4.2 原电池和化学电源 第1课时（同步讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第四章 氧化还原反应和电化学 第二节 原电池和化学电源 第1课时 原电池的工作原理 教学目标 1.认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用。 2.了解原电池的工作原理。 3.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 重点和难点 原电池电极方程式书写、原电池工作原理 ◆知识点一 原电池的工作原理——单液电池 电极反应： 负极：____________________ 正极：____________________ 总反应：____________________实验现象：锌片逐渐______，铜片上红色固体质量______，溶液颜色变______，电流计指针发生______。 即学即练 1．如图所示装置中，能构成原电池的是 A． B． C． D． 2．下列有关如图所示原电池装置的说法正确的是(选项中“—”表示连接) A．、，石墨为正极，电子流动方向： B．、，为负极，该极的电极反应： C．、，为负极，电解质溶液质量不变 D．、，为负极，石墨电极有气泡逸出 3．下列有关如图所示装置的叙述正确的是(该装置工作时) A．稀硫酸的电离方程式为 B．往锌电极迁移，且铜电极上无气泡产生 C．铜电极上的电极反应式为 D．一段时间后，电解质溶液的质量较反应前有所增加 ◆知识点二 原电池的工作原理——双液电池 电极反应： 负极：____________________ 正极：____________________ 总反应：____________________ 实验现象：锌片逐渐______，铜片上红色固体质量______，溶液颜色变______，电流计指针发生______。 特别提醒 盐桥的作用 ①形成闭合回路。 ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。 即学即练 1．下列有关如图所示原电池（盐桥中吸附有KNO3饱和溶液）的叙述不正确的是 A．盐桥中的K+向铜电极移动 B．电子沿导线由铜电极流向银电极 C．正极的电极反应为Ag++e-=Ag D．铜电极发生氧化反应 2．化学兴趣小组对教材中锌与硫酸铜的实验进行改进，利用鹿皮巾代替琼脂和U形管作为KCl溶液的载体，其工作原理如图所示。已知：盐桥X、盐桥Y、盐桥Z分别为一层鹿皮巾、一层浸满饱和KCl溶液的鹿皮巾、六层浸满饱和KCl溶液的鹿皮巾。 下列说法错误的是 A．当有0.1mol电子通过外电路时，装置丙中理论上消耗锌的质量为3.25g B．盐桥Z的电流强度比盐桥Y的电流强度大，是因为六层鹿皮巾中离子浓度更大 C．使用盐桥Z比盐桥Y时电池的效率更高 D．向Cu极做定向移动 3．有关如图装置的说法中正确的是 A．氧化剂与还原剂必须直接接触，才能发生反应 B．乙池中电极反应式为NO+4H++e-=NO2↑+2H2O C．当铜棒质量减少6.4 g时，甲池溶液质量增加小于6.4 g D．当铜棒质量减少6.4 g时，向乙池密封管中通入标准状况下1.12 L O2，将使气体全部溶于水 ◆知识点三 原电池产生电流的过程 原电池产生电流的过程:在铜片与溶液之间也存在着类似的平衡，但由于金属锌失去电子的趋势比铜大，所以锌片上有过剩的电子，铜片上则缺少电子，两者的电势差不相等。 若用导线把锌片和铜片连接起来，电子从锌片移向铜片。锌片上电子的流出，破坏了它和溶液中Zn2+ 间的平衡，平衡向溶解方向移动，而铜片上由于电子的流入，平衡向沉积方向移动。用盐桥连通两电解液时，整个电路构成回路，可以持续产生电流。 易错提醒 ①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 ②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 ③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 即学即练 1．锌铜原电池装置如图，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列叙述正确的是 A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c()减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．外电路中电流方向由Zn电极流向Cu电极 2．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 3．现代生活离不开方便实用的化学电源，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． ◆知识点四 原电池电极反应式书写 1、书写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2、一般电极反应式的书写方法 （1）定电极，标得失。 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 （2）看环境，配守恒。 电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 (3) 两式加，验总式。 电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。 特别提醒 首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 遵循氧化还原反应离子方程式的配平原则，写出电极反应式。 将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 即学即练 1．如图是某同学设计的原电池装置。 （1）电子的流向经导线从 填编号(①Cu→Pt   ②Pt→Cu)。 （2）电流的流向 填编号(①Cu→Pt   ②Pt→Cu) （3）电极Ⅰ上发生 (填反应类型)，作 (填电极名称)。 （4）电极Ⅱ的电极反应式为 。 （5）该原电池的总反应式为 。 （6）盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是 。 2．设计原电池Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液) 。 负极： ，电极反应式： 。 正极： ，电极反应式： 。 3．I．下图所示原电池，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅，盐桥中装有饱和溶液。 回答下列问题： （1）乙烧杯中发生 反应（填“氧化”或“还原”）。 （2）外电路的电流从 流向 （填“a”或“b”）。 （3）电池工作时，盐桥中的移向 烧杯（填“甲”或“乙”）。 （4）甲烧杯中的电极反应式为 。 Ⅱ．新型固体隔膜电池广泛应用于电动汽车。电池反应为，电解质为含的导电固体，且充、放电时电池内两极间的隔膜只允许自由通过。 （5）该电池放电时向 极移动（填“正”或“负”）。 （6）正极反应式为 。 一、单液电池两电极的分析 将两个电极分别与电解质溶液发生反应，关注哪个电极可以自发进行氧化还原反应。自发进行氧化还原的电极做负极。 单液电池由于氧化剂和还原剂直接接触，电子的转移不经过外部电路，因此单液原电池的效率相对较低，电流衰减较快。 实践应用 1．研究人员利用AgCl、Sb材料制成新型高能量密度电池，反应原理是，其放电过程示意图如下。下列说法错误的是 A．N极材料是，是电池的负极 B．溶液中的有利于增加溶液的导电性 C．正极的电极反应式为 D．当电路中有1mol 通过，理论上M极质量增加108g 2．在Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池中，负极是 A．Mg B．Al C．水 D．无法确定 3．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑ 2、 双液电池的处理 双液电池能量利用率高于单液电池。 双液原电池，由两个分开的电解质溶液组成，每个溶液中各有一个电极，两个溶液通过盐桥或者离子交换膜连接，以维持电荷平衡。 双液原电池由于隔离了氧化剂和还原剂电子只能通过外部电路流动，因此电流更稳定，电池的电压也更稳定。 实践应用 1．某同学研究溶液和溶液的反应，设计如下对比实验。 实验 现象 连通电路后，电流表指针向右偏转，分别取反应前和反应一段时间后甲烧杯中的溶液，滴加KSCN溶液，前者几乎无色，后者显红色 连通电路后，电流表指针向左发生微小的偏转，丙、丁烧杯中均无明显现象 下列说法正确的是 A．仅由Ⅰ中的现象可推知的氧化性强于 B．Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是氧化了银电极 C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，电流表指针可能不再向左偏转 D．对比Ⅰ、Ⅱ可知，Ⅰ中氧化了 2．纸电池由电极、电解液和隔离膜组成(如下图所示)，电极和电解液均“嵌”在纸中。某学生根据纸电池的结构示意图，利用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片与锌片制作了一个简易电池，用电流表测试指针发生偏转(总反应为)。下列说法不正确的是 A．该原电池电解液是NaCl溶液 B．纸电池减小电板间距离，可增大电流 C．电子从锌片经电解液流向铜片 D．Zn片为负极，正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH- 3．磷酸铁锂“刀片电池”工作原理如图所示。放电时的总反应：，说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．电池工作时，正极反应为 C．电池工作时，负极材料质量减少，转移电子 D．电池进水不会影响其使用寿命 3、 根据电极判定金属性强弱 负极金属的金属性强于正极金属，在原电池中，负极金属通常比正极金属更活泼，更容易失去电子。例如在锌铜原电池中，锌作为负极，铜作为正极，锌的金属性强于铜。 实践应用 1．已知：氧化还原反应可看成由两个半反应组成，每个半反应具有一定的电极电势（用“E”表示），E越大则该电对中氧化型物质的氧化性越强，E越低则该电对中还原型物质的还原性越强。下表为部分电极的电极电势。 氧化还原电对（氧化型/还原型） 电极电势（E/V） 氧化还原电对（氧化型/还原型） 电极电势（E/V） / 0.77 / 1.36 /（或） 1.69 / 0.151 / 1.51 / 0.54 根据表格数据分析，下列说法错误的是 A．氧化性： B．酸化高锰酸钾溶液时，不可使用氢碘酸 C．往淀粉碘化钾溶液中滴加溶液，可观察到溶液变蓝 D．向含的酸性溶液中加，滴加溶液，可观察到溶液变红 2．根据实验现象，下列判断正确的是 装置 现象 金属A不断溶解形成二价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 A．装置甲中正极的电极反应式是 B．装置乙中正极的电极反应式是 C．装置丙中溶液的不变 D．四种金属活动性由强到弱的顺序是 3．下列实验操作和现象，得出的相应结论正确的是 实验操作 实验现象 结论 A 将红色固体加热，并用带火星的木条检验生成的气体 得到绿色固体，木条复燃 热稳定性 B 向含有ZnS和的悬浊液中滴加溶液 出现黑色沉淀 C 向溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液 溶液突变为浅红色 恰好被完全氧化 D 将Al片和Fe片用导线连接后插入NaOH溶液中 Al片上有气泡冒出 金属性： 4、 加快氧化还原的速率 根据各物质在酸性或碱性条件下的性质进行解答。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两级进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。 实践应用 1．一定条件下，将等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少量CuSO4溶液组成原电池，下列各图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是 A． B． C． D． 2．原电池中加入盐桥的主要目的是 A．增强溶液的导电性 B．单纯连通两个烧杯 C．避免两极直接反应，使电流更稳定 D．提高反应的速率 3．下列实验操作、现象及结论均正确的是 选项 实验操作 现象 结论 A 用试纸分别测定溶液和溶液的pH 溶液的大 水解常数：大于 B 常温下，将滴有几滴酚酞试液的饱和碳酸钠溶液加热到50°C 溶液颜色加深，并产生大量气泡 的水解平衡正向移动 C 向两支试管中分别加入等体积的溶液，在试管中加入滴溶液 b试管溶液变黄后，产生气泡的速率明显加快 是分解的催化剂 D 向锌粒和稀硫酸反应的试管中，滴加几滴溶液 产生气泡的速率明显加快 锌粒与置换出的铜形成了铜锌原电池 考点一 原电池电极反应式的书写 【例1】化学电源在日常生活中有着广泛的应用，回答下列问题： （1）将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mLFeCl3溶液中，构成如图所示的原电池装置，正极发生的电极反应式为 ；该电池在工作时，Cu的质量将 (填“增加”、“减少”或“不变”)。 解题要点 寻找自发进行氧化还原反应的方程式，根据方程式书写电极反应方程式 【变式1-1】常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池，如图1所示。 （1）若A为稀盐酸，则Al片做 极，该电极的电极反应式为 ，Cu片电极反应式为 。 （2）若A为NaOH溶液，则Al片做 极，该电极的电极反应式为 。 （3）若A为浓HNO3，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0～t1 s时，原电池的负极是 ，正极的电极反应式为 ，溶液中的H＋ 向 极移动；t1时，原电池中电子流动方向发生改变，此时 为负极，该电极的电极反应式为 。 （4）若A为稀HNO3，则Cu片为 极，该电极的电极反应式为 。 【变式1-2】写出镍镉电池放电时的负极反应式 (电解质为KOH溶液，总反应：Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd (OH)2 + 2Ni (OH)2)。 考点二 电极为金属单质和化合物的原电池 【例2】锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料(石墨作为金属锂的载体)，电池反应为，装置如图： （1）该电池不能用电解质水溶液，原因是 。 （2）放电时，b极的电极反应式是 。 解题要点  一电极为金属单质，一电极为化合物，由金属单质失电子作负极，化合物得电子作正极。 电极产生的离子都会进入电解质溶液，需要进一步讨论与电解质溶液是否共存。 【变式2-1】一种Al-PbO2电池通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一种，结构如图。下列说法错误的是 A．a>b B．M区电解质为NaOH C．放电时R区域的电解质浓度逐渐减小 D．放电时，PbO2电极反应为PbO2+2e-+4H++SO=PbSO4+2H2O 【变式2-2】碱性锌锰电池是普通锌锰电池的升级换代产品，其构造示意图如下。下列关于该电池及其工作原理的说法不正确的是 A．负极反应为： B．作正极反应物，发生还原反应 C．电池工作时，向正极方向移动 D．可储存时间比普通锌锰电池长 考点三 原电池计算题 【例3】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。 ①该电池负极的电极反应式为 。 ②外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是 mol。 解题要点 原电池计算的核心是电极两边得失电子守恒。 【变式3-1】锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图甲所示)，锌锰干电池的负极材料是 ，负极发生的电极反应为 。若反应消耗16.25g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 mol。 【变式3-2】近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图乙所示。 ①该装置不仅可以提供清洁的氢气，还可以提供 。 ②碳电极发生的电极反应是 。 ③标准状况下产生22.4L的氢气时，负极消耗锂的质量为 g。 基础达标 1．近年来，我国科技迅猛发展。下列科技成果中蕴含的化学知识叙述正确的是 A．新型手性螺环催化剂能降低化学反应的焓变 B．分子间的碰撞均为有效碰撞 C．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金 D．“天舟五号”飞船搭载的燃料电池放电时主要将热能转化为电能 2．下列关于原电池负极的判断，错误的是 A．电子流出的一极 B．发生氧化反应的一极 C．一般为较活泼的金属 D．阳离子移向的一极 3．某原电池总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是 选项 A B C D 电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn 电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4 4．电池在生活中随处可见，下列装置能将化学能转化成电能的是 A． B． C． D． 5．用相同质量的锌片和铜片构成原电池，如图所示，下列说法不正确的是 A．Cu是正极材料，在反应中被还原 B．盐桥中的K+进入CuSO4溶液中 C．若转移0.2mol电子，正负两极的质量差为12.9g D．若用阴离子交换膜替换盐桥对装置进行改进，也可构成原电池 6．下列表述与对应图像一致的是 A．图①表示对某化学平衡体系改变温度后反应速率随时间的变化 B．图②表示向溶液中滴加稀至过量，溶液的导电性变化情况 C．图③表示赶出碱式滴定管乳胶管中气泡的方法 D．图④表示探究Mg、Al金属性的强弱 7．碱性锌锰电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中不正确的是 A．为负极，为正极 B．正极反应是 C．工作时电子由经外电路流向 D．发生还原反应，发生氧化反应 8．某校课外活动小组利用电化学原理降解酸性废水中的，装置如图所示，下列说法错误的是 A．Pt电极作正极 B．电极反应式为 C．溶液中电子通过质子交换膜由电极向电极移动 D．若外电路转移电子，则右侧溶液质量减少 9．水体富营养化会破坏珊瑚礁。微生物燃料电池有望在珊瑚生存环境方向发挥重要作用。下图是某微生物燃料电池工作原理示意图。该装置能同时除去水体中的和沉积物中的有机物[以(CH2O)n表示]。 （1）该装置工作时下列说法正确的是_______。 A．将电能转化为化学能 B．电极b作负极 C．电子移动方向为：电极b→沉积物→水体→电极a D．每消耗1 mol(CH2O)n转移电子4mol （2）写出在电极a表面发生的电极反应 。 （3）研究表明在其他条件不变的情况下水体中的O2浓度升高有利于去除沉积物中的有机物但不利于去除水体中的 。分析有利于去除有机物和不利于去除的可能原因 。 10．已知Sn与稀硫酸能发生反应：Sn+H2SO4(稀)=SnSO4+H2↑。 （1）若要使该反应的反应速率加快，下列措施可行的是___________(填字母)。 A．改锡片为锡粉 B．加入少量醋酸钠固体 C．滴加少量CuSO4 D．将稀硫酸改为98%的浓硫酸 （2）若将上述反应设计成原电池，石墨棒为原电池某一极材料，则石墨棒为 极(填“正”或“负”)。原电池工作时溶液中的向 极移动(填“正”或“负”)。 （3）实验后同学们经过充分讨论，观察原电池反应特点，认为符合某些要求的化学反应都可以通过原电池来实现。下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___________。 A． B． C． D． 综合应用 11．一种锂-海水电池结构如图(Li为负极，N为正极，隔膜为玻璃陶瓷)，下列说法错误的是 A．海水可作为电解质溶液 B．正极反应仅为O2+2H2O+4e-=4OH- C．玻璃陶瓷可传导Li+且防止海水与Li直接反应 D．该电池属于一次电池 12．铝-空气电池、Mg-AgCl电池，均以海水为电解质溶液。下列叙述中正确的是 A．单位质量的负极输出电量：铝-空气电池>Mg-AgCl电池 B．两种电池均是二次电池 C．Mg-AgCl电池放电时，由负极向正极迁移 D．两电池放电时，均是在正极被还原 13．锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如下。下列说法不正确的是 A．作电池的负极 B．电池工作时，向正极移动 C．正极的电极反应： D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 14．Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2，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。如果把少量水滴入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 。 （5）熔融状态下，钠的单质和FeCl2能组成可充电电池(装置示意图如图)，反应原理为2Na＋FeCl2=Fe＋2NaCl。 放电时，电池的正极反应式为 ；该电池的电解质为 。 15．碱性锌锰干电池是应用最普遍的电池之一，电池总反应为， （1）碱性锌锰干电池的正极材料是 (填名称) （2）若反应消耗负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 。 拓展培优 16．硫酸锌可用于治疗溃疡、湿疹等疾病。以锡烟尘(主要含)为原料制备晶体的工艺流程如图所示。下列说法错误的是 已知：不溶于水，可溶于酸；不稳定，易脱水生成不溶于酸，不溶于水；酸浸后砷元素以的形式存在，微溶于水；的溶解度随着温度升高而增大。 A．滤渣1的主要成分是和 B．双氧水实际消耗量大于理论计算值 C．将还原除杂反应设计成原电池，正极的电极反应式为 D．操作I为过滤、酒精洗涤、低温干燥 17．Li—电池工作原理如图所示，b极反应分四步进行： ①；②； ③_______；④。 下列叙述错误的是 A．电极电势： B．放电时，向b极迁移 C．b极总反应式： D．每生成0.1 mol 时得到电子数约为 18．锌离子全电池装置如图-1所示，工作时电极发生的嵌入或脱嵌。在电解质溶液中加入弱极性的，利用间转化的同时除去溶解氧和电极表面的非活性锌，如图-2所示。下列说法错误的是 A．放电时经离子交换膜从右向左迁移 B．加入聚乙二醇是为了增大在水中的溶解度 C．除去溶解氧发生的反应为 D．每除去13g非活性锌，转移的电子数为 19．钠、镁、铝的化合物是我们生活中常见的物质。 （1）用α粒子轰击的核反应为，则X的原子结构示意图为 。 （2）硬铝是目前应用广泛的一种合金材料，硬铝的硬度比纯铝 (填“大”或“小”)。 （3）用镁、铝作电极材料设计的原电池装置如图所示。 ①Mg电极是该电池的 (填“正极”或“负极”)。 ②当电路中通过0.6mol电子时，理论上负极减少的质量为 g。 （4）向500mL NaOH溶液中通入一定量的充分反应后，再滴加盐酸，测得滴加盐酸的体积与产生气体的物质的量关系如图所示。 ①加入0~50mL盐酸时发生反应的离子方程式是 。 ②с= 。 （5）在熔融条件下可用与反应制备高铁酸钠()，同时生成。 ①中含有的化学键类型是 。 ②写出该反应的化学方程式并用单线桥法标出电子转移的方向和数目： 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 氧化还原反应和电化学 第二节 原电池和化学电源 第1课时 原电池的工作原理 教学目标 1.认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用。 2.了解原电池的工作原理。 3.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 重点和难点 原电池电极方程式书写、原电池工作原理 ◆知识点一 原电池的工作原理——单液电池 电极反应： 负极：Zn - 2e- == Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- == Cu 总反应：Zn + Cu2+ == Cu + Zn2+ 实验现象：锌片逐渐溶解，铜片上红色固体质量增加，溶液颜色变浅，电流计指针发生偏转。 即学即练 1．如图所示装置中，能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．酒精是非电解质，酒精溶液不导电，不能构成原电池，故不选A； B．两电极分别在两个独立的盛有稀硫酸的烧杯中，无法形成闭合回路，不能构成原电池，故不选B； C．两电极均为Zn，活泼性相同，无法形成电势差，不能构成原电池，故不选C； D．Zn和Cu活泼性不同，作为电极插入稀硫酸中，通过导线连接且用盐桥连通两烧杯溶液形成闭合回路，Zn能与稀硫酸自发发生氧化还原反应，满足原电池构成的所有条件，故选D； 选D。 2．下列有关如图所示原电池装置的说法正确的是(选项中“—”表示连接) A．、，石墨为正极，电子流动方向： B．、，为负极，该极的电极反应： C．、，为负极，电解质溶液质量不变 D．、，为负极，石墨电极有气泡逸出 【答案】B 【解析】A．连接方式为a（Fe）-e、f-d（石墨），Fe比石墨活泼，Fe为负极，石墨为正极。电子流动方向应为负极→外电路→正极，即a→e→f→d，电子不能在溶液中流动，无法回到a，A错误； B．连接方式为b（Zn）-e、f-c（Cu），Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应为Zn失去电子生成Zn2+：，B正确； C．连接方式为a（Fe）-e、f-c（Cu），Fe为负极，负极反应Fe-2e-=Fe2+，正极反应Cu2++2e-=Cu，溶液中每生成1molFe2+（56g）消耗1molCu2+（64g），溶液质量减少，C错误； D．连接方式为c（Cu）-e、f-d（石墨），Cu与石墨活泼性相近，且Cu与CuSO4溶液不发生自发氧化还原反应，无法形成原电池，石墨电极无气泡逸出，D错误； 故选B。 3．下列有关如图所示装置的叙述正确的是(该装置工作时) A．稀硫酸的电离方程式为 B．往锌电极迁移，且铜电极上无气泡产生 C．铜电极上的电极反应式为 D．一段时间后，电解质溶液的质量较反应前有所增加 【答案】D 【解析】A．稀硫酸的电离方程式应为，选项中书写错误，A错误； B．原电池中阳离子向正极迁移，铜为正极， H+应向铜电极迁移，且H+在铜电极得电子生成H2，铜电极有气泡产生，B错误； C．电解质为稀硫酸（酸性环境），铜电极（正极）的电极反应式为，选项中是碱性环境下吸氧腐蚀的正极反应，C错误； D．负极锌溶解：（进入溶液，增加质量），正极生成H2逸出：（减少质量），每溶解65 g Zn生成2 g H2，溶液质量净增63 g，溶液质量增加，D正确； 故答案为D。 ◆知识点二 原电池的工作原理——双液电池 电极反应： 负极：Zn - 2e- == Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- == Cu 总反应：Zn + Cu2+ == Cu + Zn2+ 实验现象：锌片逐渐溶解，铜片上红色固体质量增加，溶液颜色变浅，电流计指针发生偏转。 特别提醒 盐桥的作用 ①形成闭合回路。 ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。 即学即练 1．下列有关如图所示原电池（盐桥中吸附有KNO3饱和溶液）的叙述不正确的是 A．盐桥中的K+向铜电极移动 B．电子沿导线由铜电极流向银电极 C．正极的电极反应为Ag++e-=Ag D．铜电极发生氧化反应 【答案】A 【分析】该原电池中，Cu为负极，失去电子，发生氧化反应，Cu-2e-=Cu2+；Ag为正极，得到电子，发生还原反应，Ag+e-=Ag+，电子沿导线由铜电极流向银电极，盐桥中阳离子向Ag极移动，据此分析回答问题。 【解析】A．盐桥中阳离子向正极移动，银电极为正极，故K⁺应向银电极移动，而非铜电极，A错误； B．铜为负极，电子从负极（铜电极）沿导线流向正极（银电极），B正确； C．银电极为正极，Ag⁺在正极得电子发生还原反应，电极反应式为Ag⁺+e⁻=Ag，C正确； D．铜电极为负极，负极发生氧化反应，D正确； 故选A。 2．化学兴趣小组对教材中锌与硫酸铜的实验进行改进，利用鹿皮巾代替琼脂和U形管作为KCl溶液的载体，其工作原理如图所示。已知：盐桥X、盐桥Y、盐桥Z分别为一层鹿皮巾、一层浸满饱和KCl溶液的鹿皮巾、六层浸满饱和KCl溶液的鹿皮巾。 下列说法错误的是 A．当有0.1mol电子通过外电路时，装置丙中理论上消耗锌的质量为3.25g B．盐桥Z的电流强度比盐桥Y的电流强度大，是因为六层鹿皮巾中离子浓度更大 C．使用盐桥Z比盐桥Y时电池的效率更高 D．向Cu极做定向移动 【答案】B 【分析】在甲，乙，丙三个电池中，负极均为锌电极，发生反应：正极均为铜电极，发生反应： 【解析】A．锌为负极，电极反应式为，转移0.1mol电子时消耗0.05mol Zn，质量为，故A项正确； B．盐桥Y和Z均浸满饱和溶液，因此二者离子浓度相同，盐桥Z电流强度更大是因为六层鹿皮巾与溶液的接触面积更大，离子迁移更顺畅，故B项错误； C．盐桥Z（六层）比Y（一层）离子传导能力更强，能更有效维持电荷平衡，减少能量损耗，因此电池效率更高，故C项正确； D．原电池中阳离子向正极移动，Cu极为正极，因此向Cu极定向移动，故D项正确； 故选B； 3．有关如图装置的说法中正确的是 A．氧化剂与还原剂必须直接接触，才能发生反应 B．乙池中电极反应式为NO+4H++e-=NO2↑+2H2O C．当铜棒质量减少6.4 g时，甲池溶液质量增加小于6.4 g D．当铜棒质量减少6.4 g时，向乙池密封管中通入标准状况下1.12 L O2，将使气体全部溶于水 【答案】D 【分析】该装置为原电池，铜为负极，电极反应为：Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应，石墨为正极，电极反应为：2NO+4H++2e-=2NO2↑+2H2O，发生还原反应。 【解析】A．根据分析，还原剂和氧化剂分别在甲、乙池中发生氧化反应、还原反应，并未直接接触，A错误； B．根据分析，乙池中电极反应式为2NO+4H++2e-=2NO2↑+2H2O，B错误； C．铜棒质量减少6.4 g，甲池溶液质量应增加6.4 g，但微粒平衡溶液电中性，盐桥中阴离子向甲池移动，甲池溶液增加的质量大于6.4 g，C错误； D．标准状况下1.12 L O2的物质的量为，铜棒减少6.4 g，整个电路通过0.2 mol电子，同时产生0.2 mol NO2，两者恰好完全反应：，D正确； 故选D。 ◆知识点三 原电池产生电流的过程 原电池产生电流的过程:在铜片与溶液之间也存在着类似的平衡，但由于金属锌失去电子的趋势比铜大，所以锌片上有过剩的电子，铜片上则缺少电子，两者的电势差不相等。 若用导线把锌片和铜片连接起来，电子从锌片移向铜片。锌片上电子的流出，破坏了它和溶液中Zn2+ 间的平衡，平衡向溶解方向移动，而铜片上由于电子的流入，平衡向沉积方向移动。用盐桥连通两电解液时，整个电路构成回路，可以持续产生电流。 易错提醒 ①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 ②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 ③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 即学即练 1．锌铜原电池装置如图，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列叙述正确的是 A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c()减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．外电路中电流方向由Zn电极流向Cu电极 【答案】C 【分析】由图象可知，该原电池反应式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu,Zn发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池溶液中硫酸根浓度不变，随反应进行，甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池，以保持溶液呈电中性，进入乙池的Zn2+与放电的Cu2+的物质的量相等，而Zn的摩尔质量大于Cu,故乙池溶液总质量增大； 【解析】A．由图象可知，该原电池反应式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，故A错误； B．阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c()不变，故B错误； C．甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中发生反应：Cu2++2e-=Cu，保持溶液呈电中性，进入乙池的Zn2+与放电的Cu2+的物质的量相等，而Zn的摩尔质量大于Cu，故乙池溶液总质量增大，故C正确； D．Cu为正极，Zn为负极，外电路中电流方向由Cu电极流向Zn电极，故D错误； 答案选C。 2．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。 3．现代生活离不开方便实用的化学电源，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．没有形成闭合回路且不会发生氧化还原反应，A项不符合题意； B．两电极未区分活动性，B项不符合题意； C．如图装置有两个不同的电极，且形成闭合回路，可以发生氧化还原反应，C项符合题意； D．无水乙醇不是电解质溶液，D项不符合题意； 故选C。 ◆知识点四 原电池电极反应式书写 1、书写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2、一般电极反应式的书写方法 （1）定电极，标得失。 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 （2）看环境，配守恒。 电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 (3) 两式加，验总式。 电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。 特别提醒 首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 遵循氧化还原反应离子方程式的配平原则，写出电极反应式。 将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 即学即练 1．如图是某同学设计的原电池装置。 （1）电子的流向经导线从 填编号(①Cu→Pt   ②Pt→Cu)。 （2）电流的流向 填编号(①Cu→Pt   ②Pt→Cu) （3）电极Ⅰ上发生 (填反应类型)，作 (填电极名称)。 （4）电极Ⅱ的电极反应式为 。 （5）该原电池的总反应式为 。 （6）盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是 。 【答案】（1）① （2）② （3）还原反应 正 （4）Cu-2e-=Cu2+ （5）Cu+2Fe3+= Cu2++Fe2+ （6）形成闭合回路，平衡电荷 【分析】根据原电池装置可知，该电池自发的氧化还原反应为，电极II作负极，电极反应为，电极I作正极，电极反应为； 【解析】（1）原电池中电子从负极经导线流向正极，即Cu→Pt； （2）电流的方向与电子的方向相反，从正极到负极，即Pt→Cu； （3）由分析得电极Ⅰ上发生还原反应，作正极； （4）电极Ⅱ的电极反应式为； （5）该原电池的总反应式为； （6）盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是形成闭合回路，平衡电荷。 2．设计原电池Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液) 。 负极： ，电极反应式： 。 正极： ，电极反应式： 。 【答案】 Cu Cu–2e−＝Cu2＋ 石墨 2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋ 【分析】根据总方程式，铜失去电子，为负极材料，负极区选用不与铜反应的电解质；正极材料选比铜活动性差的电极材料即可，电解质溶液为氯化铁溶液，铁离子得电子。 【解析】根据分析，负极材料为铜，电极反应为Cu–2e−＝Cu2＋，正极材料为比铜活动性差的电极材料石墨，电极反应为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，装置图为 3．I．下图所示原电池，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅，盐桥中装有饱和溶液。 回答下列问题： （1）乙烧杯中发生 反应（填“氧化”或“还原”）。 （2）外电路的电流从 流向 （填“a”或“b”）。 （3）电池工作时，盐桥中的移向 烧杯（填“甲”或“乙”）。 （4）甲烧杯中的电极反应式为 。 Ⅱ．新型固体隔膜电池广泛应用于电动汽车。电池反应为，电解质为含的导电固体，且充、放电时电池内两极间的隔膜只允许自由通过。 （5）该电池放电时向 极移动（填“正”或“负”）。 （6）正极反应式为 。 【答案】（1）氧化 （2）a b （3）乙 （4）MnO + 5e- + 8H+ =Mn2+ + 4H2O （5）正 （6）FePO4 + e- + Li+ = LiFePO4 【分析】I.甲烧杯中溶液颜色不断变浅，→Mn2+，甲为正极，发生还原反应，乙为负极，发生氧化反应； III. N2H4→N2，失电子，发生氧化反应，为负极，氧气得电子，为正极； 【解析】（1）乙烧杯中发生氧化反应； （2）外电路的电流从正极a流向负极b； （3）根据原电池中，阴离子向负极移动，所以盐桥中的移向负极乙烧杯中； （4）根据分析可知，甲烧杯中的电极反应式为MnO + 5e- + 8H+ =Mn2+ + 4H2O； （5）电池放电时，阳离子向正极移动，向正极移动； （6）正极得电子发生还原反应，反应式为FePO4 + e- + Li+ = LiFePO4 一、单液电池两电极的分析 将两个电极分别与电解质溶液发生反应，关注哪个电极可以自发进行氧化还原反应。自发进行氧化还原的电极做负极。 单液电池由于氧化剂和还原剂直接接触，电子的转移不经过外部电路，因此单液原电池的效率相对较低，电流衰减较快。 实践应用 1．研究人员利用AgCl、Sb材料制成新型高能量密度电池，反应原理是，其放电过程示意图如下。下列说法错误的是 A．N极材料是，是电池的负极 B．溶液中的有利于增加溶液的导电性 C．正极的电极反应式为 D．当电路中有1mol 通过，理论上M极质量增加108g 【答案】D 【分析】根据原电池总反应可知：化合价升高，失电子，为负极材料，中化合价降低，为正极材料，根据图中电子流向可判断N极材料是。 【解析】A．由总反应可知，元素化合价从0价升高到+3价，发生氧化反应，为负极，电子从负极流出，根据图中电子流向可判断N极材料是，是电池的负极，A正确； B．在溶液中电离出和，可增加溶液中离子浓度，从而增强溶液导电性，B正确； C．正极发生还原反应，中得电子生成，电极反应式为，C正确； D．M极为正极，电极反应为，每转移1mol ，消耗1mol （143.5g），生成1mol （108g），电极质量变化为，质量减少35.5g，而非增加108g，D错误； 故答案选D。 2．在Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池中，负极是 A．Mg B．Al C．水 D．无法确定 【答案】B 【分析】在溶液构成的原电池中，能与溶液反应：，Al失电子，作负极，Mg与溶液不反应，作正极。 【解析】A．由分析可知为正极，故A错误； B．由分析可知为负极，故B正确； C．由分析可知为负极，故C错误； D．由分析可知为负极，故D错误； 故选B。 3．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑ 【答案】B 【分析】镁的活泼性大于Al，①中Mg失电子作负极；②中铝与氢氧化钠反应失电子，②中铝是负极；铁在浓硝酸中钝化，③中Cu与浓硝酸反应失电子，Cu作负极；Fe的活泼性大于铜，④中发生铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。 【解析】A．①中Mg作负极；②中铝是负极；③中Cu作负极；④中Fe作负极，故A错误； B．②中铝与氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，②中Mg作正极，正极生成氢气，正极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正确； C．铁在浓硝酸中钝化，③中Cu与浓硝酸反应失电子，Cu作负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故C错误； D．Fe的活泼性大于铜，④中发生铁的吸氧腐蚀，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故D错误； 选B。 2、 双液电池的处理 双液电池能量利用率高于单液电池。 双液原电池，由两个分开的电解质溶液组成，每个溶液中各有一个电极，两个溶液通过盐桥或者离子交换膜连接，以维持电荷平衡。 双液原电池由于隔离了氧化剂和还原剂电子只能通过外部电路流动，因此电流更稳定，电池的电压也更稳定。 实践应用 1．某同学研究溶液和溶液的反应，设计如下对比实验。 实验 现象 连通电路后，电流表指针向右偏转，分别取反应前和反应一段时间后甲烧杯中的溶液，滴加KSCN溶液，前者几乎无色，后者显红色 连通电路后，电流表指针向左发生微小的偏转，丙、丁烧杯中均无明显现象 下列说法正确的是 A．仅由Ⅰ中的现象可推知的氧化性强于 B．Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是氧化了银电极 C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，电流表指针可能不再向左偏转 D．对比Ⅰ、Ⅱ可知，Ⅰ中氧化了 【答案】C 【分析】由实验Ⅰ可知甲烧杯溶液在反应后生成Fe3+，电子由石墨电极流向银电极，则石墨电极为负极，银电极为正极，负极发生反应为：Fe2+-e-=Fe3+；由实验Ⅱ可知：银电极失电子为负极，石墨电极为正极，负极发反应：Ag-e-=Ag+，而Fe的氧化性强于Ag，故正极溶液中的Fe2+不参与反应，所以正极发生吸氧腐蚀。 【解析】A．若Ag+的氧化性强于Fe3+，那么Ⅰ中原电池的总反应为Ag++Fe2+= Fe3++Ag，但仅由Ⅰ中的现象还存在空气中O2氧化Fe2+的可能性，因此无法唯一确定地推知Ag+的氧化性强于Fe3+，A项错误； B．由分析可知，是空气中的氧气氧化了银电极，B项错误； C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，石墨为惰性电极，不能失去电子，不能形成原电池，电流表指针可能不再向左偏转，C项正确； D．Ⅰ中若是氧化了Fe2+，那么Ⅱ中的Fe2+也会被氧化，D项错误； 故答案选C。 2．纸电池由电极、电解液和隔离膜组成(如下图所示)，电极和电解液均“嵌”在纸中。某学生根据纸电池的结构示意图，利用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片与锌片制作了一个简易电池，用电流表测试指针发生偏转(总反应为)。下列说法不正确的是 A．该原电池电解液是NaCl溶液 B．纸电池减小电板间距离，可增大电流 C．电子从锌片经电解液流向铜片 D．Zn片为负极，正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH- 【答案】C 【分析】根据总反应方程式可知：Zn为负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；Cu片作正极，发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-。溶液中阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。 【解析】A．该原电池使用氯化钠和蒸馏水制备电解液，因此电解液为NaCl溶液，A正确； B．减小电极间距离可缩短离子移动路径，从而降低了电池的内阻，根据闭合电路欧姆定律，电流增大，B正确； C．电子只能通过外电路即通过导线流动，在电解液中是离子定向移动，电子不能经电解液传递，C错误； D．Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，正极上O2得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，D正确； 故合理选项是C。 3．磷酸铁锂“刀片电池”工作原理如图所示。放电时的总反应：，说法正确的是 A．放电时，铝箔作负极 B．电池工作时，正极反应为 C．电池工作时，负极材料质量减少，转移电子 D．电池进水不会影响其使用寿命 【答案】B 【分析】放电时，LixC6在铜箔一侧失去电子生成Li+和C，Li1-xFePO4得电子发生还原反应转化为LiFePO4； 【解析】A．根据总反应及示意图，放电时LixC6在铜箔一侧失去电子生成Li+和C，铜箔为负极，故A错误； B．放电时Li1-xFePO4得电子发生还原反应生成LiFePO4，铝箔为正极，正极反应式为Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- = LiFePO4，故B正确； C．负极反应为LixC6 - xe- = 6C + xLi+，释放Li+使减少质量，1.4g Li的物质的量为0.2 mol，转移电子为0.2 mol，故C错误； D．电池使用锂盐有机溶液，Li是活泼金属，进水会导致Li与水反应，故D错误； 选B。 3、 根据电极判定金属性强弱 负极金属的金属性强于正极金属，在原电池中，负极金属通常比正极金属更活泼，更容易失去电子。例如在锌铜原电池中，锌作为负极，铜作为正极，锌的金属性强于铜。 实践应用 1．已知：氧化还原反应可看成由两个半反应组成，每个半反应具有一定的电极电势（用“E”表示），E越大则该电对中氧化型物质的氧化性越强，E越低则该电对中还原型物质的还原性越强。下表为部分电极的电极电势。 氧化还原电对（氧化型/还原型） 电极电势（E/V） 氧化还原电对（氧化型/还原型） 电极电势（E/V） / 0.77 / 1.36 /（或） 1.69 / 0.151 / 1.51 / 0.54 根据表格数据分析，下列说法错误的是 A．氧化性： B．酸化高锰酸钾溶液时，不可使用氢碘酸 C．往淀粉碘化钾溶液中滴加溶液，可观察到溶液变蓝 D．向含的酸性溶液中加，滴加溶液，可观察到溶液变红 【答案】C 【解析】A．的电极电势（1.36V）高于（0.77V）和（0.151V），因此氧化性顺序为＞＞，A正确； B．的电极电势（1.51V）高于的电极电势（0.54V），则的氧化性强于，若使用氢碘酸酸化高锰酸钾溶液时，会氧化生成，故不可用氢碘酸酸化，B正确； C．/的电极电势（0.151V）低于/（0.54V），说明的氧化性弱于，故无法将氧化为，溶液不会变蓝，C错误； D．/的电极电势（1.69V）远高于/（0.77V）和/（0.54V），则氧化性强于、，而还原性强于，在酸性条件下，优先氧化0.4mol为，转移0.4mol电子后，另外0.1mol电子可以氧化部分（0.1mol）为，溶液中存在，滴加KSCN显红色，D正确； 故选C。 2．根据实验现象，下列判断正确的是 装置 现象 金属A不断溶解形成二价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 A．装置甲中正极的电极反应式是 B．装置乙中正极的电极反应式是 C．装置丙中溶液的不变 D．四种金属活动性由强到弱的顺序是 【答案】B 【解析】A．金属A不断溶解形成二价金属离子，则装置甲中负极的电极反应式是，A错误； B．C极质量增加，则装置乙中正极铜离子得电子生成铜，其电极反应式是，B正确； C．装置丙中，A极有气泡产生，则A极溶液中的氢离子得电子生成氢气，减小，溶液的增大，C错误； D．装置甲中A为负极，则金属活动性：，装置乙中C为正极，则金属活动性：，装置丙中A为正极，则金属活动性：，故四种金属活动性由强到弱的顺序是，D错误； 故答案为：B。 3．下列实验操作和现象，得出的相应结论正确的是 实验操作 实验现象 结论 A 将红色固体加热，并用带火星的木条检验生成的气体 得到绿色固体，木条复燃 热稳定性 B 向含有ZnS和的悬浊液中滴加溶液 出现黑色沉淀 C 向溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液 溶液突变为浅红色 恰好被完全氧化 D 将Al片和Fe片用导线连接后插入NaOH溶液中 Al片上有气泡冒出 金属性： 【答案】A 【解析】A．由实验操作和现象可知，红色固体加热生成和氧气，可知热稳定性，A正确； B．溶液反应生成黑色沉淀，为沉淀生成，不能说明存在沉淀的转化，则不能证明溶度积大小，即不能证明，B错误； C．亚铁离子、氯离子均可被酸性高锰酸钾溶液氧化，溶液突变为浅红色，不能证明恰好被完全氧化，C错误； D．铝片和铁片用导线连接后插入溶液中，构成原电池，铝为负极，铁为正极，铁片上有气泡冒出，电极反应式为：，产生氢气，D错误； 故选A。 4、 加快氧化还原的速率 根据各物质在酸性或碱性条件下的性质进行解答。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两级进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。 实践应用 1．一定条件下，将等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少量CuSO4溶液组成原电池，下列各图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】等质量的两份锌粉a 、b ，分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，a中发生反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，形成铜−锌−稀硫酸原电池，生成H2的速率增大，反应完成所用时间小于 b ，但 a 中与硫酸反应的锌的量减少，最终生成氢气的体积小于 b ，故选A。 2．原电池中加入盐桥的主要目的是 A．增强溶液的导电性 B．单纯连通两个烧杯 C．避免两极直接反应，使电流更稳定 D．提高反应的速率 【答案】C 【解析】A．溶液导电性主要由溶液中离子浓度等决定，盐桥不是为增强溶液导电性，故A错误； B．盐桥不是单纯连通烧杯，核心作用是维持电荷平衡等，故B错误； C．盐桥可使两个半电池形成闭合回路，避免两极物质直接反应，让电子持续转移，使电流更稳定，故C正确； D．盐桥主要作用不是提高反应速率，故D错误； 故选C。 3．下列实验操作、现象及结论均正确的是 选项 实验操作 现象 结论 A 用试纸分别测定溶液和溶液的pH 溶液的大 水解常数：大于 B 常温下，将滴有几滴酚酞试液的饱和碳酸钠溶液加热到50°C 溶液颜色加深，并产生大量气泡 的水解平衡正向移动 C 向两支试管中分别加入等体积的溶液，在试管中加入滴溶液 b试管溶液变黄后，产生气泡的速率明显加快 是分解的催化剂 D 向锌粒和稀硫酸反应的试管中，滴加几滴溶液 产生气泡的速率明显加快 锌粒与置换出的铜形成了铜锌原电池 【答案】D 【解析】A．没有控制溶液和溶液的浓度相同，故A错误； B．碳酸钠在溶液中的水解反应是吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动，但不会产生大量气泡，故B错误； C．向a、b两支试管中分别加入等体积的5%溶液，在试管中加入2～3滴溶液，试管溶液变黄后，产生气泡的速率明显加快，说明被氧化成，是分解的催化剂，故C错误； D．向锌粒和稀硫酸反应的试管中，滴加几滴溶液，气体生成速率明显加快，与锌粒反应生成铜，形成了铜锌原电池加快了反应速率，故D正确； 故答案为D。 考点一 原电池电极反应式的书写 【例1】化学电源在日常生活中有着广泛的应用，回答下列问题： （1）将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mLFeCl3溶液中，构成如图所示的原电池装置，正极发生的电极反应式为 ；该电池在工作时，Cu的质量将 (填“增加”、“减少”或“不变”)。 【答案】（1）Fe3++e-=Fe2+ 减少 【解析】（1）将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mLFeCl3溶液中，构成如图所示的原电池装置，总反应为：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2，原电池正极发生还原反应，故正极发生的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，根据总反应式可知，该电池在工作时，Cu的质量将减少，故答案为：Fe3++e-=Fe2+；减少； 解题要点 寻找自发进行氧化还原反应的方程式，根据方程式书写电极反应方程式 【变式1-1】常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池，如图1所示。 （1）若A为稀盐酸，则Al片做 极，该电极的电极反应式为 ，Cu片电极反应式为 。 （2）若A为NaOH溶液，则Al片做 极，该电极的电极反应式为 。 （3）若A为浓HNO3，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0～t1 s时，原电池的负极是 ，正极的电极反应式为 ，溶液中的H＋ 向 极移动；t1时，原电池中电子流动方向发生改变，此时 为负极，该电极的电极反应式为 。 （4）若A为稀HNO3，则Cu片为 极，该电极的电极反应式为 。 【答案】（1）负 （2）负 （3）Cu片 Al片 Al片 （4）正极 【分析】铝、铜和电解质溶液构成原电池，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，据此分析； 【解析】（1）若A为稀盐酸，铝和盐酸反应生成氯化铝，铝发生氧化反应，则Al片做负极，电极的电极反应式为：；Cu片是正极，正极氢离子得电子生成氢气，正极反应式为； （2）若A为NaOH溶液，铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，铝发生氧化反应，则Al片做负极；该电极的电极反应式为； （3）浓硝酸构成的原电池，在s时，由于Al在浓中发生了钝化，生成的氧化膜阻止了反应的进行，此时Cu与浓反应，Cu片作负极，正极在酸性条件下得电子生成和，电极反应式为；在原电池中，阳离子向正极移动，即向正极Al片移动，t1后，浓度变小形成稀，氧化膜被破坏，原电池中正负极发生改变，此时Al片做负极，此时负极的电极反应式为； （4）若A为稀HNO3，Al比Cu活泼，则Cu片为正极，正极得电子生成NO，该电极的电极反应式为。 【变式1-2】写出镍镉电池放电时的负极反应式 (电解质为KOH溶液，总反应：Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd (OH)2 + 2Ni (OH)2)。 【答案】 【解析】放电时负极发生氧化反应，电极反应式为：。 考点二 电极为金属单质和化合物的原电池 【例2】锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料(石墨作为金属锂的载体)，电池反应为，装置如图： （1）该电池不能用电解质水溶液，原因是 。 （2）放电时，b极的电极反应式是 。 【答案】（1）金属锂是活泼金属会与水反应 （2） 【分析】根据锂离子二次电池的反应，可知放电时Li在负极(a)反应，在正极(b)反应。 【解析】（1）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料，金属锂是活泼金属会与水反应，影响原电池的正常工作。 （2）根据分析，放电时，b极的电极反应式是。 解题要点  一电极为金属单质，一电极为化合物，由金属单质失电子作负极，化合物得电子作正极。 电极产生的离子都会进入电解质溶液，需要进一步讨论与电解质溶液是否共存。 【变式2-1】一种Al-PbO2电池通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为Na2SO4、H2SO4、NaOH中的一种，结构如图。下列说法错误的是 A．a>b B．M区电解质为NaOH C．放电时R区域的电解质浓度逐渐减小 D．放电时，PbO2电极反应为PbO2+2e-+4H++SO=PbSO4+2H2O 【答案】C 【分析】由图可知，铝极上铝失去电子发生氧化反应为负极、则PbO2极为正极；铝生成四羟基合铝酸根离子，则M区电解质为氢氧化钠，那么R区为硫酸钠、N为硫酸；放电时铝极反应为，PbO2电极反应为； 【解析】A．正极反应为PbO2发生还原反应生成硫酸铅，，反应消耗硫酸，硫酸浓度减小，故a>b，A正确； B．由分析可知，M区电解质为NaOH，B正确； C．放电时，X应为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜，M区钠离子、N区硫酸根离子均向R区域迁移，电解质硫酸钠溶液浓度逐渐增大，C错误； D．由分析可知，放电时，PbO2电极反应为，D正确； 故选C。 【变式2-2】碱性锌锰电池是普通锌锰电池的升级换代产品，其构造示意图如下。下列关于该电池及其工作原理的说法不正确的是 A．负极反应为： B．作正极反应物，发生还原反应 C．电池工作时，向正极方向移动 D．可储存时间比普通锌锰电池长 【答案】C 【解析】A．在碱性锌锰电池中，锌粉作负极，在碱性条件下失电子发生氧化反应，电极反应式为，A选项正确； B．作正极反应物，在正极得电子，发生还原反应 ，B选项正确； C．电池工作时，阴离子向负极移动，所以应向负极方向移动，而不是正极方向，C选项错误； D．碱性锌锰电池性能比普通锌锰电池好，可储存时间比普通锌锰电池长 ，D选项正确； 故答案选C。 考点三 原电池计算题 【例3】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。 ①该电池负极的电极反应式为 。 ②外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是 mol。 【答案】（2）①根据电池的总反应方程式为，结合原电池负极发生氧化反应，则该电池负极的电极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，故答案为：Ag-e-+Cl-=AgCl； ②由题干总反应可知，每转移2mol电子生成1mol Na2Mn5O10，故外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是2mol，故答案为：2。 解题要点 原电池计算的核心是电极两边得失电子守恒。 【变式3-1】锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图甲所示)，锌锰干电池的负极材料是 ，负极发生的电极反应为 。若反应消耗16.25g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 mol。 【答案】（1）锌 Zn-2e-=Zn2+ 0.5 【解析】（1）在锌锰干电池中，由于电极活动性Zn＞C，所以Zn为负极，失去电子发生氧化反应，负极的电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，16.25g锌的物质的量是n(Zn)==0.25mol，则转移电子的物质的量为n(e-)=2×0.25mol=0.5mol； 【变式3-2】近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图乙所示。 ①该装置不仅可以提供清洁的氢气，还可以提供 。 ②碳电极发生的电极反应是 。 ③标准状况下产生22.4L的氢气时，负极消耗锂的质量为 g。 【答案】 电能 14g ①该原电池是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供电能； ②根据图示信息知道，碳电极上产生氢气，应该是正极，该电极上发生得电子的还原反应：； ③锂电极发生的电极反应是，标况下产生22.4L的氢气时，转移2mol电子，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为2mol×7g/mol=14g。 基础达标 1．近年来，我国科技迅猛发展。下列科技成果中蕴含的化学知识叙述正确的是 A．新型手性螺环催化剂能降低化学反应的焓变 B．分子间的碰撞均为有效碰撞 C．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金 D．“天舟五号”飞船搭载的燃料电池放电时主要将热能转化为电能 【答案】C 【解析】A．催化剂通过降低活化能加快反应速率，但不改变焓变，A错误； B．只有具备足够能量和合适取向的分子间碰撞才是有效碰撞，B错误； C．螺纹钢是铁与其他元素形成的合金，具有高强度等特性，C正确； D．燃料电池将化学能转化为电能，而非热能转化为电能，D错误； 故选C。 2．下列关于原电池负极的判断，错误的是 A．电子流出的一极 B．发生氧化反应的一极 C．一般为较活泼的金属 D．阳离子移向的一极 【答案】D 【解析】A．原电池中，负极发生氧化反应，失去电子，电子从负极流出，故A正确； B．负极上还原剂失去电子，发生氧化反应，故B正确； C．一般情况下，在原电池中，负极是相对较活泼的金属，易失去电子发生氧化反应，故C正确； D．在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D错误； 故选D。 3．某原电池总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是 选项 A B C D 电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn 电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4 【答案】A 【解析】A．Cu比C活泼，Cu作为负极被氧化为Cu2+，Fe3+在正极被还原为Fe2+，总反应符合:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，A正确； B．电极材料为Cu和Ag，电解质为FeSO4，无自发的氧化还原反应，不能形成原电池，B错误； C．Zn比Cu活泼，Zn作为负极被氧化，总反应为Zn与Fe3+的反应：Zn+2Fe3+=Zn 2++2Fe2+，与题目反应不同，C错误； D．Zn比Fe活泼，作为负极被氧化，Cu2+被还原为Cu，总反应为:Zn+Cu2+=Zn2++Cu，与题目反应不同，D错误； 故选A。 4．电池在生活中随处可见，下列装置能将化学能转化成电能的是 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】构成原电池需要满足四个条件：一是有两个活泼性不同的电极，且电极具有导电性；二是存在能导电的电解质溶液；三是电极与电解质溶液接触，且通过导线等形成闭合回路；四是能发生自发的氧化还原反应。这四个条件缺一不可，共同保证原电池能将化学能转化为电能并持续工作。 【解析】A．该装置中，两个电极相同，碳单质不能与氯化铜溶液反应，所以不能构成原电池，故A错误； B．该装置中，酒精是非电解质，所以不能构成原电池，故B错误； C．该装置没有外电路，因此没有形成闭合回路，故C错误； D．该装置符合原电池的构成条件，铝单质能与氢氧化钠溶液反应，但是镁不能反应，因此Al作负极，Mg作正极，该装置能将化学能转化为电能，故D正确； 故答案选D。 5．用相同质量的锌片和铜片构成原电池，如图所示，下列说法不正确的是 A．Cu是正极材料，在反应中被还原 B．盐桥中的K+进入CuSO4溶液中 C．若转移0.2mol电子，正负两极的质量差为12.9g D．若用阴离子交换膜替换盐桥对装置进行改进，也可构成原电池 【答案】A 【分析】因为Zn的金属活动性大于Cu，所以Zn电极为负极，Cu电极为正极。 【解析】A．铜片为正极，在此装置中不参加反应，A不正确； B．电池工作时，盐桥中的K+移向正极，K+进入CuSO4溶液中，B正确； C．该装置中 Zn 为负极，失电子生成Zn2+，正极Cu2+得电子生成Cu，当转移0.2mol电子时，负极减少6.5g，正极增重6.4g，正负两极的质量差为12.9g，C正确； D．若用阴离子交换膜替换盐桥对装置进行改进，硫酸根离子通过阴离子交换膜，形成闭合回路，也可构成原电池，D正确； 故选A。 6．下列表述与对应图像一致的是 A．图①表示对某化学平衡体系改变温度后反应速率随时间的变化 B．图②表示向溶液中滴加稀至过量，溶液的导电性变化情况 C．图③表示赶出碱式滴定管乳胶管中气泡的方法 D．图④表示探究Mg、Al金属性的强弱 【答案】C 【解析】A．温度升高，正逆反应速率均增大，故A错误； B．当两者恰好完全反应时，导电能力几乎为零，之后随增多，导电能力增强，故B错误； C．碱式滴定管乳胶管中有气泡，利用气体密度小的特点，进行图③赶气泡，故C正确； D．与碱的反应并不能用于证明金属的金属性强弱，故D错误； 答案选C。 7．碱性锌锰电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中不正确的是 A．为负极，为正极 B．正极反应是 C．工作时电子由经外电路流向 D．发生还原反应，发生氧化反应 【答案】D 【分析】由电池总反应可知，锌为碱性锌锰电池的负极，碱性条件下锌做负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，电极反应式为；二氧化锰是电池的正极，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，电极反应式为，据此分析作答。 【解析】A．由分析可知，锌为碱性锌锰电池的负极，二氧化锰是电池的正极，A项正确； B．二氧化锰是电池的正极，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，电极反应式为，B项正确； C．工作时电子从负极流向正极，即从锌流向二氧化锰，C项正确； D．由分析可知，碱性条件下锌做负极失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，在水分子作用下，二氧化锰做正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰和氢氧根离子，D项错误； 答案选D。 8．某校课外活动小组利用电化学原理降解酸性废水中的，装置如图所示，下列说法错误的是 A．Pt电极作正极 B．电极反应式为 C．溶液中电子通过质子交换膜由电极向电极移动 D．若外电路转移电子，则右侧溶液质量减少 【答案】C 【分析】由氢离子移动方向可知，银电极为原电池的负极，银失去电子发生氧化反应生成氯化银，电极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，铂电极为正极，酸性条件下硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，电极反应式为+10e-+12H+=N2↑+6H2O。 【解析】A．由分析可知，银电极为原电池的负极，铂电极为正极，故A正确； B．由分析可知，银电极为原电池的负极，银失去电子发生氧化反应生成氯化银，电极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，故B正确； C．电子只能在导线上定向移动而不能通过溶液，故C错误； D．由分析可知，铂电极为正极，酸性条件下硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，电极反应式为+10e-+12H+=N2↑+6H2O，氢离子通过质子交换膜进入正极区溶液中，则外电路转移1mol电子时，右侧溶液质量减少1mol××28g/mol-1mol×1g/mol=1.8g，故D正确； 答案选C。 9．水体富营养化会破坏珊瑚礁。微生物燃料电池有望在珊瑚生存环境方向发挥重要作用。下图是某微生物燃料电池工作原理示意图。该装置能同时除去水体中的和沉积物中的有机物[以(CH2O)n表示]。 （1）该装置工作时下列说法正确的是_______。 A．将电能转化为化学能 B．电极b作负极 C．电子移动方向为：电极b→沉积物→水体→电极a D．每消耗1 mol(CH2O)n转移电子4mol （2）写出在电极a表面发生的电极反应 。 （3）研究表明在其他条件不变的情况下水体中的O2浓度升高有利于去除沉积物中的有机物但不利于去除水体中的 。分析有利于去除有机物和不利于去除的可能原因 。 【答案】（1）B （2）2+12H+ +10e-=2N2↑+6H2O （3）O2浓度升高，能让更多的有机物与O2形成原电池，有利于有机物的去除；在正极O2比容易得电子， 就不利于去除 【分析】生物燃料电池中有机物发生氧化反应生成二氧化碳气体，故电极b为负极，硝酸根发生还原反应生成氮气，电极a为正极。 【解析】（1）A．燃料电池是将化学能转化为电能，A错误； B．由分析可知，电极b为负极，B正确； C．电子不能通过溶液，C错误； D．每消耗1 mol(CH2O)n生成nmolCO2，转移电子4nmol，D错误； 故选B。 （2）硝酸根发生还原反应生成氮气，故电极反应为2+12H+ +10e-=2N2↑+6H2O。 （3）O2浓度升高，能让更多的有机物与O2形成原电池，有利于有机物的去除；在正极O2比容易得电子， 就不利于去除。 10．已知Sn与稀硫酸能发生反应：Sn+H2SO4(稀)=SnSO4+H2↑。 （1）若要使该反应的反应速率加快，下列措施可行的是___________(填字母)。 A．改锡片为锡粉 B．加入少量醋酸钠固体 C．滴加少量CuSO4 D．将稀硫酸改为98%的浓硫酸 （2）若将上述反应设计成原电池，石墨棒为原电池某一极材料，则石墨棒为 极(填“正”或“负”)。原电池工作时溶液中的向 极移动(填“正”或“负”)。 （3）实验后同学们经过充分讨论，观察原电池反应特点，认为符合某些要求的化学反应都可以通过原电池来实现。下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___________。 A． B． C． D． 【答案】（1）AC （2）正极 负 （3）C 【解析】（1）A．改锡片为锡粉可以增大固体和液体的接触面积，从而加快反应速率，A符合题意； B．加入少量醋酸钠固体，CH3COONa电离出的CH3COO-结合H+转化为弱酸CH3COOH，导致溶液中H+浓度减小，故减慢反应速率，B不合题意； C．滴加少量CuSO4，则Sn能够置换出Cu附在Sn表面，即可形成Sn/Cu、稀硫酸原电池反应，从而加快反应速率，C符合题意； D．将稀硫酸改为98%的浓硫酸，Sn与浓硫酸反应生成二氧化硫，D不合题意； 故答案为：AC； （2）Sn比石墨活泼，石墨作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，原电池工作时溶液中的移向负极，故答案为：正极；负； （3）A．CO2+H2O═H2CO3为非氧化还原反应，无法设计成原电池，A不符合题意； B．NaOH+HCl═NaCl+H2O为非氧化还原反应，无法设计成原电池，B不符合题意； C．2H2+O2═2H2O为自发进行的放热的氧化还原反应，可以设计成原电池，C符合题意； D．CuO+H2SO4═CuSO4+H2O为非氧化还原反应，无法设计成原电池，D不符合题意； 故答案为：C。 综合应用 11．一种锂-海水电池结构如图(Li为负极，N为正极，隔膜为玻璃陶瓷)，下列说法错误的是 A．海水可作为电解质溶液 B．正极反应仅为O2+2H2O+4e-=4OH- C．玻璃陶瓷可传导Li+且防止海水与Li直接反应 D．该电池属于一次电池 【答案】B 【分析】如图所示，Li为负极，电极反应式为，N为正极，海水中的或者海水中溶解的等物质在N极得电子，电极反应为：，若水中溶解氧不足，可能会发生反应，为了防止水与Li直接反应，隔膜和玻璃陶瓷起到防水作用，同时兼具传导离子功能； 【解析】A．海水中含有氯化钠等电解质，可以起电解质溶液的作用，A正确； B．根据分析可知，N为正极，电极反应为：或，B错误； C．锂为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷能起到防止水和锂反应并能传导Li+的作用，C正确； D．锂-海水电池不可充电，属于一次电池，D正确； 故选B。 12．铝-空气电池、Mg-AgCl电池，均以海水为电解质溶液。下列叙述中正确的是 A．单位质量的负极输出电量：铝-空气电池>Mg-AgCl电池 B．两种电池均是二次电池 C．Mg-AgCl电池放电时，由负极向正极迁移 D．两电池放电时，均是在正极被还原 【答案】A 【解析】A．铝的摩尔质量为27 g/mol，每mol输出3 mol电子，镁的摩尔质量为24 g/mol，每mol输出2 mol电子，因此单位质量的铝输出电量更高，A正确； B．铝-空气电池和Mg-AgCl电池均为不可充电的一次电池，B错误； C．放电时，阴离子（Cl⁻）应向负极迁移以中和电荷，而非从负极向正极迁移，C错误； D．铝-空气电池正极是氧气在水中被还原，而Mg-AgCl电池正极是AgCl被还原（生成Ag和Cl⁻），与水无关，D错误； 故答案选A。 13．锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如下。下列说法不正确的是 A．作电池的负极 B．电池工作时，向正极移动 C．正极的电极反应： D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 【答案】B 【分析】锌银纽扣电池中，锌作负极，发生氧化反应：，作正极，发生还原反应：，总反应为：； 【解析】A．由分析可知，锌作电池的负极，作电池正极，A正确； B．原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，则向负极移动，B错误； C．由分析可知，正极的电极反应为：，C正确； D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性，以保证电池正常工作，D正确； 故选B。 14．Li-SOCl2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LiAlCl4-SOCl2，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。如果把少量水滴入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 。 （5）熔融状态下，钠的单质和FeCl2能组成可充电电池(装置示意图如图)，反应原理为2Na＋FeCl2=Fe＋2NaCl。 放电时，电池的正极反应式为 ；该电池的电解质为 。 【答案】（1）Li Li-e-=Li+ （2）2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2↑ （3）出现白雾，有刺激性气体生成 SOCl2+H2O=SO2↑+2HCl↑ （4）构成电池的Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应 （5）Fe2++2e-=Fe β-Al2O3 【分析】根据题干所给电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2=4LiCl＋S＋SO2↑可知，放电过程中Li失去电子发生氧化反应，而SOCl2中S得到电子，发生还原反应，即Li为负极，电极反应为：Li-e-=Li+，石墨为正极，电极反应为：2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2↑，（5） 反应原理为：2Na+FeCl2Fe+2NaCl，可知放电时Na为负极，FeCl2为正极，电解质为β-Al2O3，据此分析解题。 【解析】（1）由分析可知，该原电池中锂的活泼性大于碳的，所以锂作负极，负极上Li失电子，发生氧化反应，电极反应Li-e-=Li+，故答案为：Li；Li-e-=Li+； （2）由分析可知，正极上得电子发生还原反应，根据反应方程式知，SOCl2得电子生成Cl-、S、SO2，电极方程式为2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2↑，故答案为：2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2↑； （3）由NaOH和SOCl2生成Na2SO3和NaCl两种盐知，SOCl2和水生成酸或酸性氧化物，根据原子守恒得，SOCl2和水生成SO2和HCl，即SOCl2+H2O=SO2↑+2HCl↑，生成的氯化氢遇到空气中水蒸气会形成白雾，生成具有刺激性气味的气体，故答案为：出现白雾，有刺激性气体生成；SOCl2+H2O=SO2↑+2HCl↑； （4）锂和钠是同一主族的元素，性质具有相似性，钠和空气中的氧气、水蒸气反应，所以锂和空气中的氧气、水蒸气也能反应；SOCl2也可与水反应，所以组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，故答案为：构成电池的Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应； （5）放电时，正极得到电子，电池的正极反应式为Fe2++2e-=Fe，熔融状态下，氧化铝可电离出自由移动的离子，则该电池的电解质为β-Al2O3，故答案为：Fe2++2e-=Fe；β-Al2O3。 15．碱性锌锰干电池是应用最普遍的电池之一，电池总反应为， （1）碱性锌锰干电池的正极材料是 (填名称) （2）若反应消耗负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 。 【答案】（1）二氧化锰 （2）0.4 【解析】（1）根据电池总反应可知，Zn失去电子，Zn是负极，锰元素化合价降低，发生还原反应，则正极材料是二氧化锰； （2）Zn为负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，若反应消耗13g负极材料，物质的量为，则电池中转移电子的物质的量为0.2mol×2=0.4mol。 拓展培优 16．硫酸锌可用于治疗溃疡、湿疹等疾病。以锡烟尘(主要含)为原料制备晶体的工艺流程如图所示。下列说法错误的是 已知：不溶于水，可溶于酸；不稳定，易脱水生成不溶于酸，不溶于水；酸浸后砷元素以的形式存在，微溶于水；的溶解度随着温度升高而增大。 A．滤渣1的主要成分是和 B．双氧水实际消耗量大于理论计算值 C．将还原除杂反应设计成原电池，正极的电极反应式为 D．操作I为过滤、酒精洗涤、低温干燥 【答案】D 【解析】A．酸浸时，溶于酸生成，不稳定脱水生成不溶于酸的；与酸反应生成微溶于水的，二者均成为滤渣1。A正确； B．在氧化时，部分会因自身分解而消耗，故实际消耗量大于理论计算值。B正确； C．还原除杂中置换的反应设计为原电池时，正极发生得电子的还原反应，电极反应式为。C正确； D．溶解度随温度升高而增大，从溶液中获得晶体需经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。操作I缺少蒸发浓缩和冷却结晶步骤，仅过滤、洗涤、干燥无法得到晶体。D错误； 故答案选D 17．Li—电池工作原理如图所示，b极反应分四步进行： ①；②； ③_______；④。 下列叙述错误的是 A．电极电势： B．放电时，向b极迁移 C．b极总反应式： D．每生成0.1 mol 时得到电子数约为 【答案】D 【分析】a电极为负极，Li被氧化生成Li+，b电极为正极，CO2被还原，b极电极为碳泡沫，所以CO2被还原为C填充在碳泡沫空隙，b电极反应为，减去2×(①+②+④)可得反应③为，据此解答。 【解析】A．a极为Li电极，发生氧化反应作负极，b极发生还原反应作正极，原电池中正极电势高于负极，故电极电势a < b，A正确； B．放电时为原电池，阳离子向正极移动，即Li+向b极迁移，B正确； C．由分析知，b电极反应为，C正确； D．由b电极反应①得，每生成0.1 mol 得到电子为0.2 mol，即个电子，D错误； 故选D。 18．锌离子全电池装置如图-1所示，工作时电极发生的嵌入或脱嵌。在电解质溶液中加入弱极性的，利用间转化的同时除去溶解氧和电极表面的非活性锌，如图-2所示。下列说法错误的是 A．放电时经离子交换膜从右向左迁移 B．加入聚乙二醇是为了增大在水中的溶解度 C．除去溶解氧发生的反应为 D．每除去13g非活性锌，转移的电子数为 【答案】D 【分析】锌离子全电池工作时，锌作负极，NaV3O8·1.5H2O作正极；FcD除去溶解氧和非活性锌的方程式分别为4FcD＋O2＋2H2O=4FcD+＋4OH-、2FcD+＋Zn=2FcD＋Zn2+，据此答题。 【解析】A．根据分析可知，放电时，Zn电极为负极，发生氧化反应生成Zn2+，负极区Zn2+浓度增大，会向正极区（NaV3O8·1.5H2O电极）迁移，即从右向左，A正确； B．FeD为弱极性物质，水为强极性溶剂，弱极性物质在水中溶解度较小，加入聚乙二醇可增大其在水中的溶解度，B正确； C．溶解氧（O2）作氧化剂，FeD作还原剂，O2→OH-（O从0价降为-2价），FeD→FeD+（失1e-），由电子守恒可知4FeD~O2，结合原子守恒配平得4FeD + O2 + 2H2O=4FeD+ + 4OH-，C正确； D．非活性锌（Zn）与FeD+反应：Zn + 2FeD+=Zn2+ + 2FeD，Zn从0价升为+2价，13 g Zn的物质的量为，转移电子为0.2 mol×2=0.4mol，电子数为0.4×6.02×1023，D错误； 故选D。 19．钠、镁、铝的化合物是我们生活中常见的物质。 （1）用α粒子轰击的核反应为，则X的原子结构示意图为 。 （2）硬铝是目前应用广泛的一种合金材料，硬铝的硬度比纯铝 (填“大”或“小”)。 （3）用镁、铝作电极材料设计的原电池装置如图所示。 ①Mg电极是该电池的 (填“正极”或“负极”)。 ②当电路中通过0.6mol电子时，理论上负极减少的质量为 g。 （4）向500mL NaOH溶液中通入一定量的充分反应后，再滴加盐酸，测得滴加盐酸的体积与产生气体的物质的量关系如图所示。 ①加入0~50mL盐酸时发生反应的离子方程式是 。 ②с= 。 （5）在熔融条件下可用与反应制备高铁酸钠()，同时生成。 ①中含有的化学键类型是 。 ②写出该反应的化学方程式并用单线桥法标出电子转移的方向和数目： 。 【答案】（1） （2）大 （3）正极 5.4 （4） （5）离子键、(非极性)共价键 【解析】（1）由可知，由质量数可得27+4=A+1，A=30，由质子数可得13+2=Z+0，A=15，则X为P元素，P的原子结构示意图为。 （2）合金的硬度通常比其组成纯金属的硬度更大‌，硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，和纯铝相比，硬铝的硬度大，具有较强的抗腐蚀能力。 （3）碱性溶液，仅有两性金属Al与NaOH发生反应，镁不与NaOH反应，反应方程式为：，Al失电子发生氧化反应，因此Al为负极，镁为正极， ①根据分析可知，Mg电极是该电池的正极； ②Al为负极，电极反应式为：，当电路中通过0.6mol电子时，理论上负极减少的物质的量为0.2mol，减少的质量为0.2mol×27g/mol=5.4g。 （4）NaOH溶液中通入CO2，当CO2不足时，反应为：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O若是CO2过量，反应为：CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3，根据图像可知，0～50mL无气体产生，50～250mL产生气体，消耗盐酸体积的比值关系为1：4，产生的气体多，说明溶质为NaHCO3、Na2CO3，因此0～50mL发生化学反应为Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl，50～250mL发生离子反应为HCO＋H＋=CO2↑＋H2O， ①根据分析可知，加入0~50mL盐酸时发生反应的离子方程式是：； ②根据上述分析，加入250mL时得到的溶液中溶质为NaCl，存在原子守恒n(NaCl)=n(HCl)，因此，可得。 （5）①的电子式为，钠离子和过氧根之间存在离子键，还存在O-O非极性共价键； ②反应中铁元素的化合价从+3价升高到+6价，氧元素的化合价从-1价降低到-2价，用单线桥法标出上述反应的电子转移方向和数目：； 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $