第一节 原电池 第1课时（分层作业）化学人教版2019选择性必修1

第一节 原电池 课时1 原电池的工作原理 分层作业 1．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。 2．（24-25高二上·辽宁抚顺·期末）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。 3．（24-25高二上·广西·期末）电池在生产和生活中有着广泛应用，下列装置能产生电流的是 A．B． C． D． 【答案】C 【解析】A．装置中锌与铁没有接触也没有通过导线相连，不能构成闭合回路，不能产生电流，A错误； B．缺少一个电极，不能产生电流，B错误； C．装置发生铝与氢氧化钠溶液的反应，构成了闭合回路，能产生电流，C正确； D．碳与硫酸不反应，不能产生电流，D错误； 故答案为：C。 4．（24-25高二上·广东佛山·期末）一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．金属Zn为负极 B．电子流动方向：Zn→KOH凝胶→石墨 C．石墨电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH- D．空气中的CO2等酸性气体会影响电池的性能 【答案】B 【分析】锌—空气电池工作时，Zn发生失电子的反应生成Zn(OH)2，锌作负极，石墨作正极，负极反应式为Zn+2OH-+2e-=Zn(OH)2，正极上氧气得电子生成OH-，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，放电时电子由负极流出，经过导线流入正极，据此分析解答。 【解析】A．锌-空气电池工作时，锌作负极，石墨作正极，A正确； B．放电时电子由负极流出，经过导线流入正极，不能进入电解质溶液中，B错误； C．放电时锌作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子生成OH-，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，C正确； D．空气中的CO2等酸性气体会与KOH凝胶反应，导致电解质的碱性减弱，会影响锌-空气电池的性能，D正确； 故答案为：B。 5．（24-25高二上·广东广州·期末）如图为两种不同的铜锌原电池，下列相关说法不正确的是 A．图a与图b的反应原理均为： B．图a中电流流向为：Cu片→导线→Zn片→溶液→Cu片 C．图b所示原电池能量利用率比图a所示原电池要高 D．若将图b中溶液换成稀硫酸，当电路中转移1mol电子时，产生22.4L氢气 【答案】D 【解析】A．两种原电池均为铜锌原电池，总反应均为锌与铜离子发生置换反应生成铜和锌离子，反应原理均为：，A正确； B．图a为单液原电池，Zn为负极（失电子），Cu为正极（铜离子得电子），外电路电流方向为正极（Cu）→导线→负极（Zn），内电路通过离子定向移动形成电流，整体电流流向可描述为“Cu片→导线→Zn片→CuSO4溶液→Cu片”，B正确； C．图a为单液原电池，Zn与CuSO4溶液直接接触易发生自放电（Zn直接与Cu2+反应），能量利用率低；图b为双液原电池，通过盐桥隔离Zn与Cu2+，减少自放电，能量利用率更高，C正确； D．图b中CuSO4溶液换为稀硫酸后，正极反应为，转移1 mol电子时生成0.5 mol H2，且未说明“标准状况”，无法确定H2体积，D错误； 故选D。 6．（24-25高二下·安徽马鞍山·期末）天然气报警器的核心部件是气体传感器，当空间内甲烷达到一定浓度时，传感器随之产生电信号并联动报警，工作原理如图所示，其中可以在固体电解质中移动。当报警器触发工作时，下列说法不正确的是 A．多孔电极发生氧化反应 B．在电解质中向电极移动 C．多孔电极的电极反应式为 D．当标准状况下甲烷参加反应时，可消耗 【答案】C 【分析】由图可知，气体传感器为燃料电池装置，通入空气的多孔电极b极为燃料电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e-=2O2-，通入甲烷的多孔电极a为负极，在氧离子作用下，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，据此分析； 【解析】A．多孔电极a通入甲烷，甲烷作为燃料在负极发生氧化反应，A正确； B．原电池中阴离子向负极移动，电极a为负极，O2-（阴离子）向电极a移动，B正确； C．电极b通入空气（氧气），为正极，电解质为固体电解质（），无H2O，正极反应应为O2+4e-=2O2-，C错误； D．标准状况下2.24LCH4为0.1mol，由反应CH4+2O2=CO2+2H2O可知，0.1mol CH4消耗0.2molO2，D正确； 故选C。 7．某微生物燃料电池工作原理如图所示，该装置能同时除去水体中的和沉积物中的有机物。该装置工作时，下列说法错误的是 A．b极为负极 B．电解质溶液中移向a极 C．a极的电极反应式为 D．每参与反应时，转移4nmol电子 【答案】C 【分析】分析装置图，可知a极：NO→N2过程中N元素化合价降低，发生还原反应，a极为正极；b极：(CH2O)n→CO2过程中C元素化合价升高，发生氧化反应，b为负极。据此进行分析解答。 【解析】A．由分析可知，b极发生氧化反应，作燃料电池的负极，A正确； B．在原电池中，阳离子移向正极，即H+向a极移动。B正确； C．a极发生还原反应，NO得电子生成N2，电极反应式为：，C错误； D．(CH2O)n→CO2过程中，C元素的化合价由0价变为+4价，每一个C原子转移4个电子，则每参与反应时，转移4nmol电子，D正确； 答案选C。 8．在微生物的作用下将化学能转变成电能的装置称为微生物电池，某一微生物电池的工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法不正确的是 A．b为原电池的正极 B．通过质子交换膜由a极到b极 C．微生物对电子的转移有促进作用 D．a极的电极反应式为： 【答案】D 【分析】由装置构造可知，C12H22O11在微生物作用下转化为CO2，该侧电极为负极，右侧电极为正极，氧气在正极得电子生成水，电解质溶液中氢离子通过质子交换膜由负极区进入正极区，据此分析解答。 【解析】A．据分析，b为正极，故A正确； B．据分析，电解质溶液中氢离子通过质子交换膜由负极区进入正极区，即a极到b极，故B正确； C．微生物促进了C12H22O11转化为CO2，该过程中存在电子转移，故C正确； D．a极C12H22O11失电子转化为CO2，电极反应式为：，故D错误； 故答案为D。 9．分析下边原电池装置，其中结论正确的是 A．电池的负极是Mg B．溶液中的向Mg电极迁移 C．电子由Al出发，经过NaOH溶液，到Mg的表面 D．Al电极电极反应为： 【答案】B 【分析】氢氧化钠和镁不反应、和铝反应生成偏铝酸钠，故铝为负极、镁为正极。 【解析】A．由分析可知，电池的负极是铝，A错误； B．原电池中阳离子向正极移动，故溶液中的Na+向Mg电极迁移，B正确； C．电子不会经过内电路，电子由负极Al出发，经过外电路导线到Mg的表面，C错误； D．铝为负极，被氧化，电极反应为，D错误； 故答案选B。 10．一种储氯电池装置如图，放电时，该电池可用于海水脱盐，关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A．放电时电子从a流出 B．a极反应： C．放电过程中a、b极均增重 D．若改用电极，放电过程溶液碱性增强 【答案】D 【分析】该装置是一种储氯电池装置，放电时，该电池可用于海水脱盐，则放电时a电极为负极，电极反应为：，b电极为正极，电极反应为：NaTi2(PO4)3+2e－+2Na+=Na3Ti2(PO4)3，据此解答。 【解析】A．该电池可用于海水脱盐，结合装置，a极消耗氯离子，b极消耗钠离子，则a为负极，电子从负极流出，A正确； B．结合分析可知，a极反应为，即，B正确； C．放电过程中极变成，b极结合，也增重，C正确； D．若改用电极，放电时发生反应：，生成，溶液酸性增强，D错误； 故选D。 11．双氧水在工业上被称为绿色氧化剂。一种双腔室燃料电池构造如图所示，下列说法错误的是 A．复合材料电极为正极 B．离子交换膜的作用是隔离酸碱，又能维持电解质溶液电荷平衡 C．电极上发生的反应为： D．在电池反应中体现了氧化性和还原性 【答案】C 【分析】由图可知，复合材料电极是燃料电池的正极，酸性条件下，过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，铂电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，电极反应式为，总反应为2H2O2=2H2O+O2↑，电池工作时钾离子通过阳离子交换膜由铂电极移向复合材料电极。 【解析】A．由分析可知，复合材料电极是燃料电池的正极，故A正确； B．由分析可知，电池工作时钾离子通过阳离子交换膜由铂电极移向复合材料电极，则离子交换膜的作用是传导钾离子，即离子交换膜的作用是隔离酸碱，又能维持电解质溶液电荷平衡，故B正确； C．铂电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，电极反应式为，故C错误； D．由分析可知，电池总反应为2H2O2=2H2O+O2↑，反应中氧元素的化合价既升高被氧化又降低被还原，过氧化氢即是氧化剂又是还原剂，反应中表现出氧化性和还原性，故D正确； 故选C。 12．某微生物燃料电池可处理废水中的有机物[主要成分是(C6H10O5)n]，工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．N极是电池正极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．工作时，H+从N极透过质子交换膜迁移到M极 D．M极电极反应：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+ 【答案】C 【分析】燃料电池中，氧气通入的电极反应为：，因此N极为正极，M极为负极，根据图中物质可知，发生的电极反应为：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+，据此作答。 【解析】A．根据分析可知，N为正极，故A正确； B．该装置为原电池装置，将化学能转化为电能，故B正确； C．氢离子带正电，移动到正极，该装置的交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，因此工作时，H+从M极通过质子交换膜迁移到N极，故C错误； D．根据分析可知，M极为负极，电极反应为：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+，故D正确； 故答案选C。 13．原电池是化学对人类的一项重大贡献。(Zn的原子量：65) （1）某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。 ①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是 。 ②a和b用导线连接，Zn极的电极反应式是 。Cu极发生 (填“氧化”或“还原”)反应。溶液中H＋移向 (填“Cu”或“Zn”)极。若转移了0.2mol电子，则理论上Zn片质量减轻 g。 （2）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： ①电池正极的电极反应式是 。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 【答案】 Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ Zn-2e-=Zn2＋ 还原 Cu 6.5 O2+ 2H2O+4e-=4OH- 减小 【分析】根据原电池的原理分析；根据图示可知CH4转化为发生氧化反应，所以通入CH4的一极为负极，通入氧气的一极为正极，然后分析。 【解析】（1）①a和b不连接时，烧杯中发生锌与硫酸的置换反应，离子方程式为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑； ②a和b用导线连接，锌电极是负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn-2e-=Zn2＋，Cu电极上发生氢离子得电子的还原反应，为原电池的正极；氢离子移向铜电极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；根据电极反应：Zn-2e-=Zn2＋，所以转移0.2mol电子时，有0.1molZn转化为Zn2+，质量减轻0.1mol×65g/mol=6.5g； （2）①该电池中CH4失电子发生氧化反应，所以a电极为负极；电解质溶液为碱性，所以电极反应式为CH4＋10OH－-8e－=＋7H2O，正极电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-； ②甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-=+3H2O，反应中OH-参加反应导致溶液中c(OH-)减小，溶液的pH减小。 【点睛】通过电极反应判断电极附近pH的变化，通过总反应判断电解质溶液的pH变化；燃料电池中通入氧气的一极为正极。 14．如图所示装置能够组成原电池的是 。 【答案】DEF 【解析】A项中，两电极活动性相同，无法产生电流； B项中蔗糖是非电解质； C项中没有形成闭合回路，它们均不能构成原电池。 D、E、F中均存在自发进行的氧化还原反应，且均符合两个活性不同的电极、电解质溶液、闭合回路条件，因此能形成原电池； 答案为DEF。 15．（24-25高二上·甘肃白银·期末）我国科学家设计出一种微生物脱盐电池，实现了同时产电脱盐并去除污水，其工作原理如图所示。回答下列问题： （1）外电路中的电流方向为电极 (填“A”或“B”，下同)→电极 。 （2）该电池的负极反应式为 。 （3）离子交换膜Ⅰ是 (填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，离子交换膜Ⅱ是 离子交换膜。 （4）反应一段时间后，Ⅲ室电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 （5）当Ⅲ室消耗0.56L(标准状况)氧气时，理论上Ⅱ室可脱去 molNaCl。 【答案】（1）B A （2） （3）阴 阳 （4）增大 （5）0.1 【分析】由图示可知，室通入氧气，则电极B为电池的正极，正极反应式为，所以电极A为电池的负极，负极反应式为 ，外电路中电流方向从正极流向负极，即由电极B电极A。 【解析】（1）根据分析可知，外电路中的电流方向为电极电极。 （2）负极的葡萄糖失去电子，负极反应式为 。 （3）在原电池中，阴离子移向负极，则离子交换膜是阴离子交换膜，即室中的通过离子交换膜移向室，离子交换膜是阳离子交换膜，室中的通过离子交换膜移向室，实现了同时产电脱盐的目的。 （4）电极B上的电极反应式为，反应一段时间后，溶液中减小，则室电解质溶液的增大。 （5）当室消耗标准状况下氧气时，根据电极反应式可知，外电路转移。根据电荷守恒原则，则有通过离子交换膜移向室，通过离子交换膜移向室，所以理论上室可脱去。 1．在碳中和愿景下，全球范围内可再生能源不断开发。一种新研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许通过）。下列说法错误的是 A．通过钠超离子导体由极区移动到极区 B．电极上的电极反应为 C．工作一段时间极附近可能有白色固体析出 D．该电池中的有机电解液可选用乙醇 【答案】D 【分析】由电池工作原理示意图可知反应中Na被氧化为钠离子，为原电池的负极，则a电极反应式为Na-e-=Na+，b为正极，b电极反应式为，原电池工作时，阳离子向正极移动，电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，以NaHCO3晶体析出，据此分析解题。 【解析】A．原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，a电极是负极，则从a极移动到b极，故A正确； B．b为正极，发生还原反应，电极b上的电极反应为，故B正确； C．a电极生成的Na+经钠超离子导体移动到b电极，当电解液中钠离子和碳酸氢根离子达到饱和时，b极区可能发生反应，即工作一段时间b极附近可能有白色固体析出，故C正确； D．钠和乙醇能发生置换反应，该电池中的有机电解液不可选用乙醇，故D错误； 故选D。 2．一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示（电极A、B均为惰性电极），该装置工作时，下列说法正确的是 A．、均往负极迁移 B．存在极性键和非极性键的断裂 C．能量转化形式主要是电能转化为化学能 D．正极上的电极反应式为 【答案】B 【分析】根据一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理可知正极反应表示为：，负极发生的反应有两个：、。 【解析】A．原电池工作时，阳离子向正极移动，A错误； B．根据分析可知、中的极性键断裂，中的非极性键断裂，B正确； C．原电池中能量转化形式主要是化学能转化为电能，C错误； D．正极上的电极反应式为，D错误； 故选B。 3．利用原电池原理可实现对废水中的有机物进行无害化处理。如图是一种处理废水中有机物的原理示意图，下列说法正确的是 A．M极发生的电极反应为 B．若为正丙醇，每处理1mol正丙醇，M极消耗 C．当M极附近生成51.5g固体时，有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区 D．发生反应后N极附近溶液的pH增大 【答案】C 【分析】根据M极上转化为，Cr元素化合价降低，可知M极发生还原反应，为正极，电极反应式为；N极为负极，有机物转化为。 【解析】A．M极生成，可知体系为碱性，电极反应中不会出现，正确的电极反应是：，A错误； B．当有机物为正丙醇时，(C的平均化合价为)，化合价升高18，，化合价降低3，处理1mol正丙醇转移电子的物质的量为18mol，故M极消耗的物质的量为6mol，B错误； C．当M极附近生成51.5g固体时，即生成，根据电极反应可知，共转移1.5mol电子，钠离子向正极移动，则有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区，C正确； D．N电极是有机物发生失去电子的氧化反应，例如：，生成同时消耗水，Ⅰ区溶液降低，D错误； 故选C。 4．（24-25高二上·陕西榆林·期末）燃料电池能量转化率高、安全性能好，得到了广泛的应用。可作燃料的物质有甲烷、肼（，常温下为液体）等，某燃料电池结构如图所示。 回答下列问题： （1）在常温下，甲烷的燃烧热为-890.31kJ·mol-1，写出甲烷燃烧的热化学方程式： 。 （2）若X溶液为KOH溶液，Y发生还原反应，则Y为 （填“”或“”），b电极的电极反应式为 。当电路中转移0.1mol，理论上消耗标准状况下的体积为 L。若用该燃料电池对钢铁闸门进行保护，则钢铁闸门应与 （填“a电极”或“b电极”）进行连接。 （3）若Y为肼，Z为，电池总反应为。 ①a电极名称为 （填“正”或“负”）极。 ②若X溶液为KOH溶液，则负极反应式为 。电池工作时， （填“由a电极移向b电极”或“由b电极移向a电极”）。 【答案】（1）  kJ·mol-1 （2） 0.56 b电极 （3）负 由b电极移向a电极 【解析】（1）常温下，甲烷的燃烧热为-890.31kJ·mol-1 ，即1mol甲烷完全燃烧生成指定产物时放出的热量为890.31kJ，则甲烷燃烧的热化学方程式为  kJ·mol-1。 （2）若Y发生还原反应，则Y在反应中做氧化剂，而在反应中做还原剂，在反应中做氧化剂，则Y为；a电极通入为正极，发生还原反应，b电极通入为负极，发生氧化反应，甲烷在X溶液为KOH溶液时，被氧化后的产物应是，碳元素的化合价升高了8价，则1mol甲烷在反应中失去了8mol电子，考虑电解液X为碱性溶液，则用来配平两端电荷，最后根据氢元素质量守恒配平，则b电极的电极反应式为；在反应中被还原成-2价氧，即1mol在反应中得到了4mol电子，则电路中转移0.1mol，理论上消耗的物质的量为0.025 mol，其在标准状况下的体积为0.56 L；经分析a电极为正极，b电极为负极，若用该燃料电池对钢铁闸门进行保护(外加电流阴极保护法)，则应把钢铁闸门连接在燃料电池的负极即b电极上。 （3）①若a电极通入肼，而肼在总反应中，元素化合价升高，失电子反生氧化反应，则a电极名称为电源的负极。 ②根据电池总反应式，1mol在反应中失去4mol电子， 生成 ，X溶液为KOH溶液，则用配平方程式两端电荷，最后再根据氧元素质量守恒配平，则负极反应式为；经分析a电极为电源的负极，b电极为电源的正极，为阴离子，电池工作时，阴离子向负极移动，即由b电极移向a电极移动。 5.（24-25高二上·上海浦东新·期末）水体中硝酸盐含量过高会导致富营养化现象，二氧化碳的过量排放会引起海洋酸化，进而破坏珊瑚礁生态系统。微生物燃料电池能有效去除水中的硝酸盐，对于改善珊瑚的生存环境发挥着重要作用。下图是某微生物燃料电池工作原理示意图。 （1）该装置工作时的能量转化形式主要为： 能转化为 能。 （2）该装置每消耗1 mol，转移电子数为 。(用NA表示阿伏加德罗常数的值) （3）当n取不同值时，有机物(CH2O)n可以代表不同物质，任写出一种物质的结构简式。 。 （4）解决海洋酸化的基本途径包括减排(减少向大气中排放CO2)和负排放(吸收大气中的CO2)。写出一条有助于解决海洋酸化问题的具体措施。 。 【答案】（1）化学 电 （2）5 NA （3）CH3COOH （4）绿色出行或植树造林 【解析】5．该装置是燃料电池，工作时的能量转化形式主要为化学能能转化为电能。 6．根据图示，a电极得电子生成N2，N元素化合价由+5降低为0，则该装置每消耗1 mol，转移电子数为5 NA。 7．当n取不同值时，有机物(CH2O)n可以代表不同物质，n=1时，表示甲醛，结构简式为HCHO；n=2时，可以表示乙酸，结构简式为CH3COOH。 8．绿色出行能减少二氧化碳的排放，植树造林能吸收二氧化碳，减少空气中二氧化碳的含量，都能有助于解决海洋酸化问题。 6．（23-24高二上·湖北十堰·期末）随着工业的发展，如何高效处理污水成为人类亟待解决的问题。 （1）利用原电池原理，酸性废水中的在水处理剂（主要成分为铁粉、炭粉）表面的变化如图所示。 ①图中，纳米铁粉作 （填“正极”或“负极”），多孔炭粉的作用为 。 ②正极上的电极反应式为 。 （2）科研人员利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体，装置如图（a、b为离子交换膜）。 ①石墨电极M上的电极反应式为 。 ②a为 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。 ③在放电过程中，由中间室向 （填“M”或“N”）极室移动。 ④理论上M极每处理，电路中通过的电子数为 。 【答案】（1）负极 作原电池的正极 （2） 阴离子 N 2.4 【分析】由图可知，该装置为原电池，发生失电子的氧化反应生成N2，则M电极是负极，负极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，N电极是正极，正极上发生得电子的还原反应生成N2，正极反应式为2+10e-+12H+=6H2O+N2↑，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】（1）①Fe比C活泼，Fe作负极，C作正极，则纳米铁粉作负极，多孔炭粉的作用为作原电池的正极；②正极上硝酸根离子得电子生成铵根，电极反应式为； （2）①M电极是负极，负极上发生失电子的氧化反应生成N2，负极反应式为2-6e-=N2↑+8H+； ②M电极是负极，N电极是正极，Na+由中间室向N极室移动，Cl-向M极室移动，则a为阴离子交换膜； ③该原电池中M电极是负极，N电极是正极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即Na+由中间室向N极室移动； ④M极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，消耗2mol铵根转移6mol电子，处理转移电子数为2.4。 1．（1）把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为正极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c上产生气泡；b、d相连，b质量减小，则四种金属的活动性由强到弱顺序为： 。 （2）碱性锌锰干电池比普通锌锰电池的使用寿命长且性能高，其构造如图所示，电池反应为：，其中作 极，发生 反应，电极反应式为 。 （3）甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H+)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题： ①电极是电池的 极，电极反应式为 。 ②电解质溶液中的向 (填“a”或“b”)极移动，电子流入的电极是 (填“a”或“b”)极。 ③该电池工作时消耗(标准状况下)，则电路中通过 mol电子。 【答案】 正极 还原 负极 b b 4 【解析】（1）把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。一般负极是活泼金属，失去电子，质量减小，正极为不活泼金属，溶液中的H+得到电子生成氢气。若a、b相连，a为正极，则b比a活泼；c、d相连，c为负极，则c比d活泼；a、c相连，c上产生气泡，则c为正极，a比c活泼；b、d相连，b质量减小，则b为负极，b比d活泼，则四种金属的活动性由强到弱顺序为。 （2）碱性锌锰干电池的电池反应为：，MnO2中Mn的化合价从+4价降低到MnOOH中的+3价，化合价降低，被还原，作正极，在碱性溶液中的电极反应式为：。 （3）甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H+)和水分子通过。该电池是将甲烷和氧气的燃烧反应的化学能转化为电能。通入甲烷的电极为负极，通入空气的电极为正极。 ①由以上分析可知，电极是电池的负极，甲烷失去电子生成二氧化碳，电极反应式为：。 ②在原电池中，阳离子移向正极，所以电解质溶液中的向b极移动，电子从负极出发，流入正极，则电子流入的电极是b极。 ③该电池工作时消耗标准状况下即0.5molCH4，甲烷中碳元素的化合价从-4价升高到二氧化碳中的+4价，1molCH4失去8mol电子，则0.5mol甲烷失去4mol电子，即电路中通过4mol电子。 2．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。 回答下列问题： （1）外电路的电流方向是由 极流向 极(填字母)。 （2）电池正极反应式为 。 （3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？ (填“是”或“否”)，原因是 。 （4）MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为 。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为 。 【答案】 b a MnO2+e－+Li+=LiMnO2 否 电极Li是活泼金属，能与水反应 3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O 2∶1 【解析】（1）锂是活泼的金属，作负极，因此外电路的电流方向是由正极b流向负极a。 （2）在电池正极b上发生得到电子的还原反应，则电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2； （3）由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。 （4）根据题意结合原子守恒、电子守恒可得方程式：3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O；K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2，根据化合价升降总数等于电子转移的数目可知：每转移2mol的电子，产生1mol的MnO2、2mol KMnO4，所以生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2:1。 3．某化学兴趣小组用如图装置探究反应的进行程度。 已知：①、均为石墨电极；②实验中使用的电流计有电流通过时，指针偏向正极；③空气不影响该实验。 （1）闭合开关，电流计指针偏向右边，此时电极为 极，电极的电极反应式为 。 （2）一段时间后，电流计指针回到原点。断开开关，取极附近溶液于试管中，加入淀粉溶液，观察到混合溶液颜色变为 色；取极附近溶液于试管中，滴加几滴溶液，可以观察到 。 （3）往形管右侧溶液中加入粉末，充分溶解后，重新闭合开关，观察到指针偏向左边。闭合开关后，极的电极反应式为 ；检验极附近溶液中是否含有，可以选用的试剂是 (填化学式)溶液。 （4）结合以上实验现象可知硫酸铁溶液和碘化钾溶液反应的化学方程式为 ；实验装置盐桥中的电解质溶液不选用饱和溶液的原因可能是 。 【答案】（1）负 （2）蓝 有蓝色沉淀产生 （3） （4） 硫酸铁溶液呈酸性，在酸性条件下，具有强氧化性，会干扰实验 【分析】分析可逆反应可知，初始加入硫酸铁和碘化钾，Fe3+为氧化剂，得电子做正极，I-为还原剂，失电子做负极，达到平衡时改变条件平衡发生移动。 【解析】（1）I-为还原剂，失电子做负极，Fe3+为氧化剂，得电子做正极，正极反应方程式为 （2）I-为还原剂，失电子做负极，生成碘单质，遇淀粉变蓝；Fe3+为氧化剂，得电子做正极，正极反应方程式为，遇生成蓝色沉淀，； （3）该反应为可逆反应，加入后平衡逆向移动， 故a电极反应式为；检验三价铁离子可以加入后溶液变红或加入出现蓝色沉淀； （4）该反应为可逆反应，故化学方程式为；硫酸铁溶液水解呈酸性，在酸性条件下，具有强氧化性，会氧化Fe2+和I-，会干扰实验 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 原电池 课时1 原电池的工作原理 分层作业 1．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． 2．（24-25高二上·辽宁抚顺·期末）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． 3．（24-25高二上·广西·期末）电池在生产和生活中有着广泛应用，下列装置能产生电流的是 A．B． C． D． 4．（24-25高二上·广东佛山·期末）一种锌-空气电池的简易装置结构如图所示。下列说法错误的是 A．金属Zn为负极 B．电子流动方向：Zn→KOH凝胶→石墨 C．石墨电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH- D．空气中的CO2等酸性气体会影响电池的性能 5．（24-25高二上·广东广州·期末）如图为两种不同的铜锌原电池，下列相关说法不正确的是 A．图a与图b的反应原理均为： B．图a中电流流向为：Cu片→导线→Zn片→溶液→Cu片 C．图b所示原电池能量利用率比图a所示原电池要高 D．若将图b中溶液换成稀硫酸，当电路中转移1mol电子时，产生22.4L氢气 6．（24-25高二下·安徽马鞍山·期末）天然气报警器的核心部件是气体传感器，当空间内甲烷达到一定浓度时，传感器随之产生电信号并联动报警，工作原理如图所示，其中可以在固体电解质中移动。当报警器触发工作时，下列说法不正确的是 A．多孔电极发生氧化反应 B．在电解质中向电极移动 C．多孔电极的电极反应式为 D．当标准状况下甲烷参加反应时，可消耗 7．某微生物燃料电池工作原理如图所示，该装置能同时除去水体中的和沉积物中的有机物。该装置工作时，下列说法错误的是 A．b极为负极 B．电解质溶液中移向a极 C．a极的电极反应式为 D．每参与反应时，转移4nmol电子 8．在微生物的作用下将化学能转变成电能的装置称为微生物电池，某一微生物电池的工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法不正确的是 A．b为原电池的正极 B．通过质子交换膜由a极到b极 C．微生物对电子的转移有促进作用 D．a极的电极反应式为： 9．分析下边原电池装置，其中结论正确的是 A．电池的负极是Mg B．溶液中的向Mg电极迁移 C．电子由Al出发，经过NaOH溶液，到Mg的表面 D．Al电极电极反应为： 10．一种储氯电池装置如图，放电时，该电池可用于海水脱盐，关于图中装置所示电池，下列说法错误的是 A．放电时电子从a流出 B．a极反应： C．放电过程中a、b极均增重 D．若改用电极，放电过程溶液碱性增强 11．双氧水在工业上被称为绿色氧化剂。一种双腔室燃料电池构造如图所示，下列说法错误的是 A．复合材料电极为正极 B．离子交换膜的作用是隔离酸碱，又能维持电解质溶液电荷平衡 C．电极上发生的反应为： D．在电池反应中体现了氧化性和还原性 12．某微生物燃料电池可处理废水中的有机物[主要成分是(C6H10O5)n]，工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．N极是电池正极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．工作时，H+从N极透过质子交换膜迁移到M极 D．M极电极反应：(C6H10O5)n + 7nH2O-24ne− = 6nCO2↑ + 24nH+ 13．原电池是化学对人类的一项重大贡献。(Zn的原子量：65) （1）某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。 ①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是 。 ②a和b用导线连接，Zn极的电极反应式是 。Cu极发生 (填“氧化”或“还原”)反应。溶液中H＋移向 (填“Cu”或“Zn”)极。若转移了0.2mol电子，则理论上Zn片质量减轻 g。 （2）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： ①电池正极的电极反应式是 。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 14．如图所示装置能够组成原电池的是 。 15．（24-25高二上·甘肃白银·期末）我国科学家设计出一种微生物脱盐电池，实现了同时产电脱盐并去除污水，其工作原理如图所示。回答下列问题： （1）外电路中的电流方向为电极 (填“A”或“B”，下同)→电极 。 （2）该电池的负极反应式为 。 （3）离子交换膜Ⅰ是 (填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，离子交换膜Ⅱ是 离子交换膜。 （4）反应一段时间后，Ⅲ室电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 （5）当Ⅲ室消耗0.56L(标准状况)氧气时，理论上Ⅱ室可脱去 molNaCl。 1．在碳中和愿景下，全球范围内可再生能源不断开发。一种新研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，其工作原理如图所示（钠超离子导体只允许通过）。下列说法错误的是 A．通过钠超离子导体由极区移动到极区 B．电极上的电极反应为 C．工作一段时间极附近可能有白色固体析出 D．该电池中的有机电解液可选用乙醇 2．一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示（电极A、B均为惰性电极），该装置工作时，下列说法正确的是 A．、均往负极迁移 B．存在极性键和非极性键的断裂 C．能量转化形式主要是电能转化为化学能 D．正极上的电极反应式为 3．利用原电池原理可实现对废水中的有机物进行无害化处理。如图是一种处理废水中有机物的原理示意图，下列说法正确的是 A．M极发生的电极反应为 B．若为正丙醇，每处理1mol正丙醇，M极消耗 C．当M极附近生成51.5g固体时，有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区 D．发生反应后N极附近溶液的pH增大 4．（24-25高二上·陕西榆林·期末）燃料电池能量转化率高、安全性能好，得到了广泛的应用。可作燃料的物质有甲烷、肼（，常温下为液体）等，某燃料电池结构如图所示。 回答下列问题： （1）在常温下，甲烷的燃烧热为-890.31kJ·mol-1，写出甲烷燃烧的热化学方程式： 。 （2）若X溶液为KOH溶液，Y发生还原反应，则Y为 （填“”或“”），b电极的电极反应式为 。当电路中转移0.1mol，理论上消耗标准状况下的体积为 L。若用该燃料电池对钢铁闸门进行保护，则钢铁闸门应与 （填“a电极”或“b电极”）进行连接。 （3）若Y为肼，Z为，电池总反应为。 ①a电极名称为 （填“正”或“负”）极。 ②若X溶液为KOH溶液，则负极反应式为 。电池工作时， （填“由a电极移向b电极”或“由b电极移向a电极”）。 5.（24-25高二上·上海浦东新·期末）水体中硝酸盐含量过高会导致富营养化现象，二氧化碳的过量排放会引起海洋酸化，进而破坏珊瑚礁生态系统。微生物燃料电池能有效去除水中的硝酸盐，对于改善珊瑚的生存环境发挥着重要作用。下图是某微生物燃料电池工作原理示意图。 （1）该装置工作时的能量转化形式主要为： 能转化为 能。 （2）该装置每消耗1 mol，转移电子数为 。(用NA表示阿伏加德罗常数的值) （3）当n取不同值时，有机物(CH2O)n可以代表不同物质，任写出一种物质的结构简式。 。 （4）解决海洋酸化的基本途径包括减排(减少向大气中排放CO2)和负排放(吸收大气中的CO2)。写出一条有助于解决海洋酸化问题的具体措施。 。 6．（23-24高二上·湖北十堰·期末）随着工业的发展，如何高效处理污水成为人类亟待解决的问题。 （1）利用原电池原理，酸性废水中的在水处理剂（主要成分为铁粉、炭粉）表面的变化如图所示。 ①图中，纳米铁粉作 （填“正极”或“负极”），多孔炭粉的作用为 。 ②正极上的电极反应式为 。 （2）科研人员利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体，装置如图（a、b为离子交换膜）。 ①石墨电极M上的电极反应式为 。 ②a为 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。 ③在放电过程中，由中间室向 （填“M”或“N”）极室移动。 ④理论上M极每处理，电路中通过的电子数为 。 1．（1）把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为正极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c上产生气泡；b、d相连，b质量减小，则四种金属的活动性由强到弱顺序为： 。 （2）碱性锌锰干电池比普通锌锰电池的使用寿命长且性能高，其构造如图所示，电池反应为：，其中作 极，发生 反应，电极反应式为 。 （3）甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(H+)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题： ①电极是电池的 极，电极反应式为 。 ②电解质溶液中的向 (填“a”或“b”)极移动，电子流入的电极是 (填“a”或“b”)极。 ③该电池工作时消耗(标准状况下)，则电路中通过 mol电子。 2．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。 回答下列问题： （1）外电路的电流方向是由 极流向 极(填字母)。 （2）电池正极反应式为 。 （3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？ (填“是”或“否”)，原因是 。 （4）MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为 。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为 。 3．某化学兴趣小组用如图装置探究反应的进行程度。 已知：①、均为石墨电极；②实验中使用的电流计有电流通过时，指针偏向正极；③空气不影响该实验。 （1）闭合开关，电流计指针偏向右边，此时电极为 极，电极的电极反应式为 。 （2）一段时间后，电流计指针回到原点。断开开关，取极附近溶液于试管中，加入淀粉溶液，观察到混合溶液颜色变为 色；取极附近溶液于试管中，滴加几滴溶液，可以观察到 。 （3）往形管右侧溶液中加入粉末，充分溶解后，重新闭合开关，观察到指针偏向左边。闭合开关后，极的电极反应式为 ；检验极附近溶液中是否含有，可以选用的试剂是 (填化学式)溶液。 （4）结合以上实验现象可知硫酸铁溶液和碘化钾溶液反应的化学方程式为 ；实验装置盐桥中的电解质溶液不选用饱和溶液的原因可能是 。 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $