电池中阴离子向负极移动，向Fe电极方向移动，A正确； B．碱性锌锰电池用锌粉替代了原锌锰电池的锌壳，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率，故放电电流大，能量高，B正确； C．电池放电过程中，负极反应为，则负极质量不断增加；正极反应为：，正极质量也不断增加，C正确； D．正极的氧化银得到电子发生还原反应生成银，电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，附近溶液碱性增强，pH变大，D错误； 故选D。 【变式3-1】碱性锌锰电池的总反应为2Zn+MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动 B．电池工作时，MnO2发生还原反应 C．为利于电池放电可选择低温环境 D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为NA 【答案】C 【分析】电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，Zn为负极，发生氧化反应，据此分析。 【详解】A．电池工作时，阴离子向负极移动，故OH-通过隔膜向负极移动，故A正确； B．电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故B正确； C．环境温度过低，电阻越大，不利于电池放电，故C错误； D．反应中锰元素的化合价由+4价降低到+3价，则每生成1mol MnOOH，移电子数为，故D正确； 答案选C。 【变式3-2】银锌纽扣电池广泛用于各种电子仪器，其原理如图所示，总反应方程式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn（OH）2.下列说法错误的是 A．锌为负极发生氧化反应 B．OH-由氧化银正极移向锌负极 C．电子的移动方向：负极→用电器→正极 D．氧化银正极的电极反应式为：Ag2O+2e-+2H+=2Ag+H2O 【答案】D 【分析】Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn（OH）2反应，Ag2O发生还原反应生成Ag，Ag2O作正极，Zn发生氧化反应生成Zn（OH）2，Zn作负极。 【详解】A．根据总反应式，锌发生氧化反应，锌为负极，故A正确； B．原电池中阴离子移向负极，OH-由氧化银正极移向锌负极，故B正确； C．原电池中电子由负极经导线流入正极，电子的移动方向：负极→用电器→正极，故C正确； D．正极发生还原反应，氧化银正极的电极反应式为：Ag2O+2e-+2H2O=2Ag+2OH-，故D错误； 选D。 【变式3-3】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是 A．PbO2是电池的负极 B．电池放电时，溶液的酸性增强 C．铅酸蓄电池工作时，负极质量减少，正极质量增加 D．正极的电极反应方程式： 【答案】D 【详解】A．二氧化铅得电子被还原，为正极，A错误； B．电池放电时，硫酸参加反应生成水，所以溶质的质量减少，溶剂的质量增加，所以溶液酸性减弱，B错误； C．负极上铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为：负极质量增大，C错误； D．正极的电极反应为氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅，方程式：，D正确； 故选D。 【题型4 燃料电池及其原理】 【例4】制备物质、获取能量是化学反应的两大重要用途，一种NO2燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 A．可降低正极反应的活化能 B．电池中向石墨Ⅰ电极移动 C．正极的电极反应式为 D．该装置的突出优点是制备Y物质的同时获取电能 【答案】A 【分析】由图，燃料电池中NO2作燃料、O2作氧化剂，所以石墨I为负极、石墨Ⅱ为正极，石墨I电极上NO2失电子，生成N2O5，电极反应式：，石墨Ⅱ电极反应式：；总反应：； 【详解】A．由分析，为正极产物，不是催化剂，不降低正极反应的活化能，A错误； B．原电池中阴离子向负极墨Ⅰ电极移动，B正确； C．由分析，正极氧气得到电子发生还原反应生成硝酸根离子，电极反应式为，C正确；   D．该装置为原电池装置，其突出优点是制备Y物质N2O5的同时获取电能，D正确； 故选A。 【变式4-1】氢氧燃料电池已用于航天飞机，其工作原理如图所示，该燃料电池说法不正确的是 A．氢氧燃料电池中，当转移4mol电子时消耗1mol氧气 B．电子从电极经外电路流向电极 C．放电时的总反应为： D．通入氧气的一极为负极，发生氧化反应 【答案】D 【分析】氢氧燃料电池中通入氢气的一极为负极，即a电极为负极，通入氧气的一极为正极，即b电极为正极。 【详解】A．氢氧燃料电池中，正极电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，当转移4 mol电子时消耗1mol氧气，A项正确； B．电子从负极经外电路流向正极，即电子从a电极经外电路流向b电极，B项正确； C．放电时的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O，C项正确； D．通入氧气的一极为正极，得电子，化合价降低，发生还原反应，D项错误； 故答案选D。 【变式4-2】甲醇（）是一种重要的化工原料和新型燃料。甲醇、空气和KOH溶液组成的燃料电池的简易装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．X为电源的负极 B．Y电极反应式为 C．X极每消耗5.6L（标准状况），KOH溶液中则转移1mol电子 D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH值减小 【答案】D 【分析】甲醇、空气和KOH溶液组成的燃料电池中，通入O2的惰性电极X为正极，惰性电极Y为负极；据此作答。 【详解】A．惰性电极X上通入O2，X为电源的正极，A项错误； B．惰性电极Y为负极，电极Y上CH3OH发生失电子的氧化反应生成和H2O，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O，B项错误； C．电子不在溶液中通过，C项错误； D．电池总反应为2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2O，电池工作一段时间后，溶液中c（OH-）减小，电解质溶液的pH变小，D项正确； 故选D。 【变式4-3】燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。氢氧燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式。燃烧会释放像、、气体和粉尘等污染物。如上所述，氢燃料电池只会产生水和热。氢氧燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏，某种氢氧燃料电池的内部结构如下图。 （1）左侧为电池 极，氢氧燃料电池工作时右侧通入的物质是 （填化学式）。 （2）氢氧燃料电池工作时涉及的能量转化形式有 。 a．电能转化为化学能                        b．化学能转化为电能 c．化学能转化为热能                        d．太阳能转化为电能 （3）已知左侧的电极反应是式为，则右侧的电极反应式为： ，若每消耗5.6L （标准状况下的体积），外电路转移电子数为 。 （4）溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生的反应为：，若将此反应设计成原电池，电解质溶液为 ，当电路中转移0.2mol电子时，被腐蚀的负极反应物的质量为 g。 【答案】 （1） 负 O2 （2）bc （3） 0.5NA或3.01×1023 （4） FeCl3溶液 6.4 【分析】氢氧燃料电池中，氢气在负极失去电子，发生氧化反应，左侧电子流出，故为负极，a为氢气；右侧为正极，b为氧气。 【详解】（1）根据分析，左侧为电池负极，氢氧燃料电池工作时右侧通入的物质是O2； （2）由题中信息可知，氢氧燃料电池会产生水和热，能量形式为化学能转化为热能和电能，故选bc； （3）右侧的电极为正极，电极反应式为：；正极的电极反应为：，若每消耗5.6L （标准状况下的体积），外电路转移电子数为； （4）从总反应中可知失电子的物质为Cu，得电子的物质为FeCl3，故电解质溶液选择FeCl3，负极材料选择Cu，转移0.2mol电子，溶解0.1molCu，对应的质量为6.4g。 【题型5 新型电池及其原理】 【例5】“绿水青山就是金山银山”，利用原电池原理可以处理氮的氧化物和NH3尾气，其原理如图所示。下列有关说法错误的是 A．电极b的电极反应式为： B．电极a电势高于电极b C．通过阴离子交换膜由电极a向电极b迁移 D．标准状况下，若共收集到，理论上电路中转移电子 【答案】A 【分析】左边是二氧化氮变为氮气，化合价降低，作正极，右边氨气变为氮气，化合价升高，作负极。 【详解】A．电极b是氨气变为氮气，电解液为碱性环境，其电极反应式为：，故A错误； B．根据前面分析，电极a为正极，则电极a电势高于电极b，故B正确； C．电极a的电极反应式为，根据原电池“同性相吸”，则通过阴离子交换膜由电极a向电极b迁移，故C正确； D．根据电极a和电极b的电极反应式得到转移24mol电子，生成7mol氮气，标准状况下，若共收集到（0.7mol），理论上电路中转移2.4mol电子即电子，故D正确。 综上所述，答案为A。 【变式5-1】一种潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统工作原理如图所示。以下说法错误的是 A．电池的负极反应式为 B．电池工作时，向负极移动 C．电池工作一段时间后，溶液的浓度减小 D．电池总反应式是 【答案】B 【分析】根据图示装置结合原电池工作原理可知，镁作负极，发生失电子的氧化反应，过氧化氢在正极得电子生成水，其电极反应方程式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O； 【详解】A．镁作负极，发生失电子的氧化反应生成镁离子：Mg-2e-=Mg2＋，A正确； B．原电池工作时，阳离子移向正极，则H＋向正极移动，B错误； C．电池工作一段时间后，正极会消耗氢离子，溶液的浓度减小，C正确； D．由分析可知，电池总反应为镁和过氧化氢在酸性条件下生成镁离子和水，D正确； 故选B。 【变式5-2】新型微生物电池可应用于酸性有机废水（含）的处理，其放电时的工作原理如图所示，其中交换膜为质子交换膜。下列说法正确的是 A．工作时，氢离子从极移向极 B．极为电池的负极 C．极的电极反应式为 D．标准状况下，极消耗极产生的体积为 【答案】C 【分析】N电极上氧气发生还原反应生成水，则N为正极，电极反应为，M为负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应为C6H6O－28e-+11H2O=6CO2↑+28H+。 【详解】A．N极为正极，M为负极，阳离子向正极移动，则氢离子从M极移向N极，故A错误； B．N电极上，O2转化为H2O，发生还原反应，则N极为电池正极，故B错误； C．N电极上，O2转化为H2O，电极反应式为，故C正确； D．N极消耗（标况），其物质的量为1mol，转移电子数为4mol，由M的电极方程式C6H6O－28e-+11H2O=6CO2↑+28H+可知生成CO2，其体积小于，故D错误； 故选C。 【变式5-3】2024年4月 25 日，我国成功发射“神舟十八号”载人飞船，该飞船首次采用锂离子电池作电源，锂离子电池放电时工作原理如图所示。下列叙述正确的是 已知： 相当于在石墨中镶嵌了 Li单质。 A．b极为正极，发生还原反应 B．放电时，电子由a极经用电器向b极迁移 C．b极电极反应式为 D．生成0.1molLiCoO2 时电路中迁移了0.1mol电子 【答案】C 【分析】根据图示分析，b极的变化为，碳元素化合价从化合物的负价升高到单质碳的0价，是失去电子，作负极，则a极为电池的正极，电池总反应式为： ，据此开展分析 【详解】A．根据分析可知：为正极，为负极，电子由极经用电器流向极，A项错误； B．放电时，电子由b极经用电器向a极迁移，B项错误； C．b极是电池的负极，失去电子，电极反应式为LiₓCₙ−xe⁻=xLi⁺+Cₙ，C项正确； D．a极的电极反应式为：Li1-xCoO2 +xe-+x Li+= LiCoO2，生成时，电路中迁移了0.1（1-x）mol电子，D项错误； 答案选C 【题型6 电解原理】 【例6】“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将太阳能电池电解水技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图（隔膜为质子选择性透过膜），下列说法中正确的是 A．当有0.1mol电子转移时，b极产生1.12L气体Y（标准状况下） B．装置Ⅰ与装置Ⅱ的电解质溶液中，氢离子运动方向相反 C．c极上发生的电极反应是 D．RFC系统工作过程中只存在2种形式的能量 【答案】C 【分析】装置Ⅰ为电解水装置，b极和电源正极相连，则气体Y是O2，气体X是H2；装置Ⅱ为氢氧燃料电池装置，A为氢氧燃料电池正极，B为氢氧燃料电池负极，据此分析解答。 【详解】A．b极为阳极，产生的气体Y是O2，根据电解水的化学方程式，生成22.4L O2（标准状况下）转移4mol电子，则转移0.1mol电子，产生的O2体积为0.56L，故A错误； B．装置Ⅰ为电解池，b极为阳极，H+为阳离子，运动方向从右向左，装置Ⅱ为原电池，c极为正极，阳离子移向正极，H+也为从右向左运动，则两者氢离子运动方向相同，故B错误； C．c极为原电池的正极，O2在电极上得到电子和溶液中的H+反应生成水，电极反应式为，故C正确； D．RFC系统工作过程中存在太阳能转化为电能，电能转化为化学能，化学能转化为电能，存在3种形式的能量，故D错误； 答案C。 【变式6-1】在氯碱工业中，常用电解饱和食盐水的方法制备氯气。中国最早的氯碱工厂是上海天原电化厂，其使用的电解饱和食盐水的装置原理简图如图所示。 （1）下列物质中，不是氯碱工厂生产的产品是_______。 A．硝酸钠 B．盐酸 C．氯气 D．烧碱 （2）总反应的化学方程式为 。 （3）向两极各加入酚酞溶液，铁棒附近溶液呈 色。碳棒是 极，检验该极产物的实验方法是（试剂、现象及结论） 。 【答案】 （1）A （2）2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH （3） 红 阳 湿润的淀粉碘化钾试纸，试纸变蓝色，则证明该产物是氯气 【详解】 （1）饱和食盐水电解生成氢氧化钠、氯气和氢气，氢气和氯气反应生成氯化氢从而制备盐酸；氯碱工厂产品不会生产硝酸钠，故选A； （2）电解饱和食盐水的总反应为饱和食盐水电解生成氢氧化钠、氯气和氢气，反应的化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH； （3）由图可知，与直流电源正极相连的碳棒为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，铁电极为阴极，水在阴极发生还原反应生成氢气和氢氧根离子；铁棒附近溶液电解后显碱性，则溶液呈红色；碳棒为阳极，该极产生氯气，氯气具有氧化性，能使湿润碘化钾淀粉试纸变蓝色，故检验该极产物的实验方法是：湿润的淀粉碘化钾试纸，试纸变蓝色，则证明该产物是氯气。 【变式6-2】在氯碱工业中，常用电解饱和食盐水的方法制备氯气。中国最早的氯碱工厂是上海天原电化厂，其使用的电解饱和食盐水的装置原理简图如图所示。 （1）电解饱和食盐水的化学方程式为 。电解时，铁棒为 极，发生 反应（填“氧化”或“还原”），生成的气体为 。 （2）通电一段时间后，向溶液中滴加酚酞， 附近变红色。下列离子在所得的溶液一定能大量共存的是 。 A．Ba2+，NO        B．H+，SO        C．HCO，K+        D．Na+，CH3COO- （3）若产生了7.1g氯气，则阴极产生气体在标况下体积为 L，同时生成的氢氧化钠若用2 mol·L-1的硫酸去中和，所需硫酸的体积为 mL（忽略氯气与NaOH反应的影响）。 （4）氯碱工厂按下面的流程生产： 该流程中用稍过量的氢气和氯气的燃烧反应来制备氯化氢，氢气要稍过量的原因是 ，合成氯化氢的化学方程式为 ，燃烧时火焰呈 色，生成的氯化氢溶于水即得盐酸。 （5）如果不对粗盐进行提纯，直接电解粗盐水，可能出现的现象是___________。 A．阳极附近出现白色浑浊 B．阴极附近出现白色浑浊 C．粗盐水不导电，无法电解 D．产物中会混入Ca、Mg等金属杂质 【答案】 （1） 阴 还原 H2 （2）阴极 AD （3）2.24 50 （4）氢气过量，可保证有毒的氯气能充分反应 苍白 （5）B 【分析】该装置为电解池，碳棒作阳极，铁棒作阴极，电解饱和食盐水的化学方程式为：。 （1）根据分析，电解饱和食盐水的化学方程式为：，铁棒作阴极，发生还原反应，电解反应式为：，生成的气体为H2； （2）通电一段时间后，阴极的电极式为：，阴极生成氢氧根，故阴极附近变红色； 电解后溶液中存在OH-：A．Ba2+，NO可在该溶液中存在，A正确；B．H+不能在该溶液中存在，B错误；C．HCO不能在该溶液中存在，C错误；D．Na+，CH3COO-可在该溶液中存在，D正确；故选AD； （3）若产生了7.1g氯气，氯气为阳极产物，氯气的物质的量为：，根据总反应方程式，则阴极产生0.1molH2，在标况下体积为2.24L，同时生成0.2molNaOH，与硫酸反应时：2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O，若用2 mol·L-1的硫酸去中和，所需硫酸的体积； （4）电解食盐水产生的氢气和氯气反应生成氯化氢。该流程中用稍过量的氢气和氯气的燃烧反应来制备氯化氢，氢气要稍过量的原因是：氢气过量，可保证有毒的氯气能充分反应；合成氯化氢的化学方程式为：，燃烧时火焰呈苍白色，生成的氯化氢溶于水即得盐酸； （5）A．阳极发生的电极反应为：，阳极附近无白色浑浊，A错误；    B．阴极发生的电极反应为：，粗盐中含镁离子，能生成氢氧化镁沉淀，故会出现白色浑浊，B正确；C．粗盐水中含自由移动的离子，能不导电，C错误；    D．溶液中电离不能得到Ca、Mg等金属杂质，D错误；故选B。 【变式6-3】回答下列问题 （1）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。 ①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 。 ②放电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色。 ③放电过程中氢离子的作用是：参与正极反应和 。 ④放电时若转移的电子数为个，左槽溶液中的变化量为 。 （2）某研究小组采用甲烷燃料电池作为电源，电解饱和氯化钠溶液的原理如图所示。 ①甲烷燃料电池的负极反应为 。 ②闭合K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极的产物是 ，a电极的电极反应式为 。 【答案】 （1） 紫 绿 氢离子从右槽通过交换膜向左槽移动，使电流通过溶液 0.5mol （2） 氢气和氢氧化钠 【详解】 （1）①左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，由左槽电解液颜色的变化可知，溶液中的转化为VO2＋，即V元素的化合价从+5降低为+4，在左侧电极上发生还原反应，由于电解液是酸性的，因此可以判断该电极上发生的电极反应是； ②放电过程中，右槽为负极，失去电子发生氧化反应，V2+变为V3+，则溶液颜色逐渐由紫色变为绿色。 ③在放电过程中，右槽中将发生氧化反应，即左槽中发生还原反应，在左侧电极上放电时，H+参与了反应，氢离子从右槽负极通过交换膜向左槽正极移动，使电流通过溶液； ④放电时左侧反应为，若转移的电子数为个，为0.5mol，消耗1mol氢离子，同时右侧迁移过来0.25mol氢离子，则左槽溶液中的变化量为0.5mol。 （2）①甲烷燃料电池的负极反应为甲烷失去电子在碱性条件下生成碳酸根离子，反应为：； ②由图可知，闭合K后，a、b电极分别为阳极、阴极，b电极阴极反应为：，得到氢气和氢氧化钠， a电极阳极反应为：。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题六第三单元 化学能与电能的转化 【题型1 原电池及其形成条件】 【题型2 原电池的原理】 【题型3 一次电池及其原理】 【题型4 燃料电池及其原理】 【题型5 新型电池及其原理】 【题型6 电解原理】 【题型1 原电池及其形成条件】 【例1】仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是 选项 A B C D 电极材料 Cu、Cu 锌片、石墨棒 Al、Ag Cu、Fe 电解质溶液 稀HNO3 稀硫酸 Ba(OH)2溶液 FeCl3溶液 A．A B．B C．C D．D 【变式1-1】下列装置中能够组成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-2】理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． 2H2+O2=2H2O B． Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ C． NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O D． Fe+2FeCl3=3FeCl2 【变式1-3】某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 装置I                 装置II A．只有装置I中电流表指针偏转 B．只有装置II中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转 【题型2 原电池的原理】 【例2】某柔性电池的结构如图所示，其中Zn作电池的负极，MnO2作正极。下列关于该电池工作时的说法不正确的是 A．Zn逐渐被消耗 B．MnO2失去电子 C．离子通过电解质膜进行迁移 D．化学能转化为电能 【变式2-1】下列关于原电池（装置如图所示）的说法错误的是 A．该装置将化学能转化为电能 B．Cu是负极，其质量逐渐减小 C．正极反应为2H++2e=H2↑ D．电子从锌片通过导线流向铜片 【变式2-2】甲烷燃料电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．放电时，CH4发生还原反应 B．电解质溶液中的H+向b电极移动 C．电子由a电极沿导线向b电极移动 D．电极b的电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O 【变式2-3】把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 （1）装置①、②、③、④中能组成原电池的装置为 （填序号）。 （2）装置④中，正极材料是 ；负极的电极反应式为 ；电池工作时，总反应的离子方程式为 ；烧杯中向 电极移动（填“Cu”或“Ag”）；导线中电子的流动方向为 （填“Cu到Ag”或“Ag到Cu”）。 【题型3 一次电池及其原理】 【例3】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下列说法错误的是 图Ⅰ原电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ：向铁电极方向移动 B．图Ⅱ：碱性锌锰电池比普通锌锰电池的比能量有所提高 C．图Ⅲ：电池放电过程中，正负极质量均增加 D．图Ⅳ：电池使用时，正极附近溶液pH减小 【变式3-1】碱性锌锰电池的总反应为2Zn+MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动 B．电池工作时，MnO2发生还原反应 C．为利于电池放电可选择低温环境 D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为NA 【变式3-2】银锌纽扣电池广泛用于各种电子仪器，其原理如图所示，总反应方程式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn（OH）2.下列说法错误的是 A．锌为负极发生氧化反应 B．OH-由氧化银正极移向锌负极 C．电子的移动方向：负极→用电器→正极 D．氧化银正极的电极反应式为：Ag2O+2e-+2H+=2Ag+H2O 【变式3-3】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是 A．PbO2是电池的负极 B．电池放电时，溶液的酸性增强 C．铅酸蓄电池工作时，负极质量减少，正极质量增加 D．正极的电极反应方程式： 【题型4 燃料电池及其原理】 【例4】制备物质、获取能量是化学反应的两大重要用途，一种NO2燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 A．可降低正极反应的活化能 B．电池中向石墨Ⅰ电极移动 C．正极的电极反应式为 D．该装置的突出优点是制备Y物质的同时获取电能 【变式4-1】氢氧燃料电池已用于航天飞机，其工作原理如图所示，该燃料电池说法不正确的是 A．氢氧燃料电池中，当转移4mol电子时消耗1mol氧气 B．电子从电极经外电路流向电极 C．放电时的总反应为： D．通入氧气的一极为负极，发生氧化反应 【变式4-2】甲醇（）是一种重要的化工原料和新型燃料。甲醇、空气和KOH溶液组成的燃料电池的简易装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．X为电源的负极 B．Y电极反应式为 C．X极每消耗5.6L（标准状况），KOH溶液中则转移1mol电子 D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH值减小 【变式4-3】燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。氢氧燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式。燃烧会释放像、、气体和粉尘等污染物。如上所述，氢燃料电池只会产生水和热。氢氧燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏，某种氢氧燃料电池的内部结构如下图。 （1）左侧为电池 极，氢氧燃料电池工作时右侧通入的物质是 （填化学式）。 （2）氢氧燃料电池工作时涉及的能量转化形式有 。 a．电能转化为化学能                        b．化学能转化为电能 c．化学能转化为热能                        d．太阳能转化为电能 （3）已知左侧的电极反应是式为，则右侧的电极反应式为： ，若每消耗5.6L （标准状况下的体积），外电路转移电子数为 。 （4）溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生的反应为：，若将此反应设计成原电池，电解质溶液为 ，当电路中转移0.2mol电子时，被腐蚀的负极反应物的质量为 g。 【题型5 新型电池及其原理】 【例5】“绿水青山就是金山银山”，利用原电池原理可以处理氮的氧化物和NH3尾气，其原理如图所示。下列有关说法错误的是 A．电极b的电极反应式为： B．电极a电势高于电极b C．通过阴离子交换膜由电极a向电极b迁移 D．标准状况下，若共收集到，理论上电路中转移电子 【变式5-1】一种潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统工作原理如图所示。以下说法错误的是 A．电池的负极反应式为 B．电池工作时，向负极移动 C．电池工作一段时间后，溶液的浓度减小 D．电池总反应式是 【变式5-2】新型微生物电池可应用于酸性有机废水（含）的处理，其放电时的工作原理如图所示，其中交换膜为质子交换膜。下列说法正确的是 A．工作时，氢离子从极移向极 B．极为电池的负极 C．极的电极反应式为 D．标准状况下，极消耗极产生的体积为 【变式5-3】2024年4月 25 日，我国成功发射“神舟十八号”载人飞船，该飞船首次采用锂离子电池作电源，锂离子电池放电时工作原理如图所示。下列叙述正确的是 已知： 相当于在石墨中镶嵌了 Li单质。 A．b极为正极，发生还原反应 B．放电时，电子由a极经用电器向b极迁移 C．b极电极反应式为 D．生成0.1molLiCoO2 时电路中迁移了0.1mol电子 【题型6 电解原理】 【例6】“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将太阳能电池电解水技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图（隔膜为质子选择性透过膜），下列说法中正确的是 A．当有0.1mol电子转移时，b极产生1.12L气体Y（标准状况下） B．装置Ⅰ与装置Ⅱ的电解质溶液中，氢离子运动方向相反 C．c极上发生的电极反应是 D．RFC系统工作过程中只存在2种形式的能量 【变式6-1】在氯碱工业中，常用电解饱和食盐水的方法制备氯气。中国最早的氯碱工厂是上海天原电化厂，其使用的电解饱和食盐水的装置原理简图如图所示。 （1）下列物质中，不是氯碱工厂生产的产品是_______。 A．硝酸钠 B．盐酸 C．氯气 D．烧碱 （2）总反应的化学方程式为 。 （3）向两极各加入酚酞溶液，铁棒附近溶液呈 色。碳棒是 极，检验该极产物的实验方法是（试剂、现象及结论） 。 【变式6-2】在氯碱工业中，常用电解饱和食盐水的方法制备氯气。中国最早的氯碱工厂是上海天原电化厂，其使用的电解饱和食盐水的装置原理简图如图所示。 （1）电解饱和食盐水的化学方程式为 。电解时，铁棒为 极，发生 反应（填“氧化”或“还原”），生成的气体为 。 （2）通电一段时间后，向溶液中滴加酚酞， 附近变红色。下列离子在所得的溶液一定能大量共存的是 。 A．Ba2+，NO        B．H+，SO        C．HCO，K+        D．Na+，CH3COO- （3）若产生了7.1g氯气，则阴极产生气体在标况下体积为 L，同时生成的氢氧化钠若用2 mol·L-1的硫酸去中和，所需硫酸的体积为 mL（忽略氯气与NaOH反应的影响）。 （4）氯碱工厂按下面的流程生产： 该流程中用稍过量的氢气和氯气的燃烧反应来制备氯化氢，氢气要稍过量的原因是 ，合成氯化氢的化学方程式为 ，燃烧时火焰呈 色，生成的氯化氢溶于水即得盐酸。 （5）如果不对粗盐进行提纯，直接电解粗盐水，可能出现的现象是___________。 A．阳极附近出现白色浑浊 B．阴极附近出现白色浑浊 C．粗盐水不导电，无法电解 D．产物中会混入Ca、Mg等金属杂质 【变式6-3】（1）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。 ①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 。 ②放电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色。 ③放电过程中氢离子的作用是：参与正极反应和 。 ④放电时若转移的电子数为个，左槽溶液中的变化量为 。 （2）某研究小组采用甲烷燃料电池作为电源，电解饱和氯化钠溶液的原理如图所示。 ①甲烷燃料电池的负极反应为 。 ②闭合K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极的产物是 ，a电极的电极反应式为 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$