第07讲 原电池的工作原理 化学电源（预习讲义）-【暑假自学课】2025年新高二化学暑假提升精品讲义（苏教版2019）

第07讲 原电池的工作原理 化学电源 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 原电池的工作原理 1．【实验探究】铜锌原电池 (1)【实验探究】 【实验1】向CuSO4溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。 【实验2】将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象；取出盐桥，再观察实验现象。 实验现象 实验结论 实验1 实验2 插入盐桥：①________________________ ②________________________ ③________________________ 取出盐桥：________________________ (2)结论：实验1的能量变化的主要形式为________能转化为______能；实验2的能量变化的主要形式为________能转化为______能。 (3)铜锌原电池的工作原理 Zn片为______极，电极反应式为________________________，反应类型是________反应。 Cu片为______极，电极反应式为________________________，反应类型是________反应。 总反应式为________________________________ 电子的流动方向：________→导线→________。 盐桥中K+移向________溶液，Cl-移向________溶液。 【特别提醒】 (1)单液铜锌原电池在工作过程中，锌直接和CuSO4溶液接触，会有化学反应发生，使部分化学能转化为热能，导致电池供电能力弱。 (2)双液铜锌原电池中，锌插入ZnSO4溶液、铜插入CuSO4溶液，避免了锌和CuSO4直接接触，提高了原电池的供电能力。 3．原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为________的________________反应，且ΔH________0。 (2)半反应：负极________电子，发生________反应；正极________电子，发生________反应。 (3)电子流向：电子由________经导线流向________。 (4)离子流向：盐桥中的________流向正极，________流向负极。 (5)盐桥的作用： ①________________________________________________。 ②________________________________________________。 2．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括________________和________________。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性________的电极，相对活泼的金属作______极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作______极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过________和________连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过________连接起来，盐桥中通常是装有含________________的琼脂。 知识点二 原电池原理的应用 1．实验探究原电池的设计 【实验探究】根据离子反应Cu2++Fe===Cu+Fe2+设计一个原电池。 (1)画出原电池构造示意图，指出正负极。 (2)写出原电池的电极反应式 负极：________________________ 正极：________________________ 2．设计原电池的方法 (1)外电路 负极：________强的物质被氧化，向外电路提供电子； 正极：________强的物质被还原，从外电路得到电子。 (2)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做________移动，______离子移向正极，_____离子移向负极。 【方法导引】设计原电池的要点 (1)确定从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。 (2)正确分析氧化还原反应，找出氧化剂和还原剂、电子转移情况。 (3)根据氧化剂和还原剂选择合适的电极材料和电解质溶液。 一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属(或非金属导体)作正极。 如果负极反应为金属失去电子的反应，则电极材料为该金属，电解质溶液为该金属的阳离子溶液；正极材料选用比负极金属稳定的材料。 知识点3 化学电源 1．一次电池 (1)一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能________。 (2)常见的一次电池 ①碱性锌锰干电池 电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式：________________________________________； 正极反应式：________________________________________。 ②银锌纽扣电池： 电池反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。 负极反应式：________________________________________。 正极反应式：________________________________________。 2．二次电池 (1)二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以________使活性物质获得再生。 (2)铅蓄电池 ①铅蓄电池的放电反应为________反应 负极：________________________________________ 正极：________________________________________ 电池反应：________________________________________ ②铅蓄电池的充电反应 阴极：________________________________________ 阳极：________________________________________ 总反应：________________________________________ ③铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为：________________________________________。 3．新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 (2)锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子________或________结构的化合物； 负极材料大多数是________材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的________中。 ②锂离子电池的工作原理 负极：________________________________ 正极：________________________________ 电池反应：________________________________ 【方法导引】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则 (1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。 (2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。 (3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。 4．燃料电池 (1)概念和特点 ①概念：燃料电池是利用________和________之间发生的氧化还原反应，将化学能________转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 ②特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从________，同时将电极反应产物不断________。 (2)氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生_______反应和_______反应。 负极：________________________________ 正极：________________________________ 电池反应：________________________ 【方法导引】燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 教材习题3（P28） 某燃料电池，在正极通入氧气，在负极通入甲烷，电解质溶液通常是KOH溶液。 （1）请写出该燃料电池的电极反应式及电池总反应式。 （2）查阅资料，说说燃料电池有何优点。 解题方法 甲烷与氧气的反应为CH4＋2O2=== CO2＋2H2O，电解液为KOH溶液，CO2与KOH反应：CO2+2OH-==== CO+ H2O，因此电池反应式为CH4＋2O2+2OH－=== CO＋3H2O。负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 【答案】 教材习题04（P28） 一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意图如下。 请回答下列问题。 （1）反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4理论上转移的电子数目为___________。 （2）电池工作时，CO向电极________（填“A”或“B”）移动。 （3）电极A上H2参与的电极反应式为_________。 （4）电极B上发生的电极反应式为__________。 解题方法 (1)根据方程式可知，1 mol CH4参加反应，转移电子6mol，即转移电子数为3.612×1024个。 (2)CO和H2是燃料电池的燃料，电极A为负极，电极B为正极。CO向负极移动。 (3)电池的电解质为碳酸盐熔盐，电极反应式为H2-2e-+ CO===H2O+CO2。 (4)电极B是O2参加反应，CO2为辅助燃料，电极反应式为O2+4e-+2CO2===2CO。 【答案】 考点一 原电池的工作原理 1．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(　　) A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 2．下列关于原电池的叙述正确的是(　　) A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极 B．正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 3．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。工作时两个电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正确的是(　　) A．锌是负极，氧化银是正极 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 考点二 原电池原理的应用 1．依据氧化还原反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．负极材料不一定是Cu B．银电极可以换成Fe C．银电极反应：Ag＋＋e－===Ag D．溶液中NO移向Ag极附近 2．某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　) A．Zn为负极，发生还原反应 B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极 D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极 3．(1)请你将反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成原电池并回答下列问题： ①写出电极反应式： 正极_________________________；负极_________________________。 ②画出你所设计的原电池简易装置图。 (2)该电池向外提供0.2 mol 电子，负极材料的质量变化为______________。 (3)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极的反应式为______________________。 考点三 化学电源 1．研究人员研发了一种“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。在海水中，电池的总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是(　　) A．正极反应式：Ag＋Cl－＋e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子 C．Na＋不断向“水电池”的负极移动 D．AgCl是氧化产物 2．如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析正确的是(　　) A．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上的电极反应为 H2－2e－===2H＋ B．如果a极通入H2，b极通入O2, H2SO4溶液作电解质溶液，则通O2的电极上的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通CH4的电极上的电极反应为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O D．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH－向b极移动 3．以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。下列说法正确的是(　　) A．当外电路中通过2 mol电子时，将消耗11.2 L O2 B．通天然气的电极为负极，发生还原反应 C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3 D．正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO 4．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为___________________________。 (2)电池正极发生的电极反应为_____________________________。 (3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________________________，反应的化学方程式为_________________________。 (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_________________________。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1．了解原电池的工作原理。 2．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 3．掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。 4．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 5．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决新型电池的开发问题。 6．了解化学电源的分类及常见化学电源的构成。 【学习重难点】 1．原电池的工作原理； 2．常见电池的工作原理； 3．燃料电池的工作原理； 4．原电池电极反应式的书写。 1．“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能，如图所示是某同学设计的几种装置，其中能构成原电池的是(　　) A．③⑤⑦　　B．③④⑤　　C．④⑤⑦　　D．②⑤⑥ 2．如图是铜锌原电池，下列说法正确的是(　　) A．电流从锌片流出经电流表到铜片 B．锌电极发生还原反应 C．铜片上发生氧化反应 D．电解质溶液中的阴离子向负极移动 3．下列关于电池的说法正确的是(　　) A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 B．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，再经过电解质流回负极 C．铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O D．氢氧燃料电池，通入氢气的电极为电池的负极 4．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列说法不正确的是(　　) A．甲：SO向Cu电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减少 5．用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　) A．电子通过盐桥从乙池流向甲池 B．盐桥中的电解质溶液为KCl溶液 C．开始时，银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋ D．电流计中通过0.1 mol电子时，铜片质量减少3.2 g 6．实验发现在氯化铁酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是(　　) A．盐桥中的阴离子往左边烧杯移动 B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C．该电池铂电极上立即有气泡出现 D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋ 7．一种镁氧电池电极材料为金属膜和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ B．负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2 C．电子的移动方向是由a经外电路到b D．该电池在工作过程中，电解液KOH的浓度保持不变 8．市场上经常见到的标记为Li­ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列说法不正确的是(　　) A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋ B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水溶液作为电解质溶液 D．放电过程中Li＋向负极移动 9．一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．使用碱性电解质水溶液 B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2 C．使用的隔膜是阳离子交换膜 D．充电时，电子从Mg电极流出 10．锂(Li)­空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．金属锂作负极，发生氧化反应 B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－ D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH 11．如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，适合进行现场酒精检测，下列说法不正确的是(　　) A．电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极 B．该电池的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量 12．法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A．该生物燃料电池不可以在高温下工作 B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．消耗1 mol氧气时转移4 mol e－，H＋向负极移动 D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能 13．某微生物电池在运行时可同时实现净化含葡萄糖的污水、净化含Cr2O废水(常温时pH约为6)和淡化食盐水，其装置示意图如图所示，图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为待淡化食盐水。已知Cr2O转化为Cr(OH)3，下列说法不正确的是(　　) A． D为阴离子交换膜 B．X为含葡萄糖的污水，Y为含Cr2O废水 C．A室的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋ D．理论上处理1 mol的Cr2O的同时可脱除3 mol的NaCl 14．微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废弃物的处理提供了一条新途径。某微生物燃料电池示意图如图所示(假设废弃物为乙酸盐)。下列说法错误的是(　　) A． 甲室菌为好氧菌，乙室菌为厌氧菌 B．甲室的电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋ C．该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a D．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O 15．(1)利用原电池检测CO的原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为__________________________，正极反应式为__________________________。 电池总反应为_________________________________________。 (2)废气中NH3的发电原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为________________________，正极反应式为_________________________________。 电池总反应为______________________________________________________。 16．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题： (1)在酸式介质中，负极反应的物质为________，正极反应的物质为________，酸式电池的电极反应： 负极：___________________________，正极：____________________________。 电解质溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在碱性介质中，碱式电池的电极反应： 负极：_____________________________，正极：__________________________________。 电解质溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是________。 A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 (4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①该电池放电时负极反应式为________________________________________。 ②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol K2FeO4被还原。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第07讲 原电池的工作原理 化学电源 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 原电池的工作原理 1．【实验探究】铜锌原电池 (1)【实验探究】 【实验1】向CuSO4溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。 【实验2】将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象；取出盐桥，再观察实验现象。 实验现象 实验结论 实验1 溶液的温度升高 Zn与CuSO4溶液反应放出热量 实验2 插入盐桥：①锌片溶解，铜片加厚变亮 ②CuSO4溶液的颜色变浅 ③电流计指针发生偏转 有电流产生 取出盐桥：电流计指针不发生偏转 无电流产生 (2)结论：实验1的能量变化的主要形式为化学能转化为热能；实验2的能量变化的主要形式为化学能转化为电能。 (3)铜锌原电池的工作原理 Zn片为负极，电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，反应类型是氧化反应。 Cu片为正极，电极反应式为Cu2++2e-===Cu，反应类型是还原反应。 总反应式为Zn+Cu2+===Zn2++Cu 电子的流动方向：Zn片→导线→铜片。 盐桥中K+移向CuSO4溶液，Cl-移向ZnSO4溶液。 【特别提醒】 (1)单液铜锌原电池在工作过程中，锌直接和CuSO4溶液接触，会有化学反应发生，使部分化学能转化为热能，导致电池供电能力弱。 (2)双液铜锌原电池中，锌插入ZnSO4溶液、铜插入CuSO4溶液，避免了锌和CuSO4直接接触，提高了原电池的供电能力。 3．原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为自发的氧化还原反应，且ΔH<0。 (2)半反应：负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。 (3)电子流向：电子由负极经导线流向正极。 (4)离子流向：盐桥中的阳离子流向正极，阴离子流向负极。 (5)盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性，形成闭合回路。 2．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作正极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。 知识点二 原电池原理的应用 1．实验探究原电池的设计 【实验探究】根据离子反应Cu2++Fe===Cu+Fe2+设计一个原电池。 (1)画出原电池构造示意图，指出正负极。 (2)写出原电池的电极反应式 负极：Fe-2e-===Fe2+ 正极：Cu2++2e-===Cu 2．设计原电池的方法 (1)外电路 负极：还原性强的物质被氧化，向外电路提供电子； 正极：氧化性强的物质被还原，从外电路得到电子。 (2)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做定向移动，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 【方法导引】设计原电池的要点 (1)确定从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。 (2)正确分析氧化还原反应，找出氧化剂和还原剂、电子转移情况。 (3)根据氧化剂和还原剂选择合适的电极材料和电解质溶液。 一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属(或非金属导体)作正极。 如果负极反应为金属失去电子的反应，则电极材料为该金属，电解质溶液为该金属的阳离子溶液；正极材料选用比负极金属稳定的材料。 知识点3 化学电源 1．一次电池 (1)一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 (2)常见的一次电池 ①碱性锌锰干电池 电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH-。 ②银锌纽扣电池： 电池反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。 负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。 正极反应式：Ag2O+2e-+2H2O===2Ag+2OH-。 2．二次电池 (1)二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 (2)铅蓄电池 ①铅蓄电池的放电反应为原电池反应 负极：Pb - 2e- + SO42- = ==PbSO4 正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4+ 2H2O 电池反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4=== 2PbSO4+ 2H2O ②铅蓄电池的充电反应 阴极：PbSO4 + 2e- ===Pb + SO42- 阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O=== PbO2 + SO42- + 4H+ 总反应：2PbSO4+ 2H2O === Pb + PbO2 + 2H2SO4 ③铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O。 3．新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 (2)锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物； 负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中。 ②锂离子电池的工作原理 负极：LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+ 正极：6C+xLi++xe-===LixC6 电池反应：LiCoO2+6C===Li1-xCoO2+LixC6 【方法导引】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则 (1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。 (2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。 (3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。 4．燃料电池 (1)概念和特点 ①概念：燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 ②特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 (2)氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 负极：2H2 - 4e- + 4OH- === 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 电池反应：2H2+O2===2H2O 【方法导引】燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 教材习题3（P28） 某燃料电池，在正极通入氧气，在负极通入甲烷，电解质溶液通常是KOH溶液。 （1）请写出该燃料电池的电极反应式及电池总反应式。 （2）查阅资料，说说燃料电池有何优点。 解题方法 甲烷与氧气的反应为CH4＋2O2=== CO2＋2H2O，电解液为KOH溶液，CO2与KOH反应：CO2+2OH-==== CO+ H2O，因此电池反应式为CH4＋2O2+2OH－=== CO＋3H2O。负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 【答案】(1)负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O；正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；总反应式：CH4＋2O2+2OH－=== CO＋3H2O。 (2)燃料电池的优点 ①工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 ②能量转换率高，有利于节约能源。 ③排放的废弃物少，绿色环保。 教材习题04（P28） 一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意图如下。 请回答下列问题。 （1）反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4理论上转移的电子数目为___________。 （2）电池工作时，CO向电极________（填“A”或“B”）移动。 （3）电极A上H2参与的电极反应式为_________。 （4）电极B上发生的电极反应式为__________。 解题方法 (1)根据方程式可知，1 mol CH4参加反应，转移电子6mol，即转移电子数为3.612×1024个。 (2)CO和H2是燃料电池的燃料，电极A为负极，电极B为正极。CO向负极移动。 (3)电池的电解质为碳酸盐熔盐，电极反应式为H2-2e-+ CO===H2O+CO2。 (4)电极B是O2参加反应，CO2为辅助燃料，电极反应式为O2+4e-+2CO2===2CO。 【答案】(1) 3.612×1024个 (2)A (3) H2-2e-+ CO===H2O+CO2 (4)O2+4e-+2CO2===2CO 考点一 原电池的工作原理 1．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(　　) A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 【答案】C 【解析】铜的金属性强于Pt，因此电极Ⅰ是正极，发生还原反应，A错误；电极Ⅱ是负极，铜失去电子，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，B错误；正极铁离子得到电子，因此该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，C正确；盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递阴阳离子，使溶液保持电中性，D错误。 2．下列关于原电池的叙述正确的是(　　) A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极 B．正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 【答案】D 【解析】由示意图可知，Cu为原电池的负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Ag为正极，电极反应式为2Ag＋＋2e－===2Ag。电子是由负极流向正极，电流的移动方向和电子的移动方向相反，电流由正极流向负极，则电流由银电极流向铜电极，故A错误；Ag为正极，电极反应式为2Ag＋＋2e－===2Ag，故B错误；盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，若实验过程中取出盐桥，原电池不能形成闭合回路，不能继续工作，故C错误；将铜片直接浸入硝酸银溶液和原电池反应均为铜与银离子发生置换反应生成银，发生的化学反应相同，故D正确。 3．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。工作时两个电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正确的是(　　) A．锌是负极，氧化银是正极 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 【答案】A 【解析】原电池中，由化合价的变化可知，Zn化合价升高，被氧化，锌作负极，Ag化合价降低，被还原，氧化银作正极，A项正确；原电池中，锌作负极发生氧化反应，氧化银作正极发生还原反应，B项错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以溶液中OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，C项错误；将电极方程式相加可知总反应为Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag，反应消耗水，溶液OH－浓度增大，则碱性增强，D项错误；答案选A。 考点二 原电池原理的应用 1．依据氧化还原反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．负极材料不一定是Cu B．银电极可以换成Fe C．银电极反应：Ag＋＋e－===Ag D．溶液中NO移向Ag极附近 【答案】C 【解析】根据电池反应，可知铜失去电子作负极，故负极材料必须是Cu，A项错误；银电极不能换成比铜活泼的金属Fe，否则Fe失去电子作负极，B项错误；银电极析出Ag，C项正确；在电池工作过程中阴离子NO移向铜负极附近，D项错误。 2．某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　) A．Zn为负极，发生还原反应 B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极 D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极 【答案】D 【解析】根据氯离子移动方向，可知b是负极，a是正极。Zn为负极，失电子发生氧化反应，故A错误；b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，故B错误；电子流动方向是b电极→电流表→a电极，故C错误；正极材料的活泼性比负极材料弱，故D正确。 3．(1)请你将反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成原电池并回答下列问题： ①写出电极反应式： 正极_________________________；负极_________________________。 ②画出你所设计的原电池简易装置图。 (2)该电池向外提供0.2 mol 电子，负极材料的质量变化为______________。 (3)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极的反应式为______________________。 【答案】(1)①2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu－ 2e－===Cu2＋ ② (2)减少6.4 g　(3)O2＋4e－＋4H＋===2H2O 【解析】(1)①根据电池总反应式Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu失电子作负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；正极是三价铁离子得电子生成亚铁离子，电极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；②根据原电池的总反应，可以选择FeCl3作电解质溶液，选用Cu和 C棒作电极，示意图为； (2)根据负极反应Cu－2e－===Cu2＋可知消耗1 mol铜，转移2 mol电子，故转移0.2 mol电子，消耗的铜为0.1 mol，质量为0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g； (3)原电池正极发生的是化合价降低得电子的反应，根据方程式可知是O2得电子，另外，由于电解质溶液显酸性，所以正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 考点三 化学电源 1．研究人员研发了一种“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。在海水中，电池的总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是(　　) A．正极反应式：Ag＋Cl－＋e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子 C．Na＋不断向“水电池”的负极移动 D．AgCl是氧化产物 【答案】D 【解析】正极反应式应为5MnO2＋2e－===Mn5O，故A项错误；由正极反应式可知，生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，故B项错误；钠离子要与Mn5O结合，因此钠离子应该向正极移动，故C项错误；负极反应：Ag＋Cl－－e－===AgCl，Ag失电子，被氧化，则AgCl是氧化产物，故D项正确。综上所述，本题正确答案为D。 2．如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析正确的是(　　) A．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上的电极反应为 H2－2e－===2H＋ B．如果a极通入H2，b极通入O2, H2SO4溶液作电解质溶液，则通O2的电极上的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通CH4的电极上的电极反应为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O D．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH－向b极移动 【答案】C 【解析】如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极是负极，氢气失去电子，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故A项错误；如果a极通入H2，b极通入O2, H2SO溶液作电解质溶液，则通O2的电极是正极，氧气得到电子，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B项错误；如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则通CH4的电极是负极，甲烷失去电子，电极反应为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，故C项正确；如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH－向负极(a极)移动，D项错误。 3．以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。下列说法正确的是(　　) A．当外电路中通过2 mol电子时，将消耗11.2 L O2 B．通天然气的电极为负极，发生还原反应 C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3 D．正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO 【答案】D 【解析】A．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，当外电路中通过2 mol电子时，将消耗0.5 mol O2，但未告知是否为标准状况，因此氧气的体积不一定为11.2 L，故A错误；B．通天然气的电极为原电池的负极，发生氧化反应，故B错误；C．假设转移4 mol的电子，根据电极反应：负极电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，通入空气和CO2的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，负极消耗2 mol的碳酸根离子，正极产生2 mol的碳酸根离子，所以碳酸根离子的浓度不变，无需补充Li2CO3和K2CO3，故C错误，D正确。 4．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为___________________________。 (2)电池正极发生的电极反应为_____________________________。 (3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________________________，反应的化学方程式为_________________________。 (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_________________________。 【答案】(1)Li　Li－e－===Li＋　(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑　(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成　SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑　(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应 【解析】(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1．了解原电池的工作原理。 2．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 3．掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。 4．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 5．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决新型电池的开发问题。 6．了解化学电源的分类及常见化学电源的构成。 【学习重难点】 1．原电池的工作原理； 2．常见电池的工作原理； 3．燃料电池的工作原理； 4．原电池电极反应式的书写。 1．“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能，如图所示是某同学设计的几种装置，其中能构成原电池的是(　　) A．③⑤⑦　　B．③④⑤　　C．④⑤⑦　　D．②⑤⑥ 【答案】A 【解析】①未构成闭合回路，不能构成原电池，错误；②两个电极相同，不能构成原电池，错误；③存在两个不同的电极、存在电解质溶液、形成了闭合回路，能够发生氧化还原反应Zn＋2H＋===H2↑＋Zn2＋，能够构成原电池，正确；④不能发生自发的氧化还原反应，不能构成原电池，错误；⑤存在两个不同的电极、存在电解质溶液、形成了闭合回路，能够发生氧化还原反应Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋，能够构成原电池，正确；⑥甘油为非电解质，不能构成原电池，错误；⑦存在两个不同的电极、存在电解质溶液、形成了闭合回路，能够发生氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，能够构成原电池，正确；能够构成原电池的有③⑤⑦，故选A。 2．如图是铜锌原电池，下列说法正确的是(　　) A．电流从锌片流出经电流表到铜片 B．锌电极发生还原反应 C．铜片上发生氧化反应 D．电解质溶液中的阴离子向负极移动 【答案】D 【解析】该原电池中，Zn易失电子作负极、Cu作正极，正极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，负极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，电子从负极沿导线流向正极，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动。电流从正极铜片流出经电流表到负极锌片，选项A错误；锌电极作负极失去电子，发生氧化反应，选项B错误；铜片上发生得电子的还原反应，选项C错误；电解质溶液中的阴离子向负极移动，选项D正确；答案选D。 3．下列关于电池的说法正确的是(　　) A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 B．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，再经过电解质流回负极 C．铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O D．氢氧燃料电池，通入氢气的电极为电池的负极 【答案】D 【解析】太阳能电池的主要材料是高纯度硅，光导纤维的主要材料是二氧化硅，故A错误；电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，溶液中离子发生移动，电子不经过溶液，故B错误；铅酸蓄电池放电时的正极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，故C错误；氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子而发生氧化反应，则氢气被氧化，故D正确。 4．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列说法不正确的是(　　) A．甲：SO向Cu电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减少 【答案】A 【解析】甲中Zn为负极，原电池工作时SO向Zn电极方向移动，故A错误；乙为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B正确；丙为普通锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，故C正确；丁为铅蓄电池，放电时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，使用一段时间后，硫酸溶液的浓度降低，故D正确；故答案为A。 5．用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　) A．电子通过盐桥从乙池流向甲池 B．盐桥中的电解质溶液为KCl溶液 C．开始时，银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋ D．电流计中通过0.1 mol电子时，铜片质量减少3.2 g 【答案】D 【解析】电子不能通过电解质溶液，故A不选；乙烧杯中的电解质溶液为AgNO3溶液，能和KCl反应生成AgCl沉淀，堵塞盐桥，故B不选；铜片是负极，银片是正极，在银片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故C不选；电流计中通过0.1 mol电子时，铜片发生反应Cu－2e－===Cu2＋，故铜片质量减少×64 g·mol－1＝3.2 g，故D选。 6．实验发现在氯化铁酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是(　　) A．盐桥中的阴离子往左边烧杯移动 B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C．该电池铂电极上立即有气泡出现 D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋ 【答案】B 【解析】根据上述分析可知：Zn为负极，失去电子，Zn2＋进入溶液，根据同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引的原则，盐桥中的阴离子会往正电荷较多的右边烧杯移动，A错误；左边烧杯中溶液的Fe3＋在Pt电极上得到电子生成Fe2＋，由于消耗Fe3＋，所以左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去，B正确；铂电极上Fe3＋被还原为Fe2＋，没有气体生成，所以没有气泡产生，C错误；该电池总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，没有Fe单质生成，D错误；故答案为B。 7．一种镁氧电池电极材料为金属膜和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ B．负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2 C．电子的移动方向是由a经外电路到b D．该电池在工作过程中，电解液KOH的浓度保持不变 【答案】D 【解析】A．Mg电极a作负极、活性炭b电极作正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A正确；B．Mg作负极、Mg失电子生成Mg(OH)2，电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，故B正确；C．Mg作负极、活性炭作正极，即a电极为负极，b电极为正极，电子从负极a经外电路到正极b，故C正确；D．负极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2、正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，原电池总反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，消耗水使KOH的浓度增大，故D错误。 8．市场上经常见到的标记为Li­ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列说法不正确的是(　　) A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋ B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水溶液作为电解质溶液 D．放电过程中Li＋向负极移动 【答案】D 【解析】A项，Li从零价升至正价，失去电子，作负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故不能用水溶液作为电解质溶液，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极得电子，故错。 9．一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．使用碱性电解质水溶液 B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2 C．使用的隔膜是阳离子交换膜 D．充电时，电子从Mg电极流出 【答案】C 【解析】Mg为活泼金属，所以放电时Mg被氧化，Mg电极为负极，聚合物电极为正极。碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－ ===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。 10．锂(Li)­空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．金属锂作负极，发生氧化反应 B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－ D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH 【答案】C 【解析】在锂­空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确；Li在负极失去电子变成了Li＋，会通过有机电解质向水溶液处(正极)移动，故B项正确；正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C项错误；负极的反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池的总反应则为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，故D项正确。综上所述，本题的正确答案为C。 11．如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，适合进行现场酒精检测，下列说法不正确的是(　　) A．电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极 B．该电池的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量 【答案】C 【解析】A．乙醇燃料电池中，负极上乙醇失电子发生氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，电流由正极流向负极，即从O2所在的铂电极经外电路流向另一电极，故A正确；B．乙醇燃料电池中，正极上是氧气得电子的还原反应，O2所在的铂电极处发生还原反应，由于是酸性环境，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B正确；C．该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应，分析装置图可知酒精在负极被氧气氧化发生氧化反应生成醋酸，CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，故C错误；D．根据微处理器通过检测电流大小可以得出电子转移的物质的量，根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量，故D正确。 12．法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A．该生物燃料电池不可以在高温下工作 B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．消耗1 mol氧气时转移4 mol e－，H＋向负极移动 D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能 【答案】C 【解析】大部分酶属于蛋白质，在高温下会发生变性，失去生理活性，所以该生物燃料电池不可以在高温下工作，故A正确；葡萄糖生物燃料电池中葡萄糖在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，其电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋，故B正确；氧气在正极得电子，其电极方程式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，消耗1 mol氧气则转移4 mol e－，在溶液中阳离子向正极移动，所以H＋会向正极移动，故C错误；提高葡萄糖生物燃料电池的效率，能提高葡萄糖的能量利用率，向外提供更多的电量，故D正确；答案选C。 13．某微生物电池在运行时可同时实现净化含葡萄糖的污水、净化含Cr2O废水(常温时pH约为6)和淡化食盐水，其装置示意图如图所示，图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为待淡化食盐水。已知Cr2O转化为Cr(OH)3，下列说法不正确的是(　　) A． D为阴离子交换膜 B．X为含葡萄糖的污水，Y为含Cr2O废水 C．A室的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋ D．理论上处理1 mol的Cr2O的同时可脱除3 mol的NaCl 【答案】D 【解析】原电池中，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，电子从负极流出，电子沿着导线流向正极，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，电化学反应时，电极上电子数守恒，据此分析回答；A室为负极区，阴离子向负极移动，D为阴离子交换膜，允许阴离子通过，A正确；A室为负极区，X为含葡萄糖的污水，葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳，C室为正极区，Y为含Cr2O废水，正极反应式为Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3↓＋H2O，B正确；A室为负极区，葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，C正确；理论上处理1 mol的Cr2O的同时转移电子6 mol，即Na＋、Cl－分别定向移动6 mol，即可脱除6 mol的NaCl，D错误。 14．微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废弃物的处理提供了一条新途径。某微生物燃料电池示意图如图所示(假设废弃物为乙酸盐)。下列说法错误的是(　　) A． 甲室菌为好氧菌，乙室菌为厌氧菌 B．甲室的电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋ C．该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a D．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O 【答案】A 【解析】根据图示，甲室在无氧条件下发生反应，菌为厌氧菌，乙室有氧气参与电极反应，菌为好氧菌，故A错误；根据图示，甲室中电极为负极，乙酸盐失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，故B正确；原电池中电子由负极流向正极，即由a经导线到b，电流方向与电子流向相反，该微生物燃料电池(MFC)电流的流向：由b经导线到a，故C正确；根据图示，该燃料电池负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O，故D正确。 15．(1)利用原电池检测CO的原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为__________________________，正极反应式为__________________________。 电池总反应为_________________________________________。 (2)废气中NH3的发电原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为________________________，正极反应式为_________________________________。 电池总反应为______________________________________________________。 【答案】(1)CO－2e－＋O2－===CO2 O2＋4e－===2O2－　2CO＋O2===2CO2 (2)2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O O2＋4e－===2O2－　4NH3＋3O2===2N2＋6H2O 【解析】(1)CO为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为CO－2e－＋O2－===CO2；O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－===2O2－，电池总反应为2CO＋O2===2CO2。 (2)NH3为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O，O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－===2O2－，电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。 16．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题： (1)在酸式介质中，负极反应的物质为________，正极反应的物质为________，酸式电池的电极反应： 负极：___________________________，正极：____________________________。 电解质溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在碱性介质中，碱式电池的电极反应： 负极：_____________________________，正极：__________________________________。 电解质溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是________。 A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 (4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①该电池放电时负极反应式为________________________________________。 ②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol K2FeO4被还原。 【答案】(1)H2　O2　2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O　变大 (2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－　变小 (3)C (4)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　 ②1 【解析】(1)在酸性氢氧燃料电池中，石墨作电极，负极是氢气失电子生成氢离子，电极反应为2H2－4e－===4H＋；正极是氧气得电子，结合氢离子生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，由于正负极消耗与生成的氢离子等量，所以氢离子的总量不变，而总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，水的总量增加，氢离子浓度减小，pH变大。(2)在碱性介质中，氢气在负极失去电子，结合氢氧根离子生成水，电极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O；氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，由于正负极消耗与生成的氢氧根离子等量，所以氢氧根离子的总量不变，而总电极反应式为2H2＋O2===2H2O，水的总量增加，氢氧根浓度减小，pH变小。(3)电解获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；氢氧燃料电池产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为H2－2e－===2H＋，H2－2e－＋2OH－===2H2O，不相同，C错误；以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式均为2H2＋O2===2H2O，D正确，答案选C。(4)①放电时，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；②放电时，正极上1 mol K2FeO4得3 mol电子发生还原反应生成1 mol Fe(OH)3，所以每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$