专题05 化学能与电能-【竞赛】2024-2025学年高一化学竞赛能力培优精练（人教版2019必修第二册）

专题05 化学能与电能 模块一：竞赛技巧总结 模块二：易错试题精选 模块三：培优试题精选 模块四：竞赛真题精选 竞赛技巧1 原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ②根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 竞赛技巧2 “三步”突破原电池电极反应式的书写 第一步：分析氧化还原反应：根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目，需遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）。 第二步：注意电解质溶液环境：分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式，例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 第三步：合并正、负电极反应：调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式。 竞赛技巧3 如何利用氧化还原反应设计原电池 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。 3.原电池的表示方法： 原电池可以用简单的符号表示，称为电池符号（或电池图示）。在电池符号中，将负极写在左边，正极写在右边，用单竖线表示相与相间的界面，用双竖线表示盐桥，有些原电池需要用铂片或石墨作电极。 例如利用2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计的单液原电池的符号可表示为：Fe(s)∣FeCl3(c)∣C(s)。如果设计成双液原电池则可表示为Fe(s)∣FeCl2(c1)‖FeCl3(c2)∣C(s)。 竞赛技巧3 原电池的电动势 原电池的两极用导线连接时有电流通过，说明两极之间存在着电势差在外电路电流趋于零时，用电位计测定正极与负极间的电势差，用表示原电池的电动势等于正极的电极电势与负极的电极电势之差： =－ 原电池的电动势与系统的组成有关。当原电池中的各物质均处于标准态时，测得的原电池的电动势称为标准电动势，用表示。 =－ 例如，25℃在铜–锌原电池中，当c(Cu2+) =1.0 mol·L－1 , c(Zn2+) =1.0 mol·L－1时，测得的电池电动势=1.10 V。 （3）原电池的电动势与反应的Gibbs函数变 热力学研究表明，在恒温恒压下，反应系统Gibbs函数变等于系统能做的最大有用功，即： △r=                 对于原电池反应来说，系统所能做的最大有用功就是电功。根据物理学原理，电功等于通过的电量Q与电动势的乘积： = – = – 式中，F为Faraday常量，F = 96485 C·mol－1，z为电池反应转移的电子数。由上述两式得： △r= –                 如果电池反应是在标准状态下进行，则 △r= – 根据△r= –，若已知电池电动势，可以求出电池反应的Gibbs函数△r；反之亦然。 竞赛技巧4 电极电势及其应用 1.电极电势的产生 原电池的电动势是组成原电池的两个电极电势之差。每个电极的电势是如何产生的呢？以金属电极为例，将金属浸入其盐溶液时，在金属与其盐溶液接触的界面上会发生金属溶解和金属离子沉淀两个不同的过程： M(s) M2+(aq) + z e－ 当这两个过程速率相等时，达到动态平衡。如果是较活泼的金属(如锌)，金属表面带负电荷，而靠近金属的溶液带正电荷，形成了双电层，产生了电势差，称为电极电势。对于不活泼的金属(如铜)，则情况刚好相反，金属表面带正电荷，而靠近金属的溶液带负电荷。但也形成双电层，产生电极电势。 电极电势的绝对值尚无法测定。通常要选定一个参比电极，以其电极电势为基准，与其他电极相比较，从而确定其他电极的电极电势相对值。通常选取的参比电极是标准氢电极。 2.标准电极的确定 ①标准氢电极  将镀有一层海绵状铂黑的铂片浸入H+浓度为1.0 mol·l－1的酸性溶液中，不断通入压力为100 kPa的纯净氢气。铂黑吸附氢气达到饱和。这样的氢电极即为标准氢电极，电极反应为： 2H+(aq) + H2(g) 规定在298.15 K时，其标准电极电势为零，即= 0  ②甘汞电极 实际应用中常常使用甘汞电极作参比电极。甘汞电极的电极反应为： Hg2Cl2(s) + 2e－ 2Hg(l) + 2Cl－(aq) 饱和甘汞电极的电极电势为0.2415 V。 ③其他标准电极电势的确定 通过实验测定某电极标准电极电势的方法是：以标准氢电极为负极，待测标准电极为正极组成原电池，测定该电池的标准电池电动势。由于标准氢电极电势为零，所以测得的标准电池电动势在数值上就等于待测电极的标准电极电势。例如，将标准氢电极与标准铜电极组成原电池： Pt∣H2(100kPa)∣H+(1.0 mol·l－1)‖Cu2+(1.0 mol·l－1)∣Cu(s) 测得标准电池电动势= 0.340 V 由于 =－=－= 所以 = 0.340 V 由于铜电极为正极，其电极反应为还原反应： Cu2+(aq) + 2e－ Cu(s) 所以实验测得的标准电极电势为标准还原电极电势。 同理，可以确定标准锌电极电势 = – 0.762 V 按照此方法，可以测定许多电对的标准还原电极电势。在无机化学教材的附表或化学手册中可以查到298.15K时常用标准还原电极电势的数据。 3、Nernst方程式及其应用 ①Nernst方程式 影响电极电势的因素有浓度、压力和温度等。 （a）电池反应的Nernst方程式 对于原电池反应 △r(T ) = –(T )  △r(T ) = –(T ) 代入等温方程式得： △r(T ) = △r(T ) + RT lnJ –(T ) = –(T ) + RT lnJ 即 (T ) = (T ) － 此式称为电池反应的Nernst方程式。式中，J为电池反应的反应商，z为电池反应中转移电子数。由此式可以看出浓度、压力和温度对电池电动势的影响。应当注意，也随温度的变化而改变。 298.15 K时，Nernst方程式为： (298.5 K ) = (298.5 K) － 利用此式可以计算298.15 K时的非标准电池电动势。 （b）电极反应的Nernst方程式 对于电极 氧化型 + ze－ 还原型 标准状态时 △r = – 非标准状态时 △r= – 代入等温方程式得： 298.15K时 利用此式，可以计算298.15K时非标准态时的电极电势。应该注意，z为电极反应转移电子数。c(氧化型)包括电极反应中氧化型一侧各物种的浓度幂，c(还原型)包括电极反应中还原型一边各物种的浓度幂。 由电极反应的Nernst方程式可以看出：c(氧化型)增大，电极电势增大；c(还原型)增大，电极电势减小。 ②生成沉淀或配合物对电极电势的影响 在电极反应中，加入沉淀试剂或配位剂时，由于生成沉淀或配合物，会使离子的浓度改变，结果导致电极电势发生变化。 （a）沉淀的生成对电极电势的影响 Ag+/Ag电对为例。298.15K时，=0.799 V 相应的电极反应为：Ag+(aq) + e－ Ag(s) 其Nernst方程式为： =+0.0592 lg 若加入NaCl，生成AgCl沉淀。 =1.8×10–10， 代入上述Nernst方程， 当c(Cl-) = 1.0mol·l–1时, = 0.799V + 0.0592 ln1.8×10－10 = 0.222 V 由此可见，当氧化型生成沉淀时，使氧化型离子浓度减小，电极电势降低。 这里计算所得E(Ag+/Ag)值，实际上是电对AgCl/Ag的标准电极电势，因为当c(Cl－) = 1.0mol·L－1时，电极反应： AgCl(s) + e – Ag(s) + Cl－(aq) 处于标准状态。由此可以得出下列关系式： 很显然，由于氧化型生成沉淀，则 当还原型生成沉淀时，由于还原型离子浓度减小，电极电势将增大。当氧化型和还原型都生成沉淀时，若＜，则电极电势减小。反之，则电极电势变大。 （b）配合物的形成对电极电势的影响 以电对Cu2+/Cu为例，298.15K时， Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 若加入过量氨水时，生成[Cu(NH3)4]2+，当c(Cu(NH3)) = c(NH3) = 1.0 mol · L–1 时， == 代入Nernst方程得： = 0.340 V + = – 0.392 V 即 – 0.392 V 当电对的氧化型生成配合物时，使氧化型离子的浓度减小，则电极电势变小。 同理可以推知： = 0.1607 V + 0.0592V lg6.91×104 = 0.447 V 当电对的还原型生成配合物时，使还原型离子的浓度减小，则电极电势增大。 当氧化型和还原型都生成配合物时，若（氧化型）＞（还原型）则电极电势变小；反之，则电极电势变大。 4、电极电势的应用 （1）判断氧化剂、还原剂的相对强弱 氧化剂是电对中的氧化剂，还原剂是电对中的还原剂。根据标准电极电势的大小，可以判断氧化剂、还原剂的相对强弱。E 愈大，电对中氧化型的氧化能力愈强，是强的氧化剂；E 愈小，电对中还原型的还原能力愈强，是强的还原剂。 在标准电极电势数据表中，电极反应为还原反应，即 氧化型 + ze – 还原型 排在最前面的最小，其还原型Li 是最强的还原剂；排在最后面的电对F2 / HF的最大，其氧化型F2是最强的氧化剂。 （2）判断氧化还原反应的方向 判断化学反应自发进行方向的判据是。对于氧化还原反应，由于与EMF 之间的关系为：= 所以可以用EMF 代替判断反应的方向。 ＞0 反应正向进行 ＜ 0 ＜0 反应逆向进行 ＞ 0 = 0 反应应处于平衡状态 = 0 又由于= 若使E ＞0，则必须，即氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的电极电势。 E 大的电对的氧化型作氧化剂， E 小的电对的还原型作还原剂，两者的反应自发地进行。氧化还原反应的方向可以表示为： 强氧化型（1）+ 强还原型（2）= 弱还原型（1）+ 弱氧化型（2） 从标准电极电势表中查得的能用于计算。但严格地说，只能用于判断标准状态下的氧化还原反应的方向。如果用判断非标准状态下的氧化还原反应的方向，有如下经验规则： ＞0.2 V 反应正向进行 ＜－0.2 V 反应逆向进行 若 －0.2 V ＜＜ 0.2 V，因为浓度的影响，反应可能正向进行也可能逆向进行，所以必须计算出，用以判断反应的方向。 （3）确定氧化还原反应的限度 氧化还原反应的限度即为平衡状态，可以用其标准平衡常数来表明。氧化还原反应的标准平衡常数与标准电池电动势有关，即与相关的电对的标准电极电势有关。由： 和 = – 可得： （10-11） 298.15K时： 根据氧化还原反应方程式，确定正极和负极（方程式左边的氧化剂电对为正极，还原剂电对为负极），计算标准电池电动势：=   代入上式即可计算氧化还原反应的标准平衡常数。愈大，反应正向进行的程度愈大。 例如：试估计反应： Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 在298K下进行的限度。 化学反应进行的限度可以由它的标准平衡常数来评价。 Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) = = 0.3394V－(－0.7621V) = 1.1015 V    值很大，说明反应向右进行得很完全。 由于生成难溶化合物、配合物、弱电解质会影响有关电对的电极电势，所以根据氧化还原反应的标准平衡常数与标准电池电动势间的定量关系，可以通过测定原电池电动势的方法来推算难溶电解质的溶度积、配合物的稳定常数、弱电解质的解离常数等。 例如 298K时，下列电极反应的标准电极电势： Ag+(aq) + e－ Ag(s) E0 = 0.7991 V [Ag(NH3)2]+(aq) + e－ Ag(s) + 2NH3(aq) E0 = 0.3719 V 试求出 以给出的两电极反应组成原电池，电池反应为： Ag+(aq) + 2NH3(aq) [Ag(NH3)2]+ (aq) K0 = = lg K0 = K0 = =1.64×107 （4）元素电势图 许多元素具有多种氧化值，不同氧化值的物种可以组成电对。将某种元素不同氧化值的物种从左到右按氧化值由高到低的顺序排成一行，每两个物种间用直线连接表示一个电对，并在直线上标明此电对的标准电极电势的数值。这种图称为元素电势图。例如，酸性溶液中氧元素的电势图如下： 1.229 O2 H2O2 H2O 0.6945 1.763 碱性溶液中氧的元素电势图为： 1.229 O2 HO OH– 0.6945 1.763 元素电势图简明、直观地表明了元素各电对的标准电极电势，对于讨论元素各氧化值物种的氧化还原性和稳定性非常重要和方便，在元素化学中得到广泛的应用。 ①判断氧化还原反应能否发生 某元素中间氧化值的物种发生自身氧化还原反应，生成高氧化值物种和低氧化值物种，这样的反应叫做歧化反应。例如：2H2O2 2H2O + O2 相反，由同一元素的高氧化值物种和低氧化值物种生成中间氧化值物种的反应叫做反歧化反应。例如：Hg2+ + Hg Hg 在标准状态下，歧化反应能否发生可用元素电势图来判断。 例如 根据铜元素在酸性溶液中的有关电对的标准电极电势，画出它的电势图，并推测在酸性溶液中Cu+ 能否发生歧化反应。 在酸性溶液中，铜元素的电势图为： 铜的电势图所对应的电极反应为： Cu2+(aq) + e－ Cu+(aq) E0 = 0.1607 V ① Cu+(aq) + e－ Cu (s) E0 = 0.5180 V ② ①－② 得 2 Cu+(aq) Cu2+(aq) + Cu (s) ③ = ＞ 0，反应③能从左向右进行，说明Cu+ 在酸性溶液中不稳定，能够发生歧化。 推广到一般情况，如某元素的电势图如下： A B C 如果＞，即＞，则较强的氧化剂和较强的还原剂都是B，所以B会发生歧化反应。相反，如果＜，则标准状态下B不会发生歧化反应，而是A与C发生反歧化反应生成B。 ②计算某些未知的标准电极电势 在一些元素电势图上，常常不是标出所有电对的标准电极电势，但是利用已经给出的某些电对的标准电极电势可以很简便地计算出某些电对的未知标准电极电势。如果某元素的电势图为：A B C D z1 z2 z3 （z x） 相应的各电极反应及与的关系为： A + z1e－ B = B + z2e－ C = +) C + z3e－ D = A + zxe－ D = 由于 = ++ 即 = 所以 根据此式，可以由元素电势图上的相关数据计算出所需要的未知标准电极电势。应该注意，这里 。 1．某同学设计了下图所示两个实验装置(图I､图II中除连接的铜棒不同外，其他均相同)，有关说法正确的是 A．图I中温度计的示数高于图II的示数 B．图I和图II中温度计的示数相等，且均高于室温 C．图I中锌棒溶解的速率比图II的快 D．图I和图II的气泡均产生于锌棒表面 2．用导线相连的铁片与铜片同时浸泡在溶液中，下列说法正确的是 A．电流从铜片流出，经导线流向铁片 B．电子从铁片流出，经溶液转移到铜片 C．铁片发生氧化反应，因此是阳极 D．溶液中减少，而增多 3.在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是(　　) A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大 B．a是正极，b是负极 C．导线中有电子流动，电子从a极到b极 D．a极上发生了氧化反应 4.如图所示装置中，观察到M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是 选项 M N P A 银 锌 硝酸银溶液 B 铜 铁 稀盐酸 C 锌 铜 稀硫酸溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 5.某化学兴趣小组为了探索电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下： 实验编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Mg、Al 稀盐酸 指向铝 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向铜 3 A1、石墨 稀盐酸 偏向石墨 4 Mg、Al NaOH溶液 偏向镁 根据上表中记录的实验现象，下列说法不正确的是 A．实验1中铝电极上发生还原反应 B．实验2中电子从铝片经导线流向铜片 C．实验2和3都是A1做负极，实验1和4都是Al做正极 D．实验3正极的电极反应为2H＋＋2e－＝H2↑ 6.下列说法正确是 A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池 B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C．化学电池的反应原理是氧化还原反应 D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2 7.某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，该电池用30% H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法正确的是 A．该电池工作时，正极区域溶液pH上升 B．a电极为负极，发生还原反应 C．正极上反应的电极反应式为：O2+2H2O+4e− = 4OH− D．该电池能够将化学能全部转化为电能且产物是水，属于环境友好电池 8.图为原电池装置，有关叙述错误的是 A．锌是负极，其质量不断减小 B．铜极上发生还原反应 C．电子在电解质溶液内部向负极移动 D．将铜电极换成石墨碳棒也能形成原电池 9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法中不正确的是 A．由、稀组成原电池，放电时向电极移动 B．由溶液组成原电池，其负极反应式为 C．由溶液组成原电池，其负极反应式为 D．由、浓硝酸组成原电池作电源，其负极反应式为 10．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 A．产生气泡的速率甲比乙慢 B．两烧杯中溶液的酸性均减弱 C．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极 D．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 11.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（　　） A．滴加少量CuSO4溶液 B．不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸 C．对该反应体系加热 D．不用铁片，改用铁粉 12．某化学小组为了探究原电池的基本原理，设计装置如图。下列相关分析错误的是 A．电池工作时，石墨电极发生反应：Ag＋＋e－＝Ag B．电池中Cu块取出前后灯泡亮度会发生变化 C．一段时间后铜块无明显变化 D．Zn为该电池的负极，发生氧化反应 13.有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是 A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c 14.完成下列问题 （1）如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。 请回答下列问题： ①当电极a为Al、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为____________________，当电路中有0.2 mol电子通过时，负极的质量减少________ g。 ②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该装置________(填“能”或“不能”)形成原电池，若不能，请说明理由，若能，请指出正、负极：_______________________________。 （2）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流表。 ①锌片上发生的电极反应为_______________________________; ②银片上发生的电极反应为_______________________________。 ③若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算： a．产生氢气的体积(标准状况)________。 b．通过导线的电量________。(已知 NA＝6.02×1023 mol－1，电子电荷为1.60×10－19 C) 15．完成下列问题。 （1）若需将反应：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如下图所示的原电池装置。则A(正极)极材料为_____，B(负极)极材料为____，溶液C为___________，A(正极)电极上发生反应的类型为_____(填“氧化”或“还原”)反应，B(负极)电极上发生的电极反应为_____________，当有1.6g铜溶解时，通过外电路的电子的物质的量为___________。 （2）某种氢氧燃料电池是用稀硫酸作电解质溶液，其装置如下图。则电极a是电池的__(填“正”或“负”)极，该电池正极的电极反应式为___________________________。 1．我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，实现了合成氨和对外供电，其工作原理如图所示。已知双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。下列说法正确的是 A．电子由Zn/ZnO电极流出 B．电池工作时NaOH和Na2SO4溶液浓度均不变 C．Zn/ZnO电极表面发生的反应为Zn-2e-＝Zn2+ D．当电路通过2mole-时，整个电池系统增重6.0g 2．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，实现的再利用。电池的总反应为：（已知：质子交换膜仅允许通过），下列说法正确的是 A．该装置的电解质溶液可能为 B．电子从GaN电极流出经过电解质溶液到Cu电极 C．理论上生成11.2L质子交换膜通过 D．Cu电极上发生的电极反应是： 3．我国科学家研发了一种室温下可充电的电池，如题图所示。放电时，与C均沉积在碳纳米管上。下列说法不正确的是 A．放电时，转移0.2mol电子，碳纳米管电极增重10.6g B．放电时，电池的总反应为： C．充电时，阴极电极反应式为： D．充电时，电源b极为正极，向钠箔电极移动 4．我国科学家设计的“海泥电池”工作原理如图所示，其中微生物代谢产物显酸性。下列说法正确的是 A．电极A上发生氧化反应 B．负极的电极反应式为 C．质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动 D．微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 5．一种新型原电池的工作原理如图所示。已知工作时两极室均无气体生成，阴离子交换膜只允许通过。下列说法错误的是 A．工作时，甲室溶液pH减小 B．电子由n极经外电路流向m极 C．每转移时，乙室溶液质量增加24 g D．电池总反应式为 6．酸性水系锌锰电池在家庭和工业领域被广泛应用，放电时总反应的离子方程式为：，放电时电极上的易剥落，会降低电池效率，向体系中加入少量KI固体可以提高电池的工作效率，原理如图所示。下列说法不正确的是 A．加入KI后发生反应为： B．放电时，电子由锌电极经负载流向碳电极 C．放电时，若消耗1molZn，正极区电解质溶液理论上增重89g D．放电时，通过质子交换膜的与生成的的个数之比为4∶1 7．近年来电池研发领域涌现出大量纸电池，其组成与传统电池类似，但制作方法和应用范围均比传统电池有很大突破。如图为某种纸电池的结构示意图，通过加入水来激活电池工作。下列说法正确的是 A．石墨作负极材料，发生氧化反应 B．电流从锌片电极流向石墨电极 C．若用镁片代替石墨片，电流表的指针偏转方向与原来的相反 D．每反应锌时，理论上转移电子数为 8．肼(N2H4)燃料电池是一种理想的电池，产物无污染，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是 A．当消耗时，负极生成1mol气体 B．电池工作时，负极的pH升高 C．正极反应为 D．X最好用阳离子交换膜 9．为既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，合作小组利用反应设计如下图所示电池（离子交换膜为阴离子交换膜）。下列说法错误的是 A．阴离子通过离子交换膜形成电流 B．电极A为负极，发生氧化反应；电子由电极A经负载流向电极B C．同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 D．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液中增大 10．锂—铜空气燃料电池容量高、成本低。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，放电时发生反应；，下列说法不正确的是 A．有机电解质不可以换成溶液 B．放电时，正极的电极反应式为 C．放电时，若有透过固体电解质时，标准状况下参与反应的体积为 D．整个反应过程中，总反应为： 11．锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为：Li1-xMnO4+xLiLiMnO4，下列有关说法不正确的是 A．放电时电池的正极反应式为：Li1-xMnO4+xLi++xe-=LiMnO4 B．放电过程中，内电路电流方向是从负极到正极 C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作 D．放电时Li+向电池正极方向定向迁移 12．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是 电极反应式 出现的环境 A C2H5OH-12e-+3H2O=CO2↑+12H+ 碱性环境下乙醇燃料电池的负极反应 B O2+2H2O-4e-=4OH- 钢铁吸氧腐蚀的正极反应 C CO-2e-+CO=2CO2 熔融碳酸盐环境下的CO燃料电池负极 D 2H++2e-=H2↑ 用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应 13．利用下列原电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A．电极A为负极，发生氧化反应 B．电流从电极B经导线流向电极A，再经电解质溶液回到电极B C．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 D．当有4.48L(标准状况)被处理时，转移电子物质的量为0.6mol 14．化学电源在日常生活中有着广泛的应用。研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，电池的总反应方程式为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。 （1）①该电池负极的电极反应式为 。 ②电池中，Na不断移动到“水”电池的 极(填“正”或“负”)。 ③外电路每通过4mol电子时，生成 Na2Mn5O10的物质的量是 。 （2）如图是甲醇燃料电池的原理示意图： ①电池的负极是 (填“a”或“b”)电极，该电极的反应式为 。 ②电池工作一段时间后，电解质溶液的 pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。 15．电池在许多领域中扮演着重要角色，从移动设备到太空探索，从医疗设备到军事科技，无处不在。 （1）伏打电池是意大利教授伏打发明的电池组，开创了电学发展的新时代。一种伏打电池结构如图1所示，银片和锌片间隔有浸渍NaCl溶液的纸板。伏打电池的正极为 (填“a”或“b”)，若将银片换成 (填标号)，则电流计中没有电子流过。 A．陶瓷片    B．锌片    C．铜片    D．镁片 （2）1859年，法国物理学家普兰特发明了铅酸蓄电池，其结构如图2所示。放电时，负极的质量 (填“增大”“减小”或“不变”)，正极上的电极反应式为 。 （3）镍镉电池(如图3)是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的可充放电电池，放电时总反应为，下列说法正确的是_____(填标号)。 A．镍镉电池充电时，化学能转化为电能 B．放电时，负极发生了氧化反应 C．电解质溶液为稀硫酸 D．镍镉电池为二次电池 （4）近年来，采用非贵重金属作为催化剂的节能环保的熔融碳酸盐燃料电池备受青睐，其工作原理如图4.该电池负极上的电极反应式为 ，相同条件下，正、负极消耗的气体的体积之比为 。 1．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）巴格达电池发现于1936年6月，但其发明的时间距今已有大约两千年历史。巴格达电池外表看起来是一只简陋的小陶罐，但以陶罐内装的所有物质及其制作意图来判断，这只陶罐却像是一个电池的外壳。如下是其猜想的结构示意图，若用硫酸溶液作电解液，下列说法错误的是 A．铁作负极，铜作正极 B．铜不发生反应 C．理论上，电子回路中，每转移1 mol电子，铜管上就有22.4 L气体生成(标准状况) D．放电后，氢离子浓度降低 2．（2017高一·浙江温州·竞赛）最近我国科学家发明“可充电钠-二氧化碳电池”（如图），放电时电池总反应为：4Na+3CO2 = 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 A．电池工作温度可能在200℃以上 B．该装置可以将化学能转化为电能 C．放电时，Na+向正极移动 D．放电时，正极的电极反应为：4Na++3CO2+4e－=2Na2CO3+C 3．（2023高一下·重庆·竞赛）由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，其电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某小组设计了如图所示电池，其中X电极与Y电极初始质量相等，下列说法错误的是    A．X电极的反应为 B．放电时，右池中的通过离子交换膜向左池迁移 C．若外电路不再产生电流，则左池和右池浓度相等 D．当外电路通过电子时，两电极的质量差为2.16g 4．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）锌／空气电池最早出现在1878年，它的商业化生产始于1977年，当时锌／空气纽扣电池被应用于助听器。如下是一种锌／空气燃料电池的结构示意图，下列说法错误的是    A．可以用石墨作正极 B．理论上，标准状况下每消耗22.4 L O2，就有2 mol Zn溶解 C．若采用阴离子交换膜作隔膜，则充电时，向负极移动 D．在锌／空气电池中，放电和充电过程中分别发生氧还原反应和氧逸出反应 5．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）如图是铜和银构成的原电池的结构示意图，下列说法错误的是    A．负极反应： B．电子从Cu流向Ag C．盐桥中向左移动 D．放电后浓度逐渐降低 6．（2024高一下·河南洛阳·竞赛）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。现以溶液作模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO- 的溶液为例)。下列说法正确的是 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．b极每生成1 molH2，模拟海水理论上除盐58.5g 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1：2 7．（2022高二上·安徽阜阳·竞赛）瑞典Linkoping(林雪平)大学研究出一款超级电池Power Paper，又称“纸电池”，该电池打破四项世界纪录，因拥有极其轻薄的厚度，并具有极佳的延展性和稳固性，反复经过多次折叠依然能保持良好状态。电池虽小，但其容量为26800毫安，约为iPhone电池容量的十倍，以保障手机具有持久的续航。而根据微软公布的消息，这是一种包含了柔性正电极和柔性负电极的电化学能量存储单元。正负电极都会在柔性的金属丝网上部署镓基液态金属。电化学能量存储单元还包括膜，该膜具有与柔性正电极接触的表面和与柔性负电极接触的相对表面，其结构简图如下图所示： 下列说法不正确的是： A．由元素周期表可知，氢氧化镓能和苛性钠、苛性钾溶液反应；而纸电池具有柔韧性更好、容量更高、厚度更薄、延展性更好、稳固性更高等一系列的优点。 B．若正极为铜片，负极分别是锌片和另一种银白色金属片，以NaCl溶液为电解液时，发现电流表指针的偏转方向相反，则另一种银白色金属片可能是银片。 C．此纸电池负极材料可以是铝片，正极材料可以是石墨片，若此原电池的电解液为NaOH溶液，其电极反应的负极反应式为：Al-e-+2OH-= AlO+H2O。 D．原电池有携带方便、不需维护、可长期(几个月甚至几年)储存或使用等优点，但非氧化还原反应也可以设计成原电池，由此可得出原电池不等于化学电池。 8．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）如图是一新型绿色电池的结构示意图，其中使用了最新研发的Rh SANs(单原子纳米酶)作为电极活性物质的催化剂，使葡萄糖和氧气之间的反应顺利地组成了原电池，葡萄糖反应后变为葡萄糖酸。下列说法错误的是    A．Rh SANs可以降低葡萄糖还原的活化能 B．该电池可以直接从日常生活中常见的饮料中收集燃料 C．理论上，每反应1 mol共有2 mol葡萄糖被氧化 D．Rh SANs是需要附载在正极上 9．（2024高三下·浙江·竞赛）世博会中国馆建筑使用光伏并网发电，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最，通过并网，使用半导体照明(LED)。已知发出白光的LED是由GaN芯片和钇铝石榴石(YAG，化学式：Y3Al5O12)芯片封装在一起做成的。下列有关叙述正确的是 A．光伏电池是将太阳能直接转变为电能 B．N型半导体以电子导电为主，P型半导体以空穴导电为主 C．电流从a流向b，Р型半导体为负极 D．LED中的Ga和Y都显＋3价 10．（2020高一·浙江温州·竞赛）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如下图所示。若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的(羟基自由基)；若上端开口关闭，可得到强还原性的(氢原子)。下列说法正确的是 A．上端开口关闭，不鼓入空气时，正极的电极反应式为 B．上端开口打开，并鼓入空气时，每生成转移电子数目为 C．铁碳微电解的工作原理基于电化学、氧化还原、物理吸附等共同作用对污水进行处理 D．用该技术处理含有草酸的污水时，上端应打开 11．（2021高二上·浙江宁波·竞赛）反电渗析是用离子交换膜将海水与淡水隔开，阴阳离子在溶液中定向移动将盐差能转化为电能的电池，原理如图所示。下列叙述错误的是 A．电流由钛电极经负载、石墨电极、电解质溶液回到钛电极 B．CM膜为阳离子交换膜，AM膜为阴离子交换膜 C．该电池经过放电后，ac 出口变为淡水，bd出口变为海水 D．该装置由于未涉及化学能转换，故不是有效的电池 12．（2023高二上·江苏·竞赛）锂硫电池由金属锂阳极、硫复合阴极、电解液等组成。下列说法不正确的是 A．该电池的电解液可以使用水溶液 B．阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为 C．阴极反应总方程式为： D．由于硫导电率低，不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成 13．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）H2／空气燃料电池是以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，通过氢气燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。由于其优点(零排放、高效率和广泛应用)，H2／空气燃料电池引起了全球工业界和政府的极大兴趣。如下是两种H2／空气燃料电池的结构示意图，下列说法错误的是 A．PEMFC中负极： B．AEMFC中正极： C．PEMFC中，理论上导线内每转移1 mol e－，就有1 mol H+穿过PEM D．AEMFC中，理论上导线内每转移1 mol e－，就有11.2 L气体在正极被消耗(标准状况) 14．（2007高一·北京·竞赛）电解质溶液A：25gCuSO4·5H2O + 4mL浓H2SO4 + 200mL H2O 电解质溶液B：16gCuCl+ 100mL浓HCIl+ 100mL H2O + 4g铜粉 以铜为电极，通电电解串联的两个电解槽(分别盛电解质溶液A和电解质溶液B)。正极质量改变如下表所示： 电解前质量/g 电解后质量/g 改变量/g 电解质液A 正极 7.4 7.3 -0.1 负极 7.5 7.6 0.1 电解质液B 正极 7.4 7.2 -0.2 负极 7.3 7.5 0.2 （1）正极质量改变不同的原因 。 （2）电解质液中加铜粉的原因是 。 （3）从理论上讲，电解过程铜粉质量不会改变，为什么？实际情况如何 。 15．（2019高一下·河南鹤壁·竞赛）世界能源消费的90%以上依靠化学技术。其中清洁燃料氢气（H2）和甲醇（CH3OH）是研究的热点。 （1）工业制氢有多种渠道： ①其中一个重要反应是：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）   △H。 已知： C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）     △H1=-394kJ/mol 2C（s，石墨）+O2（g）=2CO（g）   △H2=-222kJ/mol H2（g）+O2（g）=H2O（g）       △H3=-242kJ/mol 则△H= kJ/mol。 ②一种“金属（M）氧化物循环制氢”的原理如图1所示。写出该流程制氢的总反应式： 。 ③氢气可用于制备H2O2。已知：H2（g）+A（l）=B（l）   △H1、O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l）   △H2，这两个反应均为放热反应，则H2（g）+O2（g）=H2O2（l）的△H 0（填“＞”、“＜”或“=”）。氢气可用于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式： 。 （2）图-2为一定条件下1molCH3OH（甲醇）与O2反应时生成CO、CO2或HCHO（甲醛）的能量变化图，反应物O2（g）和生成物H2O（g）略去。如有催化剂，CH3OH与O2反应的主反应式为： ；HCHO发生不完全燃烧的热化学方程式为： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题05 化学能与电能 模块一：竞赛技巧总结 模块二：易错试题精选 模块三：培优试题精选 模块四：竞赛真题精选 竞赛技巧1 原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ②根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 竞赛技巧2 “三步”突破原电池电极反应式的书写 第一步：分析氧化还原反应：根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目，需遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）。 第二步：注意电解质溶液环境：分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式，例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 第三步：合并正、负电极反应：调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式。 竞赛技巧3 如何利用氧化还原反应设计原电池 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。 3.原电池的表示方法： 原电池可以用简单的符号表示，称为电池符号（或电池图示）。在电池符号中，将负极写在左边，正极写在右边，用单竖线表示相与相间的界面，用双竖线表示盐桥，有些原电池需要用铂片或石墨作电极。 例如利用2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计的单液原电池的符号可表示为：Fe(s)∣FeCl3(c)∣C(s)。如果设计成双液原电池则可表示为Fe(s)∣FeCl2(c1)‖FeCl3(c2)∣C(s)。 竞赛技巧3 原电池的电动势 原电池的两极用导线连接时有电流通过，说明两极之间存在着电势差在外电路电流趋于零时，用电位计测定正极与负极间的电势差，用表示原电池的电动势等于正极的电极电势与负极的电极电势之差： =－ 原电池的电动势与系统的组成有关。当原电池中的各物质均处于标准态时，测得的原电池的电动势称为标准电动势，用表示。 =－ 例如，25℃在铜–锌原电池中，当c(Cu2+) =1.0 mol·L－1 , c(Zn2+) =1.0 mol·L－1时，测得的电池电动势=1.10 V。 （3）原电池的电动势与反应的Gibbs函数变 热力学研究表明，在恒温恒压下，反应系统Gibbs函数变等于系统能做的最大有用功，即： △r=                 对于原电池反应来说，系统所能做的最大有用功就是电功。根据物理学原理，电功等于通过的电量Q与电动势的乘积： = – = – 式中，F为Faraday常量，F = 96485 C·mol－1，z为电池反应转移的电子数。由上述两式得： △r= –                 如果电池反应是在标准状态下进行，则 △r= – 根据△r= –，若已知电池电动势，可以求出电池反应的Gibbs函数△r；反之亦然。 竞赛技巧4 电极电势及其应用 1.电极电势的产生 原电池的电动势是组成原电池的两个电极电势之差。每个电极的电势是如何产生的呢？以金属电极为例，将金属浸入其盐溶液时，在金属与其盐溶液接触的界面上会发生金属溶解和金属离子沉淀两个不同的过程： M(s) M2+(aq) + z e－ 当这两个过程速率相等时，达到动态平衡。如果是较活泼的金属(如锌)，金属表面带负电荷，而靠近金属的溶液带正电荷，形成了双电层，产生了电势差，称为电极电势。对于不活泼的金属(如铜)，则情况刚好相反，金属表面带正电荷，而靠近金属的溶液带负电荷。但也形成双电层，产生电极电势。 电极电势的绝对值尚无法测定。通常要选定一个参比电极，以其电极电势为基准，与其他电极相比较，从而确定其他电极的电极电势相对值。通常选取的参比电极是标准氢电极。 2.标准电极的确定 ①标准氢电极  将镀有一层海绵状铂黑的铂片浸入H+浓度为1.0 mol·l－1的酸性溶液中，不断通入压力为100 kPa的纯净氢气。铂黑吸附氢气达到饱和。这样的氢电极即为标准氢电极，电极反应为： 2H+(aq) + H2(g) 规定在298.15 K时，其标准电极电势为零，即= 0  ②甘汞电极 实际应用中常常使用甘汞电极作参比电极。甘汞电极的电极反应为： Hg2Cl2(s) + 2e－ 2Hg(l) + 2Cl－(aq) 饱和甘汞电极的电极电势为0.2415 V。 ③其他标准电极电势的确定 通过实验测定某电极标准电极电势的方法是：以标准氢电极为负极，待测标准电极为正极组成原电池，测定该电池的标准电池电动势。由于标准氢电极电势为零，所以测得的标准电池电动势在数值上就等于待测电极的标准电极电势。例如，将标准氢电极与标准铜电极组成原电池： Pt∣H2(100kPa)∣H+(1.0 mol·l－1)‖Cu2+(1.0 mol·l－1)∣Cu(s) 测得标准电池电动势= 0.340 V 由于 =－=－= 所以 = 0.340 V 由于铜电极为正极，其电极反应为还原反应： Cu2+(aq) + 2e－ Cu(s) 所以实验测得的标准电极电势为标准还原电极电势。 同理，可以确定标准锌电极电势 = – 0.762 V 按照此方法，可以测定许多电对的标准还原电极电势。在无机化学教材的附表或化学手册中可以查到298.15K时常用标准还原电极电势的数据。 3、Nernst方程式及其应用 ①Nernst方程式 影响电极电势的因素有浓度、压力和温度等。 （a）电池反应的Nernst方程式 对于原电池反应 △r(T ) = –(T )  △r(T ) = –(T ) 代入等温方程式得： △r(T ) = △r(T ) + RT lnJ –(T ) = –(T ) + RT lnJ 即 (T ) = (T ) － 此式称为电池反应的Nernst方程式。式中，J为电池反应的反应商，z为电池反应中转移电子数。由此式可以看出浓度、压力和温度对电池电动势的影响。应当注意，也随温度的变化而改变。 298.15 K时，Nernst方程式为： (298.5 K ) = (298.5 K) － 利用此式可以计算298.15 K时的非标准电池电动势。 （b）电极反应的Nernst方程式 对于电极 氧化型 + ze－ 还原型 标准状态时 △r = – 非标准状态时 △r= – 代入等温方程式得： 298.15K时 利用此式，可以计算298.15K时非标准态时的电极电势。应该注意，z为电极反应转移电子数。c(氧化型)包括电极反应中氧化型一侧各物种的浓度幂，c(还原型)包括电极反应中还原型一边各物种的浓度幂。 由电极反应的Nernst方程式可以看出：c(氧化型)增大，电极电势增大；c(还原型)增大，电极电势减小。 ②生成沉淀或配合物对电极电势的影响 在电极反应中，加入沉淀试剂或配位剂时，由于生成沉淀或配合物，会使离子的浓度改变，结果导致电极电势发生变化。 （a）沉淀的生成对电极电势的影响 Ag+/Ag电对为例。298.15K时，=0.799 V 相应的电极反应为：Ag+(aq) + e－ Ag(s) 其Nernst方程式为： =+0.0592 lg 若加入NaCl，生成AgCl沉淀。 =1.8×10–10， 代入上述Nernst方程， 当c(Cl-) = 1.0mol·l–1时, = 0.799V + 0.0592 ln1.8×10－10 = 0.222 V 由此可见，当氧化型生成沉淀时，使氧化型离子浓度减小，电极电势降低。 这里计算所得E(Ag+/Ag)值，实际上是电对AgCl/Ag的标准电极电势，因为当c(Cl－) = 1.0mol·L－1时，电极反应： AgCl(s) + e – Ag(s) + Cl－(aq) 处于标准状态。由此可以得出下列关系式： 很显然，由于氧化型生成沉淀，则 当还原型生成沉淀时，由于还原型离子浓度减小，电极电势将增大。当氧化型和还原型都生成沉淀时，若＜，则电极电势减小。反之，则电极电势变大。 （b）配合物的形成对电极电势的影响 以电对Cu2+/Cu为例，298.15K时， Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 若加入过量氨水时，生成[Cu(NH3)4]2+，当c(Cu(NH3)) = c(NH3) = 1.0 mol · L–1 时， == 代入Nernst方程得： = 0.340 V + = – 0.392 V 即 – 0.392 V 当电对的氧化型生成配合物时，使氧化型离子的浓度减小，则电极电势变小。 同理可以推知： = 0.1607 V + 0.0592V lg6.91×104 = 0.447 V 当电对的还原型生成配合物时，使还原型离子的浓度减小，则电极电势增大。 当氧化型和还原型都生成配合物时，若（氧化型）＞（还原型）则电极电势变小；反之，则电极电势变大。 4、电极电势的应用 （1）判断氧化剂、还原剂的相对强弱 氧化剂是电对中的氧化剂，还原剂是电对中的还原剂。根据标准电极电势的大小，可以判断氧化剂、还原剂的相对强弱。E 愈大，电对中氧化型的氧化能力愈强，是强的氧化剂；E 愈小，电对中还原型的还原能力愈强，是强的还原剂。 在标准电极电势数据表中，电极反应为还原反应，即 氧化型 + ze – 还原型 排在最前面的最小，其还原型Li 是最强的还原剂；排在最后面的电对F2 / HF的最大，其氧化型F2是最强的氧化剂。 （2）判断氧化还原反应的方向 判断化学反应自发进行方向的判据是。对于氧化还原反应，由于与EMF 之间的关系为：= 所以可以用EMF 代替判断反应的方向。 ＞0 反应正向进行 ＜ 0 ＜0 反应逆向进行 ＞ 0 = 0 反应应处于平衡状态 = 0 又由于= 若使E ＞0，则必须，即氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的电极电势。 E 大的电对的氧化型作氧化剂， E 小的电对的还原型作还原剂，两者的反应自发地进行。氧化还原反应的方向可以表示为： 强氧化型（1）+ 强还原型（2）= 弱还原型（1）+ 弱氧化型（2） 从标准电极电势表中查得的能用于计算。但严格地说，只能用于判断标准状态下的氧化还原反应的方向。如果用判断非标准状态下的氧化还原反应的方向，有如下经验规则： ＞0.2 V 反应正向进行 ＜－0.2 V 反应逆向进行 若 －0.2 V ＜＜ 0.2 V，因为浓度的影响，反应可能正向进行也可能逆向进行，所以必须计算出，用以判断反应的方向。 （3）确定氧化还原反应的限度 氧化还原反应的限度即为平衡状态，可以用其标准平衡常数来表明。氧化还原反应的标准平衡常数与标准电池电动势有关，即与相关的电对的标准电极电势有关。由： 和 = – 可得： （10-11） 298.15K时： 根据氧化还原反应方程式，确定正极和负极（方程式左边的氧化剂电对为正极，还原剂电对为负极），计算标准电池电动势：=   代入上式即可计算氧化还原反应的标准平衡常数。愈大，反应正向进行的程度愈大。 例如：试估计反应： Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 在298K下进行的限度。 化学反应进行的限度可以由它的标准平衡常数来评价。 Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) = = 0.3394V－(－0.7621V) = 1.1015 V    值很大，说明反应向右进行得很完全。 由于生成难溶化合物、配合物、弱电解质会影响有关电对的电极电势，所以根据氧化还原反应的标准平衡常数与标准电池电动势间的定量关系，可以通过测定原电池电动势的方法来推算难溶电解质的溶度积、配合物的稳定常数、弱电解质的解离常数等。 例如 298K时，下列电极反应的标准电极电势： Ag+(aq) + e－ Ag(s) E0 = 0.7991 V [Ag(NH3)2]+(aq) + e－ Ag(s) + 2NH3(aq) E0 = 0.3719 V 试求出 以给出的两电极反应组成原电池，电池反应为： Ag+(aq) + 2NH3(aq) [Ag(NH3)2]+ (aq) K0 = = lg K0 = K0 = =1.64×107 （4）元素电势图 许多元素具有多种氧化值，不同氧化值的物种可以组成电对。将某种元素不同氧化值的物种从左到右按氧化值由高到低的顺序排成一行，每两个物种间用直线连接表示一个电对，并在直线上标明此电对的标准电极电势的数值。这种图称为元素电势图。例如，酸性溶液中氧元素的电势图如下： 1.229 O2 H2O2 H2O 0.6945 1.763 碱性溶液中氧的元素电势图为： 1.229 O2 HO OH– 0.6945 1.763 元素电势图简明、直观地表明了元素各电对的标准电极电势，对于讨论元素各氧化值物种的氧化还原性和稳定性非常重要和方便，在元素化学中得到广泛的应用。 ①判断氧化还原反应能否发生 某元素中间氧化值的物种发生自身氧化还原反应，生成高氧化值物种和低氧化值物种，这样的反应叫做歧化反应。例如：2H2O2 2H2O + O2 相反，由同一元素的高氧化值物种和低氧化值物种生成中间氧化值物种的反应叫做反歧化反应。例如：Hg2+ + Hg Hg 在标准状态下，歧化反应能否发生可用元素电势图来判断。 例如 根据铜元素在酸性溶液中的有关电对的标准电极电势，画出它的电势图，并推测在酸性溶液中Cu+ 能否发生歧化反应。 在酸性溶液中，铜元素的电势图为： 铜的电势图所对应的电极反应为： Cu2+(aq) + e－ Cu+(aq) E0 = 0.1607 V ① Cu+(aq) + e－ Cu (s) E0 = 0.5180 V ② ①－② 得 2 Cu+(aq) Cu2+(aq) + Cu (s) ③ = ＞ 0，反应③能从左向右进行，说明Cu+ 在酸性溶液中不稳定，能够发生歧化。 推广到一般情况，如某元素的电势图如下： A B C 如果＞，即＞，则较强的氧化剂和较强的还原剂都是B，所以B会发生歧化反应。相反，如果＜，则标准状态下B不会发生歧化反应，而是A与C发生反歧化反应生成B。 ②计算某些未知的标准电极电势 在一些元素电势图上，常常不是标出所有电对的标准电极电势，但是利用已经给出的某些电对的标准电极电势可以很简便地计算出某些电对的未知标准电极电势。如果某元素的电势图为：A B C D z1 z2 z3 （z x） 相应的各电极反应及与的关系为： A + z1e－ B = B + z2e－ C = +) C + z3e－ D = A + zxe－ D = 由于 = ++ 即 = 所以 根据此式，可以由元素电势图上的相关数据计算出所需要的未知标准电极电势。应该注意，这里 。 1．某同学设计了下图所示两个实验装置(图I､图II中除连接的铜棒不同外，其他均相同)，有关说法正确的是 A．图I中温度计的示数高于图II的示数 B．图I和图II中温度计的示数相等，且均高于室温 C．图I中锌棒溶解的速率比图II的快 D．图I和图II的气泡均产生于锌棒表面 【答案】A 【解析】A项，图Ⅰ中为Zn和稀硫酸反应，为放热反应，图Ⅱ中构成原电池，化学能没有全部转化为热能，大多数转化为电能，所以图Ⅰ温度计示数高于图Ⅱ，正确；B项，图Ⅱ因构成原电池，大部分化学能转化成电能，温度计的示数低于图Ⅰ，错误；C项，图Ⅱ中构成原电池，反应速率更快，锌棒溶解速率更快，错误；D项，图Ⅰ气泡产生于锌棒表面，图ⅡCu为正极，气泡产生于Cu表面，错误。 2．用导线相连的铁片与铜片同时浸泡在溶液中，下列说法正确的是 A．电流从铜片流出，经导线流向铁片 B．电子从铁片流出，经溶液转移到铜片 C．铁片发生氧化反应，因此是阳极 D．溶液中减少，而增多 【答案】A 【解析】用导线相连的铁片与铜片同时浸泡在溶液中，构成原电池，铁作负极，铜作正极，负极铁失电子变为亚铁离子，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极铜离子得电子变为单质铜，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu。 A．电流由正极经导线流向负极，即电流从铜片流出，经导线流向铁片，A正确；B．电子从负极经导线流向正极，即电子从铁片流出，经导线转移到铜片，电子不能经过电解质溶液，B错误；C．铁失电子，作还原剂，发生氧化反应，作负极，C错误；D．原电池的总反应为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，溶液中Cu2+减少，Fe2+增多，D错误；答案选A。 3.在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是(　　) A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大 B．a是正极，b是负极 C．导线中有电子流动，电子从a极到b极 D．a极上发生了氧化反应 【答案】B 【分析】a的金属性比氢要强，b为碳棒，所以a是负极，b碳棒是正极； 【解析】A．碳棒是正极，在正极发生的反应是：2H++2e-=H2↑，溶液中的氢离子浓度减少，溶液的pH变大，故A正确；B．a的金属性比氢要强，b为碳棒，所以a是负极，b碳棒是正极，故B错误；C．在原电池的外电路中，电子由负极经导线流向正极，即电子从a极经导线到b极，故C正确；D．a的金属性比氢要强，b为碳棒，所以a是负极，负极上发生金属失电子的氧化反应，故D正确；答案选B。 4.如图所示装置中，观察到M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是 选项 M N P A 银 锌 硝酸银溶液 B 铜 铁 稀盐酸 C 锌 铜 稀硫酸溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 【答案】A 【解析】该装置没有外接电源，所以是原电池，负极材料比正极材料活泼，且负极材料是随着反应的进行质量减少，正极材料质量增加，根据题意可知，N极是负极，M极是正极，N极材料比M极活泼，以此来解析；A．N为锌，M为银，N极材料比M极材料活泼，M极上有银析出，所以M质量增加，A符合题意；B．M极发生的反应为2H++2e-=H2↑，有气体生成，M质量不变，B不符合题意；C．M为锌，N为铜，M极材料比N极活泼，C不符合题意；D．M为锌，N为铁，M极材料比N极活泼，D不符合题意；故选A。 5.某化学兴趣小组为了探索电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下： 实验编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Mg、Al 稀盐酸 指向铝 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向铜 3 A1、石墨 稀盐酸 偏向石墨 4 Mg、Al NaOH溶液 偏向镁 根据上表中记录的实验现象，下列说法不正确的是 A．实验1中铝电极上发生还原反应 B．实验2中电子从铝片经导线流向铜片 C．实验2和3都是A1做负极，实验1和4都是Al做正极 D．实验3正极的电极反应为2H＋＋2e－＝H2↑ 【答案】C 【解析】A项，实验1中电解质溶液为稀盐酸，则根据金属活动性Mg＞Al，则金属Mg做负极材料，化合价升高失去电子发生氧化反应，金属Al为正极发生还原反应，正确；B项，实验2中电解质溶液为稀盐酸，则金属Al为负极，化合价升高失去电子，则电子从负极经过导线流向正极，正确；C项，实验2中金属Al为负极，实验3中金属Al为负极，实验1中金属Al为正极，实验4中金属Al为负极，错误；D项，实验3正极为石墨，电解质溶液为稀盐酸，则溶液中的H＋在石墨电极上变为氢气，正极的电极反应式为：2H＋＋2e－＝H2↑，正确。 6.下列说法正确是 A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池 B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C．化学电池的反应原理是氧化还原反应 D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2 【答案】C 【解析】A项，镍氢电池、锂离子电池为二次电池，碱性锌锰干电池为一次电池，错误；B项，燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，错误；C项，化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，正确；D项，铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极；PbO2被还原，为原电池的正极，错误。 7.某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，该电池用30% H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法正确的是 A．该电池工作时，正极区域溶液pH上升 B．a电极为负极，发生还原反应 C．正极上反应的电极反应式为：O2+2H2O+4e− = 4OH− D．该电池能够将化学能全部转化为电能且产物是水，属于环境友好电池 【答案】A 【解析】A．正极上反应的电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，氢离子浓度减小，该电池工作时，正极区域溶液pH上升，A正确；B．该装置为原电池，通入氢气的为负极，a电极为负极，失电子，发生氧化反应，B错误；C．多孔金属b通入氧气，氧气发生得电子的还原反应，做正极，酸性条件下，正极上反应的电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，C错误；D．该电池能量转化率高，但不能全部转化，且产物是水，属于环境友好电池，D错误；答案选A。 8.图为原电池装置，有关叙述错误的是 A．锌是负极，其质量不断减小 B．铜极上发生还原反应 C．电子在电解质溶液内部向负极移动 D．将铜电极换成石墨碳棒也能形成原电池 【答案】C 【解析】该装置为原电池装置，存在自发进行的反应，锌失去电子，发生氧化反应，为负极，铜为正极。 A． 锌是负极，负极反应式为，其质量不断减小，故A正确；B． 铜极为正极，发生还原反应，故B正确；C． 电子在导线中移动，不进入电解质溶液，故C错误；D．将铜电极换成石墨碳棒，原电池反应仍然为，故也能形成原电池，故D正确；故选C。 9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法中不正确的是 A．由、稀组成原电池，放电时向电极移动 B．由溶液组成原电池，其负极反应式为 C．由溶液组成原电池，其负极反应式为 D．由、浓硝酸组成原电池作电源，其负极反应式为 【答案】C 【解析】A．由、稀组成原电池，锌和稀硫酸发生氧化还原反应，铜和稀硫酸不反应，所以锌作负极，铜作正极，电解质溶液中的阴离子移向负极锌，A正确；B．溶液组成原电池，铝和氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，镁和氢氧化钠溶液不反应，所以铝是负极，镁是正极，其负极反应式为，B正确；C．由溶液组成原电池，铁和铜都与氯化铁反应，但铁的活动性比铜强，所以铁作负极，铜作正极，其负极反应式为，C错误；D．由、、浓硝酸组成原电池，铝在浓硝酸中发生钝化，铜和浓硝酸能自发地进行反应，所以铜作负极，铝作正极，其负极反应式为，D正确；故选C。 10．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 A．产生气泡的速率甲比乙慢 B．两烧杯中溶液的酸性均减弱 C．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极 D．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 【答案】B 【解析】A．甲构成原电池，产生气泡的速率甲比乙快，故A错误；B．两烧杯中的总反应都是，硫酸浓度减小，溶液的酸性均减弱，故B正确；C．甲构成原电池，锌的活泼性大于铜，甲中铜片作正极；乙没有构成原电池，故C错误；D．甲构成原电池，锌的活泼性大于铜，甲中铜片作正极，正极反应为，甲中铜片表面有气泡产生，故D错误；选B。 11.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（　　） A．滴加少量CuSO4溶液 B．不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸 C．对该反应体系加热 D．不用铁片，改用铁粉 【答案】B 【解析】A、滴加少量CuSO4溶液，铁置换出Cu，构成Fe、Cu原电池，从而加快了生成氢气的反应速率，故A不符合题意；B、因浓硫酸具有强氧化性，铁与浓硫酸常温下会印化，不能生成氢气，故B符合题意；C、因加热时反应体系的温度升高，则化学反应速率加快，故C不符合题意；D、改用铁粉，增大了铁与硫酸反应的接触面积，则反应速率加快，故D不符合题意；故选B。 12．某化学小组为了探究原电池的基本原理，设计装置如图。下列相关分析错误的是 A．电池工作时，石墨电极发生反应：Ag＋＋e－＝Ag B．电池中Cu块取出前后灯泡亮度会发生变化 C．一段时间后铜块无明显变化 D．Zn为该电池的负极，发生氧化反应 【答案】C 【解析】A项，锌是活泼金属，锌能与硝酸银反应生成，锌是负极、石墨是正极，电池工作时，石墨电极发生反应：Ag＋＋e－＝Ag，正确；B项，电池中Cu块取出前，锌是负极、石墨是正极，中央铜块的左端为正极、右端为负极，形成2个原电池串联供电；电池中Cu块取出后，是1个原电池供电，所以灯泡亮度会发生变化，正确；C项，中央铜块的左端为正极、右端为负极，正极发生反应Ag＋＋e－＝Ag，负极反应为Cu－2e－＝Cu2＋，一段时间后铜左端有银白色金属银生成，右端溶解，溶液变蓝，错误；D项，锌是活泼金属，锌能与硝酸银反应生成，锌是负极，发生氧化反应，正确。 13.有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是 A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c 【答案】B 【解析】将 a 与 b 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a 不断腐蚀，说明b是正极，因此活泼性是a＞b；将 a、d 分别投入等浓度盐酸中，d比 a 反应剧烈，说明金属活动性d＞a；活泼的金属可以将不活泼的金属从其盐溶液中置换出来，所以活泼性是b＞c，综合以上可知活动性由强到弱顺序是：d>a>b> c，答案选B。 14.完成下列问题 （1）如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。 请回答下列问题： ①当电极a为Al、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为____________________，当电路中有0.2 mol电子通过时，负极的质量减少________ g。 ②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该装置________(填“能”或“不能”)形成原电池，若不能，请说明理由，若能，请指出正、负极：_______________________________。 （2）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流表。 ①锌片上发生的电极反应为_______________________________; ②银片上发生的电极反应为_______________________________。 ③若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算： a．产生氢气的体积(标准状况)________。 b．通过导线的电量________。(已知 NA＝6.02×1023 mol－1，电子电荷为1.60×10－19 C) 【答案】（1）①2H＋＋2e－===H2↑(3分)　1.8 ②能(1分)　正极为镁，负极为铝 （2）①Zn－2e－===Zn2＋　②2H＋＋2e－===H2↑ ③a．4.48 L　b．3.9×104 C (3分) 【解析】（1）①a为Al，b为Cu，电解质溶液为稀硫酸时，电池总反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，当转移0.2 mol电子时，负极反应的Al的质量为 m(Al)＝ mol×27 g·mol－1＝1.8 g；②当a为Al，b为Mg，电解质溶液为NaOH溶液时，电池总反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，负极为Al，正极为Mg。（2）①在锌片、银片、稀硫酸组成的原电池中，锌片作负极，其电极反应为Zn－2e－===Zn2＋；②银片作正极，其电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。电池总反应式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。③根据电极反应式找出已知量与电量之间的定量关系进行计算。a．锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气在标准状况下的体积为 x 。 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 65 g　　 　　　　22.4 L (60－47) g　　　　x x＝4.48 L b．反应消耗的锌的物质的量为＝0.20 mol，1 mol Zn变为Zn2＋时，转移2 mol e－，则导线中通过的电量为0.20 mol×2×6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C≈3.9×104 C。 15．完成下列问题。 （1）若需将反应：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如下图所示的原电池装置。则A(正极)极材料为_____，B(负极)极材料为____，溶液C为___________，A(正极)电极上发生反应的类型为_____(填“氧化”或“还原”)反应，B(负极)电极上发生的电极反应为_____________，当有1.6g铜溶解时，通过外电路的电子的物质的量为___________。 （2）某种氢氧燃料电池是用稀硫酸作电解质溶液，其装置如下图。则电极a是电池的__(填“正”或“负”)极，该电池正极的电极反应式为___________________________。 【答案】（1）石墨     Cu     FeCl3溶液     还原     Cu-2e-=Cu2+     0.05 mol （2）负     O2+4H++4e-=2H2O 【解析】（1）要将反应：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池，在该反应中Cu失去电子发生氧化反应；Fe3+得到电子发生还原反应产生Fe2+，若A为正极，则A电极材料应该是活动性比Cu的导体，可以是石墨电极；B电极为负极，电极材料是Cu，溶液C为含有Fe3+的溶液，可以是FeCl3溶液；A电极为正极，发生还原反应；B电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：Cu-2e-=Cu2+；1.6 g Cu的物质的量是n(Cu)=，由于Cu是+2价金属，因此电池工作过程中电子转移的物质的量为n(e-)=0.025 mol×2=0.05 mol；（2）根据图示可知：a电极通入H2，失去电子发生氧化反应，所以a电极为负极，a电极反应式为：H2-2e-=2H+；b电极上通入O2，O2得到电子，发生还原反应，所以b电极为正极，正极上O2得到电子后与溶液中的H+结合形成H2O，故正极的电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O。 1．我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，实现了合成氨和对外供电，其工作原理如图所示。已知双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。下列说法正确的是 A．电子由Zn/ZnO电极流出 B．电池工作时NaOH和Na2SO4溶液浓度均不变 C．Zn/ZnO电极表面发生的反应为Zn-2e-＝Zn2+ D．当电路通过2mole-时，整个电池系统增重6.0g 【答案】A 【分析】分析工作原理图，NO→NH3过程中，N元素化合价由+2价变为-3价，N元素得到电子发生还原反应，则可知MoS2电极为正极，Zn/ZnO电极为负极，发生氧化反应，据此分析。 【解析】A．在原电池中，电子由负极流向正极，由分析可知，Zn/ZnO电极为负极，电子由Zn/ZnO电极流出，A项正确；B．由分析可知，Zn/ZnO电极为负极，负极锌失去电子生成氧化锌，正极一氧化氮得到电子生成氨气，双极膜中OH-和H+分别向负极、正极移动，补充消耗的阴、阳离子，两电极均有水生成，溶液体积变大，则NaOH溶液和Na2SO4浓度均变小，B项错误；C．Zn/ZnO电极为负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-＝ZnO+H2O，C项错误；D．分析原电池工作原理图，可知在反应过程中，电池系统Δm=m (NO)-m (NH3)。原电池中正极的电极反应式为NO+5e-+5H+＝NH3+H2O，由反应式可知，1molNO转化为1molNH3，转移5mol电子，整个电池系统质量会增大30g-17g=13g，故当电路通过2mole-时，理论上可以转化的物质的量为0.4mol，整个电池系统质量会增大0.4×13g=5.2g，D项错误；答案选A。 2．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，实现的再利用。电池的总反应为：（已知：质子交换膜仅允许通过），下列说法正确的是 A．该装置的电解质溶液可能为 B．电子从GaN电极流出经过电解质溶液到Cu电极 C．理论上生成11.2L质子交换膜通过 D．Cu电极上发生的电极反应是： 【答案】D 【分析】由图可知，氮化镓电极为原电池的负极，太阳光作用下水在正极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，铜电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为。 【解析】A．铜能与硝酸反应，所以原电池中的电解质不能选择硝酸，故A错误；B．电解质溶液不能传递电子，故B错误；C．缺标准状况下，无法计算11.2L氧气的体积和通过质子交换膜的氢离子数目，故C错误；D．由分析可知，铜电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为，故D正确；故选D。 3．我国科学家研发了一种室温下可充电的电池，如题图所示。放电时，与C均沉积在碳纳米管上。下列说法不正确的是 A．放电时，转移0.2mol电子，碳纳米管电极增重10.6g B．放电时，电池的总反应为： C．充电时，阴极电极反应式为： D．充电时，电源b极为正极，向钠箔电极移动 【答案】A 【分析】放电时，钠为负极，负极反应式为，碳纳米管为正极，正极反应式为；充电时，钠为阴极，阴极反应式为，碳纳米管为阳极，阳极反应式为，据此分析。 【解析】A．放电时，正极反应式为，由于碳酸钠和C均沉积在碳纳米管，当转移0.2mol电子时，沉积0.05molC和0.1mol碳酸钠，总质量为0.05×12+0.1×106=11.2g，A错误；B．放电时Na为负极，反应式为，正极吸收CO2，反应式为，则总反应方程式为，B正确；C．充电时，Na为阴极，阴极反应为，C正确；D．结合分析可知，充电时右侧为阳极，则b为电源正极，Na+向钠箔电极(阴极)移动，D正确；故选A。 4．我国科学家设计的“海泥电池”工作原理如图所示，其中微生物代谢产物显酸性。下列说法正确的是 A．电极A上发生氧化反应 B．负极的电极反应式为 C．质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动 D．微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 【答案】D 【分析】由图可知，A电极上氧气得电子生成水，则 A为正极，电极反应为，B电极上失电子生成S，则B电极为负极，负极反应式为，微生物作用下发生的反应为 ，据此分析解答； 【解析】A．由分析可知，A为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，负极的电极反应式为，B错误；C．原电池工作时，阳离子向正极移动，则向海水层移动，C错误；D．微生物代谢反应为，是 氧化剂，是还原剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2，D正确；故选D。 5．一种新型原电池的工作原理如图所示。已知工作时两极室均无气体生成，阴离子交换膜只允许通过。下列说法错误的是 A．工作时，甲室溶液pH减小 B．电子由n极经外电路流向m极 C．每转移时，乙室溶液质量增加24 g D．电池总反应式为 【答案】A 【分析】在原电池装置中，阴离子向负极移动，电极n为负极，电极m为正极，n极的电极反应式为：，m极的电极反应式为：，据此作答。 【解析】A．工作时甲室中，m极的电极反应式：，消耗氢离子、生成水，溶液增大，故A错误；B．电极n为负极，电极m为正极，电子从负极经过导线、负载流向正极，故B正确；C．每转移时，有通过阴离子交换膜进入乙室，乙室质量增加，故C正确；D．根据正、负电极反应式可知，总反应的离子方程式为H++OH-=H2O，则电池总反应式为，故D正确；故答案选A。 6．酸性水系锌锰电池在家庭和工业领域被广泛应用，放电时总反应的离子方程式为：，放电时电极上的易剥落，会降低电池效率，向体系中加入少量KI固体可以提高电池的工作效率，原理如图所示。下列说法不正确的是 A．加入KI后发生反应为： B．放电时，电子由锌电极经负载流向碳电极 C．放电时，若消耗1molZn，正极区电解质溶液理论上增重89g D．放电时，通过质子交换膜的与生成的的个数之比为4∶1 【答案】D 【分析】Zn电极为负极，发生氧化反应Zn-2e-=Zn2+，含有MnO2的碳电极为正极，发生还原反应MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，MnO2剥落后，影响了反应的进行；加入KI后，提高了电池的工作效率，对应反应的方程式为，，据此分析解题。 【解析】A．加入后，，可以让在正极继续得电子，恢复损失的能量，A正确；B． Zn电极为负极，因此放电时，电子由锌电极经负载流向碳电极，B正确；C．放电时、若消耗即转移2mol电子，2mol H+通过质子交换膜进入正极区域，1mol MnO2溶解，正极区电解质溶液理论上增重，C正确；D．放电时，负极每消耗1mol Zn，转移2mol电子，则会有2mol H+通过质子交换膜进入正极，两者物质的量之比为2∶1，D错误；故选D。 7．近年来电池研发领域涌现出大量纸电池，其组成与传统电池类似，但制作方法和应用范围均比传统电池有很大突破。如图为某种纸电池的结构示意图，通过加入水来激活电池工作。下列说法正确的是 A．石墨作负极材料，发生氧化反应 B．电流从锌片电极流向石墨电极 C．若用镁片代替石墨片，电流表的指针偏转方向与原来的相反 D．每反应锌时，理论上转移电子数为 【答案】C 【分析】该原电池中，锌片作负极，电极反应式为，石墨片作正极，电极反应式为，据此分析解答。 【解析】A．石墨片作正极，水中的氢得电子发生还原反应，A错误；B．由分析可知，石墨为正极，则电流从石墨电极流向锌电极，B错误；C．若用镁代替石墨，则镁为负极，锌片做正极，电流表的指针偏转方向应与原本的相反，C正确；D．锌片作负极，电极反应式为，每反应锌(即)时，理论上转移电子数为，D错误；故选C。 8．肼(N2H4)燃料电池是一种理想的电池，产物无污染，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是 A．当消耗时，负极生成1mol气体 B．电池工作时，负极的pH升高 C．正极反应为 D．X最好用阳离子交换膜 【答案】AD 【解析】A．负极N2H4失电子生成N2，当消耗1molO2时转移4mol电子，根据电子守恒，负极生成1molN2，故A正确；B．电池工作时，负极反应式是，负极的pH降低，故B错误；C．根据图示，正极生成氢氧化钠，正极反应为O2+4e-+2H2O =4OH-，故C错误；D．负极通入氢氧化钠，正极流出氢氧化钠，X最好用阳离子交换膜，故D正确；选AD。 9．为既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，合作小组利用反应设计如下图所示电池（离子交换膜为阴离子交换膜）。下列说法错误的是 A．阴离子通过离子交换膜形成电流 B．电极A为负极，发生氧化反应；电子由电极A经负载流向电极B C．同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 D．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液中增大 【答案】D 【分析】根据化学方程式可知，发生归中反应，NO2中N得电子化合价降低故通入NO2的电极B为正极，正极反应式为：，NH3中N失电子化合价升高，故通入NH3的电极A为负极，负极反应式为：，据此分析； 【解析】A．阴离子通过离子交换膜形成电流，A正确；B．电极A为负极，发生氧化反应；电子由电极A经负载流向电极B，B正确；C．正极反应式为，负极反应式为，转移相同数量的电子时，正极上产生的气体与负极上产生的气体体积比为3∶4，即左右两侧电极室产生的气体体积比为4∶3，C正确；D．负极反应式为，消耗氢氧根离子的同时有等量的氢氧根离子从右往左通过交换膜进入负极区，因此电池工作一段时间后，左侧电极室溶液不变，D错误；故选D。 10．锂—铜空气燃料电池容量高、成本低。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，放电时发生反应；，下列说法不正确的是 A．有机电解质不可以换成溶液 B．放电时，正极的电极反应式为 C．放电时，若有透过固体电解质时，标准状况下参与反应的体积为 D．整个反应过程中，总反应为： 【答案】C 【分析】根据放电过程中总反应：可知，Li元素化合价由0价变为+1价、元素化合价由+1价变为0价，则为负极，电极反应式为，Cu电极为正极，电极反应式为：，放电时电解质中阳离子向正极移动，据此分析解答。 【解析】A．锂与溶液中的水发生反应，不能将有机电解质换成NaCl溶液，A正确；B．正极电极反应式为，B正确；C．带正电荷，应向电源的正极移动，若有透过固体电解质时，标准状况下参与反应的为，体积为0.056L，C错误；D．根据反应的方程式和，可得总的方程式为，D正确；故答案选C。 11．锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为：Li1-xMnO4+xLiLiMnO4，下列有关说法不正确的是 A．放电时电池的正极反应式为：Li1-xMnO4+xLi++xe-=LiMnO4 B．放电过程中，内电路电流方向是从负极到正极 C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作 D．放电时Li+向电池正极方向定向迁移 【答案】C 【解析】A．根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为：xLi-xe-═xLi+，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li1-xMnO4+xLi++xe-═LiMnO4，故A正确；B．放电过程中，外电路电流方向是从正极到负极，内电路电流方向是从负极到正极，故B正确；C．Li能与KOH溶液中的H2O反应，导致电池无法正常工作，故C错误；D．Li+为阳离子，放电时Li+向电池正极方向定向迁移，故D正确；故答案选C。 12．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是 电极反应式 出现的环境 A C2H5OH-12e-+3H2O=CO2↑+12H+ 碱性环境下乙醇燃料电池的负极反应 B O2+2H2O-4e-=4OH- 钢铁吸氧腐蚀的正极反应 C CO-2e-+CO=2CO2 熔融碳酸盐环境下的CO燃料电池负极 D 2H++2e-=H2↑ 用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应 【答案】C 【解析】A．碱性环境下，乙醇燃料电池中，乙醇转化为CO和H2O，电极方程式为C2H5OH－12e－+16OH－=2CO+11H2O，A错误；B．钢铁吸氧腐蚀的正极为O2得到电子，和溶液中的水生成OH－，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，B错误；C．熔融碳酸盐为电解质，CO在反应中失电子转化为CO2，电极方程式为CO－2e－+CO=2CO2，C正确；D．用惰性电极电解H2SO4溶液时，水在阳极放电，电极方程式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，D错误；答案选C。 13．利用下列原电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A．电极A为负极，发生氧化反应 B．电流从电极B经导线流向电极A，再经电解质溶液回到电极B C．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 D．当有4.48L(标准状况)被处理时，转移电子物质的量为0.6mol 【答案】D 【分析】由题干装置图可知，左池通入NH3生成N2，失去电子，电极A为原电池的负极，反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，右池通入NO2生成N2，得到电子，电极B为原电池的正极，反应式为2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，电极A为原电池的负极，发生氧化反应，A正确；B．由分析可知，电极A为负极，电极B为正极，电子有负极A经导线流向正极B，但电子不能经过电解质溶液，B正确；C．为使电池持续放电，正极区生成的不断通过阴离子交换膜进入负极区，C正确；D．当有(标准状况)被处理时，由分析中反应可知，转移的电子物质的量为0.8mol，D错误；故答案为D。 14．化学电源在日常生活中有着广泛的应用。研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，电池的总反应方程式为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。 （1）①该电池负极的电极反应式为 。 ②电池中，Na不断移动到“水”电池的 极(填“正”或“负”)。 ③外电路每通过4mol电子时，生成 Na2Mn5O10的物质的量是 。 （2）如图是甲醇燃料电池的原理示意图： ①电池的负极是 (填“a”或“b”)电极，该电极的反应式为 。 ②电池工作一段时间后，电解质溶液的 pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。 【答案】（1）① ②正 ③ （2）①a ②减小 【解析】（1）①根据总反应，Ag发生氧化反应生成AgCl，该电池负极的电极反应式为。 ②原电池中，阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，所以不断移动到“水”电池的正极。 ③根据总反应，Mn元素化合价由+4降低为+，生成1mol转移2mol电子，外电路每通过4mol电子时，生成的物质的量是2mol。 （2）①甲烷发生氧化反应，通入甲烷的电极为负极，电池的负极是a，该电极甲烷失电子生成碳酸钾和水，电极的反应式为。 ②电池总反应为，反应消耗氢氧化钠，同时生成水，因此电池工作一段时间后，电解质溶液的pH减小。 15．电池在许多领域中扮演着重要角色，从移动设备到太空探索，从医疗设备到军事科技，无处不在。 （1）伏打电池是意大利教授伏打发明的电池组，开创了电学发展的新时代。一种伏打电池结构如图1所示，银片和锌片间隔有浸渍NaCl溶液的纸板。伏打电池的正极为 (填“a”或“b”)，若将银片换成 (填标号)，则电流计中没有电子流过。 A．陶瓷片    B．锌片    C．铜片    D．镁片 （2）1859年，法国物理学家普兰特发明了铅酸蓄电池，其结构如图2所示。放电时，负极的质量 (填“增大”“减小”或“不变”)，正极上的电极反应式为 。 （3）镍镉电池(如图3)是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的可充放电电池，放电时总反应为，下列说法正确的是_____(填标号)。 A．镍镉电池充电时，化学能转化为电能 B．放电时，负极发生了氧化反应 C．电解质溶液为稀硫酸 D．镍镉电池为二次电池 （4）近年来，采用非贵重金属作为催化剂的节能环保的熔融碳酸盐燃料电池备受青睐，其工作原理如图4.该电池负极上的电极反应式为 ，相同条件下，正、负极消耗的气体的体积之比为 。 【答案】（1）a AB （2）增大 PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O （3）BD （4）H2-2e-+=CO2+H2O 3：2 【解析】（1）Zn金属活动性强于Ag，则Ag为伏打电池的正极，答案选a。陶瓷片不导电，银片换成陶瓷片不能构成原电池，银片换成锌片，则两个电极都是锌片，也不能构成原电池，换成铜片和镁片，两个电极材料金属活动性不同，且都能导电，能发生自发的氧化还原反应，可构成原电池，故答案选AB。 （2）铅酸蓄电池中，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成硫酸铅沉淀，附着在负极上导致负极的质量增大，正极上PbO2得电子结合硫酸生成PbSO4和水，电极反应为PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O。 （3）A．镍镉电池充电时，是电能转化为化学能，A错误；B．放电时，负极上Cd失电子被氧化发生氧化反应，B正确；C．反应最后生成了氢氧化镍和氢氧化镉，故电解质溶液不可能为酸性溶液，应该为碱液，C错误；D．镍镉电池为可充放电电池，因此其为二次电池，D正确；故答案选BD。 （4）该电池负极上氢气失电子结合电解质溶液中的碳酸根离子生成二氧化碳和水，电极反应为H2-2e-+=CO2+H2O，正极电极反应为O2+4e-+2CO2=2，根据得失电子守恒，正极有1molO2和2molCO2参与反应时，转移4mol电子，负极消耗2mol氢气，因此正负极消耗的气体的体积比为3：2。 1．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）巴格达电池发现于1936年6月，但其发明的时间距今已有大约两千年历史。巴格达电池外表看起来是一只简陋的小陶罐，但以陶罐内装的所有物质及其制作意图来判断，这只陶罐却像是一个电池的外壳。如下是其猜想的结构示意图，若用硫酸溶液作电解液，下列说法错误的是 A．铁作负极，铜作正极 B．铜不发生反应 C．理论上，电子回路中，每转移1 mol电子，铜管上就有22.4 L气体生成(标准状况) D．放电后，氢离子浓度降低 【答案】C 【分析】铁铜硫酸 原电池，铁作负极，铜作正极，电解液为硫酸，氢离子在正极得电子生成氢气。 【解析】A．铁作负极失电子生成亚铁，铜作正极，A正确；B．铜作正极受保护不发生反应，B正确；C．氢离子得2mol电子生成1mol氢气，故理论上，电子回路中，每转移1 mol电子，铜管上就有11.2L气体生成(标准状况)，C错误；D．放电后，氢离子发生反应生成氢气，故氢离子浓度降低，D正确；故选C。 2．（2017高一·浙江温州·竞赛）最近我国科学家发明“可充电钠-二氧化碳电池”（如图），放电时电池总反应为：4Na+3CO2 = 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 A．电池工作温度可能在200℃以上 B．该装置可以将化学能转化为电能 C．放电时，Na+向正极移动 D．放电时，正极的电极反应为：4Na++3CO2+4e－=2Na2CO3+C 【答案】A 【解析】A、二甲醚易挥发，所以温度不能过高，故A错误；B、放电时发生原电池反应，原电池是将化学能转化为电能的装置，故B正确；C、原电池中阳离子向正极移动，所以阳离子钠离子向正极移动，故C正确；D、放电时正极发生还原反应，二氧化碳中碳得电子生成单质碳，电极反应式为：4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C，故D正确；故选A。 3．（2023高一下·重庆·竞赛）由相同金属电极及其不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，其电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某小组设计了如图所示电池，其中X电极与Y电极初始质量相等，下列说法错误的是    A．X电极的反应为 B．放电时，右池中的通过离子交换膜向左池迁移 C．若外电路不再产生电流，则左池和右池浓度相等 D．当外电路通过电子时，两电极的质量差为2.16g 【答案】A 【分析】由离子交换膜只允许硝酸根离子通过可知，X电极为浓差电池的负极，银失去电子发生还原反应生成银离子，电极反应式为Ag—e—=Ag+，Y电极为正极，银离子在正极得到电子发生还原反应生成银，电极反应式为Ag++e−=Ag，硝酸根离子通过离子交换膜由右池移向左池，当左池和右池中硝酸银溶液的浓度相等时，外电路不再产生电流。 【解析】A．由分析可知，X电极为浓差电池的负极，银失去电子发生还原反应生成银离子，电极反应式为Ag—e—=Ag+，故A错误；B．由分析可知，硝酸根离子通过离子交换膜由右池移向左池，故B正确；C．由分析可知，当左池和右池中硝酸银溶液的浓度相等时，外电路不再产生电流，故C正确；D．由分析可知，当外电路通过0.01mol电子时，Y电极溶解0.01mol银，Y电极析出0.01mol银，则两电极的质量差为0.01mol×108g/mol+0.01mol×108g/mol =2.16g，故D正确；故选A。 4．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）锌／空气电池最早出现在1878年，它的商业化生产始于1977年，当时锌／空气纽扣电池被应用于助听器。如下是一种锌／空气燃料电池的结构示意图，下列说法错误的是    A．可以用石墨作正极 B．理论上，标准状况下每消耗22.4 L O2，就有2 mol Zn溶解 C．若采用阴离子交换膜作隔膜，则充电时，向负极移动 D．在锌／空气电池中，放电和充电过程中分别发生氧还原反应和氧逸出反应 【答案】C 5．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）如图是铜和银构成的原电池的结构示意图，下列说法错误的是    A．负极反应： B．电子从Cu流向Ag C．盐桥中向左移动 D．放电后浓度逐渐降低 【答案】C 【解析】A．负极发生氧化反应，即Cu失电子变为铜离子，电极反应式应为：Cu-2e-=Cu2+，故A正确；B． Cu失电子，电子在Ag电极上被阴离子得到变为银单质，故B正确；C． 盐桥起到平衡溶液电荷的作用，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，钾离子应该向右移动，故C错误；D．银离子逐渐被还原成银单质，故银离子的浓度不断减小， 故D正确；故答案为：C。 6．（2024高一下·河南洛阳·竞赛）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。现以溶液作模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO- 的溶液为例)。下列说法正确的是 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．b极每生成1 molH2，模拟海水理论上除盐58.5g 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1：2 【答案】A 【分析】由图可知，a极C化合价升高，故a极为负极，b极为正极，据此分析解题。 【解析】A．CH3COO-失电子生成CO2，负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+ 书写正确，故A符合题意；B．要实现海水淡化，即海水中的阴阳离子往正负极迁移，故阴离子移向负极，则隔膜1为阴离子交换膜，故B不符合题意；C．b极每生成1 molH2，转移2mol电子，阴阳离子移动也是2mol，海水中主要溶质为NaCl，故1mol117g，故C不符合题意；D．负极产生的是CO2~4e-、正极产生的是氢气，故H2~2e-，根据电子守恒，有产生氢气和二氧化碳的物质的量之比为2:1，故D不符合题意；故答案为：A 7．（2022高二上·安徽阜阳·竞赛）瑞典Linkoping(林雪平)大学研究出一款超级电池Power Paper，又称“纸电池”，该电池打破四项世界纪录，因拥有极其轻薄的厚度，并具有极佳的延展性和稳固性，反复经过多次折叠依然能保持良好状态。电池虽小，但其容量为26800毫安，约为iPhone电池容量的十倍，以保障手机具有持久的续航。而根据微软公布的消息，这是一种包含了柔性正电极和柔性负电极的电化学能量存储单元。正负电极都会在柔性的金属丝网上部署镓基液态金属。电化学能量存储单元还包括膜，该膜具有与柔性正电极接触的表面和与柔性负电极接触的相对表面，其结构简图如下图所示： 下列说法不正确的是： A．由元素周期表可知，氢氧化镓能和苛性钠、苛性钾溶液反应；而纸电池具有柔韧性更好、容量更高、厚度更薄、延展性更好、稳固性更高等一系列的优点。 B．若正极为铜片，负极分别是锌片和另一种银白色金属片，以NaCl溶液为电解液时，发现电流表指针的偏转方向相反，则另一种银白色金属片可能是银片。 C．此纸电池负极材料可以是铝片，正极材料可以是石墨片，若此原电池的电解液为NaOH溶液，其电极反应的负极反应式为：Al-e-+2OH-= AlO+H2O。 D．原电池有携带方便、不需维护、可长期(几个月甚至几年)储存或使用等优点，但非氧化还原反应也可以设计成原电池，由此可得出原电池不等于化学电池。 【答案】C 【解析】A．镓元素是元素周期表第四周期ⅢA族元素，根据同族元素化学性质相似，氢氧化铝可以溶于强碱，故氢氧化镓能和苛性钠、苛性钾溶液反应，A正确；B．用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反，说明Cu在两组电池中的作用不同：Cu和Zn、NaCl溶液构成原电池时，Cu作正极，Zn作负极，铜与另一种银白色的金属构成原电池时，Cu作负极，另一种银白色的金属作正极，铜的活泼性大于Ag，Cu作负极，银作正极，二者电流方向相反，符合题意，B正确；C．根据原电池原理，与电解质溶液发生反应的电极为负极，故铝片为负极，负极发生的电极反应为，C错误；D．浓度差电池，是非氧化还原反应，浓差电池是化学电源但不是原电池，D正确；故答案为：C。 8．（2023高二下·广东汕尾·竞赛）如图是一新型绿色电池的结构示意图，其中使用了最新研发的Rh SANs(单原子纳米酶)作为电极活性物质的催化剂，使葡萄糖和氧气之间的反应顺利地组成了原电池，葡萄糖反应后变为葡萄糖酸。下列说法错误的是    A．Rh SANs可以降低葡萄糖还原的活化能 B．该电池可以直接从日常生活中常见的饮料中收集燃料 C．理论上，每反应1 mol共有2 mol葡萄糖被氧化 D．Rh SANs是需要附载在正极上 【答案】AD 【解析】A．由图可知，葡萄糖在Rh SANs电极上是被氧化而不量被还原，发生氧化反应，故A项错误；B．饮料中常含葡萄糖，故B正确；C．电池的总反应为2C6H12O6(葡萄糖)+O2=2C6H12O7(葡萄糖酸)，该燃料电池中消耗1molO2的同时消耗2mol葡萄糖，即2mol葡萄糖被氧化，故C正确；D．从电池示意图可知，Rh SANs是需要附载在负极上，D不正确，故选AD。 9．（2024高三下·浙江·竞赛）世博会中国馆建筑使用光伏并网发电，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最，通过并网，使用半导体照明(LED)。已知发出白光的LED是由GaN芯片和钇铝石榴石(YAG，化学式：Y3Al5O12)芯片封装在一起做成的。下列有关叙述正确的是 A．光伏电池是将太阳能直接转变为电能 B．N型半导体以电子导电为主，P型半导体以空穴导电为主 C．电流从a流向b，Р型半导体为负极 D．LED中的Ga和Y都显＋3价 【答案】ABD 【解析】A．光伏电池是直接将太阳能转化为电能的装置，A正确；B．由图可知，电子由P型半导体向N型半导体移动，电子从P型半导体流出后形成空穴，则N型半导体以电子导电为主，P型半导体以空穴导电为主，B正确；C．由图可知，正电荷向P型半导体移动，负电荷向N型半导体电极移动，根据原电池原理知，N型半导体为负极，P型半导体为正极，电流从正极流向负极，所以是从P型半导体流向N型半导体，即从b流向a，C错误；D．LED是由GaN芯片和钇铝石榴石 (YAG，化学式：Y3Al5O12) 芯片封装在一起做成的，根据化合价规则，Y的化合价是＋3价，GaN中Ga的化合价是＋3价，D正确；故选ABD。 10．（2020高一·浙江温州·竞赛）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如下图所示。若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的(羟基自由基)；若上端开口关闭，可得到强还原性的(氢原子)。下列说法正确的是 A．上端开口关闭，不鼓入空气时，正极的电极反应式为 B．上端开口打开，并鼓入空气时，每生成转移电子数目为 C．铁碳微电解的工作原理基于电化学、氧化还原、物理吸附等共同作用对污水进行处理 D．用该技术处理含有草酸的污水时，上端应打开 【答案】CD 【分析】根据题目信息判断参与反应的正极反应的物质。根据反应实质判断反应类型。铁粉做负极，碳粉做正极，砂芯板起吸附作用，让正极反应物充分接触。 【解析】A．该原电池属于铁的吸氧腐蚀，正极的反应物为氧气，A项不正确；B．若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的羟基自由基，电极反应为2H++2e-+O2=2OH-，所以每生成1mol羟基自由基有1mol电子发生转移，B项不正确；C．根据该工艺图判断属于原电池，实质发生氧化还原反应，砂芯板起吸附作用，故C正确；D．除去草酸需要氧化性的物质，上端口打开可生成羟基自由基，D项正确；故选答案CD。 11．（2021高二上·浙江宁波·竞赛）反电渗析是用离子交换膜将海水与淡水隔开，阴阳离子在溶液中定向移动将盐差能转化为电能的电池，原理如图所示。下列叙述错误的是 A．电流由钛电极经负载、石墨电极、电解质溶液回到钛电极 B．CM膜为阳离子交换膜，AM膜为阴离子交换膜 C．该电池经过放电后，ac 出口变为淡水，bd出口变为海水 D．该装置由于未涉及化学能转换，故不是有效的电池 【答案】CD 【分析】由图可知，石墨电极二价铁变为三价铁，发生还原反应，为负极，则钛电极为正极，以此解题。 【解析】A．观察原理图知，钛电极上发生铁离子得到电子的还原反应，钛电极是电池的正极(阴极)，石墨电极上发生亚铁离子失去电子的氧化反应，石墨电极是电池的负极(阳极)，电流由电池正极(钛电极)经负载、石墨负极、电解质溶液回到钛电极，A正确；B．海水中阳离子(钠离子)向电池正极(钛电极)移动，穿过CM膜，进入到河水或正极区，阴离子(氯离子)向电池负极(石墨电极)移动，穿过AM膜进入到河水，故CM膜为阳离子交换膜，AM膜为阴离子交换膜，B正确；C．该装置利用海水和淡水中离子浓度的不同，盐差能转化为电能，最终出来的是浓度相差不大的盐溶液，C错误；D．由题意可知将盐差能转化为电能的电池，是有效的电池，D错误；故选CD。 12．（2023高二上·江苏·竞赛）锂硫电池由金属锂阳极、硫复合阴极、电解液等组成。下列说法不正确的是 A．该电池的电解液可以使用水溶液 B．阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为 C．阴极反应总方程式为： D．由于硫导电率低，不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成 【答案】AC 【解析】A．由于Li能与H2O反应，故该电池的电解液不可以使用水溶液，A不正确；B．由题干图示信息可知，硫复合阴极即阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为，B正确；C．由题干图示信息可知，Li+和硫复合阴极不在一个电极上，故阴极反应总方程式为：S8+16e-=8S2-，C错误；D．由于硫导电率低，故不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成，D正确；故答案为：AC。 13．（2023高一下·广东汕尾·竞赛）H2／空气燃料电池是以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，通过氢气燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。由于其优点(零排放、高效率和广泛应用)，H2／空气燃料电池引起了全球工业界和政府的极大兴趣。如下是两种H2／空气燃料电池的结构示意图，下列说法错误的是 A．PEMFC中负极： B．AEMFC中正极： C．PEMFC中，理论上导线内每转移1 mol e－，就有1 mol H+穿过PEM D．AEMFC中，理论上导线内每转移1 mol e－，就有11.2 L气体在正极被消耗(标准状况) 【答案】BD 【解析】A．PEMFC电池中负极用的是H2,发生氧化反应：，A正确；B．由图可知，AEMFC电池交换膜传导OH-，正极氧气发生还原反应就生成OH-：O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误；C．PEMFC中，根据电荷守恒，理论上导线内每转移1 mol e－，就有1 mol H+穿过PEM，C正确；D．AEMFC中，理论上导线内每转移1 mol e－，应有5.6 L气体在正极被消耗(标准状况)，D错误；答案选BD。 14．（2007高一·北京·竞赛）电解质溶液A：25gCuSO4·5H2O + 4mL浓H2SO4 + 200mL H2O 电解质溶液B：16gCuCl+ 100mL浓HCIl+ 100mL H2O + 4g铜粉 以铜为电极，通电电解串联的两个电解槽(分别盛电解质溶液A和电解质溶液B)。正极质量改变如下表所示： 电解前质量/g 电解后质量/g 改变量/g 电解质液A 正极 7.4 7.3 -0.1 负极 7.5 7.6 0.1 电解质液B 正极 7.4 7.2 -0.2 负极 7.3 7.5 0.2 （1）正极质量改变不同的原因 。 （2）电解质液中加铜粉的原因是 。 （3）从理论上讲，电解过程铜粉质量不会改变，为什么？实际情况如何 。 【答案】（1）电解质液A中为Cu2+， 电解质液B中为Cu+， 串联电路中电流强度不变，所以电解质液B中正极改变量是电解质液A中正极改变量的二倍 （2）使溶液中的铜以 Cu+为主 （3）因正极： Cu-e-=Cu+，负极：Cu++e-=Cu所以铜粉质量不变。实际上因空气中O2氧化Cu+→Cu2+而Cu2++Cu= 2Cu+，所以铜粉减少 15．（2019高一下·河南鹤壁·竞赛）世界能源消费的90%以上依靠化学技术。其中清洁燃料氢气（H2）和甲醇（CH3OH）是研究的热点。 （1）工业制氢有多种渠道： ①其中一个重要反应是：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）   △H。 已知： C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）     △H1=-394kJ/mol 2C（s，石墨）+O2（g）=2CO（g）   △H2=-222kJ/mol H2（g）+O2（g）=H2O（g）       △H3=-242kJ/mol 则△H= kJ/mol。 ②一种“金属（M）氧化物循环制氢”的原理如图1所示。写出该流程制氢的总反应式： 。 ③氢气可用于制备H2O2。已知：H2（g）+A（l）=B（l）   △H1、O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l）   △H2，这两个反应均为放热反应，则H2（g）+O2（g）=H2O2（l）的△H 0（填“＞”、“＜”或“=”）。氢气可用于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式： 。 （2）图-2为一定条件下1molCH3OH（甲醇）与O2反应时生成CO、CO2或HCHO（甲醛）的能量变化图，反应物O2（g）和生成物H2O（g）略去。如有催化剂，CH3OH与O2反应的主反应式为： ；HCHO发生不完全燃烧的热化学方程式为： 。 【答案】（1）①-41 ② 2H2OO2↑+2H2↑ ③< H2+2OH--2e-=2H2O （2）2CH3OH+O2═2HCHO+2H2O 2HCHO（g）+O2（g）═2CO（g）+2H2O（g）  △H=-470kJ•mol-1 【分析】（1） C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）     △H1=-394kJ/mol 2C（s，石墨）+O2（g）=2CO（g）   △H2=-222kJ/mol H2（g）+O2（g）=H2O（g）       △H3=-242kJ/mol ①利用盖斯定律，可求出CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）   △H。 ②从流程图中可以看出，流程制氢的总反应为H2O在M的催化作用下分解生成H2和O2。 ③H2（g）+A（l）=B（l）  △H1<0、O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l） △H2<0，利用盖斯定律，H2（g）+O2（g）=H2O2（l）的△H=△H1+△H2。氢气可用于燃料电池，碱性氢氧燃料电池的负极发生的反应为H2在碱性溶液中得电子生成H2O。 （2）如有催化剂，CH3OH与O2反应的主反应式CH3OH、O2反应生成CO2和H2O；1molHCHO发生不完全燃烧的热化学反应中，产物为CO和H2O，放热(676-283-158)kJ=235kJ。 【解析】（1） C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g） △H1=-394kJ/mol ① 2C（s，石墨）+O2（g）=2CO（g） △H2=-222kJ/mol ② H2（g）+O2（g）=H2O（g）   △H3=-242kJ/mol ③ ①利用盖斯定律①-②×-③，可求出CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）  △H=-394kJ/mol+111 kJ/mol+242kJ/mol=-41kJ/mol。答案为：-41；②从流程图中可以看出，流程制氢的总反应为H2O在M的催化作用下分解生成H2和O2，反应方程式为2H2OO2↑+2H2↑。答案为：2H2OO2↑+2H2↑；③H2（g）+A（l）=B（l）  △H1<0、O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l） △H2<0，利用盖斯定律，H2（g）+O2（g）=H2O2 （l）的△H=△H1+△H2<0。氢气可用于燃料电池，碱性氢氧燃料电池的负极发生的反应为H2在碱性溶液中得电子生成H2O，电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O。答案为：<；H2+2OH--2e-=2H2O； （2）如有催化剂，CH3OH与O2反应的主反应为CH3OH、O2反应生成CO2和H2O，化学方程式为2CH3OH+O2═2HCHO+2H2O；1molHCHO发生不完全燃烧的热化学反应中，产物为CO和H2O，放热(676-283-158)kJ=235kJ，热化学方程式为2HCHO（g）+O2（g）═2CO（g）+2H2O（g）  △H=-470kJ•mol-1。答案为：2CH3OH+O2═2HCHO+2H2O；2HCHO（g）+O2（g）═2CO（g）+2H2O（g）  △H=-470kJ•mol-1。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$