第13讲 原电池和化学电源（暑假预习讲义）新高二化学沪科版

第13讲 原电池和化学电源 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 一、原电池 1. 原电池的定义：把 能转化为 能的装置叫原电池。 2. 形成原电池的条件： ①电极：有两种 不同的金属（或一种是非金属导体）做电极，较活泼的金属为 极，较不活泼的金属（或非金属）为 极。 ②电解质溶液：电极材料均插入电解质溶液中。 ③整个装置必须形成 电路。 ④ 进行的氧化还原反应 3. 原电池的化学原理： （1）自发进行的氧化还原反应在两极进行 （2）电子从 极（较活泼的金属）流向 极（较不活泼的金属或非金属），负极发生 反应，正极发生 反应。 如：Cu─H2SO4─Zn原电池： 正极： 极得电子，发生还原反应 负极： 极失电子，发生氧化反应 总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 【实验探究】 锌与 CuSO4 溶液反应中的能量变化实验 1. 如图 4.1，将温度传感器插入 1 mol· L—1 的 CuSO4 溶液中，再向其中加入少量锌粉，测量反应过程中溶液的温度，记录实验现象。 2. 如图 4.2 所 示， 将 锌 片、 铜 片 分 别 插 入1 mol· L—1 的 ZnSO4 溶 液 和 1 mol· L—1 的 CuSO4 溶液中，两个溶液用盐桥进行连接，金属片之间用导线连接，导线中间接入灵敏电流计，记录实验现象。 铜锌原电池的实验装置图 原电池中还原性强的电极是 极，负极向外电路提供 ；氧化性强的电极是 极，正极从外电路 电子。两极浸在电解质溶液中，用 连通，通过正、负离子的 构成回路。按照电极与表面半反应的关系，可以将构成原电池的电极分为 电极、 电极、 电极等类型。金属导电材料直接参与半反应的电极叫做金属电极，如上述铜锌原电池中的锌电极和铜电极。导电材料本身不发生 反应的电极叫做惰性电极，如铂、石墨等。吸附在电极表面的 会参与半反应的电极叫做气体电极，如标准氢电极等（图 4.3）。在电极上进行的半反应称为电极反应。 【归纳总结】 1．原电池工作原理示意图 2．轻巧记忆(锌铜原电池工作原理)： 3．原电池正负极的判断 知识点二 化学电源——电池 二、化学电源—电池 1. 干电池 2. 铅酸蓄电池 3. 氢燃料电池 氢燃料电池以 为燃料， 为氧化剂，铂金属做电极， 交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。电池在工作时，从负极区通入的氢气，在铂电极表面被吸附，催化解离为氢原子并失去电子成为 H+： 氢燃料电池的工作原理示意图 负极区产生的 H+ 可通过质子交换膜，进入 极区，与此同时，产生的电子经过 电路流向正极。从正极区通入的 O2（来自空气）在铂电极表面被吸附，催化解离为氧原子并得到电子和 H+ 反应生成 H2O： 负极： 正极： 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 4. 原电池原理的应用： （1）根据原电池中金属的活泼性：负极大于正极，用于比较金属的活泼性。（ ） （2）一个自发进行的氧化还原反应设计为原电池反应可加快反应速率。（如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌反应快） 教材习题01（P15） 2. 氢镍电池是一种在日常生活中经常使用的可充电电池。氢镍电池的总反应的化学方程式是：H2 + 2NiO(OH) 2Ni(OH)2 根据此总反应的化学方程式，判断下列叙述中正确的是（　　）。 （A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 （B）电池放电时，镍元素被氧化 （C）电池充电时，氢元素被还原 （D）电池放电时，H2是正极 解题方法 放电时，先分析方程式中的还原剂和氧化剂，氧化产物和还原产物。同时分析每个半电池中反应产物和电解液是否发生反应，溶液的酸碱性是否变化。 充电时，原得电子的过程要会转换为失电子的过程，进行相应的分析。 【答案】 教材习题04（P16） 3. 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在 电极与酶之间传递电子，如下图所示，以下说法错误的是（　　）。 （A）相比现在工业合成氨，该反应条件温和，同时还可以提供电能 （B）负极区在氢化酶作用下发生反应H2 + 2MV2+ =2H+ + 2MV+ （C）正极区以固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 （D）电池工作时H+通过质子交换膜由负极区向正极区移动 解题方法 由题图和题意知,电池总反应式为3H2+N2=2NH3。该合成氨反应在室温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压； 观察题图知,左边电极发生氧化反应 MV+-e-=MV2+,为负极,不是正极; 正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3; 电池工作时，H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)移动. 【答案】 考点一 原电池的工作原理 1．下列关于原电池的叙述中，正确的是 ①构成原电池的正极和负极必须是两种金属 ②原电池是化学能转变为电能的装置 ③在原电池中，电子流入的一极是正极，该电极上发生还原反应 ④在原电池中，电流从负极流向正极 ⑤在原电池中，电解质溶液或熔融电解质中的阳离子向负极移动 A．①②⑤ B．②③ C．② D．③⑤ 2．化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 3．某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是 A．发生氧化反应，作正极 B．负极反应： C．盐桥中，移向溶液 D．工作一段时间后，两烧杯中溶液均不变 4．下列反应中，在理论上不能设计成原电池的是 A．   B．   C．   D．   考点二 化学电源——电池 5．碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池为二次电池 B．电池工作时，通过隔膜向Zn极移动 C．电池工作时，发生氧化反应 D．负极的电极反应式为： 6．铅蓄电池的结构示意图如图，下列关于铅蓄电池的说法正确的是 A．放电时，作负极，向负极方向移动 B．放电时，一段时间后电解质溶液值不变 C．充电时，铅蓄电池负极连接电源正极 D．充电时，阳极的电极反应为 7．燃料电池的能量利用率高，肼燃料电池原理如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电极为正极 B．将由电极区向电极区移动 C．用该电池电解饱和食盐水，当消耗1mol时，可产生标准状况下22.4L的 D．电极的电极反应式为 8．原电池原理广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等领域，并成为日常生活中多种设备及电器的电源。下列说法正确的是 A．锌铜原电池的盐桥中的阳离子带正电荷，向左侧负极迁移 B．纽扣式银锌电池中正极反应式为 C．铅蓄电池工作时，电路中每转移电子，则消耗 D．氢氧燃料电池能量转化率可达80%以上，远高于火力发电能量转化率 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.通过对锌铜双液原电池的分析，进一步理解原电池的工作原理，形成原电池的认知模型 2.了解几种重要的化学电源，能利用原电池模型解释一些化学电池的工作原理 3.从能量转化的角度进一步感受化学学科对生产生活的重要影响 【学习重难点】 1.原电池原理 2.一次电池、二次电池及燃料电池 一、单选题 1．关于原电池盐桥，下列说法正确的是 A．盐桥可维持氧化还原反应持续进行，使能量转换率达到100% B．盐桥可由金属导线代替，效果更好 C．盐桥中的电解质可以中和两个半电池中的过剩电荷 D．选择盐桥中的电解质，应与电池中溶液反应且正负离子迁移速率越大越好 2．根据反应设计如图所示的原电池，下列选项中的组合能构成该原电池的是 选项 电极 电极 A 石墨 溶液 溶液 B 石墨 溶液 溶液 C 溶液 溶液 D 溶液 溶液 A．A B．B C．C D．D 3．电化学气敏传感器法可用来测定空气中含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．工作电极上的反应式为 B．该电池工作时，外电路中电子的流动方向为工作电极溶液铂电极灯泡工作电极 C．每消耗，同时产生的质量为 D．电池工作一段时间后，溶液的增大 4．一定温度下，一定量的稀硫酸与过量铁粉反应时，为了减缓反应速率，且不影响生成氢气的总量，可向稀硫酸中加入适量的 ①水    ②溶液    ③98%的硫酸    ④固体    ⑤溶液    ⑥溶液 A．①④⑥ B．①④⑤ C．①②④ D．①④⑤⑥ 5．锂锰电池是最常见的一次性3V锂电池，电池的总反应为，电池结构如图所示，下列说法正确的是 A．电解质可用氯化锂溶液代替 B．a极发生还原反应，电极反应式为 C．电池放电时，移向a极 D．电路中转移0.1mol电子时，b极质量增重0.7g 6．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是        A．图甲：锌铜原电池工作时，电流由铜经电流表流向锌，再由锌经电解质溶液流向铜 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移2mol电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 7．下列说法中错误的是 A．原电池反应的电极材料为锌、铁 B．在原电池中，发生氧化反应的电极为负极 C．碱性锌锰电池中负极电极反应式： D．手机中使用的锂电池属于二次电池 8．瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3—Na2O，O2-可以在其中自由移动，下列有关叙述中错误的是 A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极a流向电极b B．电极b是正极，O2-由电极b流向电极a C．电极a的反应式为CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O D．若消耗的O2为33.6 L(标准状况)，转移6 mol电子 9．一种氢氧燃料电池的装置示意图如图，电极均为石墨材料，下列说法正确的是 A．电极1是正极，发生还原反应 B．该装置工作时，溶液中的移向电极1 C．电极2上发生的反应为O2+2H2O+4e-=4OH- D．电子的移动方向为电极1→导线→电极2→稀硫酸→电极1 10．下列电池工作时，在正极得电子的是 A．锌锰干电池 B．铅酸蓄电池 C．镍镉电池 D．镁-空气电池 11．利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 12．化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是 A．氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点 B．锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌 C．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 D．太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置 二、填空题 13．下图是原电池的装置图。请回答下列问题： (1)若溶液为稀硫酸，电流表指针发生偏转，电极材料为且作负极，则电极上发生的电极反应式为 ，反应进行一段时间后，溶液C的酸性 (填“增强”“减弱”或“基本不变”)。 (2)若将反应设计成如上图所示的原电池装置，则极(负极)材料为 ，B极的电极反应式为 。 (3)若极为，极为，溶液为溶液，则极发生 反应，电极反应式为 。 (4)与反应还可制备甲醇，可作为燃料使用，用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图所示。 已知电池总反应为，若线路中转移电子，则该燃料电池消耗的在标准状况下的体积为 L。 14．人们利用原电池原理制作了多种电池，以满足日常生活、生产和科技技术等方面的需要。请根据题中提供的信息，回答下列问题。 (1)铅酸蓄电池在放电时的总反应为，则其正极反应式为 。 (2)溶液腐蚀印刷电路铜板时发生反应：。若将此反应设计成原电池，负极所用的电极材料为 ，负极电极反应式： 。 (3)已知甲烷燃料电池的工作原理如图1所示。该电池工作时，b口通入的物质为 (填化学式)，该电池正极上的电极反应式为 ；当甲烷完全反应生成时，有 电子发生转移。若将电池的电解质溶液换为溶液，则负极电极反应式为 。 (4)有人设想以和为反应物，以溶有的盐酸为电解质溶液，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2所示，电池正极的电极反应式是 ，A是 (填名称)。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第13讲 原电池和化学电源 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 一、原电池 1. 原电池的定义：把化学能转化为电能的装置叫原电池。 2. 形成原电池的条件： ①电极：有两种活性不同的金属（或一种是非金属导体）做电极，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属（或非金属）为正极。 ②电解质溶液：电极材料均插入电解质溶液中。 ③整个装置必须形成闭合电路。 ④自发进行的氧化还原反应 3. 原电池的化学原理： （1）自发进行的氧化还原反应在两极进行 （2）电子从负极（较活泼的金属）流向正极（较不活泼的金属或非金属），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 如：Cu─H2SO4─Zn原电池： 正极： 2H+ + 2e- = H2↑ 正极得电子，发生还原反应 负极： Zn - 2e- = Zn2+ 负极失电子，发生氧化反应 总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 【实验探究】 锌与 CuSO4 溶液反应中的能量变化实验 1. 如图 4.1，将温度传感器插入 1 mol· L—1 的 CuSO4 溶液中，再向其中加入少量锌粉，测量反应过程中溶液的温度，记录实验现象。 2. 如图 4.2 所 示， 将 锌 片、 铜 片 分 别 插 入1 mol· L—1 的 ZnSO4 溶 液 和 1 mol· L—1 的 CuSO4 溶液中，两个溶液用盐桥进行连接，金属片之间用导线连接，导线中间接入灵敏电流计，记录实验现象。 铜锌原电池的实验装置图 原电池中还原性强的电极是负极，负极向外电路提供电子；氧化性强的电极是正极，正极从外电路得到电子。两极浸在电解质溶液中，用盐桥连通，通过正、负离子的迁移构成回路。按照电极与表面半反应的关系，可以将构成原电池的电极分为金属电极、惰性电极、气体电极等类型。金属导电材料直接参与半反应的电极叫做金属电极，如上述铜锌原电池中的锌电极和铜电极。导电材料本身不发生氧化还原反应的电极叫做惰性电极，如铂、石墨等。吸附在电极表面的气体会参与半反应的电极叫做气体电极，如标准氢电极等（图 4.3）。在电极上进行的半反应称为电极反应。 【归纳总结】 1．原电池工作原理示意图 2．轻巧记忆(锌铜原电池工作原理)： 3．原电池正负极的判断 知识点二 化学电源——电池 二、化学电源—电池 1. 干电池 2. 铅酸蓄电池 3. 氢燃料电池 氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。电池在工作时，从负极区通入的氢气，在铂电极表面被吸附，催化解离为氢原子并失去电子成为 H+： 氢燃料电池的工作原理示意图 负极区产生的 H+ 可通过质子交换膜，进入正极区，与此同时，产生的电子经过外电路流向正极。从正极区通入的 O2（来自空气）在铂电极表面被吸附，催化解离为氧原子并得到电子和 H+ 反应生成 H2O： 负极：H2 — 2e = 2H+ 正极：1/2O2 + 2H+ + 2e—= H2O 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 4. 原电池原理的应用： （1）根据原电池中金属的活泼性：负极大于正极，用于比较金属的活泼性。（Al─NaOH─Mg原电池特例除外） （2）一个自发进行的氧化还原反应设计为原电池反应可加快反应速率。（如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌反应快） 教材习题01（P15） 2. 氢镍电池是一种在日常生活中经常使用的可充电电池。氢镍电池的总反应的化学方程式是：H2 + 2NiO(OH) 2Ni(OH)2 根据此总反应的化学方程式，判断下列叙述中正确的是（　　）。 （A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 （B）电池放电时，镍元素被氧化 （C）电池充电时，氢元素被还原 （D）电池放电时，H2是正极 解题方法 放电时，先分析方程式中的还原剂和氧化剂，氧化产物和还原产物。同时分析每个半电池中反应产物和电解液是否发生反应，溶液的酸碱性是否变化。 充电时，原得电子的过程要会转换为失电子的过程，进行相应的分析。 【答案】C 教材习题04（P16） 3. 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在 电极与酶之间传递电子，如下图所示，以下说法错误的是（　　）。 （A）相比现在工业合成氨，该反应条件温和，同时还可以提供电能 （B）负极区在氢化酶作用下发生反应H2 + 2MV2+ =2H+ + 2MV+ （C）正极区以固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 （D）电池工作时H+通过质子交换膜由负极区向正极区移动 解题方法 由题图和题意知,电池总反应式为3H2+N2=2NH3。该合成氨反应在室温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压； 观察题图知,左边电极发生氧化反应 MV+-e-=MV2+,为负极,不是正极; 正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3; 电池工作时，H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)移动. 【答案】B 考点一 原电池的工作原理 1．下列关于原电池的叙述中，正确的是 ①构成原电池的正极和负极必须是两种金属 ②原电池是化学能转变为电能的装置 ③在原电池中，电子流入的一极是正极，该电极上发生还原反应 ④在原电池中，电流从负极流向正极 ⑤在原电池中，电解质溶液或熔融电解质中的阳离子向负极移动 A．①②⑤ B．②③ C．② D．③⑤ 【答案】B 【解析】①构成原电池的某一极电极材料也可以是非金属材料，如石墨，①错误； ②原电池是把化学能转化为电能的装置，②正确； ③在原电池中，电子从负极流出，流入正极，正极上得电子发生还原反应，③正确； ④在原电池中，电流从正极流向负极，④错误； ⑤在原电池中，电解质溶液或熔融电解质中的阳离子向正极移动，⑤错误。 ②③正确，答案选B。 2．化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．无水乙醇为非电解质，不导电，没有电解质溶液，所以不能产生电流，A不合题意； B．Al能与NaOH溶液反应，但Mg和Al未用导线连接，不能形成闭合的回路，所以不能产生电流，B不合题意； C．两电极均为石墨电极，没有自发进行的氧化还原反应，不能产生电流，C不合题意； D．已知Zn比Pb活泼，能与稀盐酸反应，且形成了闭合回路，则能够形成原电池即产生电流，D符合题意； 答案选D。 3．某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是 A．发生氧化反应，作正极 B．负极反应： C．盐桥中，移向溶液 D．工作一段时间后，两烧杯中溶液均不变 【答案】C 【分析】该装置是铁-硫酸-石墨原电池，铁是负极，发生氧化反应：Fe-2e-=Fe2+，石墨为正极，发生还原反应：2H++2e-=H2↑。 【解析】A．发生氧化反应，作负极，A错误； B．负极反应：Fe-2e-=Fe2+，B错误； C．原电池中阴离子向负极移动，盐桥中，移向溶液，C正确； D．工作一段时间后，正极发生还原反应：2H++2e-=H2↑，H+浓度减小，变大，负极产生亚铁离子，溶液显弱酸性，D错误； 答案选C。 4．下列反应中，在理论上不能设计成原电池的是 A．   B．   C．   D．   【答案】B 【分析】原电池工作时有电子发生转移，故能设计成原电池的反应一定是自发的氧化还原反应，据此分析； 【解析】A．该反应是放热反应，同时也是熵增反应，且Li、S元素有化合价的变化，能设计成原电池，A不符合题意； B．二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水的反应为非氧化还原反应，故不能设计成原电池，B项符合题意； C．该反应是放热反应，同时也是熵增反应，且N元素有化合价的变化，能设计成原电池，C不符合题意； D．该反应是放热反应，H、I元素有化合价的变化，能设计成原电池，D不符合题意； 故选B； 考点二 化学电源——电池 5．碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池为二次电池 B．电池工作时，通过隔膜向Zn极移动 C．电池工作时，发生氧化反应 D．负极的电极反应式为： 【答案】B 【解析】A．碱性锌锰电池不能充电，是一次电池，故A错误； B．电池工作时，通过隔膜向负极（Zn）移动，故B正确； C．电池工作时，为正极，得到电子，发生还原反应，故C错误； D．电池工作Zn为负极，碱性环境下，反应式为：，故D错误； 故选B。 6．铅蓄电池的结构示意图如图，下列关于铅蓄电池的说法正确的是 A．放电时，作负极，向负极方向移动 B．放电时，一段时间后电解质溶液值不变 C．充电时，铅蓄电池负极连接电源正极 D．充电时，阳极的电极反应为 【答案】D 【分析】放电时，铅是铅蓄电池的负极，硫酸根离子作用下铅在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸铅，二氧化铅是正极，酸性条件下二氧化铅在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O；充电时，铅蓄电池负极连接电源的负极做阴极，正极连接电源正极做阳极。 【解析】A．由分析可知，铅是铅蓄电池的负极，溶液中氢离子向正极移动，故A错误； B．由分析可知，电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，则放电时，一段时间后，溶液中硫酸溶液浓度减小，电解质溶液pH值增大，故B错误； C．由分析可知，充电时，铅蓄电池负极连接电源的负极做阴极，故C错误； D．由分析可知，充电时，正极连接电源正极做阳极，水分子作用下，硫酸铅在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化铅、氢离子和硫酸根离子，电极反应式为，故D正确； 故选D。 7．燃料电池的能量利用率高，肼燃料电池原理如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电极为正极 B．将由电极区向电极区移动 C．用该电池电解饱和食盐水，当消耗1mol时，可产生标准状况下22.4L的 D．电极的电极反应式为 【答案】C 【分析】N2H4在电极上失电子发生氧化反应生成N2，电极是负极；O2在电极上得电子发生还原反应生成氢氧根离子，是正极。 【解析】A．根据以上分析，通入燃料的电极是负极，通入的电极是正极，故A正确； B．是负极、是正极，电解质溶液中阳离子移向正极，所以将由电极区向电极区移动，故B正确； C．当消耗时，转移4mol电子，根据电子守恒，可产生，在标准状况下的体积为44.8L，故C错误； D．O2在电极上得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为，故D正确； 选C。 8．原电池原理广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等领域，并成为日常生活中多种设备及电器的电源。下列说法正确的是 A．锌铜原电池的盐桥中的阳离子带正电荷，向左侧负极迁移 B．纽扣式银锌电池中正极反应式为 C．铅蓄电池工作时，电路中每转移电子，则消耗 D．氢氧燃料电池能量转化率可达80%以上，远高于火力发电能量转化率 【答案】D 【解析】A．锌铜原电池中锌较为活泼，锌为负极、铜为正极，带正电荷的阳离子向正极迁移，即盐桥中的阳离子带正电荷，向右侧正极迁移，A错误； B．纽扣式银锌电池中，Ag2O作正极，Ag2O在碱性环境下被还原生成Ag，正极反应式为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，B错误； C．铅蓄电池为二次电池，总反应为：，电路中每转移电子，则消耗2mol，即消耗196g，C错误； D．氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80%，远高于转化率仅30%多的火力发电，大大提高了能源的利用率，D正确； 故选D。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.通过对锌铜双液原电池的分析，进一步理解原电池的工作原理，形成原电池的认知模型 2.了解几种重要的化学电源，能利用原电池模型解释一些化学电池的工作原理 3.从能量转化的角度进一步感受化学学科对生产生活的重要影响 【学习重难点】 1.原电池原理 2.一次电池、二次电池及燃料电池 一、单选题 1．关于原电池盐桥，下列说法正确的是 A．盐桥可维持氧化还原反应持续进行，使能量转换率达到100% B．盐桥可由金属导线代替，效果更好 C．盐桥中的电解质可以中和两个半电池中的过剩电荷 D．选择盐桥中的电解质，应与电池中溶液反应且正负离子迁移速率越大越好 【答案】C 【解析】A．盐桥可维持氧化还原反应持续进行，但是转化过程中会有热量产生，则能量转化率不能达到100%，A错误； B．盐桥可以传到阴、阳离子，不能用金属导线代替，B错误； C．盐桥中的电解质可以中和两个半电池中的正、负电荷，从而维持氧化还原反应持续进行，C正确； D．选择盐桥中的电解质，不能与电池中溶液反应，D错误； 故选C。 2．根据反应设计如图所示的原电池，下列选项中的组合能构成该原电池的是 选项 电极 电极 A 石墨 溶液 溶液 B 石墨 溶液 溶液 C 溶液 溶液 D 溶液 溶液 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】由可知，Cu的化合价由0价升高到+2价，失去电子，为负极，的化合价由+3价降低到+2价，得到电子，为正极，结合图可知，电子由M极移向N极，故M极为负极，N极为正极，则M极为Cu作为电极材料，溶液作为电解液，N极为石墨做电极材料，溶液作为电解液，综上可知，B符合题意； 故选B。 3．电化学气敏传感器法可用来测定空气中含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．工作电极上的反应式为 B．该电池工作时，外电路中电子的流动方向为工作电极溶液铂电极灯泡工作电极 C．每消耗，同时产生的质量为 D．电池工作一段时间后，溶液的增大 【答案】C 【分析】CO在电极失电子上发生氧化反应生成，该电极为负极，发生反应，铂电极通入氧气得电子发生还原反应，为原电池正极，发生反应，据此解答。 【解析】A．工作电极上的反应式为，A错误； B．根据电子不下水规律可知，外电路中电子的流动方向为工作电极(负极) 灯泡铂电极，B错误； C．根据两电极得失电子守恒可知，每消耗，同时产生0.4mol ，质量为，C正确； D．电池总反应式为，工作一段时间后，溶液的氢离子浓度不变，不变，D错误。 故答案为：C。 4．一定温度下，一定量的稀硫酸与过量铁粉反应时，为了减缓反应速率，且不影响生成氢气的总量，可向稀硫酸中加入适量的 ①水    ②溶液    ③98%的硫酸    ④固体    ⑤溶液    ⑥溶液 A．①④⑥ B．①④⑤ C．①②④ D．①④⑤⑥ 【答案】B 【解析】①加水，稀硫酸浓度降低，反应速率减慢，但是硫酸物质的量不变，生成氢气总量不变，故①正确； ②加入硝酸钠溶液，硝酸根离子在酸性条件下有强氧化性，会与铁反应生成NO气体，不生成氢气，故②错误； ③加入适量98%的硫酸，加快反应速率，影响生成氢气的总量，故③错误； ④加入醋酸钠固体，醋酸钠与硫酸反应生成醋酸，溶液中氢离子浓度减小，反应速率减慢，但最终电离出的氢离子物质的量不变，生成氢气的总量不变，故④正确； ⑤加入硫酸钾溶液，溶液中氢离子浓度降低，反应速率减慢，但硫酸最终电离出的氢离子物质的量不变，生成氢气总量不变，故⑤正确； ⑥加入硫酸铜溶液，铁和硫酸铜溶液反应置换出铜，构成原电池加快反应速率，故⑥错误； 故选B。 5．锂锰电池是最常见的一次性3V锂电池，电池的总反应为，电池结构如图所示，下列说法正确的是 A．电解质可用氯化锂溶液代替 B．a极发生还原反应，电极反应式为 C．电池放电时，移向a极 D．电路中转移0.1mol电子时，b极质量增重0.7g 【答案】D 【分析】由总反应和电子移动方向可知，a极为电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为，b极为正极，锂离子作用下二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成LiMnO2，电极反应式为。 【解析】A．金属锂会和水发生反应生成氢氧化锂和氢气，所以电解质不能用氯化锂溶液代替，故A错误； B．由分析可知，a极为电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为，故B错误； C．由分析可知，a极为电池的负极，b极为正极，所以电池放电时，阳离子锂离子向正极b移动，故C错误； D．由分析可知，b极为正极，锂离子作用下二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成LiMnO2，电极反应式为，则电路中转移0.1mol电子时，b极质量增重0.1mol×7g/mol=0.7g ，故D正确； 故选D。 6．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是        A．图甲：锌铜原电池工作时，电流由铜经电流表流向锌，再由锌经电解质溶液流向铜 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移2mol电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 【答案】A 【解析】A．图甲为锌铜原电池，锌为负极，铜为正极，电流由铜经电流表流向锌，再由锌经电解质溶液流向铜，故A正确； B．图乙为纽扣式银锌电池，正极为氧化银得电子发生还原反应，电解质溶液为氢氧化钾，所以正极的极反应为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，故B错误； C．图丙为锌锰干电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，极反应式：Zn-2e-=Zn2+，所以外电路中每转移2mol电子，消耗锌1mol，质量为1mol×65g/mol=65g，故C错误 ； D．图丁为铅蓄电池为二次电池，总反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，放电时铅为负极，发生氧化反应，其负极的电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，故D错误； 故答案选A。 7．下列说法中错误的是 A．原电池反应的电极材料为锌、铁 B．在原电池中，发生氧化反应的电极为负极 C．碱性锌锰电池中负极电极反应式： D．手机中使用的锂电池属于二次电池 【答案】A 【解析】A．锌、铁做电极材料时，锌为负极，反应为，A项错误； B．在原电池中，负极失电子，发生氧化反应的电极一定是负极，B项正确； C．碱性锌锰电池中锌作负极，电极反应式为，C项正确； D．手机中使用的锂电池是可充电电池，属于二次电池，D项正确； 故答案为：A。 8．瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3—Na2O，O2-可以在其中自由移动，下列有关叙述中错误的是 A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极a流向电极b B．电极b是正极，O2-由电极b流向电极a C．电极a的反应式为CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O D．若消耗的O2为33.6 L(标准状况)，转移6 mol电子 【答案】A 【分析】装置为原电池装置，空气中氧气得到电子发生还原反应生成氧离子：O2+4e-=4O2-，b为正极，则a为负极，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水：CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O； 【解析】A．电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，且电子由负极经导线流向正极，A错误； B．由分析知，b为正极，a为负极，原电池中阴离子向负极移动，故O2-由电极b流向电极a ，B正确； C．a为负极，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水：CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O，C正确； D．若消耗的O2为33.6 L(标准状况，为1.5mol)，转移1.5mol×4=6 mol电子，D正确； 故选A。 9．一种氢氧燃料电池的装置示意图如图，电极均为石墨材料，下列说法正确的是 A．电极1是正极，发生还原反应 B．该装置工作时，溶液中的移向电极1 C．电极2上发生的反应为O2+2H2O+4e-=4OH- D．电子的移动方向为电极1→导线→电极2→稀硫酸→电极1 【答案】B 【分析】该酸性氢氧燃料电池中，通入氢气的一极即电极1为电池的负极，发生失电子的氧化反应，负极反应式为H2-2e-=2H+，通入氧气的一极即电极2为原电池的正极，发生得电子的还原反应，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，阳离子移向正极、阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】A．由分析可知，电极1是负极，发生氧化反应，A错误； B．由分析可知，电极1是负极，该装置工作时，溶液中的移向负极即电极1，B正确； C．由分析可知，电极2为原电池的正极，发生得电子的还原反应，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，C错误； D．已知电子只能在导线上移动，不能在电解质溶液中移动，故电子的移动方向为电极1→导线→电极2，D错误； 故答案为：B。 10．下列电池工作时，在正极得电子的是 A．锌锰干电池 B．铅酸蓄电池 C．镍镉电池 D．镁-空气电池 【答案】D 【解析】A．锌锰电池中，石墨作正极，MnO2在正极得电子生成MnOOH，A错误； B．铅蓄电池中，PbO2作正极，得电子生成PbSO4，B错误； C．镍镉电池电池中，NiOOH在正极得电子生成Ni(OH)2，C错误； D．镁-空气电池中，氧气在正极得电子生成氢氧根，与镁离子生成氢氧化镁沉淀，D正确； 故选D。 11．利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1mol Al，理论需要消耗为33.6L 【答案】B 【分析】Al和海水构成的原电池中，铝为活泼金属，发生失电子的氧化反应生成Al3+，则a电极为负极，b电极为正极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】A．由分析可知，Al为负极，则b为正极，故A错误； B．原电池工作时，阳离子向正极移动，即海水中的Na+向b电极移动，故B正确； C．原电池工作时，a电极为负极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，随后发生反应：，离子净消耗，a电极区域的海水不会呈强碱性，故C错误； D．没有说明标准状况，故不能计算氧气的体积，故D错误； 答案选B。 12．化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是 A．氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点 B．锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌 C．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 D．太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置 【答案】D 【解析】A．氢氧燃料电池是将化学能直接转化为电能，能量转化率高，且产物是水，清洁无污染，A正确； B．锂离子电池放电时是原电池，锂离子从负极脱嵌向正极移动；充电时是电解池，锂离子从正极脱嵌向阴极（放电时的负极）移动，B正确； C．在钢铁表面进行发蓝处理，会生成致密的四氧化三铁薄膜，能隔绝空气和水，从而保护金属防止生锈，C正确； D．太阳能电池是将太阳能（光能）直接转化为电能的装置，并非将化学能转化为电能，D错误； 故选D。 二、填空题 13．下图是原电池的装置图。请回答下列问题： (1)若溶液为稀硫酸，电流表指针发生偏转，电极材料为且作负极，则电极上发生的电极反应式为 ，反应进行一段时间后，溶液C的酸性 (填“增强”“减弱”或“基本不变”)。 (2)若将反应设计成如上图所示的原电池装置，则极(负极)材料为 ，B极的电极反应式为 。 (3)若极为，极为，溶液为溶液，则极发生 反应，电极反应式为 。 (4)与反应还可制备甲醇，可作为燃料使用，用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图所示。 已知电池总反应为，若线路中转移电子，则该燃料电池消耗的在标准状况下的体积为 L。 【答案】(1) 减弱 (2) (3) 还原反应 (4)11.2 【解析】（1）Fe作负极，A电极为正极，正极发生反应2H++2e-=H2；由于电极反应消耗了其中H+，所以溶液的酸性减弱； （2）若将反应2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池，铜失去电子，则负极材料为Cu，正极材料可为石墨，溶液C可为溶液；B极为正极，Fe3+得电子，电极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+； （3）若溶液C为溶液，Zn可以和氯化铜发生置换反应，所以锌是负极，Cu极发生还原反应；电极反应为Cu2++2e-=Cu；反应过程中，由于Cu2+逐渐被还原，所以溶液中的变小； （4）根据电池总反应可知，消耗1mol，则转移电子数4mol。若线路中转移2mol电子，根据比例关系，则消耗氧气为0.5mol，所以燃料电池消耗的在标准状况下的体积为11.2L。 14．人们利用原电池原理制作了多种电池，以满足日常生活、生产和科技技术等方面的需要。请根据题中提供的信息，回答下列问题。 (1)铅酸蓄电池在放电时的总反应为，则其正极反应式为 。 (2)溶液腐蚀印刷电路铜板时发生反应：。若将此反应设计成原电池，负极所用的电极材料为 ，负极电极反应式： 。 (3)已知甲烷燃料电池的工作原理如图1所示。该电池工作时，b口通入的物质为 (填化学式)，该电池正极上的电极反应式为 ；当甲烷完全反应生成时，有 电子发生转移。若将电池的电解质溶液换为溶液，则负极电极反应式为 。 (4)有人设想以和为反应物，以溶有的盐酸为电解质溶液，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2所示，电池正极的电极反应式是 ，A是 (填名称)。 【答案】(1) (2) (3) 1.6 (4) 氯化铵 【解析】（1）电池正极发生得电子、还原反应，根据总反应可知，为正极反应； 故答案为：； （2），在该反应中，发生失电子、氧化反应，为原电池负极变化，则设计成原电池，负极所用的电极材料为Cu，负极反应式为； 故答案为：Cu；； （3）根据装置图可知，氢离子向右侧移动，所以右侧电极是正极，左侧是负极，则该电池工作时，b口通入的物质为；氧气在正极上发生得到电子的还原反应，因此该电池正极上的电极反应式为；甲烷的物质的量为，反应中碳元素化合价从－4价升高到+4价，失去8个电子，因此完全反应生成时，有1.6mol电子发生转移；若将电池的电解质溶液换为溶液，碳元素以形式生成，则负极电极反应式为； 故答案为：；；1.6；； （4）根据题意可知，该燃料电池以和为反应物，以溶有的盐酸为电解质溶液，则电池总反应为，电池正极发生得到电子的还原反应，即电极反应式是；根据装置图中稀的的盐酸溶液为电解质，反应后为浓的A溶液，再分离出A，可知A为，即名称为氯化铵； 故答案为：；氯化铵。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$