6.3 化学能与电能的转化 （同步讲义）化学苏教版必修第二册

专题6 化学反应与能量变化 第三单元 化学能与电能的转化 教学目标 1、 理解化学能与电能转化的本质关联，明确氧化还原反应是能量转化的核心依据，认识原电池是实现该转化的关键装置。 2、 掌握原电池的核心概念、工作原理：能准确描述电极反应（负极氧化、正极还原）、电子流向（负极→导线→正极）及离子迁移方向（阳离子向正极、阴离子向负极）。 3、 熟记原电池的四大构成条件：活动性不同的两个电极、电解质溶液（或熔融电解质）、闭合回路、自发进行的氧化还原反应。 4、 学会判断原电池的正负极，能书写简单原电池的电极反应式和总反应方程式，并了解原电池原理的实际应用（如加快反应速率、比较金属活动性、设计简易电池等）。 重点和难点 重点：原电池的构成条件：四大条件的逻辑关联及实际判断应用（如区分能否构成原电池的装置）。 难点：电极反应式的书写：尤其是电解质溶液中离子参与反应的情况（如不同电解质对正极反应的影响），需兼顾得失电子守恒、电荷守恒与原子守恒。 ◆知识点一 原电池的工作原理 1、实验探究 实验步骤 装置图 实验现象 原因解释 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡 Cu片：无变化 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 电流表A指针偏转 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 2．原电池的工作原理 (1)原电池的概念：将化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是氧化还原反应。 (2)工作原理：以Zn－H2SO4－Cu原电池为例 电极材料 锌 铜 电极名称 负极 正极 电极反应 Zn－2e－=Zn2＋ 2H＋＋2e－=H2↑ 反应类型 氧化反应 还原反应 外电路电子流向 由锌片（负极）沿导线流向铜片（正极） 内电路离子移向 溶液中H+向正极移动，在铜片上被还原为H2；溶液中SO向负极移动。 原电池总反应 Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ (3)能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到此电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，化学能转变为电能。 特别提醒 电子只能沿导线移动，离子只能在溶液中移动。 3、组成原电池的条件 (1)两个活泼性不同的电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属 (2)电解质溶液 (溶液或者熔融) (3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 (4)有自发进行的氧化还原反应 4、原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向 (1)外电路中电子的流向：负极——经导线——正极 (2)外电路中电流的流向：正极——经导线——负极 (3)内电路中离子的迁移：阴离子移向负极，阳离子移向正极 5、原电池中正负极的判断方法沿导线 (1)根据电极反应或总反应方程式来判断 作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极 作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极 (2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断 电子流出或电流流入的一极是负极；电子流入或电流流出的一极是正极 (3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断 阳离子向正极移动；阴离子向负极移动 (4)根据原电池的两电极材料来判断 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极 即学即练 1．化学电池的发明，是贮能和供能技术的巨大进步。某同学通过自制水果电池，探究影响电池效果的因素。 (1)下列装置中，能实现化学能转化为电能的是 。在柠檬电池中，柠檬的作用是 。 (2)锌做 极（填“正”或“负”），发生的电极反应方程式是 ，若转移了0.4mol电子，则消耗锌的质量是 g。 (3)为探究水果电池电流大小的影响因素，利用上述所选装置设计实验，得到的实验数据如下表所示： 序号 电极间距（cm） 插入深度（cm） 水果种类 电流（） ① 1.0 3.0 柠檬 122 ② 2.0 3.0 柠檬 80 ③ 2.0 1.5 柠檬 58 ④ 2.0 1.5 土豆 90 通过上述实验得出的结论是 （至少写2条）。 【答案】(1) A 传导离子、参与正极反应 (2)负 Zn-2e-=Zn2+ 13 (3)其他条件相同时，增大电极间距，电池电流越小；其他条件相同时，增大电极插入深度，电池电流越大（合理即可） 【详解】（1）A中Zn为负极、Cu为正极、水果充当电解质溶液，可实现化学能转化为电能，B中未形成闭合回路，不能实现化学能转化为电能，故选A。在柠檬电池中，柠檬酸中的氢离子在正极得电子生成氢气，所以柠檬的作用是传导离子、参与正极反应。 （2）Zn为负极，失去电子被氧化，电极方程式为Zn-2e-=Zn2+，转移2mol电子消耗1mol Zn，则转移0.4mol电子消耗0.2molZn，质量为13g。 （3）对比①和②：其他条件相同时，增大电极间距，电池电流越小；对比②和③：其他条件相同时，增大电极插入深度，电池电流越大；对比③和④：其他条件相同时，电解质种类改变可调控电流大小。 2．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下： 实验编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu 3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨 4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 偏向Mg 下列说法正确的是 A．实验1中电子由Mg电极经电解质溶液流向Al电极 B．实验2中电解质溶液中的移向Cu电极 C．实验3中铝作正极，电极反应式为 D．实验4中发生总反应式为 【答案】D 【详解】A．实验1中Mg金属性大于Al， Mg（负极）失去电子，电子经导线流向Al（正极），而非通过电解质溶液，A错误； B．实验2中Al金属性大于Cu，Al做原电池负极，Cu为正极，阴离子Cl⁻和电子运动方向相同，阴离子向负极（Al）移动，而非正极（Cu），B错误； C．实验3中石墨为正极，Al为负极，铝失电子生成，反应式为：，C错误； D．实验4中Al与NaOH溶液反应生成和H2，总反应式为：，D正确；故选D。 3．几位同学以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如下表所示： 实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/ 1 番茄 1 98.7 2 番茄 2 72.5 3 苹果 2 27.2 下列说法错误的是 A．该实验的目的是探究水果种类和电极间的距离对水果电池电流的影响 B．该实验所用装置中，负极的材料是铜片 C．编号是2和3的实验能表明水果种类对电流大小有影响 D．电极材料的横截面积、电极插入水果的深度均可能影响电池电流大小 【答案】B 【详解】A．实验1和2是探究电极间距离对水果电池电流的影响，实验2和3是探究水果种类对水果电池电流的影响，A正确； B．该装置为原电池装置，锌为负极，铜为正极，电解质溶液由水果提供，B错误； C．实验2和3中，水果种类改变，电流大小也改变，说明水果种类对电流大小有影响，C正确； D．电极材料的横截面积、电极插入水果的深度，可能是原电池电流大小的影响因素，D正确； 故选B。 ◆知识点二 原电池原理的应用 1、加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 2、比较金属活动性的强弱 (1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 (2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼 3、设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 (2)选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 4、制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 特别提醒 设计原电池的基本思路 1、原理：能自发进行的氧化还原反应。 2、电极：化合价升高的金属材料作负极，石墨或活泼性比负极弱的金属材料作正极。 3、电解质溶液：化合价降低的物质的水溶液作电解质溶液。 即学即练 1．近年来，随着可穿戴电子产品的普及，柔性固态锌-空气电池获得了广泛关注。该电池结构和其电压与电解质溶液浓度关系图如下，金属Zn电极发生反应生成。下列说法不正确的是 A．空气电极为该电池的正极 B．Zn表面发生的电极反应为 C．一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果 D．空气电极使用紧实致密的碳棒比疏松多孔的碳棒放电效果更好 【答案】D 【详解】A．据分析，该原电池中Zn作负极，空气电极作正极，故A正确； B．据分析，金属锌为电池负极发生氧化反应：，故B正确； C．由图可知，在一定范围内随着KOH溶液浓度的增大，电池的电压增大，因此一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果，故C正确； D．空气电极疏松多孔可以增大电极与空气的接触面积更有利于氧气得电子，因此疏松多孔的碳棒放电效果更好，故D错误；故答案为：D。 2．二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池装置示意图如图所示，溶液为酸性环境，质子交换膜只允许通过。 下列说法错误的是 A．电池工作时，由极移向极 B．总反应方程式为 C．a极反应式为 D．该装置具有制硫酸、发电、环保三位一体的功能 【答案】C 【详解】A．由分析，电极a为负极，b为正极，氢离子由负极移向正极，即由极移向极，A正确； B．负极电极反应为：； 正极电极反应为：；总反应式为，B正确； C．电极a为负极，电极反应为：，C错误； D．该装置二氧化硫反应生成硫酸同时产生电能，具有制硫酸、发电、环保三位一体的功能，D正确； 故答案为：C。 3．甲醇是一种清洁能源，某氧气燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极B处的电极反应式为 B．电子移动方向：电极B→用电器→电极A→电解质溶液→电极B C．放电过程中，当电极B处有参与反应时，电极A处消耗的体积为3.36L D．电池工作一段时间后，电解质溶液中的物质的量减少 【答案】D 【详解】A．在碱性条件下，甲醇在电极B（负极）失电子后的产物不是和，因为在碱性溶液中不能大量存在，电极反应式应为，A错误； B．电子只能在电极和导线中移动，不能在电解质溶液中移动，电子移动方向为：电极B→用电器→电极A，B错误； C．没有指明所处的状态是否为标准状况，无法根据物质的量计算的体积，C错误； D．该燃料电池的总反应为，从总反应可以看出，反应过程中消耗了，所以电池工作一段时间后，电解质溶液中的物质的量减少，D正确；综上，答案是D。 ◆知识点三 钢铁的电化学腐蚀原理及应用 1、钢铁的电化学腐蚀原理 (1)电解质溶液：在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一薄层水膜，水膜里含有少量H+、OH-和O2等。 (2)电极：钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的原电池，其中，负极为Fe，正极为碳。 (3)电极反应式： ①负极Fe-2e-=Fe2+，②正极O2+2H2O+4e-=4OH-。 (4)铁锈的形成： ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ③Fe(OH)3脱水：铁锈主要成分Fe2O3·xH2O。 2、电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触，发生原电池反应，较活泼金属失去电子而被氧化。 即学即练 1．某化学兴趣小组探究金属电化学腐蚀，实验如下(已知遇产生蓝色沉淀)： 序号 ① ② 实验 5min时现象 铁钉表面及周边未见明显变化 铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化 25min时现象 铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域 铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化 下列说法正确的是 A．对比实验①②现象，加入锌片加快了铁钉的腐蚀 B．实验①的现象说明溶液与反应生成了 C．若将溶液换成酸性溶液，推测实验①紫色变浅，实验②紫色不变 D．若将片换成片，推测片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色 【答案】D 【详解】A．由分析，加入锌片降低了铁钉的腐蚀，A错误； B．由分析，不能说明与Fe 反应生成了Fe2+，B错误； C．酸性高锰酸钾会和氯离子发生氧化还原反应使得溶液褪色，C错误； D．若将片换成片，则实验中铁为负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，铁钉周边会出现蓝色；铜为正极，据分析可知，有OH-生成溶液显碱性，铜片周边会出现红色，D正确；故选D。 2．钢铁在海水中的电化学腐蚀原理示意图如图。下列说法正确的是 A．铁为电池负极，X离子为 B．正极电极反应式为： C．电子由铁流向碳，再经海水流向铁 D．钢铁的腐蚀速率：在河水中在海水中 【答案】B 【详解】A．Fe失电子转化为，即X离子为，故A错误； B．溶液中的氧气在正极得电子生成，电极反应为：，故B正确； C．电子不能进入溶液中，故C错误； D．海水中的离子浓度大于河水，海水的导电能力强于河水，则钢铁在海水中腐蚀速率更快，故D错误； 故选：B。 3．文物是一个国家文化的延续和承载，下列文物在潮湿空气中易发生电化学腐蚀的是 A．战国铁足铜鼎 B．西汉白玉璧 C．五代石质浮雕 D．元青花瓷盖罐 【答案】A 【详解】A．铁和铜在潮湿空气中能形成原电池，易发生电化学腐蚀，A正确； B．西汉白玉璧主要成分为硅酸盐，在潮湿空气中不易发生电化学腐蚀，B错误； C．五代石质浮雕主要成分为碳酸盐，在潮湿空气中不易发生电化学腐蚀，C错误； D．元青花瓷盖罐主要成分为硅酸盐，在潮湿空气中不易发生电化学腐蚀，D错误；故选A。 ◆知识点四 化学电源 1、化学电源的概念：将化学能转化为电能的装置 2、化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 (1)一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池 ①酸性锌锰干电池 结构 酸性锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 总反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 缺陷 酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀 改进措施 a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池 b.将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池 ②碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 ③锌银电池 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 (2)二次电池：充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等 ①铅蓄电池 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 负极 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 ②镍镉电池 结构 以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质 电极反应 总反应 Cd +2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 负极 Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2 正极 2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－ 特点 寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境 ③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池 即学即练 1．普通锌锰电池的构造示意图如下。电池放电时发生的主要反应为：。下列说法正确的是 A．石墨棒作负极 B．发生氧化反应 C．失电子生成 D．电池工作时，电子由石墨棒通过导线流向锌筒 【答案】B 【详解】A．根据分析，石墨棒作正极，A错误； B．失电子发生氧化反应，B正确； C．得电子发生还原反应生成，C错误； D．电池工作时，电子由负极通过导线流向正极，即由锌筒通过导线流向石墨棒，D错误；答案选B。 2．碱性锌锰电池的总反应为，构造示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电池工作时，正极发生反应为 B．电池工作时，向负极移动 C．去掉隔膜可提高电池工作效率 D．该电池属于一次电池 【答案】C 【详解】A．根据分析可知，电池工作时，正极发生反应为，A正确； B．根据分析可知，电池工作时，向负极移动，B正确； C．根据分析可知，去掉隔膜Zn直接与碱反应，降低电池工作效率，C错误； D．该电池不可充电，属于一次电池，D正确；故选C。 3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电子由锌经电流表流向铜，再由铜经电解质溶液流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 【答案】B 【详解】A．铜锌原电池中，锌是负极，铜是正极，电子是从负极经导线流经正极，但是电子不会经过电解质溶液，故A错误； B．正极为氧化银得电子发生还原反应，电解质溶液为氢氧化钾，所以正极的极反应为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，故B正确； C．锌锰干电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，故C错误； D．铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为，故D错误；答案选B。 一、原电池电极反应式的书写方法 1、遵循三个守恒 (1)得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子 元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子 (2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 (3)原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等 2、书写方法 (1)直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失 注：负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中 (2)用差值法写电极反应方程式：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式 复杂电极反应式===总反应式—简单的电极反应式 (3)原电池电极反应的书写技巧 (三步法) 以“甲醇——氧气——KOH溶液”为例 得失电子守恒 负极反应 CH3OH—6e—— CO 3 2— CH3OH变成CO 3 2—失去6个电子 正极反应 O2 + 4e—— O2到底是变成了OH—还是H2O，但一定是得到4个电子 电荷守恒 电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 负极反应 CH3OH—6e- +8OH—— CO 3 2— 左边电荷数为+6，右边电荷数为—2，因此左边配8个OH—才能满足电荷守恒 正极反应 O2 + 4e- + —4OH— 左边电荷数为—4，右边电荷数为0，因此右边配4个OH—才能满足电荷守恒 原子守恒 电极反应两边同种原子的原子个数相等 负极反应 CH3OH—6e- +8OH— ===CO 3 2—+6 H2O 负极电荷已经守恒，但原子不守恒，因此右边配6 H2O 正极反应 O2 + 4e- +2 H2O===4OH— 正极电荷已经守恒，但原子不守恒，因此左边配2H2O 规律 若为酸性介质，先补H+，另一边补H2O；若为碱性介质，先补OH—，另一边补H2O 注意：①该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程式 ②碱性溶液反应物、生成物中均无H+，酸性溶液反应物、生成物中均无OH-，中性溶液反应物中无H+ 和OH-— ③水溶液中不能出现O2— ④有机物中化合价处理方法：“氧—2，氢+1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，碱性环境下，C元素最终产物应为CO 3 2— 燃料电池的构成 燃料电池装置示意图 燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况：①稀硫酸②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 实践应用 1．乙醇()是生活中常见的物质，用途广泛，其合成方法和性质也具有研究价值。乙醇燃料电池具有很多优点，从而引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池： (1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为 。 (2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应为 。 (3)当酸性乙醇燃料电池工作一段时间后，若忽略溶液体积的变化，电极区域的会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。已知溶液的与相关，越大，溶液越小。结合化学用语解释说明 。 (4)熔融盐乙醇燃料电池中，电极上发生的电极反应为 。 【答案】(1)O2 (2) (3)减小 电极a的反应为，该反应生成了大量H+，导致增大，溶液pH减小 (4) 【详解】（1）由分析可知，三种乙醇燃料电池中正极反应物均为O2； （2）由分析可知，碱性乙醇燃料电池中，电极a为负极，发生的电极反应为：； （3）由分析可知，酸性乙醇燃料电池中，电极a的反应为：，即生成，电极区域酸性增强，则工作一段时间后，若忽略溶液体积的变化，该区域的pH会减小。溶液的与相关，越大，溶液越小。结合化学用语解释说明：电极a的反应为，该反应生成了大量H+，导致增大，溶液pH减小； （4）由分析可知，熔融盐乙醇燃料电池中，电极b为正极，发生的电极反应为：。 2．新型锂-空气电池具有能量大、密度高的优点，具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示，其中固体电解质只允许Li+通过。下列说法正确的是 A．放电时，Li+通过固体电解质向金属锂电极移动 B．当外电路转移1mol电子，理论上石墨烯电极消耗标准状况下5.6L O2 C．该电池工作时，金属锂作为正极被氧化 D．有机电解液可以用水性电解液代替 【答案】B 【详解】A．由分析可知，放电时，金属锂为负极，石墨烯为正极，阳离子(Li+)向正极移动，即Li+应通过固体电解质向石墨烯电极移动，而非向金属锂电极移动，A错误； B．由分析可知，正极(石墨烯)反应为O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-，转移4 mol电子消耗1 mol O2，转移1 mol电子时消耗O2 0.25 mol，标准状况下体积为0.25 mol×22.4 L/mol=5.6 L，B正确； C．由分析可知，金属锂为活泼金属，在电池中作负极，失去电子被氧化，C错误； D．金属锂能与水反应生成LiOH和H2，有机电解液若用水性电解液代替，锂会与水反应，D错误；故选B。 3．一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 (1)锌是该电池的 (填“正”或“负”)极。Cu片上发生的电极反应为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象为 。 (2)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请你利用反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋设计一个化学电池，并回答下列问题： ①该电池的正极材料是 ，负极材料是 ，电解质溶液是 溶液(填化学式)。 ②在外电路中，电流方向是从 极到 极。(填“正”或“负”)； (3)下列反应通过原电池装置，不能实现把化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 a．CH4+2O2=CO2+2H2O                 b．H2+Cl2=2HCl c．NaOH+HCl=NaCl+H2O                d．C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 【答案】(1)负 2H+ +2e-=H2↑ 电流表指针发生偏转 (2) Ag Cu AgNO3 正 负 (3)c 【详解】（1）该装置由Zn、Cu和稀H2SO4组成，Zn比Cu活泼，因此Zn会失去电子，作为负极，Zn失去电子，发生氧化反应：；Cu作为正极，H+在Cu表面得电子生成H2，发生还原反应：，电流表指针偏转，这表明化学能已转化为电能。 （2）①根据反应方程式：Cu+2Ag＋=2Ag+Cu2＋，Cu失去电子，发生氧化反应：，因此，Cu是负极，Ag+在正极得电子，发生还原反应：，正极需要一个比Cu不活泼的导体，如Ag、Pt、C等。电解质溶液需提供Ag+，故可选用AgNO3溶液。 ②在外电路中，电流方向是从正极流向负极。 （3）原电池的核心是自发的氧化还原反应。 a． ：甲烷燃烧是自发的氧化还原反应，可以设计成燃料电池； b． ：氢气与氯气反应是自发的氧化还原反应，可以设计成原电池； c． ：酸碱中和反应是非氧化还原反应，无法设计成原电池； d． ：葡萄糖氧化是自发的氧化还原反应，可以设计成生物燃料电池； 显然，只有c项是非氧化还原反应，无法将化学能直接转化为电能，故选c。 考点一 原电池的工作原理 【例1】某小组同学利用原电池装置探究物质的性质。 资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大。 (1)同学们利用下表中装置进行实验并记录。 装置 编号 电极A 溶液B 操作及现象 Ⅰ Fe 的 连接装置后，石墨表面产生无色气泡：电压表指针偏转 Ⅱ Cu 的 连接装置后，石墨表面无明显现象：电压表指针偏转，记录读数为a ①同学们认为实验Ⅰ中石墨电极上应该有氢气产生，其电极反应式是 。 ②实验Ⅱ中，甲同学认为石墨电极上不会有氢气产生，其理论判断依据是 ；乙同学认为实验Ⅱ中石墨电极上附着的氧气得电子，其电极反应式是 。 (2)同学们仍用上述装置并用和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响氧化性的因素。 编号 溶液B 操作及现象 Ⅲ 经煮沸的的 溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为 Ⅳ 的 在石墨一侧缓慢通入并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为；取出电极，向溶液中加入数滴浓溶液混合后，插入电极，保持通入，电压表读数仍为 Ⅴ 的NaOH 在石墨一侧缓慢通入并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为 ①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：，请解释原因是 。 ②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究 对氧化性的影响。 ③实验Ⅳ中加入溶液的目的是 。 ④ⅰ．为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，其设计意图是 。 ⅱ．重复实验时，记录电压表读数依次为、且，由此得出的结论是 。 资料卡片：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。两端溶液中的离子无法进入盐桥中。 【答案】(1) 在金属活动性顺序中，在后，不能置换出 (2)浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大 溶液的酸碱性 排除溶液中的(或)对实验的可能干扰 排除在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响 溶液酸性越强，的氧化性越强(介质或环境的影响物质的氧化性) 【详解】（1）①Ⅰ中电极A为Fe，溶液B为pH=2的溶液，则铁为负极，石墨电极为正极，正极反应式为：2H++2e-=H2↑； ②铜与氢离子不能发生自发的氧化还原反应，则实验Ⅱ中，甲同学认为石墨电极上不会有氢气产生，其理论判断依据是：在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H2；乙同学认为实验Ⅱ中石墨电极上附着的氧气得电子，即氧气在酸性环境下被还原生成水，其电极反应式是：O2+4H++4e-=2H2O； （2）①实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电解质溶液相同，正极反应物氧气的浓度不同，导致电压表读数不同，结合信息“正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大”可知，丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：，原因是：浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大； ②实验Ⅳ、Ⅴ是溶液的酸碱性不同，观察记录电压表读数，则丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究溶液的酸碱性对氧化性的影响； ③实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液前后电压表读数相同，说明溶液中的Na+（或）对实验结果无影响，则实验Ⅳ中加入溶液的目的是排除溶液中的Na+（或）对实验的可能干扰； ④ⅰ．为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，原图中Cu直接与酸碱性不同的溶液接触，而该图中用盐桥将Cu与酸碱性不同的溶液隔开，两端溶液中的离子无法进入盐桥中，避免了Cu直接与酸碱性不同的溶液接触，则该图的设计意图是：排除Cu在酸碱性不同的溶液中，其还原性不同对该实验结果的影响； ⅱ．重复实验时，记录电压表读数依次为c′、d′且c′＞d′，根据“正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大”，由此得出的结论是：溶液酸性越强，O2的氧化性越强(介质或环境的影响物质的氧化性)。 解题要点 1、原电池的工作原理 2、判断原电池的方法 一看本质：原电池反应是自发进行的氧化还原反应。 二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般都是惰性电极)。 三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。 四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。 3、原电池正、负极的判断方法 【变式1-1】某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b用导线连接时，铁片上发生还原反应，溶液中向铜电极移动 【答案】D 【详解】A．a和b不连接时，由于金属活动性Fe＞Cu，所以在铁片上会发生反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，在铁片上有金属铜析出，A正确； B．a和b用导线连接时，形成了原电池，Cu作原电池的正极，在铜片上发生的反应为：Cu2++2e-=Cu，B正确； C．无论a和b是否连接，Fe都会失去电子，变为Fe2+，而Cu2+会得到电子变为Cu，所以铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色，C正确； D．a和b用导线连接后，铁作负极，铁片上发生氧化反应，原电池中阴离子向负极移动，故溶液中向铁电极移动，D错误；故选D。 【变式1-2】某化学兴趣小组以相同大小的片和片为电极研究水果种类和电极间距离对水果电池电流的影响，所得的实验数据如下表所示： 实验编号 水果种类 电极间距离/ 电流/ 1 番茄 1 98.7 2 番茄 ____ 72.5 3 苹果 2 27.2 下列说法不正确的是 A．实验2中“电极间距离”应调整为 B．能表明水果种类对电流有影响的实验编号为2和3 C．实验中的水果起到了离子导体（如电解质溶液）的作用 D．实验所用装置中，片作负极，该装置将电能转化为化学能 【答案】D 【详解】A．实验2和实验3水果种类不同，电极间距离应相同，故电极间距离应为2cm，A正确； B．实验2（番茄，2cm）和3（苹果，2cm）电极间距相同，仅水果种类不同，可验证水果种类对电流的影响，B正确； C．水果中的酸性物质和电解质溶液提供离子导电环境，C正确； D．Zn为负极，但原电池将化学能转化为电能，而非电能转化学能，D错误；答案选D。 考点二 原电池原理的应用 【例2】铅蓄电池是常见的二次电池，其工作原理如图所示。 放电时总反应为：。 (1)写出放电时正极的电极反应式： 。 (2)铅蓄电池放电时一段时间，当转移0.2mol电子时，负极质量将增大 g。 (3)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为。 已知：①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 ②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。 比较Mg、Al、Zn三种金属一空气电池，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为 ，该电池正极的电极反应式为 ，若为Mg-空气电池，为防止负极区沉积，宜采用 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。 【答案】(1) (2)9.6 (3) 阳离子 【详解】（1）正极为二氧化铅得到电子结合硫酸根离子生成硫酸铅，正极的电极反应式为； （2）负极电极反应式为Pb-2e-+=PbSO4，铅蓄电池放电时一段时间，当转移0.2mol电子时，根据Pb～2e-～PbSO4，负极质量增大的为硫酸根的质量，故负极增大的质量为96g/mol×0.1mol=9.6g； （3）假设三种金属质量都是1g时，这三种金属转移电子物质的量分别为：Mg：、Al：，Zn：，所以则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为：Al>Mg>Zn；根据电池的总反应可知，正极上氧气得电子和水反应生成OH−，电极反应为；负极上Mg失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则正极区生成的OH−不能向负极移动，故为阳离子交换膜，故答案为：；；阳离子。 解题要点 1、原电池反应的分析方法 原电池的分析一般采取以下步骤： (1)确定装置中发生的氧化还原反应，并写出化学方程式。如果有多个反应发生，则选择最容易进行的那个反应为电池反应。 (2)将化学方程式改写成离子方程式。 (3)分析氧化还原反应的电子得失数目，并改写成电极反应式。 2、设计原电池的具体方法 (1)将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应：氧化反应和还原反应。 (2)选择电极材料和电解质溶液：要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。 ①电极材料的选择：一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。 ②电解质溶液的选择：电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。 (3)按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。 【变式2-1】纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池的薄层纸片两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应为： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH)。下列有关说法错误的是 A．MnO2作正极，发生还原反应 B．工作时，电流由MnO2沿外电路流向Zn再通过内电路流回MnO2 C．MnO2作正极材料，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH- D．外电路每转移2 mol电子，负极材料质量减小65 g 【答案】D 【详解】A．由上述分析可知A正确； B．原电池中，电流从正极流出沿外电路流向负极，再通过内电路流回正极，B正确； C．由上述分析可知MnO2作正极，并得到电子发生还原反应生成MnO(OH)，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH-，C正确； D．依题可知负极的电极反应为Zn-2e-+2OH-= Zn(OH)2，故外电路每转移2mol电子，负极增加2mol OH-，故负极材料质量增加34g，D错误；故答案选D。 【变式2-2】近日，国内某知名能源企业宣布实现钠离子电池产业化，钠离子电池充放电过程是在正负极间的镶嵌与脱嵌。其工作原理为，如图是电池放电时的工作示意图。下列说法正确的是 A．放电时，X极为正极 B．放电时，X极反应式为 C．放电时，向X极移动 D．放电时，每转移1mol电子，两极质量差值变化23g 【答案】B 【详解】A．由图中可以看出放电时电子由X极经由外电路向Y极移动，则X为负极，Y为正极，A错误； B．放电时，X为负极发生氧化反应，失去电子，电极反应式为，B正确； C．放电时移向正极，即向Y极移动，C错误； D．电路中转移1mol电子，则负极脱嵌1mol，质量减轻23g，电解质溶液中有1mol迁移到正极，则正极增重23g，两极质量差值变化46g，D错误； 故选B。 考点三 原电池正负极的判断 【例3】2022年12月4日神舟十四号载人飞船成功返回地面，圆满完成飞行任务。载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义。 (1)氢氧燃料电池(如图所示)反应生成的水可作为航天员的饮用水，由图示的电子转移方向判断Y气体是 ，向 (填“正”或“负”)极作定向移动，负极的电极反应式为 。 (2)我国“神舟”飞船的电源系统有太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池等。 ①飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板的能量转化形式是： ②镉镍蓄电池的工作原理为：。当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池为飞船供电，此时在正极反应的物质是 ，负极附近溶液的碱性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。 ③应急电池在紧急状况下会自动启动，工作原理为，工作时，当消耗32.5gZn时，理论上外电路转移的电子数目为 。 【答案】(1) O2 或氧气 负 (2)太阳能转化为电能 NiOOH 减弱 NA 【详解】（1）Y气体反应过程得到电子，可知Y气体为氧气；原电池内部OH-向负极移动；负极反应为；故答案为：O2或氧气；负； ； （2）太阳能电池将太阳能转化为电能；原电池正极还原反应，负极氧化反应，正极反应的物质是NiOOH；负极反应为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，氢氧根浓度减小，碱性减弱；32.5gZn的物质的量为0.5mol，根据反应可知1molZn转移电子数为2NA，则0.5molZn转移电子数为NA；故答案为：太阳或光；NiOOH；减弱；NA。 【变式3-1】回答下列问题： (1)键能是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需能量的大小来衡量。从断键和成键的角度分析反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)中能量的变化，化学键的键能如表所示： 化学键 H—H O=O H—O 键能(kJ•mol-1) 436 496 463 则生成1molH2O(g)可以 (填“放出”或“吸收”) kJ热量。 (2)有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 实验装置 甲 乙 丙 丁 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 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 根据实验现象回答下列问题： ①装置甲中正极的电极反应式为 。 ②装置丙溶液中的阴离子移向 (填“c”或“d”)极。 ③四种金属活动性由强到弱的顺序是 。 (3)为减少汽车尾气的污染，逐步向着新能源汽车发展。肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，工作原理如图所示。 ①该燃料电池中正极通入的物质是 。 ②负极发生的反应式为 。 ③当电池工作时通过电路对外提供了1mol电子，计算标准状况下负极生成气体的体积 。 【答案】(1)放出 242 (2)Cu2++2e-=Cu d d>a>b>c (3)空气 5.6L 【详解】（1）根据反应热ΔH的计算公式：ΔH=反应物总键能−生成物总键能，，生成1 molH2O(g)时，放出热量为：。 （2）①装置甲：a极质量减小，说明a极是负极，发生氧化反应： b极质量增加，说明b极是正极，发生还原反应： 。 ②在装置丙中，d是负极，c是正极。原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。因此，阴离子应移向d极。 ③装置甲：a极质量减小，说明a极是负极，发生氧化反应： b极质量增加，说明b极是正极，发生还原反应： 结论：a > b。装置乙：b极有气体产生，说明b极与稀硫酸反应，c极无变化，说明c极未参与反应，结论：b > c。装置丙：d极溶解，说明d极是负极，发生氧化反应：c极有气体产生，说明c极是正极，结论：d > c。装置丁：电流从a极流向d极，说明a是正极，d是负极。负极d更活泼，发生氧化反应，结论：d > a。综上，活动性顺序为：d > a > b > c。 （3）分析：a电极通入N2H4，生成N2，说明N2H4被氧化，因此a电极为负极；b电极通入空气，发生还原反应，因此b电极为正极。 ①在燃料电池中，正极通常通入氧化剂，负极通入燃料（如N2H4）。根据图示，b电极通入的是空气，因此正极通入的物质是空气。 ②负极上N2H4被氧化为N2，N的化合价从-2升高到0，每个N2H4分子失去4个电子。负极反应式为：。 ③根据负极反应式，每转移4 mol电子，生成1 mol N2。当转移1 mol电子时，生成的N2物质的量为：，在标准状况下，气体体积为：。 【变式3-2】氨价格低廉，运输和储存方便，因此作为燃料电池具有很大的发展潜力。一种新型燃料电池构造示意图如图所示，关于该电池的说法错误的是 A．NH3在电极a上发生氧化反应 B．通入的电极b为电池的正极 C．介质中OHˉ向电极a移动 D．转移电子时消耗和物质的量之比为 【答案】D 【详解】A．NH3为燃料，在燃料电池中燃料在负极a发生氧化反应，A正确； B．O2为氧化剂，在燃料电池中氧化剂在正极b发生还原反应，B正确； C．原电池中阴离子向负极移动，电极a为负极，OH-为阴离子，故介质中OH-向电极a移动，C正确； D．负极反应（碱性条件）：2NH3 + 6OH- - 6e-= N2 + 6H2O，1 mol NH3转移3 mol电子；正极反应：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-，1 mol O2转移4 mol电子。转移1 mol电子时，消耗NH3的物质的量为1/3 mol，消耗O2的物质的量为1/4 mol，二者物质的量之比为(1/3):(1/4)=4:3，而非3:4，D错误；答案选D。 考点四 常见的化学电源 【例4】四种化学电池的装置构造如图所示。当电池放电时，下列说法正确的是 A．纽扣式银锌电池中锌粉为正极，发生还原反应 B．锌锰干电池中外电路电子由锌筒经导线流向石墨棒 C．铅酸蓄电池中电解质溶液的逐渐减小 D．氢氧燃料电池中外电路每转移，有在正极参与反应 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．纽扣式银锌电池中锌粉为负极，发生氧化反应，A错误； B．锌锰干电池中外电路电子由锌筒（负极）经导线流向石墨棒（正极），B正确； C．，由方程式可知，铅酸蓄电池放电时，要消耗硫酸，电解质溶液的逐渐增大，C错误； D．氢氧燃料电池正极电极反应为：，外电路每转移，有在正极参与反应，但条件未注明标准状况，所以无法求参与反应的体积，D错误；故答案选B。 【变式4-1】关于下列四个装置说法错误的是 装置Ⅰ 装置Ⅱ 装置Ⅲ 装置Ⅳ A．装置Ⅰ：铜电极质量增加 B．装置Ⅱ：锌筒作负极，发生氧化反应 C．装置Ⅲ：放电时，正极的电极反应式为 D．装置Ⅳ：内电路中电子由b极移向a极 【答案】D 【详解】A．铜、锌、硫酸铜溶液构成原电池，锌的活泼性大于铜，锌是负极、铜是正极，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，铜电极质量增加，故A正确； B．普通锌锰电池，锌筒失电子作负极，发生氧化反应，故B正确； C．铅蓄电池，放电时，PbO2是正极，正极的电极反应式为，故C正确； D．装置Ⅳ是氢氧燃料电池，a是负极、b是正极，电子不能进入溶液，内电路中通过离子定向移动导电，故D错误；选D。 【变式4-2】回答下列问题。 (1)氢氧燃料电池汽车作为北京冬奥会的交通工具之一，下列有关说法不正确的是___________(填选项字母)。 A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 (2)以KOH为介质的甲烷燃料电池中的负极电极反应式为 。 Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb电池装置如图，根据图示信息回答下列问题： (3)电池工作过程中，正极反应式为 。 (4)上图中若有6.5g锌溶解，有 mol SO通过离子交换膜， 边ZnSO4浓度增大(填“左”或者“右”)。 【答案】(1)C (2)CH4-8e-+10OH-=CO+7H2O (3)PbSO4+2e-=Pb+SO (4) 0.1 左 【详解】（1）A．太阳能催化分解水制氢气将太阳能直接转化为化学能，节省能源，故A正确； B．氢氧燃料电池产物无污染，能有效保护环境，故B正确； C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为：H2-2e-=4H+，H2-2e-+2OH-=2H2O，不相同，故C错误； D．分别以稀硫酸、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式都为2H2+O2=2H2O，所以总的电极反应式相同，故D正确； 故答案为：C； （2）电池的电池反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，溶液由碱溶液变成盐溶液，燃料在负极上失电子发生氧化反应，甲烷失去电子在碱性介质下生成碳酸根离子，所以电极反应式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O； （3）该装置为原电池，负极是Zn失电子生成锌离子，正极是硫酸铅得电子生成Pb和硫酸根离子，正极反应式为PbSO4+2e-=Pb+； （4）若有6.5g锌即物质的量为溶解，由Zn-2e-=Zn2+，根据电荷守恒，有0.1mol通过离子交换膜，左边锌为负极失电子发生氧化反应，反应为：Zn-2e-=Zn2+，右边Pb为正极得电子发生还原反应，反应为PbSO4+2e-=Pb+，从右正极向左负极迁移，所以左边ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变。 考点五 燃料电池和电极反应式的书写 【例5】如图为甲醇燃料电池的工作原理示意图，下列有关说法正确的是 A．该燃料电池工作过程中电流方向从a极流向b极 B．该燃料电池工作时电路中通过1mol电子时，消耗的的体积为5.6L C．电极的反应式为 D．该燃料电池工作时由极室向极室移动 【答案】CD 【详解】A．该燃料电池工作过程中，a是负极、b是正极，电流方向从b极流向a极，故A错误； B．正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，该燃料电池工作时电路中通过1mol电子时，消耗0.25mol，没有明确是否为标准状况，体积为不一定为5.6L，故B错误； C．电极，甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极的反应式为，故C正确； D．该燃料电池工作过程中，a是负极、b是正极，该燃料电池工作时由极室向极室移动，故D正确； 选CD。 解题要点 1、原电池电极反应式书写要点 (1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 (2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。 (3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 2、电极反应式的书写方法 (1)负极反应式的书写 先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 (2)正极反应式的书写 ①首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。 ②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 【变式5-1】下列反应的离子方程式或电极反应式书写正确的是 A．反萃取时向碘的CCl4溶液中加入浓NaOH溶液： B．用Na2CO3溶液吸收工业尾气中的氮氧化物： C．“海水提镁”中用石灰乳沉镁： D．氢氧燃料电池（碱性电解质）负极反应式： 【答案】B 【详解】A．碘与浓NaOH溶液在反萃取时发生歧化反应，产物应为和，故A错误； B．NO、与反应生成和，离子方程式，符合原子守恒、电荷守恒等，故B正确； C．石灰乳中主要以浊液形式存在，不能拆写成离子，正确离子方程式应为，故C错误； D．氢氧燃料电池（碱性电解质）负极是失电子，反应式为，故D错误；故选B。 【变式5-2】氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，如图所示为碱性氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀有一层细小的铂粉(铂吸附气体的能力强，性质稳定)。下列说法错误的是 A．氢氧燃料电池能量转化的主要形式是化学能转化为电能 B．在导线中电子流动的方向：由a到b C．负极电极反应式为 D．电极表面镀铂粉可提高能量转化效率 【答案】C 【详解】A.  燃料电池是将化学能转化为电能的装置，故A正确； B.  原电池中电子由负极经导线流向正极，故B正确； C.  负极氢气失电子生成水，电极反应式为，故C错误； D.  根据题目信息“铂吸附气体的能力强”，因此电极表面镀铂粉可加快电极反应速率，提高能量转化效率，故D正确；选C。 基础达标 1．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是 A．电表的指针会向右侧偏斜 B．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 C．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y D．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe 【答案】C 【详解】A．电表指针的偏转方向取决于电流的方向，电流方向与电子流向相反，电子从X流向Y，则电流从Y流向X，但不知电表的正负接线柱与X、Y极的连接方式，无法确定电表向哪一侧偏斜，A不正确； B．X极为负极，金属失电子发生氧化反应，Y极上溶液中的离子得电子发生还原反应，B不正确； C．若两电极都是金属，由于X极为负极，Y极为正极，则它们的活动性顺序为X>Y，C正确； D．若两电极分别为Fe和碳棒，由于X极为负极，Y极为正极，则X为Fe，Y为碳棒，D不正确；故选C。 2．有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为：C2++2e-→C、B-2e-→B2+，则A、B、C、D金属性由强到弱的顺序为 A．A>B>C>D B．A>B>D>C C．D>C>A>B D．D>A>B>C 【答案】D 【详解】A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B，故金属性A＞B；A、D组成原电池时，A为正极，故金属性D＞A；B与C构成原电池时，B被氧化，故金属性B＞C，综上，A、B、C、D四种金属的活泼性强弱顺序为：D＞A＞B＞C，故答案为D。 3．人类的衣食住行、社会生产都与能量息息相关。下列有关能量转化叙述错误的是 A B C D A．电灯照明：将电能转化为光能 B．手机充电：将化学能转化为电能 C．风车发电：将风能转化为电能 D．木柴燃烧：将化学能转化为热能 【答案】B 【详解】A．电灯照明是将电能转化为光能，A正确； B．充电是将电能转化为电池中的化学能，B错误； C．风力发电利用风能转化为电能，C正确； D．物质燃烧是利用燃烧时发生的化学反应中的化学能转化为热能，D正确；故选B。 4．如图所示，锌片和铜片紧贴着稀硫酸浸湿的滤纸。下列说法不正确的是 A．该装置中锌片作负极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．电流由锌片经外电路流向铜片 D．电池总反应方程式： 【答案】C 【详解】A．锌的金属活动性强于铜，在原电池中活泼金属作负极，锌片发生氧化反应，A正确； B．该装置为原电池，能将化学能转化为电能，电流表指针偏转可证明有电流产生，B正确； C．电流方向与电子流向相反，电子从负极（锌片）经外电路流向正极（铜片），则电流应由铜片经外电路流向锌片，C错误； D．电池总反应为锌与稀硫酸的置换反应，方程式为，D正确；故答案选C。 5．如图为铜锌原电池，下列说法正确的是 A．锌片发生氧化反应 B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色 C．电子由铜片通过导线流向锌片 D．该装置能将电能转变为化学能 【答案】A 【详解】A．在该原电池中，作负极；负极发生氧化反应，电极反应式为，A正确； B．作正极，正极上发生还原反应生成，本身不参与反应，故溶液不会逐渐呈蓝色，B错误； C．原电池中，电子由负极（片）通过导线流向正极（片），C错误； D．原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误；故选A。 6．近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展。下列说法错误的是 A．太阳能光解水可制氢 B．锂离子电池放电时锂离子从负极移向正极 C．氢氧燃料电池是一种将热能转化为电能的装置 D．理想的新能源应具有资源丰富、可再生等特点 【答案】C 【详解】A．太阳能光解水需要光催化剂将光能转化为化学能，A正确； B．锂离子电池放电时，锂离子确实从负极脱出并嵌入正极，B正确； C．氢氧燃料电池通过化学反应将化学能直接转化为电能，C错误； D．理想新能源需资源丰富、可再生等，D正确；故选C。 7．某小组进行了如图两组对比实验，下列说法中不正确的是 A．甲装置中锌片上的电极反应： B．甲、乙装置中的能量转化形式不同 C．甲、乙装置中铜表面均产生气泡 D．一段时间后，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小 【答案】C 【详解】A．根据分析，甲装置中锌片上的电极反应为，A正确； B．甲装置是原电池，化学能转化为电能，乙装置没有形成原电池，化学能转化为热能，B正确； C．根据分析，甲装置中铜电极上得电子产生氢气，乙装置得铜与硫酸不反应无现象，C错误； D．根据分析，一段时间后，两装置都消耗硫酸，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小，D正确；故选C。 8．尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。尿素燃料电池结构如下图所示，下列说法正确的是 A．电解质溶液可以是溶液 B．每理论上可净化 C．从乙电极附近向甲电极附近迁移 D．甲电极是正极，电极反应 【答案】B 【详解】A．从甲电极的电极反应式知，生成物有二氧化碳，电解质溶液不可以是NaOH溶液，A错误； B．由电荷守恒知：，则每理论上可净化，B正确； C．阳离子移向正极，甲电极为负极、乙电极为正极，则从甲电极附近向乙电极附近迁移，C错误； D．甲电极电极反应式为：，是氧化反应，甲电极是负极，D错误； 答案选B。 综合应用 1．如图是一种锂电池放电的装置图，其中是电解质、是溶剂，电池反应为。下列说法错误的是 A．a电极为负极 B．b电极为正极 C．电子由b极通过导线移向a极 D．b极上发生还原反应 【答案】C 【详解】A．由分析可知，a电极为负极，A正确； B．由分析可知，b电极为正极，B正确； C．原电池工作时，电子由负极沿导线流向正极，a电极为负极，b电极为正极，则电子由a极通过导线移向b极，C错误； D．b极为正极，FeS2得电子产物与Li+反应，生成Fe和Li2S，发生还原反应，D正确；故选C。 2．我校由高同学领导的浙工科研团于2024年成功升级了Zn-CO2电池，如图为该电池放电时的示意图，下列选项正确的是 A．Zn电极为正极，右侧电极为负极 B．右侧电极将CO2转化为CO，本质为氧化还原反应 C．该电池的电解质可以设置为与H2SO4的混合物 D．该电池的电子路径为左电极→灯泡→右电极→电解液→左电极，如此完成一个循环 【答案】B 【详解】A．放电时为原电池，Zn电极为负极，右侧电极为正极，A错误； B．右侧电极为正极（电子流入），中C为+4价，转化为CO中C为+2价，发生还原反应，过程存在电子转移，本质为氧化还原反应，B正确； C．与二者不能大量共存，电解液不可能是二者混合物，C错误； D．电子仅通过导线传导，不能经电解液（电解液中为离子移动导电），D错误； 故选B。 3．银锌纽扣电池的内部构造如图所示，下列关于该电池的说法正确的是 A．负极电极反应为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 B．正极电极反应为：Ag2O+2e-=2Ag+O2- C．电池工作时，正极附近pH减小 D．电池工作时K+向Zn一极移动 【答案】A 【详解】A．银锌纽扣电池中，Zn为负极，发生氧化反应，在KOH溶液中，负极反应为Zn失去电子结合OH⁻生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，A正确； B．正极Ag2O发生还原反应，Ag⁺得电子生成Ag，电极反应式为Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，B错误； C．电池工作时，正极的电极反应式为：Ag2O+H2O+2e-═2Ag+2OH-，生成氢氧根离子，正极附近pH增大，C错误； D．电池工作时，阳离子(K+)向正极(Ag2O)移动，D错误；故选A。 4．利用如图装置可进行烟气脱硫。下列说法正确的是 A．多孔电极为负极，电极反应式为Fe2++e-=Fe3+ B．烟气脱硫过程可表示为2Fe3++SO2+4H+=2Fe2++SO+2H2O C．理论上,相同条件下吸收SO2和产生H2的体积相同 D．工作一段时间后，左室需要补充Fe2(SO4)3溶液 【答案】C 【详解】A.多孔电极处Fe2+失去电子被氧化为Fe3+，发生氧化反应，故为负极，但电极反应式应为Fe2+ - e- = Fe3+，选项中电极反应式电荷不守恒且电子得失方向错误，A错误； B.烟气脱硫时，SO2被Fe3+氧化为SO，Fe3+被还原为Fe2+，酸性条件下正确的离子方程式为2Fe3++ SO2+ 2H2O = 2Fe2+ + SO + 4H+，选项中H+和H2O的位置及系数错误，B错误； C.吸收SO2时，S元素从+4价升至+6价，每个SO2失去2e⁻；产生H2时，H⁺从+1价降至0价，每个H2得到2e-。根据电子守恒，SO2与H2的物质的量相等，相同条件下体积相同，C正确； D.左室中Fe2+在多孔电极被氧化为Fe3+，Fe3+又氧化SO2生成Fe2+，形成循环，Fe3+作为总反应的催化剂，总的物质的量不变，无需补充Fe2 (SO4)3溶液，D错误；故选C。 5．物质中的化学能在一定条件下可转化为电能。 (1)上图装置中发生的反应的离子方程式是 。 (2)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ①    ②    ③ (3)近年来电池研发领域涌现出一种纸电池，在驱动微型医疗装置方面有着其它电池不可比拟的优势，其组成与传统电池类似(如下图所示)，主要包括电极(片和片)、浸泡了饱和溶液的隔离膜和包装材料，电极和隔离膜均“嵌”在纸中，请依据其工作原理考虑包装材料能否使用不透气密封树脂： (填“是”或“否”)，并说明理由 。 【答案】(1) (2)②③ (3)否 该电池由空气中氧气在铜电极上得到电子发生还原反应，不能用不透气包装材料，否则空气中的氧气无法在正极放电，不能形成原电池 【详解】（1）该装置为原电池装置，Zn为负极、Cu为正极、稀硫酸为电解质溶液，负极Zn发生失电子、氧化反应，正极发生氢离子得电子、还原反应，总反应为氧化还原反应，离子方程式为。 （2）原电池装置中，将自发进行的氧化还原反应，氧化反应、还原反应分别发生在两个电极，实现电子的定向移动，将化学能直接转化为电能；①不是氧化还原反应，不能设计为原电池原理，②③均属于氧化还原反应，能设计为原电池原理，故选②③。 （3）片、片、饱和溶液之间不能发生氧化还原反应，要实现电池原理，需氧气在正极（片）发生还原反应，氧化负极片，故包装材料不能使用不透气密封树脂，理由为该电池由空气中氧气在铜电极上得到电子发生还原反应，不能用不透气包装材料，否则空气中的氧气无法在正极放电，不能形成原电池。 6．下列有关原电池(如图)的叙述，错误的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．溶液中向Zn移动 C．将稀硫酸换成溶液，负极的电极反应不变 D．电子从Zn经外电路流向Cu，再经过稀硫酸回流到Zn 【答案】D 【详解】A．原电池是将化学能转化为电能的装置，A项正确； B．原电池中，阴离子向负极移动，则溶液中向Zn电极移动，B项正确； C．将稀硫酸换成溶液，负极还是发生反应，C项正确； D．电子不会在溶液中移动，D项错误；答案选D。 7．微生物燃料电池可同时处理废水中的有机物和，其工作原理如图所示，已知：质子交换膜只允许通过，该电池工作时，下列说法正确的是 A．电极a为负极，发生还原反应 B．通过质子交换膜从右向左移动 C．电极b的电极反应式为 D．电子由电极b经过外电路流向电极a 【答案】C 【详解】A．由题意和图可知，电极b得到电子，故电极a为负极，失去电子，发生氧化反应，A错误； B．电极b是正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，故通过质子交换膜从左向右移动，B错误； C．电极b是正极，得电子转化为，电极反应式为，C正确； D．电子由电极a（负极）经过外电路流向电极b（正极），D错误；故答案选C。 8．某原电池简易装置如图1所示。电池工作时，测得物理量y随电路中电子的物质的量的变化关系如图2所示。下列说法正确的是 A．Fe电极反应式为 B．溶液中阴离子向石墨电极迁移 C．y可表示溶液的质量 D．用溶液代替稀硫酸，电流计指针不会发生偏转 【答案】C 【详解】A．结合分析可知，Fe电极反应式为，A错误； B．由分析知，Fe为负极，溶液中阴离子向Fe电极迁移，B错误； C．总反应式为:，因此转移电子的物质的量越多，溶液质量越大，因此y可表示溶液的质量，C正确； D．用溶液代替稀硫酸，此时负极反应不变，正极为：Cu2++2e-=Cu，也会形成原电池，电流计指针会发生偏转，D错误；故选C。 9．利用如图所示装置可测定某原电池工作一段时间内通过导线的电子物质的量，电极材料是镁片和铝片。下列说法不正确的是 A．电极b为镁片 B．a的电极反应式为 C．当量筒内收集448mL气体(标准状况)时，则导线中通过的电子为0.04mol D．若将电解质溶液改为稀硫酸，量筒内仍能收集到 【答案】D 【详解】A．据分析可知，b电极产生氢气，所以作正极为镁片，A正确； B．a电极为铝片，电极反应式为：，B正确； C．当量筒内收集448mL气体(标准状况)时,的物质的量为，则电子转移的物质的量为：，C正确； D．若将电解质溶液改为稀硫酸，则a为正极产生氢气，b为负极产生镁离子，因为金属与酸反应镁单质的活泼性大于铝单质的活泼性，D错误；故选D。 10．硫化锂（）是一种潜在锂电池的电解质材料。某小组选择下列装置，利用氢气还原硫酸锂制备硫化锂。已知：易潮解，在加热条件下易被空气中的氧化。实验室用粗锌（含少量铜、FeS）和稀硫酸反应制备。 请回答下列问题： (1)实验中装置C中有两种产物生成，请写出反应的化学方程式 。 (2)按气流从左至右，导管口连接顺序是a （填小写字母，可重复利用）。 (3)利用装置A还可以制备的下列气体是__________（填标号）。 A．：70%硫酸、亚硫酸钠粉末 B．：稀盐酸、大理石 C．：浓氨水、生石灰 D．：稀硫酸、硫化亚铁 (4)实验过程中，应先打开K一段时间后，再点燃酒精灯，原因是 。 (5)其他条件相同，粗锌与稀硫酸反应比纯锌 （填“快”或“慢”），实验中观察到装置D中产生黑色沉淀，其离子方程式为 。 (6)欲探究产品的成分，现进行如下实验： 实验 操作与现象 结论 I 取少量样品，滴加足量的稀盐酸，将气体通入品红溶液中，溶液褪色 样品含________ Ⅱ 在实验I的溶液中滴加溶液，产生白色沉淀 样品含 ①由上述实验I可知，样品中含有 杂质（填化学式），实验II中存在杂质的原因可能是 。 ②测定产品纯度的方法：取样品加入稀硫酸（过量）中，充分反应后，煮沸溶液以除去残留的酸性气体；滴加酚酞溶液作指示剂，用标准NaOH溶液滴定过量的硫酸，消耗NaOH溶液。若该样品中杂质不参加反应，用上述方法测得的样品的纯度为 %（用含、、、、w的代数式表示）。 【答案】(1) (2) (3)BD (4)排净装置中空气 (5)快 (6) 未反应完全或通入氢气量不足或温度不高等 【详解】（1）结合分析可知，装置C中有两种产物生成，反应的化学方程式为：； （2）硫化锂易潮解，A为制取氢气的装置，装置D的作用是除去氢气中的硫化氢杂质，前一个装置B用于干燥氢气，C为反应装置，后一个装置B用于吸收空气中的水蒸气，所以按气流从左至右，导管口连接顺序是a，故答案为：； （3）A．装置A能控制反应的发生和停止，其主要优点是可实现随开随用，随关随停，即随制随停；装置A适用于常温下块状固体与溶液反应且放热少、产物易溶。亚硫酸钠呈粉末状，A错误； B．大理石呈块状，B正确； C．生石灰与浓氨水混合放出大量热量，产物微溶于水，C错误； D．FeS是不溶于水的固体，常温下能与稀硫酸反应，D正确； 答案选BD； （4）已知硫化锂易潮解，在加热条件下易被空气中的氧气氧化；实验过程中，应先打开K一段时间后，再点燃酒精灯，原因是排净装置中空气对实验的干扰；故答案为：排净装置中空气； （5）粗锌中铜和锌在稀硫酸中构成原电池，加快了锌失去电子的速度，提高了锌与硫酸的反应速率；硫化氢与硫酸铜反应生成硫化铜和硫酸，反应的离子方程式为：Cu2++H2S=CuS↓+2H+； 故答案为：快；Cu2++H2S=CuS↓+2H+； （6）①加入盐酸能产生使品红褪色的气体，应该为SO2，所以固体中含有；制备Li2S的反应物为，若有，则可能是未反应完全或通入氢气量不足或温度不高等； ②，， 消耗的硫酸的物质的量为，测得的样品的纯度为100% ％，故答案为：；未反应完全或通入氢气量不足或温度不高等；。 拓展培优 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 A．图I：在石墨电极上得到了电子 B．图II：放电时Pb为负极，电极反应式为 C．图III：电池内的由电极乙向电极甲定向迁移 D．图IV：Zn为电池的负极，放电时发生氧化反应 【答案】B 【详解】A．在石墨电极上得电子生成，A正确； B．放电时，电池负极的电极反应式为，B错误； C．电池内的向负极迁移，氢气失去电子成为氢离子，所以电极甲为负极，由电极乙向电极甲定向迁移，C正确； D．Zn为电池的负极，放电时发生，该反应为氧化反应，D正确。故选B。 2．电子科技大学研发了一种用于可充电Zn-空气电池(ZABs)的低成本非碱性醋酸锌，简写为电解质，与传统的碱性ZABs相比，它具有优异的循环性能和在空气中的稳定性，放电时的最终产物是。该电池的工作原理如图所示。下列有关该电池在放电时的说法正确的是 A．电子通过导线移向甲电极 B．向乙电极移动 C．正极的电极反应为 D．每转移，理论上会产生0.125molZHA 【答案】D 【详解】A．甲电极负极，乙电极是正极，电子由甲电极流出，经导线流向乙电极，A项错误； B．原电池中阴离子移向负极（甲电极），B项错误； C．放电时，氧气在正极得电子，正极的电极反应为，C项错误； D．放电时，根据守恒关系，转化为还需，生成，需要转移，故每转移1mole，理论上会产生0.125molZHA，D项正确；故选D。 3．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，实现CO2的再利用。电池的总反应为：CO2 + 2H2O =CH4 +2O2(已知：质子交换膜仅允许H+通过)，下列说法正确的是 A．该装置的电解质溶液可能为HNO3 B．电子从GaN电极流出经过电解质溶液到Cu电极 C．理论上正极消耗1mol CO2负极生成44.8L O2 D．Cu 电极上发生的电极反应是 CO2 + 8e − +8H + = CH4 +2H2O 【答案】D 【详解】A．铜能与硝酸直接反应，所以原电池中的电解质不能选择硝酸，故A错误； B．电解质溶液不能传递电子，电子从GaN电极流出经过导线到Cu电极，故B错误； C．缺标准状况下，无法计算氧气的体积，故C错误； D．铜电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为CO2 + 8e − +8H + = CH4 +2H2O，故D正确；故选D。 4．我国科学家以LiI为催化剂，通过改变盐浓度或溶剂调节锂-硫电池的放电性能。装置如图所示，下列说法正确的是 A．该装置将电能转化为化学能 B．放电过程中向a电极迁移 C．b极反应式为 D．a极质量减少14g时转移个电子 【答案】C 【详解】A．该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误； B．放电过程中阳离子向正极移动，根据以上分析，向b电极迁移，B错误； C．b极为正极，发生还原反应，电极反应式为，C正确； D．放电时，a极反应式为，14gLi的物质的量为2mol，转移电子个，D项错误； 故选C。 5．双极膜技术构造出新型水系电池，模拟装置如图所示。双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换膜、中间层(催化层)和阴离子交换膜复合而成，在直流电场作用下，双极膜可将水离解成和。已知电极材料分别为Zn和，相应的产物为和。室温，下列说法错误的是 A．M极为Zn B．N电极的反应式为 C．膜b为阳离子交换膜，双极膜中间层中的通过膜a移向M极 D．若电路中通过2mol ，则稀硫酸溶液质量增加87g 【答案】D 【详解】A．根据分析，M电极为负极，M极为Zn，A正确； B．N电极材料为MnO2，MnO2在正极得到电子生成Mn2+，电极方程式为：MnO2 +4H+ +2e- =Mn2+ +2H2O，B正确； C．根据分析，原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，膜a为阴离子交换膜，OH-通过a进入M极，膜b为阳离子交换膜，H+通过b进入N极，C正确； D．若电路中通过2 mol e-，双极膜中有2 mol H+移向硫酸溶液，同时溶解1 mol MnO2，稀硫酸溶液质量增加2mol1g/mol+1mol87g/mol=89g，D错误；故选D。 6．一种新型锌电池的工作原理如图所示。双极膜中的解离为和，两种离子在电场作用下分别向两极迁移。该电池工作时，下列说法错误的是 A．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜 B．I室电极反应式为： C．Ⅱ室中酸性溶液的浓度逐渐变大 D．理论上每生成，I室溶液质量增加198g 【答案】C 【详解】A．和，两种离子在电场作用下分别向两极迁移，移向正极，移向负极，a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜，A正确； B．根据分析，Ⅰ室电极反应式为：，B正确； C．根据分析，Ⅱ室中消耗，酸性溶液的浓度逐渐减小，C错误； D．，理论上每生成，转移4mol电子，I室溶液中移入4molOH-，溶解2mol，增加2mol和4molOH-的质量，溶液质量增加198g，D正确；故选C。 7．新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LlxC6LiEePO4+C6(x<1)。下列说法正确的是 A．放电时，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4 B．放电时，负极材料质量减少1.4g，转移0.4mol电子 C．充电时，电极b与电源负极连接，电极a与电源正极连接 D．为了延长电池使用寿命，可以隔一段时间添加含电解质的水溶液 【答案】A 【详解】A．电池放电时，正电极得电子，生成LiFePO4，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，A说法正确； B．电池工作时，负极反应式为Li-e-= Li+，材料质量减少1.4g，即反应0.2mol，则转移0.2mol电子，B说法错误； C．分析可知，装置放电时，a极为负极，则充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接，C说法错误； D．Li与水反应而消耗、放电能力下降，将会大大降低其使用寿命，D说法错误；答案为A。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题6 化学反应与能量变化 第三单元 化学能与电能的转化 教学目标 1、 理解化学能与电能转化的本质关联，明确氧化还原反应是能量转化的核心依据，认识原电池是实现该转化的关键装置。 2、 掌握原电池的核心概念、工作原理：能准确描述电极反应（负极氧化、正极还原）、电子流向（负极→导线→正极）及离子迁移方向（阳离子向正极、阴离子向负极）。 3、 熟记原电池的四大构成条件：活动性不同的两个电极、电解质溶液（或熔融电解质）、闭合回路、自发进行的氧化还原反应。 4、 学会判断原电池的正负极，能书写简单原电池的电极反应式和总反应方程式，并了解原电池原理的实际应用（如加快反应速率、比较金属活动性、设计简易电池等）。 重点和难点 重点：原电池的构成条件：四大条件的逻辑关联及实际判断应用（如区分能否构成原电池的装置）。 难点：电极反应式的书写：尤其是电解质溶液中离子参与反应的情况（如不同电解质对正极反应的影响），需兼顾得失电子守恒、电荷守恒与原子守恒。 ◆知识点一 原电池的工作原理 1、实验探究 实验步骤 装置图 实验现象 原因解释 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象 Zn片： Cu片： 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 Zn片： Cu片： 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 Zn片： Cu片： 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 2．原电池的工作原理 (1)原电池的概念：将化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是 反应。 (2)工作原理：以Zn－H2SO4－Cu原电池为例 电极材料 锌 铜 电极名称 电极反应 反应类型 外电路电子流向 由锌片（负极）沿导线流向铜片（正极） 内电路离子移向 溶液中H+向正极移动，在铜片上被还原为H2；溶液中SO向负极移动。 原电池总反应 (3)能量转化过程：原电池在工作时，负极 电子，电子通过导线流向 ，溶液中氧化性物质得到此电子，发生 反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，化学能转变为电能。 特别提醒 电子只能沿导线移动，离子只能在溶液中移动。 3、组成原电池的条件 (1)两个活泼性不同的电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属 (2)电解质溶液 (溶液或者熔融) (3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 (4)有自发进行的氧化还原反应 4、原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向 (1)外电路中电子的流向： (2)外电路中电流的流向： (3)内电路中离子的迁移：阴离子移向 ，阳离子移向 5、原电池中正负极的判断方法沿导线 (1)根据电极反应或总反应方程式来判断 作还原剂、 电子、化合价 、发生氧化反应的电极是 作氧化剂、 电子、化合价 、发生还原反应的电极是 (2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断 电子流出或电流流入的一极是 ；电子流入或电流流出的一极是 (3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断 阳离子向 移动；阴离子向 移动 (4)根据原电池的两电极材料来判断 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极 即学即练 1．化学电池的发明，是贮能和供能技术的巨大进步。某同学通过自制水果电池，探究影响电池效果的因素。 (1)下列装置中，能实现化学能转化为电能的是 。在柠檬电池中，柠檬的作用是 。 (2)锌做 极（填“正”或“负”），发生的电极反应方程式是 ，若转移了0.4mol电子，则消耗锌的质量是 g。 (3)为探究水果电池电流大小的影响因素，利用上述所选装置设计实验，得到的实验数据如下表所示： 序号 电极间距（cm） 插入深度（cm） 水果种类 电流（） ① 1.0 3.0 柠檬 122 ② 2.0 3.0 柠檬 80 ③ 2.0 1.5 柠檬 58 ④ 2.0 1.5 土豆 90 通过上述实验得出的结论是 （至少写2条）。 2．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下： 实验编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu 3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨 4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 偏向Mg 下列说法正确的是 A．实验1中电子由Mg电极经电解质溶液流向Al电极 B．实验2中电解质溶液中的移向Cu电极 C．实验3中铝作正极，电极反应式为 D．实验4中发生总反应式为 3．几位同学以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如下表所示： 实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/ 1 番茄 1 98.7 2 番茄 2 72.5 3 苹果 2 27.2 下列说法错误的是 A．该实验的目的是探究水果种类和电极间的距离对水果电池电流的影响 B．该实验所用装置中，负极的材料是铜片 C．编号是2和3的实验能表明水果种类对电流大小有影响 D．电极材料的横截面积、电极插入水果的深度均可能影响电池电流大小 ◆知识点二 原电池原理的应用 1、加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 2、比较金属活动性的强弱 (1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性 。 (2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼 3、设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般 为负极材料(或在负极上被 )， (电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 (2)选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须 。负极材料一般选择 ，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 4、制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 特别提醒 设计原电池的基本思路 1、原理：能自发进行的氧化还原反应。 2、电极：化合价升高的金属材料作负极，石墨或活泼性比负极弱的金属材料作正极。 3、电解质溶液：化合价降低的物质的水溶液作电解质溶液。 即学即练 1．近年来，随着可穿戴电子产品的普及，柔性固态锌-空气电池获得了广泛关注。该电池结构和其电压与电解质溶液浓度关系图如下，金属Zn电极发生反应生成。下列说法不正确的是 A．空气电极为该电池的正极 B．Zn表面发生的电极反应为 C．一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果 D．空气电极使用紧实致密的碳棒比疏松多孔的碳棒放电效果更好 2．二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池装置示意图如图所示，溶液为酸性环境，质子交换膜只允许通过。 下列说法错误的是 A．电池工作时，由极移向极 B．总反应方程式为 C．a极反应式为 D．该装置具有制硫酸、发电、环保三位一体的功能 3．甲醇是一种清洁能源，某氧气燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极B处的电极反应式为 B．电子移动方向：电极B→用电器→电极A→电解质溶液→电极B C．放电过程中，当电极B处有参与反应时，电极A处消耗的体积为3.36L D．电池工作一段时间后，电解质溶液中的物质的量减少 ◆知识点三 钢铁的电化学腐蚀原理及应用 1、钢铁的电化学腐蚀原理 (1)电解质溶液：在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一薄层水膜，水膜里含有少量H+、OH-和O2等。 (2)电极：钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的原电池，其中，负极为Fe，正极为碳。 (3)电极反应式： ①负极 ，②正极 。 (4)铁锈的形成： ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ③Fe(OH)3脱水：铁锈主要成分 。 2、电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触，发生 反应，较活泼金属失去电子而被氧化。 即学即练 1．某化学兴趣小组探究金属电化学腐蚀，实验如下(已知遇产生蓝色沉淀)： 序号 ① ② 实验 5min时现象 铁钉表面及周边未见明显变化 铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化 25min时现象 铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域 铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化 下列说法正确的是 A．对比实验①②现象，加入锌片加快了铁钉的腐蚀 B．实验①的现象说明溶液与反应生成了 C．若将溶液换成酸性溶液，推测实验①紫色变浅，实验②紫色不变 D．若将片换成片，推测片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色 2．钢铁在海水中的电化学腐蚀原理示意图如图。下列说法正确的是 A．铁为电池负极，X离子为 B．正极电极反应式为： C．电子由铁流向碳，再经海水流向铁 D．钢铁的腐蚀速率：在河水中在海水中 3．文物是一个国家文化的延续和承载，下列文物在潮湿空气中易发生电化学腐蚀的是 A．战国铁足铜鼎 B．西汉白玉璧 C．五代石质浮雕 D．元青花瓷盖罐 ◆知识点四 化学电源 1、化学电源的概念：将化学能转化为电能的装置 2、化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 (1)一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就 再重复使用。即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池 ①酸性锌锰干电池 结构 酸性锌锰干电池是以锌筒为 极，石墨棒为 极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作 电极反应 负极 正极 总反应 缺陷 酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀 改进措施 a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池 b.将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池 ②碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 溶液 电极反应 负极 正极 总反应 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 ③锌银电池 电极反应 负极 正极 总反应 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 (2)二次电池：充电电池又称 电池。充电电池在放电时所进行的 反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等 ①铅蓄电池 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 负极 正极 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 ②镍镉电池 结构 以 为负极， 为正极，以 为电解质 电极反应 总反应 负极 正极 特点 寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境 ③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池 即学即练 1．普通锌锰电池的构造示意图如下。电池放电时发生的主要反应为：。下列说法正确的是 A．石墨棒作负极 B．发生氧化反应 C．失电子生成 D．电池工作时，电子由石墨棒通过导线流向锌筒 2．碱性锌锰电池的总反应为，构造示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电池工作时，正极发生反应为 B．电池工作时，向负极移动 C．去掉隔膜可提高电池工作效率 D．该电池属于一次电池 3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法正确的是 A．图甲：锌铜原电池工作时，电子由锌经电流表流向铜，再由铜经电解质溶液流向锌 B．图乙：纽扣式银锌电池中，正极的电极反应式为 C．图丙：锌锰干电池中，锌筒作负极，发生还原反应，且外电路中每转移电子消耗锌65g D．图丁：铅蓄电池为二次电池，其负极的电极反应式为 一、原电池电极反应式的书写方法 1、遵循三个守恒 (1)得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子 元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子 (2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 (3)原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等 2、书写方法 (1)直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失 注：负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中 (2)用差值法写电极反应方程式：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式 复杂电极反应式===总反应式—简单的电极反应式 (3)原电池电极反应的书写技巧 (三步法) 以“甲醇——氧气——KOH溶液”为例 得失电子守恒 负极反应 CH3OH—6e—— CO 3 2— CH3OH变成CO 3 2—失去6个电子 正极反应 O2 + 4e—— O2到底是变成了OH—还是H2O，但一定是得到4个电子 电荷守恒 电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 负极反应 CH3OH—6e- +8OH—— CO 3 2— 左边电荷数为+6，右边电荷数为—2，因此左边配8个OH—才能满足电荷守恒 正极反应 O2 + 4e- + —4OH— 左边电荷数为—4，右边电荷数为0，因此右边配4个OH—才能满足电荷守恒 原子守恒 电极反应两边同种原子的原子个数相等 负极反应 CH3OH—6e- +8OH— ===CO 3 2—+6 H2O 负极电荷已经守恒，但原子不守恒，因此右边配6 H2O 正极反应 O2 + 4e- +2 H2O===4OH— 正极电荷已经守恒，但原子不守恒，因此左边配2H2O 规律 若为酸性介质，先补H+，另一边补H2O；若为碱性介质，先补OH—，另一边补H2O 注意：①该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程式 ②碱性溶液反应物、生成物中均无H+，酸性溶液反应物、生成物中均无OH-，中性溶液反应物中无H+ 和OH-— ③水溶液中不能出现O2— ④有机物中化合价处理方法：“氧—2，氢+1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，碱性环境下，C元素最终产物应为CO 3 2— 燃料电池的构成 燃料电池装置示意图 燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况：①稀硫酸②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 实践应用 1．乙醇()是生活中常见的物质，用途广泛，其合成方法和性质也具有研究价值。乙醇燃料电池具有很多优点，从而引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池： (1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为 。 (2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应为 。 (3)当酸性乙醇燃料电池工作一段时间后，若忽略溶液体积的变化，电极区域的会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。已知溶液的与相关，越大，溶液越小。结合化学用语解释说明 。 (4)熔融盐乙醇燃料电池中，电极上发生的电极反应为 。 2．新型锂-空气电池具有能量大、密度高的优点，具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示，其中固体电解质只允许Li+通过。下列说法正确的是 A．放电时，Li+通过固体电解质向金属锂电极移动 B．当外电路转移1mol电子，理论上石墨烯电极消耗标准状况下5.6L O2 C．该电池工作时，金属锂作为正极被氧化 D．有机电解液可以用水性电解液代替 3．一种简单的原电池装置如图所示。据图回答下列问题。 (1)锌是该电池的 (填“正”或“负”)极。Cu片上发生的电极反应为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象为 。 (2)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请你利用反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋设计一个化学电池，并回答下列问题： ①该电池的正极材料是 ，负极材料是 ，电解质溶液是 溶液(填化学式)。 ②在外电路中，电流方向是从 极到 极。(填“正”或“负”)； (3)下列反应通过原电池装置，不能实现把化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 a．CH4+2O2=CO2+2H2O                 b．H2+Cl2=2HCl c．NaOH+HCl=NaCl+H2O                d．C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 考点一 原电池的工作原理 【例1】某小组同学利用原电池装置探究物质的性质。 资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大。 (1)同学们利用下表中装置进行实验并记录。 装置 编号 电极A 溶液B 操作及现象 Ⅰ Fe 的 连接装置后，石墨表面产生无色气泡：电压表指针偏转 Ⅱ Cu 的 连接装置后，石墨表面无明显现象：电压表指针偏转，记录读数为a ①同学们认为实验Ⅰ中石墨电极上应该有氢气产生，其电极反应式是 。 ②实验Ⅱ中，甲同学认为石墨电极上不会有氢气产生，其理论判断依据是 ；乙同学认为实验Ⅱ中石墨电极上附着的氧气得电子，其电极反应式是 。 (2)同学们仍用上述装置并用和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响氧化性的因素。 编号 溶液B 操作及现象 Ⅲ 经煮沸的的 溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为 Ⅳ 的 在石墨一侧缓慢通入并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为；取出电极，向溶液中加入数滴浓溶液混合后，插入电极，保持通入，电压表读数仍为 Ⅴ 的NaOH 在石墨一侧缓慢通入并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为 ①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：，请解释原因是 。 ②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究 对氧化性的影响。 ③实验Ⅳ中加入溶液的目的是 。 ④ⅰ．为达到丁同学的目的，经讨论，同学们认为应改用如图装置对Ⅳ、Ⅴ重复进行实验，其设计意图是 。 ⅱ．重复实验时，记录电压表读数依次为、且，由此得出的结论是 。 资料卡片：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。两端溶液中的离子无法进入盐桥中。 解题要点 1、原电池的工作原理 2、判断原电池的方法 一看本质：原电池反应是自发进行的氧化还原反应。 二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般都是惰性电极)。 三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。 四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。 3、原电池正、负极的判断方法 【变式1-1】某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b用导线连接时，铁片上发生还原反应，溶液中向铜电极移动 【变式1-2】某化学兴趣小组以相同大小的片和片为电极研究水果种类和电极间距离对水果电池电流的影响，所得的实验数据如下表所示： 实验编号 水果种类 电极间距离/ 电流/ 1 番茄 1 98.7 2 番茄 ____ 72.5 3 苹果 2 27.2 下列说法不正确的是 A．实验2中“电极间距离”应调整为 B．能表明水果种类对电流有影响的实验编号为2和3 C．实验中的水果起到了离子导体（如电解质溶液）的作用 D．实验所用装置中，片作负极，该装置将电能转化为化学能 考点二 原电池原理的应用 【例2】铅蓄电池是常见的二次电池，其工作原理如图所示。 放电时总反应为：。 (1)写出放电时正极的电极反应式： 。 (2)铅蓄电池放电时一段时间，当转移0.2mol电子时，负极质量将增大 g。 (3)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为。 已知：①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 ②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。 比较Mg、Al、Zn三种金属一空气电池，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为 ，该电池正极的电极反应式为 ，若为Mg-空气电池，为防止负极区沉积，宜采用 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。 解题要点 1、原电池反应的分析方法 原电池的分析一般采取以下步骤： (1)确定装置中发生的氧化还原反应，并写出化学方程式。如果有多个反应发生，则选择最容易进行的那个反应为电池反应。 (2)将化学方程式改写成离子方程式。 (3)分析氧化还原反应的电子得失数目，并改写成电极反应式。 2、设计原电池的具体方法 (1)将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应：氧化反应和还原反应。 (2)选择电极材料和电解质溶液：要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。 ①电极材料的选择：一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。 ②电解质溶液的选择：电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。 (3)按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。 【变式2-1】纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池的薄层纸片两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应为： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH)。下列有关说法错误的是 A．MnO2作正极，发生还原反应 B．工作时，电流由MnO2沿外电路流向Zn再通过内电路流回MnO2 C．MnO2作正极材料，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH- D．外电路每转移2 mol电子，负极材料质量减小65 g 【变式2-2】近日，国内某知名能源企业宣布实现钠离子电池产业化，钠离子电池充放电过程是在正负极间的镶嵌与脱嵌。其工作原理为，如图是电池放电时的工作示意图。下列说法正确的是 A．放电时，X极为正极 B．放电时，X极反应式为 C．放电时，向X极移动 D．放电时，每转移1mol电子，两极质量差值变化23g 考点三 原电池正负极的判断 【例3】2022年12月4日神舟十四号载人飞船成功返回地面，圆满完成飞行任务。载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义。 (1)氢氧燃料电池(如图所示)反应生成的水可作为航天员的饮用水，由图示的电子转移方向判断Y气体是 ，向 (填“正”或“负”)极作定向移动，负极的电极反应式为 。 (2)我国“神舟”飞船的电源系统有太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池等。 ①飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板的能量转化形式是： ②镉镍蓄电池的工作原理为：。当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池为飞船供电，此时在正极反应的物质是 ，负极附近溶液的碱性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。 ③应急电池在紧急状况下会自动启动，工作原理为，工作时，当消耗32.5gZn时，理论上外电路转移的电子数目为 。 【变式3-1】回答下列问题： (1)键能是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需能量的大小来衡量。从断键和成键的角度分析反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)中能量的变化，化学键的键能如表所示： 化学键 H—H O=O H—O 键能(kJ•mol-1) 436 496 463 则生成1molH2O(g)可以 (填“放出”或“吸收”) kJ热量。 (2)有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 实验装置 甲 乙 丙 丁 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 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 根据实验现象回答下列问题： ①装置甲中正极的电极反应式为 。 ②装置丙溶液中的阴离子移向 (填“c”或“d”)极。 ③四种金属活动性由强到弱的顺序是 。 (3)为减少汽车尾气的污染，逐步向着新能源汽车发展。肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，工作原理如图所示。 ①该燃料电池中正极通入的物质是 。 ②负极发生的反应式为 。 ③当电池工作时通过电路对外提供了1mol电子，计算标准状况下负极生成气体的体积 。 【变式3-2】氨价格低廉，运输和储存方便，因此作为燃料电池具有很大的发展潜力。一种新型燃料电池构造示意图如图所示，关于该电池的说法错误的是 A．NH3在电极a上发生氧化反应 B．通入的电极b为电池的正极 C．介质中OHˉ向电极a移动 D．转移电子时消耗和物质的量之比为 考点四 常见的化学电源 【例4】四种化学电池的装置构造如图所示。当电池放电时，下列说法正确的是 A．纽扣式银锌电池中锌粉为正极，发生还原反应 B．锌锰干电池中外电路电子由锌筒经导线流向石墨棒 C．铅酸蓄电池中电解质溶液的逐渐减小 D．氢氧燃料电池中外电路每转移，有在正极参与反应 A．A B．B C．C D．D 【变式4-1】关于下列四个装置说法错误的是 装置Ⅰ 装置Ⅱ 装置Ⅲ 装置Ⅳ A．装置Ⅰ：铜电极质量增加 B．装置Ⅱ：锌筒作负极，发生氧化反应 C．装置Ⅲ：放电时，正极的电极反应式为 D．装置Ⅳ：内电路中电子由b极移向a极 【变式4-2】回答下列问题。 (1)氢氧燃料电池汽车作为北京冬奥会的交通工具之一，下列有关说法不正确的是___________(填选项字母)。 A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 (2)以KOH为介质的甲烷燃料电池中的负极电极反应式为 。 Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb电池装置如图，根据图示信息回答下列问题： (3)电池工作过程中，正极反应式为 。 (4)上图中若有6.5g锌溶解，有 mol SO通过离子交换膜， 边ZnSO4浓度增大(填“左”或者“右”)。 考点五 燃料电池和电极反应式的书写 【例5】如图为甲醇燃料电池的工作原理示意图，下列有关说法正确的是 A．该燃料电池工作过程中电流方向从a极流向b极 B．该燃料电池工作时电路中通过1mol电子时，消耗的的体积为5.6L C．电极的反应式为 D．该燃料电池工作时由极室向极室移动 解题要点 1、原电池电极反应式书写要点 (1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 (2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。 (3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 2、电极反应式的书写方法 (1)负极反应式的书写 先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 (2)正极反应式的书写 ①首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。 ②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 【变式5-1】下列反应的离子方程式或电极反应式书写正确的是 A．反萃取时向碘的CCl4溶液中加入浓NaOH溶液： B．用Na2CO3溶液吸收工业尾气中的氮氧化物： C．“海水提镁”中用石灰乳沉镁： D．氢氧燃料电池（碱性电解质）负极反应式： 【变式5-2】氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，如图所示为碱性氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀有一层细小的铂粉(铂吸附气体的能力强，性质稳定)。下列说法错误的是 A．氢氧燃料电池能量转化的主要形式是化学能转化为电能 B．在导线中电子流动的方向：由a到b C．负极电极反应式为 D．电极表面镀铂粉可提高能量转化效率 基础达标 1．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是 A．电表的指针会向右侧偏斜 B．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 C．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y D．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe 2．有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为：C2++2e-→C、B-2e-→B2+，则A、B、C、D金属性由强到弱的顺序为 A．A>B>C>D B．A>B>D>C C．D>C>A>B D．D>A>B>C 3．人类的衣食住行、社会生产都与能量息息相关。下列有关能量转化叙述错误的是 A B C D A．电灯照明：将电能转化为光能 B．手机充电：将化学能转化为电能 C．风车发电：将风能转化为电能 D．木柴燃烧：将化学能转化为热能 4．如图所示，锌片和铜片紧贴着稀硫酸浸湿的滤纸。下列说法不正确的是 A．该装置中锌片作负极 B．该装置能将化学能转化为电能 C．电流由锌片经外电路流向铜片 D．电池总反应方程式： 5．如图为铜锌原电池，下列说法正确的是 A．锌片发生氧化反应 B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色 C．电子由铜片通过导线流向锌片 D．该装置能将电能转变为化学能 6．近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展。下列说法错误的是 A．太阳能光解水可制氢 B．锂离子电池放电时锂离子从负极移向正极 C．氢氧燃料电池是一种将热能转化为电能的装置 D．理想的新能源应具有资源丰富、可再生等特点 7．某小组进行了如图两组对比实验，下列说法中不正确的是 A．甲装置中锌片上的电极反应： B．甲、乙装置中的能量转化形式不同 C．甲、乙装置中铜表面均产生气泡 D．一段时间后，甲、乙装置中的氢离子浓度均减小 8．尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。尿素燃料电池结构如下图所示，下列说法正确的是 A．电解质溶液可以是溶液 B．每理论上可净化 C．从乙电极附近向甲电极附近迁移 D．甲电极是正极，电极反应 综合应用 1．如图是一种锂电池放电的装置图，其中是电解质、是溶剂，电池反应为。下列说法错误的是 A．a电极为负极 B．b电极为正极 C．电子由b极通过导线移向a极 D．b极上发生还原反应 2．我校由高同学领导的浙工科研团于2024年成功升级了Zn-CO2电池，如图为该电池放电时的示意图，下列选项正确的是 A．Zn电极为正极，右侧电极为负极 B．右侧电极将CO2转化为CO，本质为氧化还原反应 C．该电池的电解质可以设置为与H2SO4的混合物 D．该电池的电子路径为左电极→灯泡→右电极→电解液→左电极，如此完成一个循环 3．银锌纽扣电池的内部构造如图所示，下列关于该电池的说法正确的是 A．负极电极反应为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 B．正极电极反应为：Ag2O+2e-=2Ag+O2- C．电池工作时，正极附近pH减小 D．电池工作时K+向Zn一极移动 4．利用如图装置可进行烟气脱硫。下列说法正确的是 A．多孔电极为负极，电极反应式为Fe2++e-=Fe3+ B．烟气脱硫过程可表示为2Fe3++SO2+4H+=2Fe2++SO+2H2O C．理论上,相同条件下吸收SO2和产生H2的体积相同 D．工作一段时间后，左室需要补充Fe2(SO4)3溶液 5．物质中的化学能在一定条件下可转化为电能。 (1)上图装置中发生的反应的离子方程式是 。 (2)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ①    ②    ③ (3)近年来电池研发领域涌现出一种纸电池，在驱动微型医疗装置方面有着其它电池不可比拟的优势，其组成与传统电池类似(如下图所示)，主要包括电极(片和片)、浸泡了饱和溶液的隔离膜和包装材料，电极和隔离膜均“嵌”在纸中，请依据其工作原理考虑包装材料能否使用不透气密封树脂： (填“是”或“否”)，并说明理由 。 6．下列有关原电池(如图)的叙述，错误的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．溶液中向Zn移动 C．将稀硫酸换成溶液，负极的电极反应不变 D．电子从Zn经外电路流向Cu，再经过稀硫酸回流到Zn 7．微生物燃料电池可同时处理废水中的有机物和，其工作原理如图所示，已知：质子交换膜只允许通过，该电池工作时，下列说法正确的是 A．电极a为负极，发生还原反应 B．通过质子交换膜从右向左移动 C．电极b的电极反应式为 D．电子由电极b经过外电路流向电极a 8．某原电池简易装置如图1所示。电池工作时，测得物理量y随电路中电子的物质的量的变化关系如图2所示。下列说法正确的是 A．Fe电极反应式为 B．溶液中阴离子向石墨电极迁移 C．y可表示溶液的质量 D．用溶液代替稀硫酸，电流计指针不会发生偏转 9．利用如图所示装置可测定某原电池工作一段时间内通过导线的电子物质的量，电极材料是镁片和铝片。下列说法不正确的是 A．电极b为镁片 B．a的电极反应式为 C．当量筒内收集448mL气体(标准状况)时，则导线中通过的电子为0.04mol D．若将电解质溶液改为稀硫酸，量筒内仍能收集到 10．硫化锂（）是一种潜在锂电池的电解质材料。某小组选择下列装置，利用氢气还原硫酸锂制备硫化锂。已知：易潮解，在加热条件下易被空气中的氧化。实验室用粗锌（含少量铜、FeS）和稀硫酸反应制备。 请回答下列问题： (1)实验中装置C中有两种产物生成，请写出反应的化学方程式 。 (2)按气流从左至右，导管口连接顺序是a （填小写字母，可重复利用）。 (3)利用装置A还可以制备的下列气体是__________（填标号）。 A．：70%硫酸、亚硫酸钠粉末 B．：稀盐酸、大理石 C．：浓氨水、生石灰 D．：稀硫酸、硫化亚铁 (4)实验过程中，应先打开K一段时间后，再点燃酒精灯，原因是 。 (5)其他条件相同，粗锌与稀硫酸反应比纯锌 （填“快”或“慢”），实验中观察到装置D中产生黑色沉淀，其离子方程式为 。 (6)欲探究产品的成分，现进行如下实验： 实验 操作与现象 结论 I 取少量样品，滴加足量的稀盐酸，将气体通入品红溶液中，溶液褪色 样品含________ Ⅱ 在实验I的溶液中滴加溶液，产生白色沉淀 样品含 ①由上述实验I可知，样品中含有 杂质（填化学式），实验II中存在杂质的原因可能是 。 ②测定产品纯度的方法：取样品加入稀硫酸（过量）中，充分反应后，煮沸溶液以除去残留的酸性气体；滴加酚酞溶液作指示剂，用标准NaOH溶液滴定过量的硫酸，消耗NaOH溶液。若该样品中杂质不参加反应，用上述方法测得的样品的纯度为 %（用含、、、、w的代数式表示）。 拓展培优 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 A．图I：在石墨电极上得到了电子 B．图II：放电时Pb为负极，电极反应式为 C．图III：电池内的由电极乙向电极甲定向迁移 D．图IV：Zn为电池的负极，放电时发生氧化反应 2．电子科技大学研发了一种用于可充电Zn-空气电池(ZABs)的低成本非碱性醋酸锌，简写为电解质，与传统的碱性ZABs相比，它具有优异的循环性能和在空气中的稳定性，放电时的最终产物是。该电池的工作原理如图所示。下列有关该电池在放电时的说法正确的是 A．电子通过导线移向甲电极 B．向乙电极移动 C．正极的电极反应为 D．每转移，理论上会产生0.125molZHA 3．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，实现CO2的再利用。电池的总反应为：CO2 + 2H2O =CH4 +2O2(已知：质子交换膜仅允许H+通过)，下列说法正确的是 A．该装置的电解质溶液可能为HNO3 B．电子从GaN电极流出经过电解质溶液到Cu电极 C．理论上正极消耗1mol CO2负极生成44.8L O2 D．Cu 电极上发生的电极反应是 CO2 + 8e − +8H + = CH4 +2H2O 4．我国科学家以LiI为催化剂，通过改变盐浓度或溶剂调节锂-硫电池的放电性能。装置如图所示，下列说法正确的是 A．该装置将电能转化为化学能 B．放电过程中向a电极迁移 C．b极反应式为 D．a极质量减少14g时转移个电子 5．双极膜技术构造出新型水系电池，模拟装置如图所示。双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换膜、中间层(催化层)和阴离子交换膜复合而成，在直流电场作用下，双极膜可将水离解成和。已知电极材料分别为Zn和，相应的产物为和。室温，下列说法错误的是 A．M极为Zn B．N电极的反应式为 C．膜b为阳离子交换膜，双极膜中间层中的通过膜a移向M极 D．若电路中通过2mol ，则稀硫酸溶液质量增加87g 6．一种新型锌电池的工作原理如图所示。双极膜中的解离为和，两种离子在电场作用下分别向两极迁移。该电池工作时，下列说法错误的是 A．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜 B．I室电极反应式为： C．Ⅱ室中酸性溶液的浓度逐渐变大 D．理论上每生成，I室溶液质量增加198g 7．新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LlxC6LiEePO4+C6(x<1)。下列说法正确的是 A．放电时，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4 B．放电时，负极材料质量减少1.4g，转移0.4mol电子 C．充电时，电极b与电源负极连接，电极a与电源正极连接 D．为了延长电池使用寿命，可以隔一段时间添加含电解质的水溶液 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $