第16讲 原电池-【暑假预学】2025-2026学年高二化学人教版（2019）预学教程

第16讲 原电池 学习任务 预学1：原电池 预学2：原电池的应用 预学3：化学电源 ◆预学1 原电池 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把_________转化为_________的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有_______色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为_______能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子：_______极流向_______极 盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理， 电极反应式 负极：_______________________ (氧化反应) 正极：_________________________ (还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 3．原电池工作原理示意图 【疑难点拨】 (1)盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。 (2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 【典例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．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 【对点练】图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 原电池中正、负极的判断方法 ◆预学2 原电池的应用 1．加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的______________反应，都可以设计成原电池。 (a)外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 (b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。 【典例2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 【对点练】3.25 g锌与100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸反应，为了增大反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是( ) A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸 C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 ◆预学3 化学电源 (一)一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH==Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－==2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2==Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－==Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－==2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O==2MnO(OH)＋Zn(OH)2 (二)二次电池 1．铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (1)负极是_______，正极是_______，电解质溶液是_______溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是_____________________________； ②正极反应式是_________________________________； ③放电过程中，负极质量的变化是_______，H2SO4溶液的浓度_______。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源_______极相连，负极与直流电源_______极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 认识可充电电池时可记住如下规律： (1)正正负负——原电池的正极充电时要与外电源的正极相连，原电池的负极充电时要与外电源的负极相连。 (2)颠颠倒倒——原电池的正极反应式左右两边颠倒过来，就是充电时电解池的阳极反应式；原电池的负极反应式左右两边颠倒过来，就是充电时电解池的阴极反应式。 (三)燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 _____________________ _____________________ 正极反应 _________________________ _________________________ 总反应 2H2＋O2===2H2O (3)燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 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 CH4CO2、H2OCO32-、H2O 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 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　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【名师点评】 (1)图解二次电池的充放电 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 【典例3】下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。 下列有关说法中正确的是( ) A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极 B．氢氧燃料电池中，H2所在电极发生的反应为H2-2e-+2OH-=2H2O C．氢氧燃料电池中，通入O2的一极为负极 D．铅蓄电池放电后，PbO2极质量减小 【对点练】一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　) A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (1)新型电池中正、负极的判断方法 (2)书写新型电池的电极反应式： 　分析物质得失电子情况，据此确定正、负极上发生反应的物质。 　分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 　写出比较容易书写的电极反应式。 　若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极。( ) (2)在原电池中阴离子移向负极。( ) (3)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属。( ) (4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( ) (5)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( ) (6)氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源。( ) (7)我们可以根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电。( ) (8)普通锌锰干电池中，发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后，就不能再使用了。( ) (9)由Ag2O和Zn形成的碱性银锌钮扣电池，发生原电池反应时，Zn作为负极。( ) (10)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应，将化学能转化为热能，然后再转化为电能的化学电源。( ) 【基础训练】 1．下列装置中能构成原电池的是( ) A． B． C． D． 2．下列电池不属于化学电池的是( ) A．碱性干电池 B．铅蓄电池 C．燃料电池 D．太阳能电池 3．下列有关电池的说法错误的是( ) A．手机中用的锂离子电池属于二次电池 B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 4．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的铁片和铜片，下列说法正确的是( ) A．铁片上有气泡逸出头 B．电子通过导线由铜流向铁 C．溶液中H+向铜片移动 D．铁片上发生氧化反应：Fe-3e-=Fe3+ 5．下列有关电池的说法错误的是( ) A．手机中用的锂离子电池属于二次电池 B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 6．氢氧燃料电池可以应用在宇宙飞船上，下列说法正确的是( ) A．电池负极发生还原反应 B．电池可以连续使用 C．正极附近溶液的pH减小 D．消耗5.6 L氢气时转移的电子数为0.5NA 7．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．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 8．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( ) A．负极上发生还原反应 B．CO2在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 9．关于二次电池铅蓄电池的说法中错误的是( ) A．在放电时，该电池的负极质量增加 B．在放电时，电池中硫酸的浓度减小 C．当两极物质都转化为PbSO4时，铅蓄电池将停止工作 D．在放电时，正极发生的反应是：Pb＋SO===PbSO4＋2e－ 10．下列关于甲、乙两装置的说法中错误的是( ) A．甲装置中电极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu B．乙装置中电子流动方向为a→b C．乙装置在工作过程中，锌筒被消耗 D．甲、乙装置均能将化学能转化为电能 11．关于化学能、电能与原电池下列判断不正确的是( ) A．利用原电池装置，可以将化学能转化为电能 B．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能量转化率可高达100% C．人们日常使用的电能主要来自火力发电 D．最早使用的锌锰干电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池 12．如图为一种氢氧燃料电池的装置示意图，下列说法不正确的是( ) A．该装置中氧化反应和还原反应在不同区域进行 B．石墨是电极材料 C．O2是正极反应物、H2是负极反应物 D．H2SO4可以传导电子和离子 13．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分实验现象 a极质量减小； b极质量增加 b极有气体产生； c极无变化 d极溶解； c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 14．用如图所示装置探究原电池的工作原理，下列说法正确的是( ) A．甲图中正极上发生的反应为：2H++2e-=H2↑ B．乙图中锌片变细，铜棒变粗 C．丙图中Zn片上发生还原反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动 D．若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等，则两装置中还原产物的质量比为 15．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) =Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是___________，其电极反应式为___________。 (2)电解质溶液Y是___________(填化学式)，银电极为电池的___________极。 (3)盐桥中的NO3-移向___________(填“左烧杯”或“右烧杯”)。 16．I．Zn – MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2一NH4Cl混合溶液。 (1)该电池的负极材料是______。电池工作时，电子流向_____极(填“正”、“负”)。 (2)若ZnCl2- NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的________(填代号) A．NaOH B．Zn C．Fe D．NH3．H2O Ⅱ．下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题： (3)电池的正极是________(填“a”或“b”)电极，负极上的电极反应式是________。 (4)电池工作一段时间后电解质溶液的pH______(填“增大”、“减小”、“不变”) 17．原电池原理在生产、生活中应用广泛。回答下列问题： (1)市场上出售的“热敷袋”主要成分是铁屑、碳粉和少量氯化钠、水等。在“热敷袋”使用前，用塑料袋使之与空气隔绝；使用时打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量使用完后，会发现袋内有许多铁锈生成。 ①与正常铁生锈相比，“热敷袋”内铁生锈明显更快，原因是_______。 ②碳粉的作用是_______，氯化钠的作用是_______。 (2)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如图所示： ①在空气里，微生物将垃圾渗透液硝化，写出该反应的离子方程式：_______。 ②电极X是该电池的_______(填“正”或“负”)极，另一电极的电极反应式为_______。 ③电子由_______(填“X”或“Y”，下同)极经导线移向_______极；当转移0.15mol电子时，生成标准状况下N2的体积为_______。 18．电池与工农业生产、日常生活有着密切的关联。请回答下列问题： (1)燃料电池是目前电池研究的热点之一、某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。 ①负极是___________(填“a”或“b”)，该电极上发生___________(填“氧化”或“还原”)反应。 ②b极发生的电极反应式是___________。 ③标准状况下，消耗11.2L H2时，转移的电子数为___________。 (2)某同学利用家中废旧材料制作可使扬声器发出声音的电池，装置如下图所示。下列说法正确的是___________(填字母)。 A．电子由铝制易拉罐经导线流向碳棒 B．在碳棒上有气体生成，该气体可能为氢气 C．铝质易拉罐逐渐被腐蚀，说明铝失去电子 D．扬声器发声，说明该装置将电能转化为化学能 (3)铁及其化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 ①写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：___________。 ②若将①中的反应设计成原电池，请画出该原电池的装置图，标出正、负极和电解质溶液___________。 19．(1)利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，如图所示。写出该氧化还原反应的离子方程式：___________。该装置中的负极材料是___________(填化学式)，正极反应式是___________。 (2)某研究性学习小组为证明2 Fe2++2I-→2 Fe2++I2为可逆反应，设计如下两种方案(已知：酸性溶液中Fe2+易被空气氧化为Fe3+)。 方案一：取5mL0.1mol/LKI溶液，滴加2mL0.1mol/L的FeCl3济液，滴入5滴稀盐酸，再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，取上层清液，滴加KSCN溶液，现象是___________，即可证明该反应为可逆反应。你认为此方案___________(“不严密”或“严密”)，理由是___________(用离子方程式表示)。 方案二：设计如图原电池装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转，随着反应时间进行；电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。当指针读数变零后，在右边的池了中加入1mol/L FeCl2溶液，灵敏电流计指针向左偏转，即可证明该反应为可逆反应。你认为灵敏电流计“读数变为零”的原因是___________。 【能力提升】 20．微生物燃料电池(MFC)以厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖)，同时处理含Cu2+废水，装置如图所示，下列说法正确的是( ) A．N极发生氧化反应 B．温度越高，反应速率越快，电池工作效率越高 C．原电池中电子的移动方向是：M→导线→N→电解质溶液→M，阴离子移向M极 D．N极的电极反应式：Cu2++2e-=Cu 21．工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。 下列说法正确的是( ) A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变 B．N为电池正极，电极反应式为CO2+2e-=CO+O2- C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向 D．电路中转移1mol电子时，极电解质溶液增重8 g 22．一款新型钠-空气电池装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(　　) A．a极为正极 B．b极发生电极反应：xO2＋2e－＋2Na＋===2NaOx C．选用“多孔”石墨电极是为了增加“空位”，提高电池能量存储 D．理论上a极每减重46 g，则b极消耗氧气约22.4 L 23．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题： (1)研究人员最近发明了一种“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，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl ①该电池的负极反应式是______________； ②在电池中，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)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如右图所示。 ①该电池工作时，b口通入的物质为______________。 ②该电池负极的电极反应式______________。 ③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有___________NA个电子转移。 (3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_______________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ ( 17 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第16讲 原电池 学习任务 预学1：原电池 预学2：原电池的应用 预学3：化学电源 ◆预学1 原电池 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把 化学能 转化为 电能 的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有 红 色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为 电 能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子： 负 极流向 正 极 盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理， 电极反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 3．原电池工作原理示意图 【疑难点拨】 (1)盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。 (2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 【典例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．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 【答案】B 【解析】在该原电池中，存在自发的氧化还原反应2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故电极Ⅱ是负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，电极Ⅰ是正极，电极反应式为Fe3+＋e-=Fe2+。A项， 电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，故A错误；B项， 该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故B正确；C项， 电极Ⅱ的电极反应为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D项，盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递阴、阳离子，而不是电子，故D错误；故选B。 【对点练】图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【答案】B 【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 原电池中正、负极的判断方法 ◆预学2 原电池的应用 1．加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 (a)外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 (b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。 【典例2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 【答案】A 【解析】①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，A项正确。 【对点练】3.25 g锌与100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸反应，为了增大反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是( ) A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸 C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒 【答案】A 【解析】3.25 g Zn的物质的量n(Zn)＝＝0.05 mol，100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸中n(H2SO4)＝1 mol·L－1×0.1 L＝0.1 mol，根据化学方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知，二者反应的物质的量之比是1∶1，故稀硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增大了溶液中的c(H＋)，反应速率增大，且H2的产量不变，A符合题意；硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B不符合题意；Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及硫酸构成原电池，使反应速率加快；但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C不符合题意；加入少量的Zn，由于Zn是固体，浓度不变，因此反应速率不变，但由于不足量的Zn的量增加，以Zn为标准反应产生的H2的量增多，D不符合题意。 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 ◆预学3 化学电源 (一)一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH==Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－==2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2==Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－==Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－==2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O==2MnO(OH)＋Zn(OH)2 (二)二次电池 1．铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 认识可充电电池时可记住如下规律： (1)正正负负——原电池的正极充电时要与外电源的正极相连，原电池的负极充电时要与外电源的负极相连。 (2)颠颠倒倒——原电池的正极反应式左右两边颠倒过来，就是充电时电解池的阳极反应式；原电池的负极反应式左右两边颠倒过来，就是充电时电解池的阴极反应式。 (三)燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O (3)燃料电池电极的书写方法 电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为O2或空气。 据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。 特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 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 CH4CO2、H2OCO32-、H2O 故CH4的最终产物为CO和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 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　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【名师点评】 (1)图解二次电池的充放电 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 【典例3】下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。 下列有关说法中正确的是( ) A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极 B．氢氧燃料电池中，H2所在电极发生的反应为H2-2e-+2OH-=2H2O C．氢氧燃料电池中，通入O2的一极为负极 D．铅蓄电池放电后，PbO2极质量减小 【答案】A 【解析】A项，铅蓄电池在放电时，铅是负极，由铅变成硫酸铅，A正确；B项，氢氧燃料电池中，电解质溶液为酸性，所以H2所在电极发生的反应为H2-2e-=2H+，B错误；C项，氢氧燃料电池中，通入O2的一极为正极，C错误；D项，铅蓄电池放电后，PbO2极变成PbSO4，质量增重，D错误；故选A。 【对点练】一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　) A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C　 【解析】A项，在原电池中，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，错误；B项，每消耗1 mol O2转移4 mol电子，若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24 L O2，错误；D项，根据题意，电解质溶液呈酸性，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，错误。 (1)新型电池中正、负极的判断方法 (2)书写新型电池的电极反应式： 　分析物质得失电子情况，据此确定正、负极上发生反应的物质。 　分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 　写出比较容易书写的电极反应式。 　若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极。( ) (2)在原电池中阴离子移向负极。( ) (3)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属。( ) (4)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( ) (5)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( ) (6)氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源。( ) (7)我们可以根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电。( ) (8)普通锌锰干电池中，发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后，就不能再使用了。( ) (9)由Ag2O和Zn形成的碱性银锌钮扣电池，发生原电池反应时，Zn作为负极。( ) (10)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应，将化学能转化为热能，然后再转化为电能的化学电源。( ) 【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6) √ (7) √ (8) √ (9) √ (10)× 【基础训练】 1．下列装置中能构成原电池的是( ) A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A项，铜棒与锌棒均不与酒精反应，且纯酒精不导电，不能构成原电池，A项错误；B项，石墨与锌棒在稀硫酸溶液中搭接的部分可以形成原电池，B项正确；C项，放置锌棒与铜棒的两个烧杯之间缺少盐桥，溶液相互间不导电，不能构成原电池，C项错误；D项，石墨与稀硫酸不反应，电极相同，不能构成原电池，D项错误；故选B。 2．下列电池不属于化学电池的是( ) A．碱性干电池 B．铅蓄电池 C．燃料电池 D．太阳能电池 【答案】D 【解析】常见的电源：碱性干电池、蓄电池、燃料电池，可以将化学能转化为电能，而太阳能电池是太阳能转化为电能的装置，不是化学电池，故选D。 3．下列有关电池的说法错误的是( ) A．手机中用的锂离子电池属于二次电池 B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 【答案】C 【解析】A项，手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于二次电池，A正确；B项，甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，B正确；C项，铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外电路从负极锌流向正极铜，C错误；D项，铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸性减弱，导电能力下降，D正确；故选C。 4．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的铁片和铜片，下列说法正确的是( ) A．铁片上有气泡逸出头 B．电子通过导线由铜流向铁 C．溶液中H+向铜片移动 D．铁片上发生氧化反应：Fe-3e-=Fe3+ 【答案】C 【解析】该装置中，Fe比Cu易失电子，Fe作负极、Cu作正极，负极上电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为2H++2e-=H2↑，电子流入的电极是正极、流出的电极为负极。A项，铜是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，所以可观察到气泡产生，故A错误；B项，负极是电子流出的电极，电子通过导线由铁流向铜，故B错误；C项，原电池中阳离子移向正极，则溶液中H+向铜片移动，故C正确；D项，铁失电子而作负极，所以铁片逐渐溶解，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D错误；故选C。 5．下列有关电池的说法错误的是( ) A．手机中用的锂离子电池属于二次电池 B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 【答案】C 【解析】A项，手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于二次电池，A正确；B项，甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，B正确；C项，铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外电路从负极锌流向正极铜，C错误；D项，铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸性减弱，导电能力下降，D正确；故选C。 6．氢氧燃料电池可以应用在宇宙飞船上，下列说法正确的是( ) A．电池负极发生还原反应 B．电池可以连续使用 C．正极附近溶液的pH减小 D．消耗5.6 L氢气时转移的电子数为0.5NA 【答案】B 【解析】电池负极失去电子发生氧化反应，A错误；在氢氧燃料电池中，由于燃料及氧化剂在装置外，可以不断补充，因此该电池能够连续使用，B正确；正极附近溶液的pH增大，C错误；未说明H2所处的外界条件，因此不能根据其体积大小确定其物质的量，也就不能计算反应过程中转移电子的数目，D错误。 7．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．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 【答案】B 【解析】在该原电池中，存在自发的氧化还原反应2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故电极Ⅱ是负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，电极Ⅰ是正极，电极反应式为Fe3+＋e-=Fe2+。A项， 电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，故A错误；B项， 该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故B正确；C项， 电极Ⅱ的电极反应为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D项，盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递阴、阳离子，而不是电子，故D错误；故选B。 8．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( ) A．负极上发生还原反应 B．CO2在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 【答案】B 【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A项，放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；B项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C项，放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D项，放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D正确；故选B。 9．关于二次电池铅蓄电池的说法中错误的是( ) A．在放电时，该电池的负极质量增加 B．在放电时，电池中硫酸的浓度减小 C．当两极物质都转化为PbSO4时，铅蓄电池将停止工作 D．在放电时，正极发生的反应是：Pb＋SO===PbSO4＋2e－ 【答案】D 【解析】A项，负极由Pb变成PbSO4，固体质量增加，正确；B项，根据总反应，硫酸消耗浓度变小，正确；C项，当两极物质都转化为PbSO4时，电极相同，电势差为零，铅蓄电池将停止工作，正确；D项，正极得电子发生还原反应，电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，错误。 10．下列关于甲、乙两装置的说法中错误的是( ) A．甲装置中电极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu B．乙装置中电子流动方向为a→b C．乙装置在工作过程中，锌筒被消耗 D．甲、乙装置均能将化学能转化为电能 【答案】B 【解析】A项，甲装置中Cu电极为正极，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故A正确； B项，乙装置中锌筒作负极，电子流动方向为b→a，故B错误；C项，乙装置在工作过程中，锌筒逐渐被消耗，故C正确；D项，甲、乙装置均为原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，故D正确；故选B。 11．关于化学能、电能与原电池下列判断不正确的是( ) A．利用原电池装置，可以将化学能转化为电能 B．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能量转化率可高达100% C．人们日常使用的电能主要来自火力发电 D．最早使用的锌锰干电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池 【答案】B 【解析】A项，原电池装置，是将化学能转化为电能的装置，故A正确； B项，燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，但是在使用过程中还伴随着放出热量，能量转化率不可高达100%，故B错误；C项，人们日常使用的电能主要来自火力发电，故C正确；D项，最早使用的锌锰干电池电解质溶液显酸性容易腐蚀锌皮，寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池，故D正确；故选B。 12．如图为一种氢氧燃料电池的装置示意图，下列说法不正确的是( ) A．该装置中氧化反应和还原反应在不同区域进行 B．石墨是电极材料 C．O2是正极反应物、H2是负极反应物 D．H2SO4可以传导电子和离子 【答案】D 【解析】A项，该装置中负极区发生氧化反应，正极区发生还原反应，氧化、还原反应在不同区域进行，故A正确；B项，石墨是电极材料，不参加反应，故B正确；C项，O2是正极反应物发生还原反应、H2是负极反应物发生氧化反应，故C正确；D项，H2SO4可以传导离子，不能传导电子，故D错误；故选D。 13．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分实验现象 a极质量减小； b极质量增加 b极有气体产生； c极无变化 d极溶解； c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【答案】C 【解析】把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，c作正极，则活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，则活动性：d>a；综上所述可知活动性：d>a>b>c，故选C。 14．用如图所示装置探究原电池的工作原理，下列说法正确的是( ) A．甲图中正极上发生的反应为：2H++2e-=H2↑ B．乙图中锌片变细，铜棒变粗 C．丙图中Zn片上发生还原反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动 D．若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等，则两装置中还原产物的质量比为 【答案】D 【解析】A项，甲图没有形成完整的回路，不能形成原电池，A项错误；B项，乙图中活泼金属锌作负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，所以锌片变细，铜棒不变，B项错误；C项，丙图中构成原电池，活泼金属锌作负极，发生氧化反应，铜为正极，溶液中的Cu2+向正极移动，C项错误；D项，乙图与丙图中负极反应相同，都为Zn-2e-=Zn2+，乙图与丙图中正极上的反应分别为：2H++2e-=H2↑、Cu2++2e-=Cu，若乙图与丙图锌片减轻的质量相等，即失去电子的物质的量相等，依据电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比2：64=1：32，D项正确；故选D。 15．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) =Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是___________，其电极反应式为___________。 (2)电解质溶液Y是___________(填化学式)，银电极为电池的___________极。 (3)盐桥中的NO3-移向___________(填“左烧杯”或“右烧杯”)。 【答案】(1)Cu Cu-2 e- =Cu2+ (2)AgNO3 正极 (3)左烧杯 【解析】(1)由图可知，左边半电池中是硝酸铜溶液，右边半电池中电极是银，则可判断左边半电池中的电极材料X是Cu，其电极反应式为Cu-2 e- =Cu2+。(2)右边半电池中电极是银，则右边的半电池中Y是AgNO3溶液，根据电池反应式，可知银电极为电池的正极。(3)左边半电池在放电过程中，溶液中产生大量的铜离子，则盐桥中的NO3-离子移向左烧杯中和过量的正电荷。 16．I．Zn – MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2一NH4Cl混合溶液。 (1)该电池的负极材料是______。电池工作时，电子流向_____极(填“正”、“负”)。 (2)若ZnCl2- NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的________(填代号) A．NaOH B．Zn C．Fe D．NH3．H2O Ⅱ．下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题： (3)电池的正极是________(填“a”或“b”)电极，负极上的电极反应式是________。 (4)电池工作一段时间后电解质溶液的pH______(填“增大”、“减小”、“不变”) 【答案】(1)Zn(或锌) 正极 (2)B (3)b CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O (4)减小 【解析】Ⅰ.(1)原电池的负极上是失电子的氧化反应，反应中，Zn失电子为负极，电子由负极流向正极；(2)题目中A、C、D选项在除去铜离子的过程中都会引入杂质离子，应选Zn将Cu2+置换为单质而除去，故答案为B；Ⅱ.(3)甲烷燃料电池中，通入氧气的b极为原电池的正极，发生得电子得还原反应，在碱性环境下，电极反应式为：2H2O+4e-+O2═4OH-，负极上是甲烷发生失电子的氧化反应，即：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O；(4)根据电池的两极反应，在转移电子一样的情况下，消耗了溶液中的氢氧根离子，所以溶液的碱性减弱，pH减小。 17．原电池原理在生产、生活中应用广泛。回答下列问题： (1)市场上出售的“热敷袋”主要成分是铁屑、碳粉和少量氯化钠、水等。在“热敷袋”使用前，用塑料袋使之与空气隔绝；使用时打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量使用完后，会发现袋内有许多铁锈生成。 ①与正常铁生锈相比，“热敷袋”内铁生锈明显更快，原因是_______。 ②碳粉的作用是_______，氯化钠的作用是_______。 (2)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如图所示： ①在空气里，微生物将垃圾渗透液硝化，写出该反应的离子方程式：_______。 ②电极X是该电池的_______(填“正”或“负”)极，另一电极的电极反应式为_______。 ③电子由_______(填“X”或“Y”，下同)极经导线移向_______极；当转移0.15mol电子时，生成标准状况下N2的体积为_______。 【答案】(1) ①“热敷袋”内铁生锈是原电池反应 ②作原电池的正极 形成电解质溶液，增强导电性 (2) ① NH4++2O2=NO3-+H2O+2H+ ②负 2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O ③X Y 0.896L 【解析】(1)①由于“热敷袋”主要成分是铁屑、碳粉和少量氯化钠、水等，因此可以构成原电池反应，即“热敷袋”内铁生锈是原电池反应，所以与正常铁生锈相比，“热敷袋”内铁生锈明显更快。②该原电池反应中铁是负极，碳是正极，即碳粉的作用是作原电池的正极，氯化钠是电解质，其作用是形成电解质溶液，增强导电性。(2)①在空气里，微生物将垃圾渗透液硝化，铵根转化为硝酸根，因此该反应的离子方程式为NH4++2O2=NO3-+H2O+2H+。②电极X上氨气转化为氮气，发生失去电子的氧化反应，是该电池的负极，另一电极是正极，硝酸根转化为氮气，电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O。③电子由负极转移到正极，因此电子由X极经导线移向Y极；总反应是3NO3-+5NH3+3H+=4N2+9H2O，生成4mol氮气转移15mol电子，因此当转移0.15mol电子时，生成标准状况下N2的体积为＝0.896L。 18．电池与工农业生产、日常生活有着密切的关联。请回答下列问题： (1)燃料电池是目前电池研究的热点之一、某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。 ①负极是___________(填“a”或“b”)，该电极上发生___________(填“氧化”或“还原”)反应。 ②b极发生的电极反应式是___________。 ③标准状况下，消耗11.2L H2时，转移的电子数为___________。 (2)某同学利用家中废旧材料制作可使扬声器发出声音的电池，装置如下图所示。下列说法正确的是___________(填字母)。 A．电子由铝制易拉罐经导线流向碳棒 B．在碳棒上有气体生成，该气体可能为氢气 C．铝质易拉罐逐渐被腐蚀，说明铝失去电子 D．扬声器发声，说明该装置将电能转化为化学能 (3)铁及其化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 ①写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：___________。 ②若将①中的反应设计成原电池，请画出该原电池的装置图，标出正、负极和电解质溶液___________。 【答案】(1) ①a 氧化 ②O2+4e-+2H2O=4OH- (3) 6.02×1023 (或NA) ABC (3) ①2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+ ② 【解析】 氢氧燃料电池工作时，通入氢气的一极(a极)为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极(b极)为电池的正极，发生还原反应，电子由负极经外电路流向正极，负极反应为：H2-2e-+2OH-=2H2O，正极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应方程式为2H2+O2=2H2O；，该装置为原电池；铝为负极，铝失去电子生成铝离子；炭棒为正极，稀醋酸溶液中的H+在正极表面得电子生成氢气；原电池中，电子从负极经导线流向正极。 【解析】(1)①通入氢气的一极(a极)为电池的负极，发生氧化反应，负极是a(填“a”或“b”)，该电极上发生氧化(填“氧化”或“还原”)反应；②氢氧燃料电池工作时，通入氧气的一极(b极)为电池的正极，发生还原反应：O2+4e-+2H2O=4OH-；③标准状况下，消耗11.2L (0.5mol)H2时，转移的电子数为6.02×1023 (或NA)。 (2)A．原电池中，电子从负极经导线流向正极，故电子由铝制易拉罐经导线流向碳棒，故A正确； B．炭棒为正极，在碳棒上有气体生成，可能是稀醋酸溶液中的H+得电子生成氢气，故B正确；C．铝为负极，铝失去电子生成铝离子，铝质易拉罐逐渐被腐蚀，故C正确； D．该装置为原电池，将化学能转化为电能，从而使扬声器发声，故D错误；故选ABC；(3)①FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板，生成氯化铜和氯化亚铁，离子方程式：2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+；②若将①中的反应设计成原电池，铜作负极，氯化铁溶液作电解质，碳或惰性电极作正极，画出该原电池的装置图，标出正、负极和电解质溶液。 19．(1)利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，如图所示。写出该氧化还原反应的离子方程式：___________。该装置中的负极材料是___________(填化学式)，正极反应式是___________。 (2)某研究性学习小组为证明2 Fe2++2I-→2 Fe2++I2为可逆反应，设计如下两种方案(已知：酸性溶液中Fe2+易被空气氧化为Fe3+)。 方案一：取5mL0.1mol/LKI溶液，滴加2mL0.1mol/L的FeCl3济液，滴入5滴稀盐酸，再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，取上层清液，滴加KSCN溶液，现象是___________，即可证明该反应为可逆反应。你认为此方案___________(“不严密”或“严密”)，理由是___________(用离子方程式表示)。 方案二：设计如图原电池装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转，随着反应时间进行；电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。当指针读数变零后，在右边的池了中加入1mol/L FeCl2溶液，灵敏电流计指针向左偏转，即可证明该反应为可逆反应。你认为灵敏电流计“读数变为零”的原因是___________。 【答案】(1)Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ Cu Fe3+ + e- = Fe2+ (2)溶液变为血红色 不严密 4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+ 该可逆反应达到了化学平衡状态 【解析】(1)利用原电池装置验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，则可以根据“氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性”规律设计发生Fe3+与Cu反应生成Cu2+的反应，离子方程式为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，其中Cu失去电子，做负极材料，Fe3+在正极得到电子，电极反应式为Fe3+ + e- = Fe2+；(2) 取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，有Fe3+存在，说明反应不能完全进行，为可逆反应；但此方案不严密，因为振荡过程中，生成的Fe2+易被空气氧化为Fe3+，离子方程式为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+，所以并不能证明Fe3+已经完全反应；(3) 灵敏电流计“读数变为零”，说明可逆反应已经“停止”，即反应已经达到平衡状态。 【能力提升】 20．微生物燃料电池(MFC)以厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖)，同时处理含Cu2+废水，装置如图所示，下列说法正确的是( ) A．N极发生氧化反应 B．温度越高，反应速率越快，电池工作效率越高 C．原电池中电子的移动方向是：M→导线→N→电解质溶液→M，阴离子移向M极 D．N极的电极反应式：Cu2++2e-=Cu 【答案】D 【解析】该微生物燃料电池工作时，厌氧微生物催化氧化葡萄糖，同时处理含Cu2+废水，则葡萄糖所在的M电极为负极，负极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-＝6CO2↑+24H+，N电极为正极，正极反应式为Cu2++2e-=Cu。A项，由题意可知，厌氧微生物催化氧化葡萄糖，即葡萄糖发生失电子的氧化反应，则所在的M电极为负极，N电极为正极，发生还原反应，故A错误；B项，高温环境能使蛋白质凝固变性，导致电池不能正常工作，所以该电池不能在高温环境中工作，故B错误；C项，原电池工作时，废水中阴离子移向负极，电子通过导线由负极流向正极，不能通过溶液传递，故C错误；D项，N电极为原电池的正极，Cu2+得电子生成Cu，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故D正确；故选D。 21．工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。 下列说法正确的是( ) A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变 B．N为电池正极，电极反应式为CO2+2e-=CO+O2- C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向 D．电路中转移1mol电子时，极电解质溶液增重8 g 【答案】C 【解析】A项，根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；B项，根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为CO2+2e-+2H+=CO+H2O，故B错误；C项，原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；D项，根据CO2+2e-+2H+=CO+H2O，电路中转移1mol电子时，N极生成0.5mol水，电解质溶液增重9 g，故D错误；故选C。 22．一款新型钠-空气电池装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(　　) A．a极为正极 B．b极发生电极反应：xO2＋2e－＋2Na＋===2NaOx C．选用“多孔”石墨电极是为了增加“空位”，提高电池能量存储 D．理论上a极每减重46 g，则b极消耗氧气约22.4 L 【答案】B 【解析】在a电极上Na失去电子变为Na＋，发生氧化反应，所以a电极为负极，A错误；在b电极上O2得到电子，与Na＋结合形成NaOx，所以b电极为正极，电极反应式为xO2＋2e－＋2Na＋===2NaOx，B正确；选用“多孔”石墨电极是为了增加“空位”，增大电势差，而与电池能量存储大小无关，C错误；理论上a极每减重46 g，反应消耗2 mol Na，反应过程中转移2 mol电子，但b电极上未指明通入的O2所处的外界条件，因此不能确定消耗的O2的体积大小，D错误。 23．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题： (1)研究人员最近发明了一种“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，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl ①该电池的负极反应式是______________； ②在电池中，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)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如右图所示。 ①该电池工作时，b口通入的物质为______________。 ②该电池负极的电极反应式______________。 ③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有___________NA个电子转移。 (3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_______________。 【答案】(1)①Ag—e—+Cl—=AgCl ②正 ③2mol (2)①CH3OH ②CH3OH—6e—+H2O=CO2+6H+ ③1.2 (3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O==2K2Zn(OH)4+2Ag 【解析】(1)①根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl--e-=AgCl。②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动。③根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合价共降低了2价，所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子，则外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是2mol。(2)①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇。②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O2+12H++12e-=6H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。③根据2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量==1.2mol，则转移电子个数为1.2NA。(3)电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为Ag2O2+4e-+2H2O═2Ag+4OH-，负极电极反应式为2Zn-4e-+8OH-═2Zn(OH)42-，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ ( 16 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$