6.1.3 化学电池 讲义 2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第二册

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 化学电池 ( 钠及其化合物 ) 一、一次电池　二次电池 1．一次电池 (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。 ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。 改进：锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，负极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 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，从而实现放电与充电的循环。 (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、锂离子电池等。 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 负极 Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 【课堂小练1】 1．镍氢电池是可充电电池，它的总反应是H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池放电时，氢元素被还原 D．电池放电时，通入H2的一极是负极 2．纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述不正确的是(　　) A．电池的正极发生还原反应 B．Zn为负极，发生氧化反应，反应过程中失去电子 C．电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极 D．电池使用时，电子由Zn极经电解质溶液流向Ag2O极 二、燃料电池 1．概念：一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 2．特点： (1)清洁、安全、高效等。 (2)能量转化率可以达到80%以上。 (3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 3．基本结构： 燃 料 电 池 的 结构 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况： ①稀硫酸 ②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 4．应用：在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 5．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池 总反应式是2H2＋O2===2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应： 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性 2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 【特别提醒】 ①在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。 ②导电介质为固体电解质时的正、负极反应： 介质 电池反应：2H2＋O2===2H2O 负极 2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正极 O2＋4e－===2O2－ 负极 2H2－4e－===4H＋ 正极 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 【课堂小练2】 3．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 4．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 三、原电池电极反应书写 1．正确判断原电池正负极 (1)区分好正负极：负极上电极材料本身或电极反应物发生氧化反应，对应元素化合价升高，正极上电极反应物发生还原反应，对应元素化合价降低。 (2)电子流出的方向与电流方向相反，电子流出的电极是负极。 (3)排在金属活动性顺序前面的金属不一定是负极，如：Mg-NaOH-Al原电池中Al作负极。 2．准确配平电极反应式 (1)根据化合价变化正确计算电子转移的数目。 (2)满足“三守恒”：电极反应式和氧化还原方程式一样，要满足得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒。所以配平电极反应式一定要遵循得失电子守恒→电荷守恒→质量守恒(原子守恒)的顺序进行。 3．准确书写电极产物 (1)应注意变价金属被氧化的价态，如铁片与碳棒用导线连接插入硫酸铜溶液中，错误：负极：Fe－3e－===Fe3＋，实际上，铁在硫酸铜溶液中只能被铜离子氧化为Fe2＋。 (2)对于活泼金属电极，不可纯粹认为电极产物为金属离子，忽视金属离子与电解质溶液的某种成分可继续反应。最终的氧化产物要根据题中信息确定。 (3)留意介质信息，防止错判电极产物，酸性介质中不能出现OH－，碱性介质中不能出现H＋。 【课堂小练3】 5．下列电极反应正确的是(　　) A.以惰性材料为电极，以KOH溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋ B．铜、锌在稀硫酸中构成原电池，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑ C．以铜为电极，将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋ D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应为Al－3e－===Al3＋ 6．银锌电池是一种常见的化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，其工作原理如图所示。 (1)在装置中Ag2O作____(填“正”或“负”)极，发生_____(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为____________________________________________________。 (2)在装置中Zn作_____(填“正”或“负”)极，发生______(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为______________________________________________________。 【课时对点练习】 题组一　一次电池与二次电池 1．(2023·广东江门高一期中)下列说法正确的是(　　) A．锌锰电池是二次电池 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．铅酸蓄电池放电时正极是Pb 2．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ） A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池在工作中，负极每消耗铅，则硫酸溶液中就转移电子 D．氢氧燃料电池具有清洁、安全、高效等特点 3．(2023·四川眉山高一校联考期中)普通锌锰干电池的结构如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作为电极，中央插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋2MnO(OH)。下列关于锌锰干电池的说法正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原 B．电池负极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===2NH3＋2MnO(OH) C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol 电子，锌的质量理论上减少6.5 g 4．氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF33MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是(　　) A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2 B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极 C．放电时，化学能完全转化为电能 D．放电时，F－向正极移动 题组二　原电池原理的应用 5．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 6．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 7．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 题组三　燃料电池 8．乙醇燃料电池广泛应用于微型电源、能源汽车、家用电源、国防等领域，工作原理如图所示，电池总反应为：C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O，下列说法错误的是（ ） A．C2H5OH和H2O通入的一极为负极 B．正极反应式为3O2+12H++12e-==6H2O C．负极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-==2CO2+12H+ D．H+从正极经传导质子的固体膜移向负极 9．国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极移动 B．a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－===2H2O C．b极为正极，发生氧化反应 D．当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2 10．燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，下图为甲醇燃料电池的简易装置。下列说法正确的是（ ） A．左侧电极为负极，发生氧化反应 B．OH-移向右侧电极，故左侧电极附近溶液碱性变弱 C．右侧电极的电极反应式： D．此电池生成3 mol H2O时，转移电子数为6NA 11．(2023·长沙高一期末)新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)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．N极为电池的负极 B．工作时，氢离子从N极移向M极 C．N极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．标准状况下，N极消耗22.4 L O2，M极产生CO2的体积为22.4 L 题组四 原电池电极反应书写 12．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。下列说法不正确的是(　　) A．Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－ C．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 13．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OH－定向移向A电极，则____________(填“A”或“B”)电极入口通CH4，其电极反应式为______________________，另一电极的电极反应式为________________________，电池总反应式为____________________________。 14．(2023·河北邯郸高一期中)化学电源在生产、生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)图中，正极电极反应式：________________；电子流向：________(填“Zn”或“Cu”，下同)极经导线流入________极。 (2)铅酸蓄电池是常见的二次电池，其工作原理如图所示。放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4。 ①写出放电时正极的电极反应式：__________________________________________________。 ②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，正极质量将增大________g。 (3)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。 已知：①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 ②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。 比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为________，该电池正极的电极反应式为________，若为Mg-空气电池，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。 15．(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2 ＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： ①高铁电池的负极材料是________。 ②放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应。已知正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则负极反应式为_____________。 ③放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 (2)锂锰电池的结构示意图如图，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质转移到MnO2晶格中生成LiMnO2。 ①外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。 ②正极是__________，其电极反应式为______________________________________________。 ③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)；原因是_________ _______________________________________________________________________________。 【参考答案】 【课堂小练1】 1．镍氢电池是可充电电池，它的总反应是H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池放电时，氢元素被还原 D．电池放电时，通入H2的一极是负极 答案　D 解析　电池放电时，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，所以负极周围溶液的氢氧根离子减少，溶液的pH减小，A错误；电池放电时，正极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===OH－＋Ni(OH)2，镍元素被还原，B错误；电池放电时，氢元素化合价升高，被氧化，C错误。 2．纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述不正确的是(　　) A．电池的正极发生还原反应 B．Zn为负极，发生氧化反应，反应过程中失去电子 C．电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极 D．电池使用时，电子由Zn极经电解质溶液流向Ag2O极 答案　D 解析　电池正极发生的是还原反应，故A正确；根据电池的总反应可知，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，发生氧化反应，故B正确；电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极，故C正确；电子由负极经导线流向正极，电子不能进入电解质溶液中，故D错误。 【课堂小练2】 3．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 答案　D 解析　O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式，燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根离子，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，由于部分碱和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。 4．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。 【课堂小练3】 5．下列电极反应正确的是(　　) A.以惰性材料为电极，以KOH溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋ B．铜、锌在稀硫酸中构成原电池，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑ C．以铜为电极，将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋ D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应为Al－3e－===Al3＋ 答案　B 6．银锌电池是一种常见的化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，其工作原理如图所示。 (1)在装置中Ag2O作____(填“正”或“负”)极，发生_____(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为____________________________________________________。 (2)在装置中Zn作_____(填“正”或“负”)极，发生______(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为______________________________________________________。 答案　(1)正　还原　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－　(2)负　氧化　Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O 【课时对点练习】 题组一　一次电池与二次电池 1．(2023·广东江门高一期中)下列说法正确的是(　　) A．锌锰电池是二次电池 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．铅酸蓄电池放电时正极是Pb 答案　C 解析　锌锰干电池为一次电池，故A错误；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，故B错误；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，故C正确；铅酸蓄电池放电时，Pb被氧化，为原电池的负极，PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误。 2．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（ ） A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池在工作中，负极每消耗铅，则硫酸溶液中就转移电子 D．氢氧燃料电池具有清洁、安全、高效等特点 【答案】C 【解析】A．干电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A项正确；B．干电池中锌筒为负极，负极上锌发生失电子的氧化反应而溶解，锌筒被破坏，B项正确；C．铅蓄电池在工作时，负极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，负极每消耗1molPb，外电路中通过2mol电子，但电子不会在硫酸溶液中转移，C项错误；D．氢氧燃料电池的产物为H2O，氢氧燃料电池具有清洁、安全、高效等特点，D项正确；答案选C。 3．(2023·四川眉山高一校联考期中)普通锌锰干电池的结构如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作为电极，中央插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋2MnO(OH)。下列关于锌锰干电池的说法正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原 B．电池负极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===2NH3＋2MnO(OH) C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol 电子，锌的质量理论上减少6.5 g 答案　C 解析　普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A错误；根据原电池工作原理，负极应失电子，故电子从负极通过外电路流向正极，B错误，C正确；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1 ×＝3.25 g，D错误。 4．氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF33MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是(　　) A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2 B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极 C．放电时，化学能完全转化为电能 D．放电时，F－向正极移动 答案　A 解析　放电时，Mg作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Mg＋2F－－2e－===MgF2，A项正确；放电时，电子从镁电极流出，经导线流向正极，B项错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，但化学能不可能100%转化为电能，还有部分转化为热能等，C项错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故F－向负极移动，D项错误。 题组二　原电池原理的应用 5．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。 6．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。 7．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。 题组三　燃料电池 8．乙醇燃料电池广泛应用于微型电源、能源汽车、家用电源、国防等领域，工作原理如图所示，电池总反应为：C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O，下列说法错误的是（ ） A．C2H5OH和H2O通入的一极为负极 B．正极反应式为3O2+12H++12e-==6H2O C．负极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-==2CO2+12H+ D．H+从正极经传导质子的固体膜移向负极 【答案】D 【解析】乙醇燃料电池C2H5OH和H2O通入的一极为负极，负极电极反应式：C2H5OH+3H2O-12e-==2CO2+12H+，空气通入的一极为正极，正极电极反应式：3O2+12H++12e-==6H2O，据分析答题。A．燃料电池燃料通入的一极为负极，因此C2H5OH和H2O通入的一极为负极，A正确；B．空气通入的一极为正极，发生还原反应3O2+12H++12e-==6H2O，B正确；C．负极乙醇失电子发生氧化反应C2H5OH+3H2O-12e-==2CO2+12H+，C正确；   D．在原电池中阳离子向正极移动，因此H+从负极经传导质子的固体膜移向正极，D错误； 故选D。 9．国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极移动 B．a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－===2H2O C．b极为正极，发生氧化反应 D．当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2 答案　A 解析　电池工作时，H＋移向正极，故A正确；a极发生的电极反应为H2－2e－===2H＋，故B错误；b极为正极，发生还原反应，故C错误；题目中未说明是否是标准状况，无法计算氧气的物质的量，故D错误。 10．燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，下图为甲醇燃料电池的简易装置。下列说法正确的是（ ） A．左侧电极为负极，发生氧化反应 B．OH-移向右侧电极，故左侧电极附近溶液碱性变弱 C．右侧电极的电极反应式： D．此电池生成3 mol H2O时，转移电子数为6NA 【答案】D 【解析】在该燃料电池中，通入O2的电极为正极，发生得到电子的还原反应；O2+4e-+2H2O=4OH-，通入燃料甲醇的电极为负极，发生失去电子的氧化反应，CH3OH-6e-+8OH-=CO +6H2O，由于同一闭合回路中电子转移数目相等，可知总反应方程式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO +6H2O；电解质溶液中离子移动方向是：阳正阴负，据此分析解答。A．在U型管左侧通入O2，为正极，发生还原反应，A错误；B．在左侧电极发生还原反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，反应产生OH-，同时反应消耗H2O，尽管氢氧根离子向右侧电极移动，但总的来说，左侧电极附近溶液c(OH-)增大，附近溶液的碱性变强，B错误；C．电解质溶液为碱性，不能大量存在H+。右侧电极为负极，失去电子，发生氧化反应，根据电解质溶液的酸碱性，可知负极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO +6H2O，C错误；D．该反应总方程式为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO +6H2O，每反应产生6 molH2O，转移12 mol电子，则此电池生成3 mol H2O时，转移电子数为6NA，D正确；故合理选项是D。 11．(2023·长沙高一期末)新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)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．N极为电池的负极 B．工作时，氢离子从N极移向M极 C．N极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．标准状况下，N极消耗22.4 L O2，M极产生CO2的体积为22.4 L 答案　C 解析　由图可知，O2→H2O发生还原反应，则N极为电池的正极，A错误；N极是正极，阳离子移向正极，则H＋从M极移向N极，B错误；N极发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；电池总反应式为C6H6O＋7O26CO2＋3H2O，则消耗1 mol O2时，M极产生 mol CO2，在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝19.2 L，D错误。 题组四 原电池电极反应书写 12．(2023·湖北恩施巴东一中高一检测)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。下列说法不正确的是(　　) A．Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－ C．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 答案　C 解析　由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，铝和稀硫酸反应失电子，铜和稀硫酸不反应，所以铝作负极，铜作正极，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋，故A正确；Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，铝和氢氧化钠溶液反应失电子，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Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，故B正确；Al、Cu、浓硝酸组成原电池，铝遇浓硝酸发生钝化现象，铜和浓硝酸能自发的进行反应，所以铜作负极，铝作正极，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错误；由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，铁和铜都与氯化铁反应，但铁的金属性比铜强，所以铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。 13．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OH－定向移向A电极，则____________(填“A”或“B”)电极入口通CH4，其电极反应式为______________________，另一电极的电极反应式为________________________，电池总反应式为____________________________。 答案　A　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　2O2＋8e－＋4H2O===8OH－　CH4＋2OH－＋2O2===CO＋3H2O 解析　实验测得OH－定向移向A电极，则A电极为负极，B电极为正极，CH4燃料电池中，通入CH4的电极为负极，则A电极入口通CH4，在KOH溶液中，CH4在负极发生失电子的氧化反应生成CO，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，另一电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O===8OH－，二者相加得总反应：CH4＋2OH－＋2O2===CO＋3H2O。 14．(2023·河北邯郸高一期中)化学电源在生产、生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)图中，正极电极反应式：________________；电子流向：________(填“Zn”或“Cu”，下同)极经导线流入________极。 (2)铅酸蓄电池是常见的二次电池，其工作原理如图所示。放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4。 ①写出放电时正极的电极反应式：__________________________________________________。 ②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，正极质量将增大________g。 (3)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。 已知：①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 ②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。 比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为________，该电池正极的电极反应式为________，若为Mg-空气电池，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。 答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　Zn　Cu (2)①PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O ②64　(3)Al>Mg>Zn　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　阳离子 解析　(1)Zn-Cu-稀硫酸原电池中，Zn比Cu活泼，则Zn作负极，Cu作正极，正极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑；电子从负极流向正极，即从Zn流向Cu。(2)①根据放电总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O和负极电极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4，得正极电极反应式：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，根据PbO2～2e－～PbSO4，正极质量将增大(32＋16×2) g＝64 g。(3)假设三种金属质量都是1 g时，这三种金属转移电子物质的量分别为Mg： mol×2＝ mol、Al： mol×3＝ mol、Zn： mol×2＝ mol，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为Al>Mg>Zn；正极上氧气得电子和水反应生成OH－，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极上Mg失电子生成Mg2＋，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则负极区溶液不能含有大量OH－，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜。 15．(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2 ＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： ①高铁电池的负极材料是________。 ②放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应。已知正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则负极反应式为_____________。 ③放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 (2)锂锰电池的结构示意图如图，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质转移到MnO2晶格中生成LiMnO2。 ①外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。 ②正极是__________，其电极反应式为______________________________________________。 ③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)；原因是_________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)①Zn　②还原　Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　③正　(2)①b　a　②MnO2　Li＋＋ e－＋MnO2===LiMnO2　③否　电极Li是活泼金属，能与水反应 解析　(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去正极反应式得负极反应式，正极生成OH－，故正极附近溶液碱性增强。(2)由题干知，Li＋转移到MnO2晶格中生成LiMnO2，故正极反应式为Li＋＋e－＋MnO2===LiMnO2。①该电池中Li失去电子生成Li＋，所以Li作电池的负极，则a是负极，b是正极，所以外电路中的电流方向由正极流向负极，即从b极流向a极。③不能用水代替电池中的混合有机溶剂，因为Li是活泼金属，能与水反应。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$