第一节 原电池（举一反三专项训练，天津专用）【上好课】化学人教版选择性必修1

第一节 原电池 题型01 原电池定义及能量转化 题型02 原电池的构成条件 题型03 原电池工作原理 题型04 电极反应式书写 题型05 原电池中的守恒关系 题型06 原电池的应用 题型07 化学电源—一次电池与二次电池 题型08 化学电源—燃料电池与新型电池 题型09 电源使用与回收 题型01 原电池定义及能量转化 原电池定义及能量转化 原电池是将________直接转化为_______的装置 【典例1】（22-23高二上·天津河西·期末）下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是 A．水力发电 B．水果电池 C．燃气燃烧 D．电动车充电 【变式1-1】（23-24高二上·天津宁河·期末）下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是 A．风力发电 B．火力发电 C．电解炼铝 D．锂离子电池 【变式1-2】（24-25高二上·天津·期末）下列关于原电池的说法正确的是 A．把光能转变成了化学能 B．把化学能转化成了光能 C．把热能转变成了电能 D．把化学能转化成了电能 【变式1-3】（21-22高二上·天津东丽·期末）如图所示的装置，下列说法不正确的是 A．溶液pH逐渐减小 B．该装置将化学能转化为电能 C．电子由锌片经导线流向铜片 D．锌片质量减少，铜片表面产生气泡 题型02 原电池的构成条件 原电池的构成条件： 一反应：自发进行的_______ 两电极：两个_______的电极 一溶液：_______溶液 回路：形成_______回路，内电路：电解质溶液作离子导体；外电路：导线作电子导体 【典例2】（23-24高二上·天津·期末）下列装置不能形成原电池的是 A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤ C．②④⑥⑦ D．①②③④ 【变式2-1】（20-21高二上·天津·期末）下列装置能形成原电池的是 A．①②③⑦ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②③⑥⑦ 【变式2-2】（17-18高一下·天津静海·期中）现有如下两个反应：a．NaOH＋HCl＝NaCl＋H2O      b．Cu＋2Ag+ ＝Cu2+ +2Ag （1）反应 （填字母）不能设计成原电池。原因是 。 （2）反应 （填字母）能设计成原电池，请画出实验装置图，注明电极材料和电解质溶液。 写出电极反应式及反应类型 正极反应式： ， 反应类型： ， 负极反应式： 。 【变式2-3】（21-22高二上·天津东丽·期末）完成下列问题 如图所示，能够组成原电池(烧杯里为相应物质的溶液)，并且产生明显电流的是 。 题型03 原电池工作原理 原电池工作原理（以铜锌原电池、硫酸铜溶液作电解质溶液为例） 电极名称 负极 正极 电极材料 _______ _______ 电极反应 _______ _______ 电极质量变化 _______ _______ 反应类型 _______反应 _______反应 电子流向 由_______极沿导线流向_______极 电流方向 从_______极沿导线流向_______极 离子移向 阳离子移向_______极，阴离子移向_______极 【典例3】（24-25高二上·天津·期末）铜锌原电池装置（如图），该原电池在工作时，下列说法正确的是 （含饱和溶液的琼胶） A．极流出电子，发生还原反应 B．极电极反应式为 C．盐桥中移向溶液 D．盐桥的作用是传导电子，形成闭合回路 【变式3-1】（22-23高二上·天津·期中）CCTV报道，解放军总后勤部提出要让每个野外作业的战士都吃上热饭菜，其中一种方法是利用原电池原理，将食盐颗粒、炭屑、铁屑装入食品包装的夹层中密封起来，使用时撕开一口子，加入适量水振荡，就会产生热量加热食品。以下叙述正确的是 A．铁作负极，发生氧化反应 B．碳作负极，发生还原反应 C．铁作正极，发生还原反应 D．碳作正极，发生氧化反应 【变式3-2】（23-24高二上·天津河西·期末）依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示： 下列说法正确的是 A．电极可选择铁棒 B．电解质溶液可选择溶液 C．电极的反应式为 D．该电池工作时，电子是从电极流向电极 【变式3-3】（24-25高二上·天津·期末）两种电化学装置如图所示。 已知：金属活泼性：。回答下列问题： (1)从能量的角度分析，装置将 能转化为 能。 (2)①装置工作时，极发生的电极反应为 。 ②装置工作时盐桥中的流向 (填“”或“”)溶液。 (3)粗铜精炼时如果用装置做外部直流电源，粗铜应该连接 极(填“”或“”)。 (4)某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。 ①时，碳粉表面生成的气体为 。 ②时，碳粉表面发生的电极反应式为 。 ③电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为 。 题型04 电极反应式书写 书写步骤： 一、明确变价原料和产物 二、确定失去电子或得到电子数目 三、根据电荷守恒和溶液环境配平 四、根据质量守恒，缺少的原子用H2O配平 【典例4】（24-25高二上·天津南开·期末）燃料电池法可以处理高浓度氨氮废水，示意图如下。 下列说法不正确的是 A．H⁺通过质子交换膜向a极室迁移 B．工作一段时间后，a极室中稀硫酸的浓度不变 C．电极b的电极反应： D．电池的总反应： 【变式4-1】（24-25高二上·天津·期末）二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是 A．该电池放电时质子从电极b移向电极a B．每转移4mol ，消耗的体积为22.4L C．电极a附近发生的电极反应为 D．电极b附近发生的电极反应为 【变式4-2】（23-24高二上·天津·期末）用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解装置如图所示，下列说法正确的是 A．当a、b都是铜时，电解的总反应方程式为： B．燃料电池工作时，正极反应为： C．当燃料电池消耗甲醛气体时，电路中理论上转移 D．燃料电池工作时，负极反应为： 【变式4-3】（2018·山东济宁·一模）十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是 A．该电池放电时质子从电极b移向电极a B．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－=H2SO4＋2H＋ C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1 题型05 原电池中的守恒关系 原电池发生的是自发的氧化还原反应 1、质量守恒：反应前后元素种类和原子个数相同； 2、得失电子守恒：化合价升高总数 = 化合价降低总数； 3、电荷守恒：电极反应式和总反应的离子方程式中均满足电荷守恒。 【典例5】（22-23高二上·天津·期末）根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，正极上发生的反应为 A． B． C． D． 【变式5-1】（23-24高二上·天津·期末）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是 A．放电时负极反应为Zn-2e－＋2OH－=Zn(OH)2 B．放电时正极反应为FeO＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3＋5OH－ C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．放电时正极附近溶液的碱性增强 【变式5-2】（2022·广西·模拟预测）氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点，电池的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．该电池在常温下也能正常工作 B．H2通入负极，发生还原反应 C．正极反应式为O2+ 2CO2+4e- =2 D．电池工作时，外电路中流过2 mol电子，消耗22.4L H2 【变式5-3】（2015·江苏·高考真题）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）    A．反应，每消耗1mol CH4转移12mol 电子 B．电极A上H2参与的电极反应为：H2+2OH--2e-=2H2O C．电池工作时，向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e－=2 题型06 原电池的应用 1、形成原电池后，可_______氧化还原的化学反应速率； 2、设计原电池：将氧化还原反应拆分为两个半反应，分别作原电池的负极反应和正极反应； 确定电极材料：若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作_______极；若为气体或溶液中的还原性离子，可用_______作负极。 一般情况下，发生还原反应的电极材料的活泼性_______于负极材料； 3、判断金属活动性顺序：一般情况下， 较活泼的金属材料作负极； 【典例6】（22-23高二上·天津·期末）有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；用惰性电极电解含有相同浓度的B2+、E2+的溶液时，E2+先被还原。则A、B、D、E金属活动性由强到弱的顺序为 A．A>B>E>D B．A>B>D>E C．D>E>A>B D．D>A>B>E 【变式6-1】（21-22高二上·天津·期末）下列措施不能加快Zn与1mol/LH2SO4反应产生H2的速率的是 A．用Zn粉代替Zn粒 B．滴加少量的CuSO4溶液 C．升高温度 D．再加入1mol/LCH3COOH溶液 【变式6-2】（22-23高二上·天津河西·期末）某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，分析其原理．按要求回答下列问题． (1)甲同学设计如图所示对比实验。 当a中滴入CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较b中的 。其原因是 。 (2)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。 ①时，碳粉表面生成的气体为 。 ②时，碳粉表面发生的电极反应式为 。 ③电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为 。 (3)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书，并分析暖贴工作原理。 品名：一次性保暖贴 主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂 产品性能：平均温度，最高温度，发热时间12小时以上 ①暖贴工作时，铁粉发生的反应为 (填“氧化反应”或“还原反应”)。 ②写出使用暖贴时的注意事项： 。 ③暖贴发热时，正极材料为 ；食盐的作用为 。 ④当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有 。 【变式6-3】（19-20高二上·天津·期末）新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题： (1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰·班宁斯特·古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是 （填a或b），溶液中Li+从 迁移（填“a向b”或“b向a”）。 (2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l) ①放电时，正极的电极反应式是 ，电解质溶液中硫酸的浓度 （填“增大”、“减小”或“不变”），当外电路通过0.5 mol e－时，理论上负极板的质量增加 g。 ②用该蓄电池作电源，进行粗铜（含Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼。如下图所示，电解液c选用 溶液，A电极的材料是 ，B电极反应式是 。 ③用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是 ，B电极附近溶液的pH （填“增大”、“减小”或“不变”）。 题型07 化学电源-一次电池与二次电池 一、一次电池 一次电池是放电后不可充电的电池，电解质溶液制成不流动胶状也叫干电池。 （1）碱性锌锰干电池 总反应式为：___________________________________ 负极反应式：___________________________________ 正极反应式：___________________________________ （2）锌银电池—纽扣电池 总反应式为：___________________________________ 负极反应式：___________________________________ 正极反应式：___________________________________ 二、二次电池 （1）铅蓄电池： 总反应式：___________________________________ 负极反应式：___________________________________ 正极反应式：___________________________________ 【典例7】（24-25高二上·天津河西·期末）下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是 A．上述电源分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池中每通过，负极减轻 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【变式7-1】（23-24高二上·天津河西·期末）下列有关如图所示铅蓄电池的说法不正确的是 A．放电时，被还原 B．放电时，电解质溶液减小 C．放电时，两极材料均逐渐转变为 D．充电时，原极接电源的负极即可复原 【变式7-2】（22-23高二上·天津河西·期末）下列有关如图所示铅蓄电池的说法正确的是 A．放电时，铅被还原 B．放电时，电解质溶液增大 C．充电时，原极接电源的负极即可复原 D．放电时总反应： 【变式7-3】（21-22高二上·天津河东·期末）Mg-LiFePO4电池的总反应为xMg2++2LiFePO4xMg+2Li1-xFePO4+2xLi+，其装置如图。下列说法正确的是 A．充电时，阳极的电极反应式为 B．充电时，极连接电源的正极 C．放电时，被还原 D．若放电时电路中流过电子，则有迁移至正极区 题型08 化学电源-燃料电池与新型电池 一、燃料电池 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。 （1）酸性氢氧燃料电池 负极反应式：____________________________ 正极反应式：____________________________ 总反应式：____________________________ （2）碱性氢氧燃料电池 负极反应式：____________________________ 正极反应式：____________________________ 总反应式：____________________________ 二、新型电池 例：熔融盐电池 比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极反应物，空气与CO2的混合气为正极反应物，制得在650 ℃下工作的燃料电池。高温下能传导CO32-，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变。 ____________________________； 负极：____________________________； 总反应：____________________________ 【典例8】（22-23高二上·天津南开·期末）碳固体氧化物电池是一种高效、环境友好的燃料电池。电池工作时，物质的转化原理如图所示。下列说法正确的是 A．多孔电极a为负极 B．多孔电极b的反应：CO-2e-+O2-=CO2 C．整个装置的总反应：CO2+C=2CO D．该电池能将碳燃料产生的能量100%转化为电能 【变式8-1】（22-23高三上·天津·期末）氢燃料电池汽车由于具备五大优势：零排放、零污染、无噪音、补充燃料快、续航能力强，而备受关注。某氢燃料电池汽车的结构如图所示： 下列说法错误的是 A．电极A、B采用多孔电极材料的优点是能增大反应物接触面积 B．“电池”能将燃料电池产生的多余电能暂时储存起来 C．电极B的电极反应式为O2+4e−=2O2− D．质子通过电解质溶液向电极B迁移 【变式8-2】（22-23高二上·天津南开·期末）2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂电池充电时阳极反应式为：。放电工作示意图如图。下列叙述不正确的是 A．放电时，电子由铝箔沿导线流向铜箔 B．放电时，通过隔膜移向正极 C．该电池充放电过程通过迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生变化 D．放电时正极反应为： 【变式8-3】（21-22高二上·天津南开·期末）MFC-电芬顿技术通过产生羟基自由基处理有机污染物，可获得高效的废水净化效果，其原理示意图如图，下列说法错误的是 A．甲池中移动的方向从M室到N室 B．电子移动方向为a→Y，X→b C．乙池中的能量转化为化学能转化为电能 D．Y电极上得到双氧水的反应为 题型09 电源使用与回收 化学电池的回收利用 废旧电池中常含有 重金属 、酸 和 碱 等物质，如果随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。因此，应当重视废旧电池的回收利用，既可以减少环境污染，又可以节约资源。 【典例9】（24-25高二上·天津河西·期末）镍氢电池广泛用于油电混动汽车。该电池材料的回收利用具有一定价值。某品牌镍氢电池的总反应为，其中为吸附了氢原子的储氢合金。 Ⅰ．该电池放电时的工作原理示意图如图所示： (1)基态镍原子的价层电子排布式为 ；镍位于周期表中 区，第四周期 族。 (2)混动车上坡时，利用电池放电给车提供能源。电极是 （填“正极”或“负极”）；正极反应式为 。 (3)混动车下坡时，利用动能给电池充电。 ①充电时阴极电极方程式为 。 ②此时电极附近的变化[忽略变化] （填“变大”“不变”或“变小”）。 Ⅱ．该品牌废旧镍氢电池回收过程中，镍元素的转化过程如图： (4)写出图步骤ⅰ和ⅱ的离子方程式： ⅰ. ；ⅱ. 。 (5)上图转化过程中所用硫酸和溶液通过电解溶液获得，装置如图： ①电极C为电解池的 极。 ②硫酸是从 池获得（填“甲”“乙”或“丙”）。 ③该电解池的阳极电极方程式为 。 (6)当电解池阴极收集到气体（标准状况下）时，理论上镍元素的转化过程中最多可回收得到的质量为 。 (7)金属镍在潮湿空气中表面易形成致密的氧化膜。为防止镍被氧化，在下边方框内设计一个电化学装置图保护镍 。 【变式9-1】（24-25高二上·天津·期中）镍氢电池广泛用于油电混合动力汽车，该电池材料的回收利用也成为研究热点。 Ⅰ．某品牌镍氢电池的总反应为，其中，为吸附了氢原子的储氢合金。图为该电池放电时的工作原理示意图。 (1)混合动力车上坡时利用电池放电提供能源。 ①电极B是 填“正极”或“负极”。 ②正极的电极反应式为 。 (2)混合动力车下坡时利用动能回收给电池充电，结合化学用语说明此时电极附近的变化(忽略溶液体积变化)： 。 (3)已知：储氢能力=，若该电池储氢合金的储氢能力为1120，则10cm3储氢合金中的氢完全反应，转移的电子数为 mol。 Ⅱ．该品牌废旧镍氢电池回收过程中，金属镍的转化过程如图。转化过程中所用和溶液通过电解溶液获得，装置如图2。 (4)图中，电解池的阳极为 填“C”或“D”。 (5)结合化学用语，说明产生的反应池及其原理： 。 (6)回收该品牌废旧镍氢电池过程中，在阴极收集到气体标准状况下，理论上最多可回收得到摩尔质量为的质量为 。 / 学科网（北京）股份有限公司 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 题型01 原电池定义及能量转化 题型02 原电池的构成条件 题型03 原电池工作原理 题型04 电极反应式书写 题型05 原电池中的守恒关系 题型06 原电池的应用 题型07 化学电源—一次电池与二次电池 题型08 化学电源—燃料电池与新型电池 题型09 电源使用与回收 题型01 原电池定义及能量转化 原电池定义及能量转化 原电池是将 化学能 直接转化为 电能 的装置 【典例1】（22-23高二上·天津河西·期末）下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是 A．水力发电 B．水果电池 C．燃气燃烧 D．电动车充电 【答案】B 【详解】A．水力发电是水的重力势能转化为电能，故A不符合题意； B．水果电池是将化学能转化为电能，故B符合题意； C．燃气燃烧是将化学能变为热能，故C不符合题意； D．电动车充电是将电能变为化学能，故D不符合题意。 综上所述，答案为B。 【变式1-1】（23-24高二上·天津宁河·期末）下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是 A．风力发电 B．火力发电 C．电解炼铝 D．锂离子电池 【答案】C 【详解】A．风力发电的过程是风能转化为电能的过程，故A不符合题意； B．火力发电的过程是化学能转化为机械能、机械能转化为电能的过程，故B不符合题意； C．电解炼铝的过程是电能转化为化学能的过程，故C符合题意； D．锂离子电池放电的过程是化学能转化为电能的过程，故D不符合题意； 故选C。 【变式1-2】（24-25高二上·天津·期末）下列关于原电池的说法正确的是 A．把光能转变成了化学能 B．把化学能转化成了光能 C．把热能转变成了电能 D．把化学能转化成了电能 【答案】D 【详解】根据原电池的定义，原电池是将化学能转化为电能的装置，选D。 【变式1-3】（21-22高二上·天津东丽·期末）如图所示的装置，下列说法不正确的是 A．溶液pH逐渐减小 B．该装置将化学能转化为电能 C．电子由锌片经导线流向铜片 D．锌片质量减少，铜片表面产生气泡 【答案】A 【详解】A．该装置中生成，浓度减小，增大，A错误； B．该装置为原电池，将化学能转化为电能装置，B正确； C．锌片为负极，电子由负极经导线流向正极，C正确； D．锌片为负极，发生反应，质量减少，铜片为正极，发生反应，表面产生气泡，D正确； 故选A。 题型02 原电池的构成条件 原电池的构成条件： 一反应：自发进行的 氧化还原反应 两电极：两个 活动性不同 的电极 一溶液： 电解质 溶液 回路：形成 闭合 回路，内电路：电解质溶液作离子导体；外电路：导线作电子导体 【典例2】（23-24高二上·天津·期末）下列装置不能形成原电池的是 A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤ C．②④⑥⑦ D．①②③④ 【答案】A 【详解】①没有形成闭合回路，不能形成原电池，①选； ②Zn比Cu活泼，Zn和硫酸铜能自发进行氧化还原反应，有闭合回路，能形成原电池，②不选； ③Zn与Fe、稀硫酸构成闭合回路，Zn与Fe活泼性不同，Zn与能自发进行氧化还原反应，能形成原电池，③不选； ④Zn和醋酸能自发进行氧化还原反应，Zn和Pb活泼性不同，有闭合回路，能形成原电池，④不选； ⑤两个电极都是Zn，没有活泼性差异，不能形成原电池，⑤选； ⑥乙醇为非电解质，不能形成原电池，⑥选； ⑦未形成闭合回路，不能形成原电池，⑦选； 故选A。 【变式2-1】（20-21高二上·天津·期末）下列装置能形成原电池的是 A．①②③⑦ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②③⑥⑦ 【答案】A 【详解】根据构成原电池的“两极一液一线一反应”判断；装置④不能形成闭合回路；装置⑤不具有两个活动性不同的电极，只能发生氧化还原反应，不能形成电流；装置⑥中酒精不是电解质溶液；装置能形成原电池的是①②③⑦，答案选A。 【变式2-2】（17-18高一下·天津静海·期中）现有如下两个反应：a．NaOH＋HCl＝NaCl＋H2O      b．Cu＋2Ag+ ＝Cu2+ +2Ag （1）反应 （填字母）不能设计成原电池。原因是 。 （2）反应 （填字母）能设计成原电池，请画出实验装置图，注明电极材料和电解质溶液。 写出电极反应式及反应类型 正极反应式： ， 反应类型： ， 负极反应式： 。 【答案】 a b 2Ag++2e-=2Ag 还原反应 Cu-2e-=Cu2+ 【详解】（1）反应a不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池； （2）反应b是置换反应，属于氧化还原反应，能设计成原电池，铜失去电子，铜是负极，银离子得到电子，则装置图可以是，其中正极发生得到电子的还原反应，反应式为2Ag++2e-=2Ag，负极发生失去电子的氧化反应，反应式为Cu-2e-=Cu2+。 【点睛】理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，方法为：①将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。②确定电极材料，如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。③确定电解质溶液，一般选用反应物中的电解质溶液即可。④构成闭合回路。 【变式2-3】（21-22高二上·天津东丽·期末）完成下列问题 如图所示，能够组成原电池(烧杯里为相应物质的溶液)，并且产生明显电流的是 。 【答案】BEF 【详解】根据原电池的构成条件判断，原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应； A．酒精不是电解质，不能形成原电池，故A不选； B．锌为负极，铜为正极，电解质溶液为硫酸，可形成原电池，故B选； C．两电极相同，不能形成原电池，故C不选； D．Cu和Sn都不能和稀硫酸进行自发进行的氧化还原反应，不能形成原电池，故D不选； E．Zn为负极，Ag为正极，电解质溶液为硝酸银溶液，可形成原电池，故E选； F．Al为负极，Mg为正极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，可形成原电池，故F选； 故选BEF。 题型03 原电池工作原理 原电池工作原理（以铜锌原电池、硫酸铜溶液作电解质溶液为例） 电极名称 负极 正极 电极材料 锌 铜或石墨 电极反应 Zn-2e- =Zn2+ Cu2++2e- = Cu 电极质量变化 减小 增大 反应类型 氧化 反应 还原 反应 电子流向 由 负 极沿导线流向 正 极 电流方向 从 正 极沿导线流向 负 极 离子移向 阳离子移向 正 极，阴离子移向 负 极 【典例3】（24-25高二上·天津·期末）铜锌原电池装置（如图），该原电池在工作时，下列说法正确的是 （含饱和溶液的琼胶） A．极流出电子，发生还原反应 B．极电极反应式为 C．盐桥中移向溶液 D．盐桥的作用是传导电子，形成闭合回路 【答案】C 【分析】活泼金属Zn为负极，不活泼金属Cu为正极，盐桥的作用传导离子平衡电荷，使原电池产生平稳的电流。 【详解】A．极流出电子，失去电子发生氧化反应，A错误； B．极是正极，发生还原反应，电极反应式为，B错误； C．原电池工作时，溶液中的阴离子移向负极，盐桥中移向溶液，C正确； D．盐桥的作用是传导离子，形成闭合回路，D错误； 答案选C。 【变式3-1】（22-23高二上·天津·期中）CCTV报道，解放军总后勤部提出要让每个野外作业的战士都吃上热饭菜，其中一种方法是利用原电池原理，将食盐颗粒、炭屑、铁屑装入食品包装的夹层中密封起来，使用时撕开一口子，加入适量水振荡，就会产生热量加热食品。以下叙述正确的是 A．铁作负极，发生氧化反应 B．碳作负极，发生还原反应 C．铁作正极，发生还原反应 D．碳作正极，发生氧化反应 【答案】A 【详解】利用原电池原理反应放热，由铁屑、炭粒、食盐、水、空气组成的原电池中，铁做负极，炭粒作正极，负极本身发生失电子的氧化反应，炭粒发生还原反应，答案选A。 【变式3-2】（23-24高二上·天津河西·期末）依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示： 下列说法正确的是 A．电极可选择铁棒 B．电解质溶液可选择溶液 C．电极的反应式为 D．该电池工作时，电子是从电极流向电极 【答案】C 【分析】根据反应，Cu元素化合价升高，则Cu为负极，电极反应为Cu－2e-=Cu2+，则X为Cu棒，Ag电极为正极，电极反应为Ag++e-=Ag，则Y为AgNO3溶液。 【详解】A．由分析可知，X为铜棒，故A错误； B．由分析可知，电解质溶液为AgNO3溶液，故B错误； C．由分析可知，Ag为正极，电极的反应式为，故C正确； D．原电池中，电子由负极经导线流向正极，故子是从X电极流向Ag电极，故D错误； 故选C。 【变式3-3】（24-25高二上·天津·期末）两种电化学装置如图所示。 已知：金属活泼性：。回答下列问题： (1)从能量的角度分析，装置将 能转化为 能。 (2)①装置工作时，极发生的电极反应为 。 ②装置工作时盐桥中的流向 (填“”或“”)溶液。 (3)粗铜精炼时如果用装置做外部直流电源，粗铜应该连接 极(填“”或“”)。 (4)某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。 ①时，碳粉表面生成的气体为 。 ②时，碳粉表面发生的电极反应式为 。 ③电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为 。 【答案】(1) 化学 电 (2) 2H++2e-=H2↑ (3)Zn (4) H2 O2+2H2O+4e-=4OH- Fe-2e-=Fe2+ 【分析】由图可知，A装置为原电池，Mn比Zn活泼，Mn作负极，电极反应式为Mn-2e-=Mn2+，Zn作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，B装置为盐桥原电池， Mn作负极，电极反应式为Mn-2e-=Mn2+，Zn作正极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn，据此作答。 【详解】（1）B装置为原电池，将化学能转化为电能； （2）①A装置为原电池，Mn比Zn活泼，Zn作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑； ②原电池工作时，盐桥中的K+流向ZnSO4溶液(正极区)； （3）粗铜精炼时，粗铜作阳极，如果用装置做外部直流电源，B中Zn为正极，故粗铜应该与Zn极相连； （4）①该反应是Fe与C形成原电池，酸化的饱和食盐水润洗后，刚开始是酸性环境，0～t1时，碳粉表面生成的气体为H2； ②t1～t2时压强下降，发生吸氧腐蚀，碳粉为电池正极，碳粉表面发生的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-； ③0～t2电化学腐蚀过程中，铁为电池负极，铁极的电极反应方程式为：Fe-2e-=Fe2+。 题型04 电极反应式书写 书写步骤： 一、明确变价原料和产物 二、确定失去电子或得到电子数目 三、根据电荷守恒和溶液环境配平 四、根据质量守恒，缺少的原子用H2O配平 【典例4】（24-25高二上·天津南开·期末）燃料电池法可以处理高浓度氨氮废水，示意图如下。 下列说法不正确的是 A．H⁺通过质子交换膜向a极室迁移 B．工作一段时间后，a极室中稀硫酸的浓度不变 C．电极b的电极反应： D．电池的总反应： 【答案】B 【分析】从图中可以看出，在b电极，失电子转化为N2，N元素由-3价升高到0价，依据得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒，可得出电极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，b电极为负极；a电极为正极，O2得电子产物与电解质反应生成H2O，依据得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒，可得出电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。 【详解】A．电池工作时，a电极为正极，b电极为负极，阳离子向正极移动，则H⁺通过质子交换膜向a极室迁移，A正确； B．a极发生的反应为O2+4e-+4H+=2H2O，消耗H+，b极室中的H+透过质子交换膜向a极区移动，H+的物质的量不变，但a极区生成H2O，使硫酸的浓度减小，所以工作一段时间后，a极室中稀硫酸的浓度减小，B不正确； C．由分析可知，电极b的电极反应式为：，C正确； D．负极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，将两电极反应式调整为得失电子守恒，然后相加，可得出电池的总反应：，D正确； 故选B。 【变式4-1】（24-25高二上·天津·期末）二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是 A．该电池放电时质子从电极b移向电极a B．每转移4mol ，消耗的体积为22.4L C．电极a附近发生的电极反应为 D．电极b附近发生的电极反应为 【答案】D 【分析】由图可知，电极a通入SO2，发生氧化反应，故电极a为负极，电极反应为：SO2＋2H2O-2e－=SO＋4H＋；电极b通入O2，发生还原反应，故电极b为正极，电极反应为：O2＋4e－＋4H＋=2H2O；总反应式为：2SO2＋O2＋2H2O=2SO＋4H＋。 【详解】A．放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，A错误； B．每转移4mol，消耗1mol，但未指明标准状况，故体积不一定为22.4L ，B错误； C．电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－=SO＋4H＋，硫酸是强电解质，应当拆为离子形式，C错误； D．酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，D正确； 故答案选D。 【变式4-2】（23-24高二上·天津·期末）用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解装置如图所示，下列说法正确的是 A．当a、b都是铜时，电解的总反应方程式为： B．燃料电池工作时，正极反应为： C．当燃料电池消耗甲醛气体时，电路中理论上转移 D．燃料电池工作时，负极反应为： 【答案】D 【分析】左边装置是酸性甲醛燃料电池，原电池放电时，燃料失去电子发生氧化反应，所以通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，右边装置有外界电源，所以是电解池，连接负极的a电极时阴极，连接正极的b极是阳极，阳极上失去电子发生氧化反应，阴极上得到电子发生还原反应。 【详解】A．当a、b都是铜作电极时，形成电解精炼装置，阳极发生铜失去电子，阴极发生铜离子得到电子，A错误； B．由于电解质溶液呈酸性，燃料电池正极反应为，B错误； C．当燃料电池消耗2.24L甲醛气体时，由于没有说明是在标况下，所以无法计算甲醛的物质的量，则无法计算转移电子的物质的量，C错误； D．燃料电池工作时，甲醛在负极上失去电子生成甲酸，则负极反应为，D正确； 答案选D。 【变式4-3】（2018·山东济宁·一模）十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是 A．该电池放电时质子从电极b移向电极a B．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－=H2SO4＋2H＋ C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1 【答案】D 【详解】由图可知，电极a通入SO2，发生氧化反应，故电极a为负极，电极反应为：SO2＋2H2O-2e－=SO＋4H＋；电极b通入O2，发生还原反应，故电极b为正极，电极反应为：O2＋4e－＋4H＋=2H2O；总反应式为：2SO2＋O2＋2H2O=2SO＋4H＋。 A．放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，A错误； B．电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－=SO＋4H＋，硫酸是强电解质，应当拆为离子形式，B错误； C．酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C错误； D．由总反应式2SO2＋O2＋2H2O=2SO＋4H＋可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确； 故答案选D。 题型05 原电池中的守恒关系 原电池发生的是自发的氧化还原反应 1、质量守恒：反应前后元素种类和原子个数相同； 2、得失电子守恒：化合价升高总数 = 化合价降低总数； 3、电荷守恒：电极反应式和总反应的离子方程式中均满足电荷守恒。 【典例5】（22-23高二上·天津·期末）根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，正极上发生的反应为 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】甲醇在酸性电解质溶液中与氧气构成的燃料中，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，故选B。 【变式5-1】（23-24高二上·天津·期末）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是 A．放电时负极反应为Zn-2e－＋2OH－=Zn(OH)2 B．放电时正极反应为FeO＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3＋5OH－ C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．放电时正极附近溶液的碱性增强 【答案】C 【详解】A．放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，A正确； B．放电时正极反应为+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-，B正确； C．放电时，K2FeO4作氧化剂，每转移3mol电子，正极有1mol K2FeO4被还原，C错误； D．放电时，正极附近生成OH-，则正极附近溶液的碱性增强，D正确； 故选C。 【变式5-2】（2022·广西·模拟预测）氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点，电池的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．该电池在常温下也能正常工作 B．H2通入负极，发生还原反应 C．正极反应式为O2+ 2CO2+4e- =2 D．电池工作时，外电路中流过2 mol电子，消耗22.4L H2 【答案】C 【分析】如图所示，右侧通入O2，O2和CO2在电极上反应生成，电极反应为O2+2CO2+4e-=2，该电极为正极；则左侧电极为负极，电极反应为H2+-2e-=CO2↑+H2O，电池的总反应为2H2+O2=2H2O。 【详解】A．该电池是氢氧熔融碳酸盐燃料电池，高温下的电解质呈熔融状态，工作时能定向移动，若是常温下，通电时不能移动，则不能工作，故A错误； B．由分析可知，H2通入负极，负极上发生氧化反应，B错误； C．由分析可知，O2通入正极，电极反应为O2+2CO2+4e-=2，C正确； D．负极的电极反应为H2+-2e-=CO2↑+H2O，则电池工作时，外电路中流过2mol电子，消耗1mol H2；题中未告知H2是否处于标况，无法计算1mol H2的体积，D错误； 故选C。 【变式5-3】（2015·江苏·高考真题）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）    A．反应，每消耗1mol CH4转移12mol 电子 B．电极A上H2参与的电极反应为：H2+2OH--2e-=2H2O C．电池工作时，向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e－=2 【答案】D 【详解】A．1mol CH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1mol CH4参加反应共转移6mol电子，故A错误； B．该燃料电池的电解质为熔融碳酸盐，电极A上H2参与的电极反应为：H2+-2e-=CO2＋H2O，故B错误； C．根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误； D．根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2+2CO2+4e-=2，故D正确； 故合理选项为D。 题型06 原电池的应用 1、形成原电池后，可加快氧化还原的化学反应速率； 2、设计原电池：将氧化还原反应拆分为两个半反应，分别作原电池的负极反应和正极反应； 确定电极材料：若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作 负 极；若为气体或溶液中的还原性离子，可用惰性电极作负极。 一般情况下，发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料； 3、判断金属活动性顺序：一般情况下， 较活泼的金属材料作负极； 【典例6】（22-23高二上·天津·期末）有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；用惰性电极电解含有相同浓度的B2+、E2+的溶液时，E2+先被还原。则A、B、D、E金属活动性由强到弱的顺序为 A．A>B>E>D B．A>B>D>E C．D>E>A>B D．D>A>B>E 【答案】D 【分析】一般来说，较活泼金属作原电池负极。 【详解】有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B，则A作负极，即金属活动性：A＞B；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，则证明金属活动性：D＞A；用惰性电极电解含有相同浓度的B2+、E2+的溶液时，E2+先被还原，则说明氧化性：E2+＞B2+，即还原性：B＞E，综上所述，金属活动性由强到弱的顺序是：D>A>B>E； 故答案为：D。 【变式6-1】（21-22高二上·天津·期末）下列措施不能加快Zn与1mol/LH2SO4反应产生H2的速率的是 A．用Zn粉代替Zn粒 B．滴加少量的CuSO4溶液 C．升高温度 D．再加入1mol/LCH3COOH溶液 【答案】D 【详解】A．用Zn粉代替Zn粒，可以增大接触面积，加快反应速率，A不符合题意； B．滴加少量的CuSO4溶液，Zn会先置换出铜，之后形成原电池，可以加快反应速率，B不符合题意； C．升高温度可以加快反应速率，C不符合题意； D．CH3COOH为弱酸，1mol/LCH3COOH溶液溶液中c(H+)＜1mol/L，加入后相当于稀释，会使氢离子浓度变小，减慢反应速率，D符合题意； 综上所述答案为D。 【变式6-2】（22-23高二上·天津河西·期末）某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，分析其原理．按要求回答下列问题． (1)甲同学设计如图所示对比实验。 当a中滴入CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较b中的 。其原因是 。 (2)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。 ①时，碳粉表面生成的气体为 。 ②时，碳粉表面发生的电极反应式为 。 ③电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为 。 (3)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书，并分析暖贴工作原理。 品名：一次性保暖贴 主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂 产品性能：平均温度，最高温度，发热时间12小时以上 ①暖贴工作时，铁粉发生的反应为 (填“氧化反应”或“还原反应”)。 ②写出使用暖贴时的注意事项： 。 ③暖贴发热时，正极材料为 ；食盐的作用为 。 ④当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有 。 【答案】(1) 快 由于发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu产生的Cu附着在锌粒表面，即可形成Cu-Zn稀盐酸原电池，从而加快锌和稀盐酸的反应速率 (2) H2 O2+2H2O+4e-=4OH- Fe-2e-=Fe2+ (3) 氧化反应 使用前需密封保存防止失效，使用过程中由于产生高温现象，故不能紧贴皮肤张贴暖宝，防止灼伤皮肤 活性炭 电解质溶液，增强导电性 Fe(OH)2、Fe(OH)3 【详解】（1）当a中滴入CuSO4溶液后，由于发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，产生的Cu附着在锌粒表面，形成Cu-Zn稀盐酸原电池，从而加快锌和稀盐酸的反应速率，故观察到其中产生气泡的速率较b中的快。 （2）①0～t1段压强逐渐增大，可能是发生了析氢腐蚀使气体的总物质的量增大，电极反应为：2H++2e-=H2↑，则0～t1时，碳粉表面生成的气体为H2； ②t1～t2时，容器中压强逐渐减小，说明锥形瓶中气体体积减小，一定发生了吸氧腐蚀，则t1～t2时，碳粉表面发生的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-； ③铁发生电化学腐蚀时，铁作负极，其电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，即0～t2电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+。 （3）根据保暖贴的成分可知，铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池，铁做负极，碳做正极，铁发生吸氧腐蚀，铁电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，碳极的电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，铁发生吸氧腐蚀放出热量，据此分析解题： ①由分析可知，暖贴工作时，铁粉发生的反应为Fe-2e-=Fe2+，属于氧化反应； ②由分析可知，使用暖贴时的注意事项为：使用前需密封保存防止失效，使用过程中由于产生高温现象，故不能紧贴皮肤张贴暖宝，防止灼伤皮肤； ③由分析可知，暖贴发热时，正极材料为活性炭，食盐的作用为电解质溶液，增强导电性； ④由分析可知，暖宝工作原理的总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，且Fe(OH)2具有还原性，很容易被空气中的O2氧化，反应的化学方程式为：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，故当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有Fe(OH)2、Fe(OH)3。 【变式6-3】（19-20高二上·天津·期末）新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题： (1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰·班宁斯特·古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是 （填a或b），溶液中Li+从 迁移（填“a向b”或“b向a”）。 (2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l) ①放电时，正极的电极反应式是 ，电解质溶液中硫酸的浓度 （填“增大”、“减小”或“不变”），当外电路通过0.5 mol e－时，理论上负极板的质量增加 g。 ②用该蓄电池作电源，进行粗铜（含Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼。如下图所示，电解液c选用 溶液，A电极的材料是 ，B电极反应式是 。 ③用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是 ，B电极附近溶液的pH （填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 b b向a PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O 减小 24 CuSO4（CuCl2等） 粗铜 Cu2++2e-=Cu 氯气 增大 【分析】（1）由题给装置图可知，锂电极为原电池的负极，放电时，溶液中阳离子由负极向正极迁移； （2）①由电池总反应式可知，Pb电极是负极，Pb失电子发生氧化反应，PbO2是正极，PbO2得电子发生还原反应； ②电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极； ③接通电路后，该装置为电解池，由题给装置图可知，电流流入的A电极为阳极，B电极为阴极。 【详解】（1）由题给装置图可知，b电极为原电池的负极，a电极为原电池的正极，放电时，溶液中Li＋由负极向正极迁移，即从b向a迁移，故答案为：b；b向a； （2）①由电池总反应式可知，Pb电极是负极，Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+SO42-═PbSO4，PbO2是正极，PbO2得电子发生还原反应，电极反应式是PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O；放电时，消耗H2SO4，则电解液中H2SO4的浓度将减少；当外电路通过0.5mol电子时，依据电子守恒计算理论上负极板的质量增加0.25mol×303g/mol-0.25mol×207g/mol=24g，故答案为：PbO2+2e-+4H++2SO42-═PbSO4+2H2O；减小；24； ②电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，由题给装置图可知，电流流入的A电极为粗铜精炼的阳极，B电极为阴极，则A电极为粗铜，B电极为精铜，电解液为可溶性铜盐，如硫酸铜或氯化铜等，阴极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故答案为：CuSO4（CuCl2等）；粗铜；Cu2++2e-=Cu； ③接通电路后，该装置为电解池，由题给装置图可知，电流流入的A电极为阳极，B电极为阴极，氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极上得电子发生还原反应生成氢气，破坏水的电离平衡，使阴极区云集大量氢氧根离子，使溶液呈碱性，故答案为：氯气；增大。 【点睛】电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应是解答关键。 题型07 化学电源-一次电池与二次电池 一、一次电池 一次电池是放电后不可充电的电池，电解质溶液制成不流动胶状也叫干电池。 （1）碱性锌锰干电池 总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式：Zn - 2e- + 2OH- ==Zn(OH)2 正极反应式：2MnO2 + 2e- + 2H2O==2MnO(OH) + 2OH- （2）锌银电池—纽扣电池 总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 负极反应式：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 正极反应式：Ag2O＋2e－＋H2O＝2Ag ＋2OH－ 二、二次电池 （1）铅蓄电池： 总反应式： 负极反应式：Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极反应式：PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 【典例7】（24-25高二上·天津河西·期末）下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是 A．上述电源分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池中每通过，负极减轻 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【答案】C 【详解】A．由装置可知三种电源分别为一次电池、二次电池和燃料电池，故A正确； B．干电池中Zn作负极，Zn作负极，失电子，逐渐溶解，因此长时间使用后，锌筒被破坏，故B正确； C．铅蓄电池负极反应为：，每通过，负极增重，故C错误； D．氢氧燃料电池总反应为2H2+O2=2H2O，产物无污染，且能量转化率高，是一种具有应用前景的绿色电源，故D正确； 故选：C。 【变式7-1】（23-24高二上·天津河西·期末）下列有关如图所示铅蓄电池的说法不正确的是 A．放电时，被还原 B．放电时，电解质溶液减小 C．放电时，两极材料均逐渐转变为 D．充电时，原极接电源的负极即可复原 【答案】B 【分析】放电时，Pb为负极，发生氧化反应，电极反应为，正极为发生还原反应，电极的反应为，充电时，负极为阴极，正极为阳极，电极反应与放电时相反。 【详解】A．放电时，作正极，化合价降低，得到电子，被还原，故A正确； B．放电时，铅、二氧化铅和硫酸反应生成硫酸铅和水，硫酸浓度降低，因此电解质溶液pH增大，故B错误； C．由分析中的电极反应可知，放电时，两极材料均逐渐转变为，故C正确； D．充电时，原Pb电极为电解池的阴极，与电源负极相连，故D正确； 故选B。 【变式7-2】（22-23高二上·天津河西·期末）下列有关如图所示铅蓄电池的说法正确的是 A．放电时，铅被还原 B．放电时，电解质溶液增大 C．充电时，原极接电源的负极即可复原 D．放电时总反应： 【答案】B 【详解】A．放电时，铅作负极，化合价升高，失去电子，被氧化，故A错误； B．放电时，铅、二氧化铅和硫酸反应生成硫酸铅和水，硫酸浓度降低，因此电解质溶液增大，故B正确； C．放电时，极为正极，则充电时，原极接电源的正极即可复原，故C错误； D．是充电时总反应，放电时总反应为，故D错误。 综上所述，答案为B。 【变式7-3】（21-22高二上·天津河东·期末）Mg-LiFePO4电池的总反应为xMg2++2LiFePO4xMg+2Li1-xFePO4+2xLi+，其装置如图。下列说法正确的是 A．充电时，阳极的电极反应式为 B．充电时，极连接电源的正极 C．放电时，被还原 D．若放电时电路中流过电子，则有迁移至正极区 【答案】A 【分析】由总反应式可知，放电时为原电池反应，Mg化合价升高，被氧化，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+，Li1-xFePO4被还原，为原电池正极反应，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++e-=LiFePO4，充电是电能转化为化学能的过程，阳极反应和原电池正极相反，发生氧化反应，以此解答该题。 【详解】A．充电时，原电池的正极接充电电源的正极作为阳极，此时阳极反应和原电池正极相反，即电极反应为，故A正确； B．充电时，镁在阴极生成，应连接电源的负极，故B错误； C．放电时，Li1-xFePO4被还原生成LiFePO4，Li+没有发生还原反应，故C错误； D．放电时由于Li+导电膜的限制作用，Mg2+不能迁移至正极区，故D错误。 故选A。 题型08 化学电源-燃料电池与新型电池 一、燃料电池 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。 （1）酸性氢氧燃料电池 负极反应式：2H2 – 4e- = 4H+ 正极反应式：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O （2）碱性氢氧燃料电池 负极反应式：2H2 – 4e- + 4OH- = 2H2O 正极反应式：O2 + 4e- +2H2O= 4OH- 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 二、新型电池 例：熔融盐电池 比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极反应物，空气与CO2的混合气为正极反应物，制得在650 ℃下工作的燃料电池。高温下能传导CO32-，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变。 正极：O2＋2CO2＋4e－ ═ 2CO32－； 负极：2CO＋2CO32-－4e－ ═ 4CO2； 总反应：2CO＋O2 ═ 2CO2 【典例8】（22-23高二上·天津南开·期末）碳固体氧化物电池是一种高效、环境友好的燃料电池。电池工作时，物质的转化原理如图所示。下列说法正确的是 A．多孔电极a为负极 B．多孔电极b的反应：CO-2e-+O2-=CO2 C．整个装置的总反应：CO2+C=2CO D．该电池能将碳燃料产生的能量100%转化为电能 【答案】B 【分析】根据电子移动方向判断，电子流入的a为正极，电子流出的b为负极，氧气在正极上发生还原反应，O2+4e-=2O2-；CO在负极上发生氧化反应，CO-2e-+O2-=CO2，以此分析； 【详解】A．根据分析，a为正极，A错误； B．CO在b极发生氧化反应，则电极反应式为CO-2e-+O2-=CO2，B正确； C．根据分析，总反应式为2CO+O2=2CO2，C错误； D．总反应中产生的CO2一部分转化为CO参加反应，所以碳燃料无法100%转化为电能，D错误； 故答案为：B。 【变式8-1】（22-23高三上·天津·期末）氢燃料电池汽车由于具备五大优势：零排放、零污染、无噪音、补充燃料快、续航能力强，而备受关注。某氢燃料电池汽车的结构如图所示： 下列说法错误的是 A．电极A、B采用多孔电极材料的优点是能增大反应物接触面积 B．“电池”能将燃料电池产生的多余电能暂时储存起来 C．电极B的电极反应式为O2+4e−=2O2− D．质子通过电解质溶液向电极B迁移 【答案】C 【详解】A．多孔电极材料表面积大，吸附性强，能增大反应物接触面积，A正确； B．汽车行驶过程中，燃料电池产生的电能转化为动能，当汽车处于怠速等过程中，“电池”能将燃料电池产生的多余电能暂时储存起来，B正确； C．电解质溶液为酸性溶液，电极反应应为4H++O2+4e−=2H2O，C错误； D．电极B通入氧气，发生还原反应，为正极，质子即氢离子为阳离子，向原电池正极移动，D正确； 综上所述答案为C。 【变式8-2】（22-23高二上·天津南开·期末）2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂电池充电时阳极反应式为：。放电工作示意图如图。下列叙述不正确的是 A．放电时，电子由铝箔沿导线流向铜箔 B．放电时，通过隔膜移向正极 C．该电池充放电过程通过迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生变化 D．放电时正极反应为： 【答案】C 【分析】放电时为原电池，原电池中阳离子移向正极，根据锂离子的移向可知铜箔为正极，发生还原反应，铝箔为负极，发生氧化反应，充电时为电解池，铜箔上发生氧化反应为阳极，阳极电极反应式为：，铝箔发生还原反应为阴极，据此分析解答。 【详解】A．放电时为原电池，电子由负极铝箔流出，沿导线流向正极铜箔，故A正确； B．放电时为原电池，电解质溶液中阳离子向正极移动，则Li＋ 通过隔膜移向正极，故B正确； C．由于隔膜的作用，Li＋ 通过隔膜形成闭合回路，完成电池的充放电，电池的总反应为：xFePO4 +LixC6xLiFePO4+6C，其中Fe的化合价发生变化，C、P元素化合价不变，故C错误； D．原电池放电时，正极、负极反应式正好与阳极、阴极反应式相反，所以正极反应为： ，故D正确； 故选C。 【变式8-3】（21-22高二上·天津南开·期末）MFC-电芬顿技术通过产生羟基自由基处理有机污染物，可获得高效的废水净化效果，其原理示意图如图，下列说法错误的是 A．甲池中移动的方向从M室到N室 B．电子移动方向为a→Y，X→b C．乙池中的能量转化为化学能转化为电能 D．Y电极上得到双氧水的反应为 【答案】C 【详解】A．甲池为燃料电池，a电极燃料失去电子，为负极，H+由负极向正极运动，即从M室到N室移动，A项正确； B．甲为燃料电池，燃料失去电子，电子移动a→Y，X电极作阳极，失去电子，电子移动X→b，B项正确； C．甲池为燃料电池，乙池为电解池，能量转化为电能转化为化学能，C项错误； D．Y 为阴极，氧气得到电子，发生还原反应，电极方程式为：O2 + 2e– + 2H+ =H2O2，D项正确； 故答案选C。 题型09 电源使用与回收 化学电池的回收利用 废旧电池中常含有 重金属 、酸 和 碱 等物质，如果随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。因此，应当重视废旧电池的回收利用，既可以减少环境污染，又可以节约资源。 【典例9】（24-25高二上·天津河西·期末）镍氢电池广泛用于油电混动汽车。该电池材料的回收利用具有一定价值。某品牌镍氢电池的总反应为，其中为吸附了氢原子的储氢合金。 Ⅰ．该电池放电时的工作原理示意图如图所示： (1)基态镍原子的价层电子排布式为 ；镍位于周期表中 区，第四周期 族。 (2)混动车上坡时，利用电池放电给车提供能源。电极是 （填“正极”或“负极”）；正极反应式为 。 (3)混动车下坡时，利用动能给电池充电。 ①充电时阴极电极方程式为 。 ②此时电极附近的变化[忽略变化] （填“变大”“不变”或“变小”）。 Ⅱ．该品牌废旧镍氢电池回收过程中，镍元素的转化过程如图： (4)写出图步骤ⅰ和ⅱ的离子方程式： ⅰ. ；ⅱ. 。 (5)上图转化过程中所用硫酸和溶液通过电解溶液获得，装置如图： ①电极C为电解池的 极。 ②硫酸是从 池获得（填“甲”“乙”或“丙”）。 ③该电解池的阳极电极方程式为 。 (6)当电解池阴极收集到气体（标准状况下）时，理论上镍元素的转化过程中最多可回收得到的质量为 。 (7)金属镍在潮湿空气中表面易形成致密的氧化膜。为防止镍被氧化，在下边方框内设计一个电化学装置图保护镍 。 【答案】(1) Ⅷ (2) 负极 (3) 变大 (4) (5) 阳 甲 (6) (7) 【详解】（1）镍元素的原子序数为28，基态原子的价层电子排布式为，镍元素位于元素周期表第四周期Ⅷ族，处于元素周期表的d区； （2）由电子移动方向可知，电极A为原电池的负极，电极B为正极，NiOOH在正极得到电子发生还原反应生成氢氧化镍和氢氧根离子，电极反应式为； （3）①充电时，与直流电源负极相连的A电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成MH和氢氧根离子，电极方程式为； ②根据电极方程式可知，放电生成的氢氧根离子使电极A附近溶液的pH变大； （4）由图可知，步骤ⅰ发生的反应为Ni(OH)2与稀硫酸溶液中的氢离子反应生成镍离子和水，反应的离子方程式为，步骤ⅱ发生的反应为溶液中的镍离子与氢氧根离子反应生成氢氧化镍沉淀，反应的离子方程式为； （5）①由钠离子的移动方向可知，电极C为电解池的阳极； ②水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子和氧气，电极D为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，乙池中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，则在甲池中收集到硫酸； ③电极C为电解池的阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子和氧气，电极反应式为； （6）由得失电子数目守恒可知，标准状况下在阴极收集到11.2L氢气时，反应得到氢氧化钠的物质的量为×2=1mol，则镍元素的转化过程中最多可回收得到氢氧化镍的质量为1mol××93g/mol=46.5g； （7） 由图可知，电化学装置的电极之一为石墨电极，则为防止镍被氧化需要用外加电流的阴极保护法保护镍，与直流电源的负极相连的镍电极作阴极被保护，电化学装置图为。 【变式9-1】（24-25高二上·天津·期中）镍氢电池广泛用于油电混合动力汽车，该电池材料的回收利用也成为研究热点。 Ⅰ．某品牌镍氢电池的总反应为，其中，为吸附了氢原子的储氢合金。图为该电池放电时的工作原理示意图。 (1)混合动力车上坡时利用电池放电提供能源。 ①电极B是 填“正极”或“负极”。 ②正极的电极反应式为 。 (2)混合动力车下坡时利用动能回收给电池充电，结合化学用语说明此时电极附近的变化(忽略溶液体积变化)： 。 (3)已知：储氢能力=，若该电池储氢合金的储氢能力为1120，则10cm3储氢合金中的氢完全反应，转移的电子数为 mol。 Ⅱ．该品牌废旧镍氢电池回收过程中，金属镍的转化过程如图。转化过程中所用和溶液通过电解溶液获得，装置如图2。 (4)图中，电解池的阳极为 填“C”或“D”。 (5)结合化学用语，说明产生的反应池及其原理： 。 (6)回收该品牌废旧镍氢电池过程中，在阴极收集到气体标准状况下，理论上最多可回收得到摩尔质量为的质量为 。 【答案】(1) 正极 H2O+NiOOH+e-=Ni(OH)2+OH- (2)充电时M得电子生成MH，电极方程式为：H2O+M+e-=MH+OH-，此时电极A附近的氢氧根浓度增大，pH变大 (3)1 (4)C (5)电极C为该电解池的阳极，H2O在阳极失去电子生成O2，电极方程式为：2H2O-4e-= O2↑+4H+，生成H+，同时通过阴离子交换膜进入甲池，产生H2SO4； (6)27.9 【详解】（1）由电池中电子流向可知，电极A是负极，B为正极； 镍氢电池的总反应为，正极NiOOH得电子发生还原反应，电极方程式为：H2O+NiOOH+e-=Ni(OH)2+OH-。 （2）电池充电时A是阴极，由可知，充电时M得电子生成MH，电极方程式为：H2O+M+e-=MH+OH-，此时电极A附近的氢氧根浓度增大，pH变大； （3）由储氢能力=得出：1120==，=100 g/L，10cm3储氢合金中H2的质量为100×10-3L×10g/L=1g，转移电子的物质的量为； （4）电解池中阳离子向阴极移动，由Na+的流向可知，电极D为阴极，电极C为阳极； （5）电极C为该电解池的阳极，H2O在阳极失去电子生成O2，电极方程式为：2H2O-4e-= O2↑+4H+，生成H+，同时通过阴离子交换膜进入甲池，产生H2SO4； （6）电解过程中，H2O在阴极得到电子生成H2，电极方程式为：2H2O+2e-= H2↑+2OH-，在阴极收集到H2的体积为6.72L(标准状况下)，物质的量为，转移电子0.6mol，阳极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，生成0.6molH+，可以生成0.3molH2SO4，0.3molH2SO4与Ni反应得到0.3mol的NiSO4，最终得到0.3molNi(OH)2，质量为0.3mol×93g/mol=27.9g。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $