6.1.3 化学反应与电能（第3课时）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（人教版2019必修第二册）

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 6.1.3 原电池原理应用 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.熟知原电池原理的应用。 2.记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 重点:原电池原理的应用。 难点:设计原电池。 一、原电池原理的应用 1.制作化学电源。 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性。 　　原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率。 　　实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 二、常见的化学电池 1、实用电池应具有的特点是： 　　能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。 2、常用原电池 1．一次电池——干电池 （1）特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 （2）锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为负极，电极反应是。 ②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰：正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+ ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液，淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。。 ④电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O ⑤干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。 2．二次电池(充电电池) （1）特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 （2）能量转化：化学能电能 （3）常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 ①铅蓄电池 　　铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。 放电电极反应： 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)； 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l) 充电电极反应： 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)； 阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq) 电池总反应式： Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l) 铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。 铅蓄电池的缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。 ②银锌蓄电池 　　银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附，电解液为40%的KOH溶液。电极反应： 放电电极反应： 负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2 正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH- 充电电极反应： 阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O； 阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH- 电池总反应式： Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag 　　 　 ③锂电池 　　元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。 电极反应为： 负极：Li－e- ＝Li＋ 正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2 总反应：Li＋MnO2LiMnO2 3．燃料电池 （1）特点： ①反应物储存在电池外部； ②能量转换效率高、清洁、安全； ③供电量易于调节。 （2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。 ①氢氧燃料电池：氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为： 负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－，正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 电池的总反应式为：2H2＋O2＝2H2O ②甲烷氧燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为： 负极：，正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－ 电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 【解读】a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。 b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。 c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳， d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。 （4）海水电池：1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为： 负极：4Al＝4Al3＋＋12e－ 正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－ 这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。 （5）发展中的化学电源：当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。 三、废旧电池的问题 1、废旧电池的主要危害 我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。 金属种类 危害的表现 锰 过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。 锌 锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。 铅 铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。 镍 镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。 汞 汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。 镉 镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。 2、废旧电池的回收利用 干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。 （1）Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。 （2）铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。 （3）碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。 （4）氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。 【研究与实践】《了解车用能源》【研究任务】参考答案： （1）汽车发展的过程和车用能源种类：蒸汽机汽车，所用能源为矿物燃料；内燃机汽车，所用能源有矿物燃料、乙醇等；燃料电池汽车，所用能源有氢气、甲烷等；电动汽车，所用能源是电能；太阳能汽车，所用能源是太阳能。 （2）①2H2+O22H2O CH4+2O2CO2+2H2O 2C8H18+25O216CO2+18H2O C2H5OH+3O22CO2+3H2O ②几种燃料燃烧相同质量时放出热量多少（用热值表示）的比较 物质 热值（103kJ/mol） 酒精 30.2 柴油 42.7 汽油 46.1 氢气 142.5 甲烷 55.6 在储存和运输方面，液态燃料优于气态燃料。 ③从来源方面说，氢气和酒精都是可再生能源，柴油、汽油和甲烷都是不可再生能源；从环保方面来看，最好的是氢气，其次是酒精和甲烷，柴油和汽油较差。 （3）蒸汽机：化学能→内能→机械能；内燃机：化学能→内能→机械能；燃料电池：化学能→电能。这三种能量转化，在技术上都是可行的，但能量转化效率是然料电池最大，蒸汽机最小。 【结果与讨论】参考答案： （1）选择氢气作为燃料，直接将化学能转化为电能。选择燃料时应考虑以下因素：①是否产生污染性气体；②是否易于点燃；③价格是多少；④使用是否安全；⑤是否易于贮存和运输；⑥能释放多少热量等。 （2）启示：随着人类需求、社会发展与环境要求之间的矛盾，我们在提高人类生活水平的同时，既要考虑生活质量、生产成本，又要兼顾环境污染和可持续发展的“绿色化学”理念。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。( ) （2）充电电池可以无限制地反复充电、放电。( ) （3）氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高。( ) （4）甲醇燃料电池可把化学能转化为电能。( ) （5）理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( ) （6）蓄电池充电时，标志着“-”的电极应与电源的负极相连。( ) （7）铅酸蓄电池工作时，当电路中转移电子时，负极增重。( ) （8）锌锰干电池属于一次电池。( ) (9)实验室制备时，用粗锌(含等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( ) (10)用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率。( ) 2．化学反应与能量变化对人类生产、生活有重要的意义。回答下列问题： （1）用A、B、C、D四种金属按如表所示的装置进行实验。 装置 现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 ①装置甲中：负极为 (填“A”或“B”)，正极反应式为 。 ②装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。 ③四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 （2）若用图甲装置，依据反应设计原电池，则电极X应为 (填化学式)，电解质溶液可选 溶液(写出一种即可)。 （3）燃料电池必须从电池外部源源不断地向电池提供天然气、甲烷、煤气等含氢化合物作为燃料。基于甲烷空气燃料电池，其工作原理如图乙所示，a、b均为惰性电极。其中，a为 极(填“正”或“负”)，写出正极的电极反应式 。 ►问题一 如何利用原电池装置判断金属的活泼性？ 【典例1】有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 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 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A．d>a>c>b B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【解题必备】1.原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 2.通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg—Al—NaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg＞Al。 【变式1-1】有M、N、P、E、F五种金属，已知：①；②M、P用导线连接并放入硫酸溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接并放入E的硫酸盐溶液中，其中一极的电极反应式为；④P、F组成原电池时，F发生氧化反应。则这五种金属的还原性顺序是 A．E＞P＞F＞M＞N B．E＞N＞M＞P＞F C．P＞F＞N＞M＞E D．F＞P＞M＞N＞E 【变式1-2】把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为 A．A>C>D>B B．A>B>C>D C．C>A>B>D D．B>A>C>D ►问题二 如何利用原电池装置加快反应速率？ 【典例2】用过量铁片与稀盐酸反应，为减慢其反应速率而生成氢气量不变，下列措施中可行的有几项 ①以铁屑代替铁片  ②用过量铜片代替铁片  ③在稀盐酸中加入少量溶液  ④在稀盐酸中加入固体  ⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的溶液  ⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液  ⑦在稀盐酸中加入固体 A．1 B．2 C．3 D．4 【解题必备】（1）原电池加快反应速率的原理：一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应速率加快。 （2）原电池加快反应速率的应用：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。 （3）在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。 【变式2-1】对于盐酸与锌粒的反应，下列措施能使生成速率加快的是 ①适当升高温度(不考虑挥发)②改用硝酸③改用醋酸 ④用等量锌粉代替锌粒⑤加入少量固体⑥加入少量固体 A．①④⑤⑥ B．①②④⑥ C．①③④⑤ D．①②③④⑥ 【变式2-2】浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 A．加入适量的的硫酸 B．加入适量蒸馏水 C．加入数滴硫酸铜溶液 D．加入适量的硫酸钠溶液 ►问题三 如何利用原电池装置来保护金属？ 【典例3】某学习小组用实验验证牺牲阳极保护法装置如图所示，下列说法正确的是（    ） A．实验过程加入氯化钠是增大电解质溶液的离子浓度以加快反应速率 B．Zn电极作为负极，发生还原反应 C．向烧杯中滴入铁氰化钾后，铁电极附近出现蓝色沉淀 D．实验过程会观察到电压表指针有偏转，是产生气流所致 【解题必备】使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 【变式3-1】为防止海水中钢铁的腐蚀，可将金属Zn连接在钢铁设施表面，减缓水体中钢铁设施的腐蚀，如图所示下列有关说法正确的是 A．过程中电能转化为化学能 B．将钢铁闸门与电源的正极相连也能起到保护作用 C．该保护过程中，锌块质量减小 D．将金属Zn换成金属Cu也能起到保护作用 【变式3-2】与地震、海啸等自然灾害相比，腐蚀同样具备极强的破坏力。研究发现，每1.5分钟，全世界就有2吨的钢铁被腐蚀成铁锈，某学习小组探究金属电化学腐蚀与防护原理的示意图如图，下列说法不正确的是 A．若X为食盐水，K未闭合，Fe棒上B点表面铁锈最多 B．若X为食盐水，K与M连接，石墨电极上的反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- C．若X为稀盐酸，K分别与M、N连接，后者Fe腐蚀得更快 D．若X为稀盐酸，K与M连接，石墨电极周围的pH会增大 ►问题四 如何原电池原理设计化学电源？ 【典例4】理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某同学利用反应“”设计了一个化学电池(如图所示)。该电池在外电路中，电流从a极流向b极。下列说法正确的是 A．电极b的电极材料为铜，电极反应式为 B．电极a的电极材料可以为Ag，也可以是石墨或铁 C．c溶液为AgNO3溶液，放电时向b极移动 D．装置放电时主要将电能转化为化学能 【解题必备】1.原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。 第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为 负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。 正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。 电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。 第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。 2.设计时注意事项：（1）设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。 （2）设计原电池时，若氧化还原反应中无明确的电解液，可以用水作电解液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。 【变式4-1】下列说法不正确的是 A．反应Na2O+H2O=2NaOH可放出大量的热，故可把该反应设计为原电池 B．将Fe、Cu用导线连接后放入浓中组成原电池，Cu为负极，Fe为正极 C．通过原电池装置，可将反应的化学能转化为电能，为航天器供电 D．某电池反应，当电路中通过1mol 时，电解质溶液减轻 【变式4-2】理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 1．电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应的离子方程式为，下列有关该电池的说法正确的是 A．为电池的正极 B．负极反应为 C．电流由镁电极经外电路流向正极 D．可用于海上应急照明供电 2．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 图Ⅰ水果电池 图Ⅱ干电池 图Ⅲ铅蓄电池 图Ⅳ氢氧燃料电池 A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出 B．图Ⅱ所示干电池中锌作负极 C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4 D．图Ⅳ所示电池中正极反应为： 3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一大贡献。下列有关电池的叙述正确的是 A．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 B．锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池 C．氢氧燃料电池是将热能转化为电能的装置 D．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加 4．铁锅是中国传统厨具，新锅经过水洗、干烧等“开锅”步骤后，使用寿命更长，这就是一些金属的防锈措施。下列关于金属防锈的说法正确的是 A．铁锅使用完时，在表面涂一些植物油，可以用得更久 B．在轮船的底部镶嵌不易腐蚀的铜块，可以提高船体的使用寿命 C．生活中钢的应用比纯铁更广，是因为纯铁比钢更容易被腐蚀 D．因为铝比铁活泼，所以生活中的铝制品更需要防锈 5．过量铁与稀硫酸反应，下列措施能加快反应速率但又不改变生成的总量的是 A．加入适量溶液 B．加入少量水 C．加入少量固体 D．用的浓硫酸代替稀硫酸 6．某化学兴趣小组自制盐水小彩灯(装置如表中图所示)，在彩灯所连的纸片电池上滴几滴溶液，就能使小彩灯亮起来。下列纸片电池的组合中能使小彩灯亮起来的是 选项 电极 电极b 溶液 A 乙醇溶液 B 石墨 石墨 溶液 C 蔗榶溶液 D 石墨 溶液 7．有a、b、c、d四种金属电极，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 实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 实验装置 实验现象 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 8．电池在我们的生活中有着重要的应用，请回答下列问题： （1）为了验证与氧化性强弱，下列装置能达到实验目的的是 (填序号)。若导线中通过0.2mol电子，负极的质量变化为 g。 （2）将设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。 实验测得向B电极定向移动，则 (填“A”或“B”)处电极入口通甲烷，其电极反应式为 。当消耗甲烷的体积为33.6L(标准状况下)时，导线中转移电子的物质的量为 mol。 （3）有人设想以和为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。电池正极的电极反应式是 。 1．M、N、P、E四种金属，已知：①；②M、P用导线连接放入溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应式分别为，。则这四种金属的还原性的强弱顺序是 A． B． C． D． 2．一定温度下用过量铁块与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施：①将铁块换为等质量的铁粉；②加入少量NaNO3溶液；③将稀硫酸换为98%的硫酸；④加入少量水；⑤滴加少量CuSO4溶液；其中可提高H2的生成速率的措施有 A．①③ B．②⑤ C．①⑤ D．②④ 3．已知反应：为一自发进行的氧化还原反应。某同学设计了下列四组原电池装置来实现上述反应，其中可行的是 A． B． C． D． 4．为防止海水中钢铁的腐蚀，可将金属连接在钢铁设施表面，减缓水体中钢铁设施的腐蚀，如图所示。下列有关说法正确的是 A．金属做正极，钢铁做负极 B．极的电极反应式为 C．过程中化学能转化为电能 D．将金属换成金属也能起到保护作用 5．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 6．利用“”电池可将变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电时总反应的化学方程式为。放电时该电池“吸入”，其工作原理如图所示，下列说法中不正确的是 A．充电时，多壁碳纳米管(MWCNT)“放出” B．放电时，正极的电极反应式为 C．选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好，不与金属钠反应，难挥发 D．原两电极质量相等，若生成的和C全部沉积在电极表面，当转移时，两极的质量差为5.6g 7．氨作为一种无碳富氢化合物，其具有价廉、不易燃、易储存等特点，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。NH3﹣O2燃料电池如图所示，下列说法错误的是 A．电极a为负极，发生氧化反应 B．电极b上的电极反应：O2+4e-+2H2O=4OH- C．电池工作时，OH﹣向电极b迁移 D．电池工作时两电极上理论消耗的 8．化学电池的发明，是贮能和供能技术的巨大进步。 （1）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，下列有关电池的叙述正确的是 (填字母)。 A．锌锰电池工作一段时间后碳棒会变细 B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能 C．铅蓄电池负极是PbO2，正极是Pb （2）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。 实验测得电子定向移向A电极，则 (填“A”或“B”)电极入口通甲烷，其电极反应式为 。工作一段时间后，电解质溶液的pH将 (填“变大”、“变小”或“不变”)。 （3）有人设想利用电化学原理除去SO2，并将化学能转化为电能。装置图如下。 ①电池的正极是 。(填“a”或“b”) ②写出a电极的电极反应 。 （4）某同学欲把反应设计成原电池，请画出简易的原电池装置图 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 6.1.3 原电池原理应用 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.熟知原电池原理的应用。 2.记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 重点:原电池原理的应用。 难点:设计原电池。 一、原电池原理的应用 1.制作化学电源。 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性。 　　原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率。 　　实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 二、常见的化学电池 1、实用电池应具有的特点是： 　　能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。 2、常用原电池 1．一次电池——干电池 （1）特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 （2）锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰：正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+ ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液，淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。。 ④电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O ⑤干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。 2．二次电池(充电电池) （1）特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 （2）能量转化：化学能电能 （3）常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 ①铅蓄电池 　　铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。 放电电极反应： 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)； 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l) 充电电极反应： 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)； 阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq) 电池总反应式： Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l) 铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。 铅蓄电池的缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。 ②银锌蓄电池 　　银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应： 放电电极反应： 负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2 正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH- 充电电极反应： 阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O； 阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH- 电池总反应式： Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag 　　 　 ③锂电池 　　元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。 电极反应为： 负极：Li－e- ＝Li＋ 正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2 总反应：Li＋MnO2LiMnO2 3．燃料电池 （1）特点： ①反应物储存在电池外部； ②能量转换效率高、清洁、安全； ③供电量易于调节。 （2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。 ①氢氧燃料电池：氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为： 负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－，正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 电池的总反应式为：2H2＋O2＝2H2O ②甲烷氧燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为： 负极：CH4＋10OH－＝CO32－＋7H2O＋8e－，正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－ 电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 【解读】a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。 b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。 c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳， d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。 （4）海水电池：1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为： 负极：4Al＝4Al3＋＋12e－ 正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－ 这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。 （5）发展中的化学电源：当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。 三、废旧电池的问题 1、废旧电池的主要危害 我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。 金属种类 危害的表现 锰 过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。 锌 锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。 铅 铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。 镍 镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。 汞 汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。 镉 镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。 2、废旧电池的回收利用 干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。 （1）Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。 （2）铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。 （3）碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。 （4）氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。 【研究与实践】《了解车用能源》【研究任务】参考答案： （1）汽车发展的过程和车用能源种类：蒸汽机汽车，所用能源为矿物燃料；内燃机汽车，所用能源有矿物燃料、乙醇等；燃料电池汽车，所用能源有氢气、甲烷等；电动汽车，所用能源是电能；太阳能汽车，所用能源是太阳能。 （2）①2H2+O22H2O CH4+2O2CO2+2H2O 2C8H18+25O216CO2+18H2O C2H5OH+3O22CO2+3H2O ②几种燃料燃烧相同质量时放出热量多少（用热值表示）的比较 物质 热值（103kJ/mol） 酒精 30.2 柴油 42.7 汽油 46.1 氢气 142.5 甲烷 55.6 在储存和运输方面，液态燃料优于气态燃料。 ③从来源方面说，氢气和酒精都是可再生能源，柴油、汽油和甲烷都是不可再生能源；从环保方面来看，最好的是氢气，其次是酒精和甲烷，柴油和汽油较差。 （3）蒸汽机：化学能→内能→机械能；内燃机：化学能→内能→机械能；燃料电池：化学能→电能。这三种能量转化，在技术上都是可行的，但能量转化效率是然料电池最大，蒸汽机最小。 【结果与讨论】参考答案： （1）选择氢气作为燃料，直接将化学能转化为电能。选择燃料时应考虑以下因素：①是否产生污染性气体；②是否易于点燃；③价格是多少；④使用是否安全；⑤是否易于贮存和运输；⑥能释放多少热量等。 （2）启示：随着人类需求、社会发展与环境要求之间的矛盾，我们在提高人类生活水平的同时，既要考虑生活质量、生产成本，又要兼顾环境污染和可持续发展的“绿色化学”理念。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。( ) （2）充电电池可以无限制地反复充电、放电。( ) （3）氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高。( ) （4）甲醇燃料电池可把化学能转化为电能。( ) （5）理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。( ) （6）蓄电池充电时，标志着“-”的电极应与电源的负极相连。( ) （7）铅酸蓄电池工作时，当电路中转移电子时，负极增重。( ) （8）锌锰干电池属于一次电池。( ) (9)实验室制备时，用粗锌(含等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。( ) (10)用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率。( ) 【答案】（1）×（2）×（3）√（4）√（5）√（6）√（7）√（8）√(9)√(10)√ 2．化学反应与能量变化对人类生产、生活有重要的意义。回答下列问题： （1）用A、B、C、D四种金属按如表所示的装置进行实验。 装置 现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 ①装置甲中：负极为 (填“A”或“B”)，正极反应式为 。 ②装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。 ③四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 （2）若用图甲装置，依据反应设计原电池，则电极X应为 (填化学式)，电解质溶液可选 溶液(写出一种即可)。 （3）燃料电池必须从电池外部源源不断地向电池提供天然气、甲烷、煤气等含氢化合物作为燃料。基于甲烷空气燃料电池，其工作原理如图乙所示，a、b均为惰性电极。其中，a为 极(填“正”或“负”)，写出正极的电极反应式 。 【答案】（1）①A 2H+ + 2e- = H2↑ ②变大 ③D>A>B>C （2）Cu FeCl3溶液 （3）负 O2 + 2H2O +4e- = 4OH- 【解析】（1）①装置甲中二价金属A不断溶解，则A为负极；正极上，氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H+ + 2e- = H2↑； ②丙装置中A上有气体产生，该气体应为氢气，A上的电极反应式为，消耗氢离子，溶液酸性减弱，溶液的pH变大； ③由实验现象可知，装置甲中，A为负极，B为正极，装置乙中，C为正极，B为负极，装置丙中，D为负极，A为正极，作原电池负极的金属活动性大于作正极金属，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C； （2）根据总反应可知，负极电极反应为，电极X为负极，X为Cu；电解质溶液应该选择含有三价铁可以溶于水的盐溶液，可以选择FeCl3溶液； （3）电子由a经外电路到b，电子由负极经外电路到正极，则a为负极；由题可知，该电池为甲烷 ()-空气燃料电池，电解质为KOH，则正极通入，正极反应式为O2 + 2H2O +4e- = 4OH-。 ►问题一 如何利用原电池装置判断金属的活泼性？ 【典例1】有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 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 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A．d>a>c>b B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【答案】C 【解析】a极质量减小，b极质量增加，则表明a极金属失电子作负极，溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极，金属活动性a＞b；b极有气体产生，c极无变化，则表明b极金属能与H+发生置换反应，而c极不能，金属活动性b＞c；d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属活动性d＞c；电流计指示，导线中电流从a极流向d极，则d极为负极，a极为正极，金属活动性d＞a；综合以上分析，金属活动性d＞a＞b＞c，C正确。 【解题必备】1.原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 2.通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg—Al—NaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg＞Al。 【变式1-1】有M、N、P、E、F五种金属，已知：①；②M、P用导线连接并放入硫酸溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接并放入E的硫酸盐溶液中，其中一极的电极反应式为；④P、F组成原电池时，F发生氧化反应。则这五种金属的还原性顺序是 A．E＞P＞F＞M＞N B．E＞N＞M＞P＞F C．P＞F＞N＞M＞E D．F＞P＞M＞N＞E 【答案】D 【解析】①，则金属性M＞N；②M、P用导线连接并放入硫酸溶液中，M表面有大量气泡逸出，M为正极，P为负极，则金属性P＞M；③N、E用导线连接并放入E的硫酸盐溶液中，其中一极的电极反应式为，则N溶解，说明金属性N＞E；④P、F组成原电池时，F发生氧化反应，则F为负极，说明金属性F＞P，因此这五种金属的还原性顺序是F＞P＞M＞N＞E，故D符合题意。综上所述，答案为D。 【变式1-2】把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为 A．A>C>D>B B．A>B>C>D C．C>A>B>D D．B>A>C>D 【答案】A 【解析】原电池中，活泼金属做负极，若A、B相连时，A为负极，则金属活泼性A>B，C、D相连时，D上产生大量气泡，D电极上H+得电子生成H2，D为正极，C为负极，金属活泼性C>D，A、C相连时，电流由C经导线流向A，C为正极，A为负极，金属活泼性A>C，B、D相连时，电子由D经导线流向B，D为负极，B为正极，金属活泼性D>B，综合分析，4种金属的活动性由强到弱的顺序为A>C>D>B，答案选A。 ►问题二 如何利用原电池装置加快反应速率？ 【典例2】用过量铁片与稀盐酸反应，为减慢其反应速率而生成氢气量不变，下列措施中可行的有几项 ①以铁屑代替铁片  ②用过量铜片代替铁片  ③在稀盐酸中加入少量溶液  ④在稀盐酸中加入固体  ⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的溶液  ⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液  ⑦在稀盐酸中加入固体 A．1 B．2 C．3 D．4 【答案】B 【解析】①用铁屑代替铁片，增大反应物之间的接触面积，化学反应速率加快，产生氢气量不变，①不可行；②铜和盐酸不反应，②不可行；③铁与硫酸铜反应生成铜，铁片过量，可形成微小的铁铜原电池，加快产生氢气速率，且产生氢气量不变，③不可行；④醋酸钠与盐酸反应生成氯化钠和醋酸，醋酸是弱酸，使得反应速率减慢，产生氢气量不变，④可行；⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的溶液会使盐酸浓度变小，使得反应速率减慢，产生氢气量不变，⑤可行；⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液引入硝酸根离子，等价于铁和硝酸反应，不能生成氢气，⑥不可行；⑦碳酸钠消耗盐酸，使得产生氢气量减少，⑦不可行；综上分析，不可行的为：①②③⑥⑦，可行的为：④⑤；答案选B。 【解题必备】（1）原电池加快反应速率的原理：一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率增大。在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应速率加快。 （2）原电池加快反应速率的应用：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。 （3）在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。 【变式2-1】对于盐酸与锌粒的反应，下列措施能使生成速率加快的是 ①适当升高温度(不考虑挥发)②改用硝酸③改用醋酸 ④用等量锌粉代替锌粒⑤加入少量固体⑥加入少量固体 A．①④⑤⑥ B．①②④⑥ C．①③④⑤ D．①②③④⑥ 【答案】A 【解析】①升温，导致更多的普通分子吸收热量变为活化分子，活化分子百分数增大，有效碰撞概率增大，反应速率加快，①符合题意；②硝酸具有强氧化性，Zn和硝酸反应不能得到氢气，②不符合题意；③醋酸是弱酸，不能完全电离出氢离子，改用相同浓度的醋酸，反应速率变慢，③不符合题意；④锌粉与HCl反应时接触面积更大，反应速率更快，④符合题意；⑤加入少量CuSO4，Zn置换出Cu并与之形成Zn-Cu原电池，加快反应速率，⑤符合题意；⑥加入少量固体，能电离出氢离子，则溶液酸性增强，生成氢气速率加快，⑥符合题意；故①④⑤⑥符合题意，答案选A。 【变式2-2】浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 A．加入适量的的硫酸 B．加入适量蒸馏水 C．加入数滴硫酸铜溶液 D．加入适量的硫酸钠溶液 【答案】C 【解析】A．浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，加入适量的的硫酸，增大氢离子的浓度，反应速率加快，也增大了氢离子的物质的量，生成氢气的总量增大，故A不选；B．浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，加入适量蒸馏水，氢离子的浓度减小，不改变氢离子的物质的量，化学反应速率减小，故B不选；C．浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，加入数滴硫酸铜溶液，Zn和Cu2+反应置换出Cu，构成Cu、Zn原电池，加快反应速率，且没有改变氢离子的物质的量，不影响生成的氢气的总量，故C选；D．浓度为的硫酸跟过量的锌片反应，加入适量的硫酸钠溶液，氢离子的浓度减小，不改变氢离子的物质的量，化学反应速率减小，故D不选；故选C。 ►问题三 如何利用原电池装置来保护金属？ 【典例3】某学习小组用实验验证牺牲阳极保护法装置如图所示，下列说法正确的是（    ） A．实验过程加入氯化钠是增大电解质溶液的离子浓度以加快反应速率 B．Zn电极作为负极，发生还原反应 C．向烧杯中滴入铁氰化钾后，铁电极附近出现蓝色沉淀 D．实验过程会观察到电压表指针有偏转，是产生气流所致 【答案】A 【解析】A. 氯化钠不参与反应，但可以增加导电能力，加快反应速率，故A正确；B. 锌比铁活泼，锌作负极，化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故B错误；C. 铁氰化钾验证Fe2+，当有蓝色沉淀生成时，说明溶液中含有Fe2+，但Fe不参加反应，溶液中没有Fe2＋，故C错误；D. 此装置为原电池装置，因此锌比铁活泼，锌作负极，铁作正极，指针偏转，是因为有电流的通过，故D错误；故选A。 【解题必备】使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 【变式3-1】为防止海水中钢铁的腐蚀，可将金属Zn连接在钢铁设施表面，减缓水体中钢铁设施的腐蚀，如图所示下列有关说法正确的是 A．过程中电能转化为化学能 B．将钢铁闸门与电源的正极相连也能起到保护作用 C．该保护过程中，锌块质量减小 D．将金属Zn换成金属Cu也能起到保护作用 【答案】C 【分析】该图为原电池，Zn较活泼做负极，钢铁做正极，负极是Zn失电子生成Zn2+，电极反应式为：Zn-2e-= Zn2+，海水为中性溶液，正极是溶液中氢离子得电子生成氢气，电极反应式为：2H2O+2e-=H2+2OH-； 【解析】A．该装置为原电池，是化学能转化为电能，A错误；B．将钢铁闸门与电源的正极相连是作为电解池中阳极，发生氧化反应，铁失去电子被腐蚀，不能起到保护作用，B错误；C．Zn极做负极，Zn失电子发生氧化反应生成Zn2+，电极反应式为：Zn-2e-= Zn2+，锌块质量减小，C正确；D．换成Cu，由于Cu的活泼性比Fe的弱，则Fe做负极，消耗钢铁，不能起到保护作用，D错误；故选：C。 【变式3-2】与地震、海啸等自然灾害相比，腐蚀同样具备极强的破坏力。研究发现，每1.5分钟，全世界就有2吨的钢铁被腐蚀成铁锈，某学习小组探究金属电化学腐蚀与防护原理的示意图如图，下列说法不正确的是 A．若X为食盐水，K未闭合，Fe棒上B点表面铁锈最多 B．若X为食盐水，K与M连接，石墨电极上的反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- C．若X为稀盐酸，K分别与M、N连接，后者Fe腐蚀得更快 D．若X为稀盐酸，K与M连接，石墨电极周围的pH会增大 【答案】C 【解析】A．铁丝易被腐蚀的条件是：有氧气和水，C点没有氧气，所以腐蚀较慢，B中含有氧气和水，所以腐蚀较快，A中没有水所以腐蚀较慢，则B点腐蚀最快，铁锈最多，故A正确；B．若X为NaCl溶液，K与M链接，构成原电池，铁做负极，Fe上电极发生为Fe-2e-=Fe2+，石墨做正极，石墨电极上的反应式为O2+2H2O+4e=4OH-，故B正确；C．若X为稀盐酸，K与M相连接，铁做负极，加快腐蚀，与N链接铁做正极被保护，所以Fe腐蚀情况前者更慢，故C错误；D．若X为稀盐酸，K与M链接，构成原电池，铁做负极，石墨电极做正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，石墨电极周围的pH会增大，故D正确；答案选C。 ►问题四 如何原电池原理设计化学电源？ 【典例4】理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某同学利用反应“”设计了一个化学电池(如图所示)。该电池在外电路中，电流从a极流向b极。下列说法正确的是 A．电极b的电极材料为铜，电极反应式为 B．电极a的电极材料可以为Ag，也可以是石墨或铁 C．c溶液为AgNO3溶液，放电时向b极移动 D．装置放电时主要将电能转化为化学能 【答案】A 【解析】A．由外电路中，电流从a极流向b极。则电极b是电池的负极，由总反应可知，Cu作负极失去电子，电极反应为，A正确；B．电极a为电池的正极，为比Cu活泼性弱的金属或能导电的非金属，Ag或石墨正确，但不能为铁，B错误；C．c溶液为AgNO3溶液，向正极移动，即向电极a移动，C错误；D．装置放电时主要将化学能转化为电能，D错误；故选A。 【解题必备】1.原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。 第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为 负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。 正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。 电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。 第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。 2.设计时注意事项：（1）设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。 （2）设计原电池时，若氧化还原反应中无明确的电解液，可以用水作电解液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。 【变式4-1】下列说法不正确的是 A．反应Na2O+H2O=2NaOH可放出大量的热，故可把该反应设计为原电池 B．将Fe、Cu用导线连接后放入浓中组成原电池，Cu为负极，Fe为正极 C．通过原电池装置，可将反应的化学能转化为电能，为航天器供电 D．某电池反应，当电路中通过1mol 时，电解质溶液减轻 【答案】A 【解析】A．反应Na2O+H2O=2NaOH是放热反应，但不是氧化还原反应，没有电子转移，所以该反应不能设计为原电池，故A错误；B．Fe、Cu用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁因发生钝化而停止反应，铜能与硝酸发生失电子的反应，则Cu为负极，Fe为正极，故B正确；C．反应2H2+O2═2H2O是自发进行的、放热的氧化还原反应，可设计成原电池，原电池可将化学能转化为电能，可对用电器供电，故C正确；D．根据总反应，电解质溶液从CuCl2变为FeCl2，溶液的质量减轻，故D正确；答案选A。 【变式4-2】理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 【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； 【解析】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。 1．电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应的离子方程式为，下列有关该电池的说法正确的是 A．为电池的正极 B．负极反应为 C．电流由镁电极经外电路流向正极 D．可用于海上应急照明供电 【答案】D 【分析】在反应中，镁元素化合价升高，镁作负极；银元素化合价降低，氯化银作正极，据此回答。 【解析】A．由分析知镁作负极，A错误；B．镁元素化合价升高，负极反应为，B错误；C．外电路电流由正极流向负极，即由正极经外电路流向镁电极，C错误；D．电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，所以可用于海上应急照明供电，D正确；故选D。 2．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 图Ⅰ水果电池 图Ⅱ干电池 图Ⅲ铅蓄电池 图Ⅳ氢氧燃料电池 A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出 B．图Ⅱ所示干电池中锌作负极 C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4 D．图Ⅳ所示电池中正极反应为： 【答案】C 【解析】A．图I水果电池中，锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，电子由负极流向正极，A正确；B．图II为锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，B正确；C．图III为铅蓄电池，铅作负极，二氧化铅作正极，放电时负极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4，正极反应式为PbO2+ +4H++2e-=PbSO4+2H2O，C错误；D．图IV为氢氧燃料电池，氢气作负极失电子，氧气作正极得电子，氧气得电子被还原，由于电解质溶液呈酸性，因此正极电极反应式为：，D正确；故选C。 3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一大贡献。下列有关电池的叙述正确的是 A．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 B．锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池 C．氢氧燃料电池是将热能转化为电能的装置 D．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加 【答案】A 【解析】A．氢氧燃料电池工作时，通入氢气的电极为负极，则氢气在负极被氧化，A正确；B．锂离子电池是二次电池，锌锰干电池是一次电池，B错误；C．氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，C错误；D．铅蓄电池在放电过程中，负极、正极上均生成硫酸铅，质量均增加，D错误；故选A。 4．铁锅是中国传统厨具，新锅经过水洗、干烧等“开锅”步骤后，使用寿命更长，这就是一些金属的防锈措施。下列关于金属防锈的说法正确的是 A．铁锅使用完时，在表面涂一些植物油，可以用得更久 B．在轮船的底部镶嵌不易腐蚀的铜块，可以提高船体的使用寿命 C．生活中钢的应用比纯铁更广，是因为纯铁比钢更容易被腐蚀 D．因为铝比铁活泼，所以生活中的铝制品更需要防锈 【答案】A 【解析】A．铁锅使用完时，在表面涂一些植物油，能够隔绝氧气和水，防止铁锅腐蚀，故A正确；B．在轮船的底部镶嵌铜块，Fe比Cu活泼构成原电池时，Fe作负极加快其腐蚀，故B错误；C．纯铁比普通钢更耐腐蚀，但纯铁质软，所以生活中钢的应用比纯铁更广，故C错误；D．Al表面的氧化膜为致密的结构，铝制品更耐腐蚀，而铁制品比铝制品易发生电化学腐蚀，则铁制品腐蚀严重，故D错误。答案选A。 5．过量铁与稀硫酸反应，下列措施能加快反应速率但又不改变生成的总量的是 A．加入适量溶液 B．加入少量水 C．加入少量固体 D．用的浓硫酸代替稀硫酸 【答案】C 【解析】A．加入适量溶液，溶液具有强氧化性，则会生成NO，不会生成H2，故A不选；B．加入少量的水，硫酸浓度降低，反应速率减小，故B不选；C．加入少量固体，置换出铜，形成原电池反应，反应速率增大，由于铁过量，则生成氢气的总量不受影响，故C选；D．铁在的浓硫酸中要钝化，反应会停止，故D不选；答案选C。 6．某化学兴趣小组自制盐水小彩灯(装置如表中图所示)，在彩灯所连的纸片电池上滴几滴溶液，就能使小彩灯亮起来。下列纸片电池的组合中能使小彩灯亮起来的是 选项 电极 电极b 溶液 A 乙醇溶液 B 石墨 石墨 溶液 C 蔗榶溶液 D 石墨 溶液 【答案】D 【分析】原电池的形成条件，需要有自发的氧化还原反应，两个活性不同的电极，电解质溶液，闭合的回路，据此解答。 【解析】A．电极都是，乙醇也不是电解质，不能形成原电池，A错误；B．电极都是石墨，不能形成原电池，B错误；C．蔗糖不是电解质溶液，不能形成原电池，C错误；D．石墨和分别是两个活性不同的电极，溶液是电解质，且能发生自发的氧化还原反应，能构成原电池让小彩灯亮起来，D正确。答案选D。 7．有a、b、c、d四种金属电极，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 实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 实验装置 实验现象 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 【答案】C 【解析】装置1，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a＞b；装置2，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b＞c；装置3，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d＞c；装置4，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d＞a；综上有，这四种金属的活动性顺序d＞a＞b＞c； 故选C。 8．电池在我们的生活中有着重要的应用，请回答下列问题： （1）为了验证与氧化性强弱，下列装置能达到实验目的的是 (填序号)。若导线中通过0.2mol电子，负极的质量变化为 g。 （2）将设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。 实验测得向B电极定向移动，则 (填“A”或“B”)处电极入口通甲烷，其电极反应式为 。当消耗甲烷的体积为33.6L(标准状况下)时，导线中转移电子的物质的量为 mol。 （3）有人设想以和为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。电池正极的电极反应式是 。 【答案】（1）③ 5.6 （2）B CH4−8e−+10OH-=+7H2O 12 （3）N2+8H++6e-=2 【解析】（1）氧化剂氧化性大于氧化产物，装置③中总反应为 Cu2++Fe=Fe2++Cu，说明 Cu2+氧化性大于Fe2+，故选③；若导线中通过0.2mol电子，负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，消耗0.1molFe，负极的质量减少为0.1mol×56g/mol=5.6g； （2）在原电池中，阴离子移向负极，实验测得向B电极定向移动，故B为负极，A为正极，甲烷中碳的化合价升高发生氧化反应，故B处电极入口通甲烷，其电极反应式为CH4−8e−+10OH-=+7H2O。当消耗甲烷的体积在标准状况下为33.6L物质的量为，导线中转移电子的物质的量为1.5mol×8=12mol； （3）该电池的本质反应是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2+8H++6e-=2；。 1．M、N、P、E四种金属，已知：①；②M、P用导线连接放入溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应式分别为，。则这四种金属的还原性的强弱顺序是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】金属的活动性越强，其还原性越强，由①可知，金属活动性：；M、P用导线连接放入溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：；由③可知，N作原电池的负极，故金属活动性：，综上所述，金属的还原性：；故选A。 2．一定温度下用过量铁块与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施：①将铁块换为等质量的铁粉；②加入少量NaNO3溶液；③将稀硫酸换为98%的硫酸；④加入少量水；⑤滴加少量CuSO4溶液；其中可提高H2的生成速率的措施有 A．①③ B．②⑤ C．①⑤ D．②④ 【答案】C 【解析】①将铁块换为等质量的铁粉，固体物质表面积增大，与硫酸反应接触面积增大，反应速率加快，①符合题意；②加入少量NaNO3溶液，在酸性条件下，H+、表现强氧化性，与Fe反应不能制取得到H2，②不符合题意；③将稀硫酸换为98%的硫酸，在室温下Fe遇浓硫酸会发生钝化，不能反应得到H2，③不符合题意；④加入少量水，会导致硫酸浓度降低，反应速率减慢，④不符合题意；⑤滴加少量CuSO4溶液时，Fe与CuSO4在溶液中发生置换反应产生Cu单质，Fe、Cu、H2SO4会构成原电池，使化学反应速率加快，⑤符合题意；综上所述可知：能够加快反应速率的操作有①⑤，故合理选项是C。 3．已知反应：为一自发进行的氧化还原反应。某同学设计了下列四组原电池装置来实现上述反应，其中可行的是 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】根据反应：可知，铜失电子，因为作为负极，银离子得电子生成银单质，作为正极反应物，再有原电池的构成条件包括：①两个活泼性不同的电极，其中一个较活泼的电极作为负极，发生氧化反应；另一个较不活泼的电极作为正极，发生还原反应；②电解质溶液：电解质溶液为电极提供离子，使得电子可以在外电路中流动，从而产生电流；③闭合回路：通过导线连接两个电极，形成闭合电路，允许电子从负极流向正极，这是电流产生的基本条件；④能自发的氧化还原反应，据此作答。 【解析】A．由于金属性Fe强于Cu，则铁作负极，A项错误；B．B中装置可以实现上述反应，B项正确；C．C中锌比铜活泼，锌作负极，C项错误；D．D中两个电极都是铜电极，无法构成原电池，D项错误；故答案选B。 4．为防止海水中钢铁的腐蚀，可将金属连接在钢铁设施表面，减缓水体中钢铁设施的腐蚀，如图所示。下列有关说法正确的是 A．金属做正极，钢铁做负极 B．极的电极反应式为 C．过程中化学能转化为电能 D．将金属换成金属也能起到保护作用 【答案】B 【分析】该图为原电池，Zn较活泼做负极，钢铁做正极，负极是Zn失电子生成Zn2+，电极反应式为：，据此分析作答。 【解析】A．Zn较活泼做负极，钢铁做正极，A错误；B．Zn极做负极，Zn失电子发生氧化反应生成Zn2+，电极反应式为：，B正确；C．该过程中化学能主要转化为电能，还有少部分转化为热能，不可能百分之百转化为电能，C错误；D．换成Cu，由于Cu的活泼性比Fe的弱，则Fe做负极，消耗钢铁，不能起到保护作用，D错误；故选B。 5．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 【解析】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。 6．利用“”电池可将变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电时总反应的化学方程式为。放电时该电池“吸入”，其工作原理如图所示，下列说法中不正确的是 A．充电时，多壁碳纳米管(MWCNT)“放出” B．放电时，正极的电极反应式为 C．选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好，不与金属钠反应，难挥发 D．原两电极质量相等，若生成的和C全部沉积在电极表面，当转移时，两极的质量差为5.6g 【答案】D 【分析】据电池反应式知，放电时，Na作负极，电极反应方程式为Na-e-=Na+，碳纳米管为正极，正极上二氧化碳得电子和钠离子反应生成碳酸钠和C，电极反应方程式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C。 【解析】A．充电时，阳极连接电源正极，多壁碳纳米管(MWCNT)为阳极，电极反应式为2Na2CO3+C-4e-=3CO2+4Na+，会“放出”，故A正确；B．正极上二氧化碳得电子和钠离子反应生成碳酸钠和C，故电极反应式为3CO2+4Na++4e-═2Na2CO3+C，故B正确；C．高氯酸钠-四甘醇二甲醚的特点是不与金属钠反应，而且是强电解质导电性好，难挥发，故C正确；D．若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，负极上钠失电子生成钠离子进入电解质，负极反应式为Na-e-=Na+，当转移0.1mole-时，负极质量减少量为0.1mol×23g/mol=2.3g，正极增加的质量为碳酸钠和C的质量，正极增加质量为×2×106g/mol+×1×12g/mol=5.3g+0.3g=5.6g，则正负极质量差为5.6g+2.3g=7.9g，故D错误；故选D。 7．氨作为一种无碳富氢化合物，其具有价廉、不易燃、易储存等特点，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。NH3﹣O2燃料电池如图所示，下列说法错误的是 A．电极a为负极，发生氧化反应 B．电极b上的电极反应：O2+4e-+2H2O=4OH- C．电池工作时，OH﹣向电极b迁移 D．电池工作时两电极上理论消耗的 【答案】C 【分析】NH3﹣O2燃料电池中，负极上NH3发生失电子的氧化反应生成N2，则a电极是负极，负极反应式为2NH3﹣6e﹣+6OH﹣=6H2O+N2，b电极是正极，氧气在正极上得电子生成OH﹣，正极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣，电池工作时，电子从负极流出经过导线流向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】A．由上述分析可知，a电极是负极，负极上NH3发生失电子的氧化反应，A正确；B．由上述分析可知，b电极是正极，正极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣，B正确；C．由分析可知，电池工作时，阴离子移向负极，即OH﹣向电极a迁移，C错误；D．负极反应式为2NH3﹣6e﹣+6OH﹣=6H2O+N2，正极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣，当电路中转移6mol电子时，负极消耗2molNH3，正极消耗=1.5molO2，电池工作时两电极上理论消耗的，D正确；故答案为C。 8．化学电池的发明，是贮能和供能技术的巨大进步。 （1）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，下列有关电池的叙述正确的是 (填字母)。 A．锌锰电池工作一段时间后碳棒会变细 B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能 C．铅蓄电池负极是PbO2，正极是Pb （2）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。 实验测得电子定向移向A电极，则 (填“A”或“B”)电极入口通甲烷，其电极反应式为 。工作一段时间后，电解质溶液的pH将 (填“变大”、“变小”或“不变”)。 （3）有人设想利用电化学原理除去SO2，并将化学能转化为电能。装置图如下。 ①电池的正极是 。(填“a”或“b”) ②写出a电极的电极反应 。 （4）某同学欲把反应设计成原电池，请画出简易的原电池装置图 。 【答案】（1）B （2）B CH4－8e－+10OH－＝+7H2O 变小 （3）①b ②SO2－2e－+2H2O＝+4H＋ （4） 【解析】（1）A．锌锰电池中，石墨作正极，工作一段时间不会变细，故A错误；B．氢氧燃料电池中，可将化学能直接转变为电能，故B正确；C．铅蓄电池中，Pb失电子作负极，硫酸铅得电子作正极，故C错误；故答案为：B； （2）实验测得电子定向移向A电极，说明A电极是正极，则B电极入口通甲烷，其电极反应式为CH4－8e－+10OH－＝+7H2O。由于消耗氢氧化钾，所以工作一段时间后，电解质溶液的碱性减弱，则pH将变小。 （3）①氧气得到电子，则电池的正极是b。 ②a电极是负极，电极反应为SO2－2e－+2H2O＝+4H＋。 （4）反应中铁发生氧化反应，FeCl3发生还原反应，若将该反应设计成原电池时，负极为铁，石墨或Pt电极为正极，FeCl3溶液作电解质溶液，装置图为。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$