2.2 化学反应与能量转化 第2课时（同步讲义）化学鲁科版必修第二册

本讲义聚焦化学反应能量转化的重要应用——化学电池，从氧化还原反应切入，系统梳理原电池工作原理、构成要素、正负极判断及电极反应式书写，延伸至一次电池、二次电池、燃料电池分类及金属活动性比较等应用，搭建完整知识支架。 资料融合科学思维与科学探究，通过“即学即练”“实践应用”结合锌铜原电池实验现象分析，培养证据推理与模型建构能力。考点解析与变式训练助力课中教学效率提升，课后可分层练习查漏补缺，强化化学观念中能量转化与物质变化的联系。

第2章 化学键 化学反应规律 第2节 化学反应与能量转化 第2课时 化学反应能量转化的重要应用--化学电池 教学目标 1.理解并掌握从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 2.会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式 3.掌握原电池的构成要素。 重点和难点 重点：认识原电池的工作原理 难点：会正确书写电极反应式 ◆知识点一 原电池的工作原理 1．原电池的定义 原电池是一种利用____________反应将化学能直接转化成______的装置。 2．原电池的构成要素 (1)一个反应：____________反应； (2)两个电极：相对活泼的金属做______，相对不活泼的金属或能导电的非金属做______； (3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为__________；用__________(即导线)连接成闭合回路。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 电子不能通过电解质溶液，只能通过导线移动 · 原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极 3．原电池的工作原理 工作过程中电解质溶液中阳离子向____________移动，阴离子向___________移动，与外电路构成闭合回路。 4.原电池正负极判断 特别提醒/易错提醒/教材延伸 一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg-Al-NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe-Cu-浓HNO3原电池中，Fe做正极，Cu做负极。 即学即练 1. 下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)(　　) 2.下列关于原电池的叙述中，不正确的是(　　) A．原电池的负极发生的反应是氧化反应 B．原电池的正极上发生的反应为还原反应 C．原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极 D．原电池中电子流入的极一定是正极 3.如图是原电池示意图。当该电池工作时，下列描述不正确的是(　　) A．溶液由无色逐渐变为蓝色 B．铜片表面有气泡 C．电流表指针发生偏转 D．锌是负极，其质量逐渐减小 ◆知识点二 原电池原理的其他应用 1．比较金属的活动性强弱 (1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做______，活动性较弱的金属做______。 (2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。 2．加快化学反应 (1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。 (2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。 3．设计原电池的基本思路 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。 (1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为____________：还原剂－ne－===氧化产物；正极反应为____________：氧化剂＋ne－===还原产物。 实例：负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。 (2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为____________，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。 (3)画出原电池的装置简图。 （4）锌铜原电池工作原理 实验装置 现象 锌片____________，铜片上有____________，电流表指针____________ 结论 导线中有____________，______能转化为______能 解释 锌失电子发生____________形成Zn2＋进入溶液：Zn－2e－===Zn2＋(填电极反应式)，锌片上的电子沿导线流向铜片 溶液中的H＋从铜片上得电子发生____________生成H2逸出：2H＋＋2e－===H2↑(填电极反应式) 即学即练 1. 某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是(　　) 选项 正极 负极 电解质溶液 A Fe Zn HCl B Zn Cu H2SO4 C Ag Zn CuSO4 D C Zn ZnCl2 2.A、B、C都是金属，B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A、B与稀硫酸组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为(　　) A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．C＞B＞A D．B＞C＞A 3.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下： a极质量减小，b极质量增大 b极有气泡产生，c极无变化 d极溶解，c极有气泡产生 电流从a极流向d极 则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是(　　) A．a>b>c>d　　　　　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c ◆知识点三 常见的化学电源 1．一次电池 (1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为______，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为______，最终被还原的物质是二氧化锰。 ③NH4Cl糊的作用是作____________。 2．二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 (2)能量转化：化学能电能 (3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 (4)铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O ①______是Pb，______是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 ②放电反应原理 负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； 正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； 放电过程中，负极质量的变化是______，H2SO4溶液的浓度______。 ③充电反应原理 阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； 阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； 充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 3．燃料电池 （1）特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。 （2）燃料电池常用的燃料有：________________________等；常用氧化剂：____________。 （3）燃料电池电极反应式的书写 ①写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 ②写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 即学即练 1. 某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．锌筒是原电池的正极 B．石墨电极上发生氧化反应 C．铵根离子流向石墨电极 D．电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒 2. 有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　) 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅－硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A.图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag 3. 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 一、原电池的原理 构成条件 ①能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)； ②一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)； ③形成闭合回路（电解质溶液(或熔融电解质)；两个电极直接(或间接)接触；两个电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中） 常见装置 盐桥含饱和KCl(或KNO3)溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极，作用是连接内电路，通过离子的定向移动，构成闭合回路；隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；维持电极区溶液的电荷平衡，使溶液呈电中性。 工作原理 微粒流向的判断 电子流向 负极→外电路→正极(与电流的方向正好相反，且电子不下水) 离子流向 阳离子移向正极，阴离子移向负极（离子不上岸） 实践应用 1.锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A.Cu电极为该原电池的正极 B.Zn电极是还原剂，又是电子导体 C.氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面 2.将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原电池，装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正确的是 A.Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+ B.若铝条表面有氧化膜，也不必处理 C.该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的 D.Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 3.金属-空气电池可用作电动车动力来源，某金属-空气电池的工作原理如图所示。该电池以金属M为负极，碳材料为正极，放电时下列说法正确的是 A．将电能转化为化学能 B．负极上发生还原反应 C．空气中的氧气在正极上得电子 D．外电路电子由碳材料电极流向金属M电极 二、电极反应式的书写 1．原电池中电极反应式的书写 1、先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意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，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式：若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。 3、正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的书写电极反应式，即得到较难写出的书写电极反应式。 2．电解池中电极反应式的书写 1、首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 2、如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。 阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：S2->SO＞I-＞Br-＞C1-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。 阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+>K+。 注：在水溶液中A13+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。 3．燃料电池电极反应式的书写 电极：惰性电极。 燃料包含：H2；烃如：CH4；醇如：C2H5OH等。 电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液：②碱性电解质溶液如：NaOH溶液：③熔融氧化物如：Al2O3；④熔融碳酸盐如：K2CO3等。 第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。 如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O：甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应为： ①CH4 +2O2=CO2 +2H2O ②CO2 +2NaOH=Na2CO3 +H2O ①式+②式得燃料电池总反应为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况： （1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O （2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=40H- （3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2- （4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式 故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。 4．新型化学电源中电极反应式的书写 （1）书写步骤 （2）燃料电池中正极电极反应式的书写思路 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式： 电解质环境 从电极反应式判O2－的存在形式 酸性电解质溶液环境下 O2＋4H＋＋4e－═══2H2O 碱性电解质溶液环境下 O2＋2H2O＋4e－═══4OH－ 固体电解质(高温下能传导O2－)环境下 O2＋4e－═══2O2－ 熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 O2＋2CO2＋4e－═══2CO （3）燃料电池中不同环境下的电极反应式 以甲醇、O2燃料电池为例： 酸性介质，如稀H2SO4 负极 CH3OH－6e－＋H2O═══CO2↑＋6H＋ 正极 O2＋6e－＋6H＋═══3H2O 碱性介质，如KOH溶液 负极 CH3OH－6e－＋8OH－═══CO＋6H2O 正极 O2＋6e－＋3H2O═══6OH－ 熔融盐介质，如K2CO3 负极 CH3OH－6e－＋3CO═══4CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－＋3CO2═══3CO 高温下能传导O2－的固体作电解质 负极 CH3OH－6e－＋3O2－═══CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－═══3O2－ 实践应用 1.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为 A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法不正确的是 A．Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－ C．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 3.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示原电池装置。下列说法不正确的是 A．该装置工作时化学能转化为电能 B．电池工作时，Zn片发生的电极反应： C．溶液中向Zn电极移动，向Cu电极移动 D．电池工作一段时间后，溶液质量增加 考点一 原电池的原理 【例1】（24-25高一下·新疆喀什·期末）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 解题要点 1.本质：自发氧化还原反应，化学能→电能；构成四要素：两活泼性不同电极、电解质、闭合回路、自发反应。 2.正负极判断（万能）：电子流出/氧化反应/燃料/活泼金属→负极；电子流入/还原反应/O₂/不活泼金属→正极。 3.流向铁律：电子只走外电路（负极→导线→正极）；离子只走内电路（阳离子→正极，阴离子→负极）。 4.电极反应书写：先写简单极（通常正极O₂），总反应减正极得负极；必须考虑介质（酸/碱/熔融盐/氧化物），产物与电解质不反应。 5.高频易错点： 电子不能进入电解质溶液 特殊电极：Mg-Al-NaOH 中 Al 为负，Cu-Fe - 浓硝酸中 Cu 为负 盐桥：阳离子移正极，阴离子移负极，维持电中性 【变式1-1】锂-海水电池常用在海上浮标等助航设备中，其装置如图所示。电池反应为。电池工作时，下列说法正确的是 A．金属镍作负极 B．电子从镍电极经导线流向锂电极 C．该装置将电能转化为化学能 D．海水作为电解质溶液 【变式1-2】化学电池已经成为人类生产生活的重要能量来源之一，下列说法错误的是 A．锌锰干电池属于一次电池 B．原电池的正、负极材料必须一样 C．原电池反应的实质是自发进行的氧化还原反应 D．利用氢气的燃烧反应可设计成原电池 考点二 一次电池 【例2】常见锌锰干电池的构造如下图所示，该电池放电时的电池总反应方程式为：Zn + 2MnO2 + 2 = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O，下列说法错误的是    A．该电池属于一次电池 B．电池正极反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时，电子从锌筒经糊流向石墨棒 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g 解题要点 1.核心特征：只能放电（原电池），不可充电，无充电 / 电解池过程，只有正负极，无阴阳极。 2.正负极铁律：活泼金属（Zn）在负极（氧化反应），氧化剂（MnO₂）在正极（还原反应）。 3.介质影响：酸性锌锰干电池中，Zn 失电子生成，MnO₂还原为；碱性条件下无、生成。 4.离子流向：阳离子→正极，阴离子→负极；电子只走外电路，不进入电解质。 5.易错点：一次电池放电后不能复原，废弃后需回收处理；碱性电池比酸性电池能量高、放电时间长。 【变式2-1】碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+MnO2+H2O=ZnO+Mn(OH)2。下列说法错误的是 A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-=Mn(OH)2+2OH- C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g 【变式2-2】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 考点三 二次电池 【例3】（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 解题要点 1.核心转换：放电 = 原电池（自发），充电 = 电解池（需外接电源） 2. 电极对应铁律（必背）： 放电负极 ↔ 充电阴极（接电源负极） 放电正极 ↔ 充电阳极（接电源正极） 口诀：负接负，正接正 3. 电极反应式速写： 先写放电的原电池反应（按原电池规则） 充电反应直接将放电反应左右颠倒（电子数不变） 4. 离子与电子流向： 放电：阳离子→正极，阴离子→负极；电子：负极→导线→正极 充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；电子：电源负极→阴极，阳极→电源正极 【变式3-1】如图是铅蓄电池构造示意图。下列说法不正确的是 A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，电子由板通过导线流向板 C．电池工作时，发生还原反应 D．电池工作时，移向板 【变式3-2】铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆，其构造如下图所示，已知难溶于水，电池反应为，下列说法正确的是 A．电池工作时，PbO2为负极，发生还原反应 B．电池工作时，电解质溶液保持不变 C．负极的电极反应式为 D．硫酸根离子在负极和正极都参与了反应，在放电时，两电极质量均增加。 考点四 燃料电池 1. 【例4】固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　) ①多孔电极a为负极 ②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ③b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O ④该电池的总反应式为2H2＋O22H2O A．①② B．②④ C．②③ D．③④ 解题要点 核心原则：燃料在负极（氧化反应），O2氧化剂在正极（还原反应）正极 O₂反应速记（必背）： （1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O （2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=40H- （3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2- （4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO。 【变式4-1】某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述中不正确的是 A．a极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b极反应式是O2+4OH--4e-=2H2O C．总反应方程式为2H2+O2=2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【变式4-2】（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。 (1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为 ，此时正极附近溶液的碱性 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为 。 Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图： (3)图中左侧甲电极为电源 极。 (4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为 mol。 考点五 原电池的应用 1. 【例5】X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示： 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为(　　) A．Z>Y>X>W　　　　　 B．Z>X>Y>W C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W 【变式5-1】有M、N、P、Q四种金属，已知：①M与N的盐溶液可以发生离子反应；②M、P放入稀硫酸中，P表面有大量气泡产生，M表面无明显现象；③N、Q用导线连接后放入Q 的硫酸盐溶液中，电极反应为。则四种金属的还原性由强到弱的顺序是 A．Q、P、M、N B．Q、N、M、P C．P、N、M、Q D．P、M、N、Q 【变式5-2】某同学设计如图所示装置验证金属活动性，下列说法正确的是 A．该装置可将电能转化为化学能 B．金属M为负极，发生氧化反应 C．若金属M为，则电极反应式为 D．实验结论：金属活动性 基础达标 1．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 2．（24-25高一下·辽宁抚顺·期中）下列关于如图所示装置的叙述错误的是 A．电子由铜经导线向锌移动 B．铜表面有气泡产生 C．锌表面发生氧化反应 D．稀硫酸中的向铜所在的区域移动 3．（25-26高二上·北京房山·期中）铜锌原电池的装置如下图，下列说法正确的是 A．Cu是负极材料 B．正极发生氧化反应 C．Zn电极上发生反应 D．盐桥的作用是传导电子 4．（25-26高二上·湖南湘潭·期中）某铜锌原电池装置如图所示，下列有关说法正确的是 A．该原电池中Zn极发生还原反应 B．该原电池电流从Zn极流向Cu极 C．该原电池放电时，电解质溶液质量不断减小 D．该原电池能够将化学能转化为电能 5．（22-23高一下·福建厦门·期中）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．（25-26高二上·辽宁·月考）某化学兴趣小组自制的盐水彩灯装置如图所示，下列电池组合正确且能使彩灯亮起来的是 选项 电极a(正极) 电极b(负极) X A Al Mg 乙醇 B Zn Pt 稀硫酸 C Cu Fe 硫酸铜溶液 D 金刚石 Zn 稀硫酸 A．A B．B C．C D．D 7．（24-25高一下·浙江杭州·期中）我国固体氧化物电池技术研发取得新突破。利用该科技实现了废气资源回收，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为电池正极 B．电路中每流过电子，正极消耗 C．电极上的电极反应： D．该装置实现了电能向化学能的转化 8．（24-25高一下·四川达州·期中）常见的锌锰干电池的构造如图所示，放电时的电池反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2＋2MnO(OH)。 已知：[Zn(NH3)2]Cl2在水溶液中可电离出[Zn(NH3)2]2+和Cl-。请回答下列问题： (1)该电池放电时能量的主要转化形式为_______，放电之后内部的化学反应_______(填“能”或“不能”)逆向进行。 (2)NH4Cl糊的作用是______；该干电池在使用的过程中，电子由______(填“锌筒”或“石墨棒”，下同)经导线流向______。 (3)负极发生的电极反应为_______；电路中每转移0.1NA个电子，生成MnO(OH)的质量为_______g。 9．（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。 (1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为___________，此时正极附近溶液的碱性___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为___________。 Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图： (3)图中左侧甲电极为电源___________极。 (4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为___________mol。 10．（24-25高一下·广东·期中）化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一。请根据所学知识，回答下列问题： (1)铝-空气-海水电池是一种无污染、长效、稳定可靠的电源，可为海上的航标灯供电，其工作原理示意图如图1所示。该电池工作时，电子移动方向为___________(填标号)。 A．石墨→航标灯→铝 B．铝→航标灯→石墨 C．铝→海水→石墨 D．铝→航标灯→石墨→海水→铝 (2)氢氧燃料电池能量转化效率高，工作原理如图2所示。 ①负极为___________(填“M极”或“N极”)，a表示的物质为___________。 ②N极发生的电极反应为___________。 (3)某化学兴趣小组根据反应设计原电池。 ①负极材料为___________。 ②下列可作为该原电池的电解质溶液的是___________(填标号)。 A．稀硫酸B．浓硫酸C．稀硝酸D．稀盐酸 ③正极发生的电极反应为___________，电池工作10min后，溶液中转移了个电子，则电解质溶液的质量增大了___________g。 综合应用 11．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期中）下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是 A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒会被破坏 C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 12．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期中）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，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 D．质子通过电解质溶液向电极B迁移 13．（23-24高一下·辽宁沈阳·期中）为了保护环境、充分利用铅资源，科学家设计了如下的H2-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。 下列有关说法错误的是 A．正极区溶液pH升高，负极区溶液pH降低 B．电子流向：电极b→负载→电极a C．正极区电极反应式为 D．为了提高Pb的回收率，离子交换膜为阴离子交换膜 14．（24-25高一下·吉林长春·期中）在通风橱中进行下列实验。下列说法不正确的是 步骤 现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变成红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡 A．I中气体由无色变红棕色的化学方程式： B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应 C．对比Ⅱ、Ⅲ中现象分析可知：Fe比Cu活泼，故Ⅲ中Fe做负极 D．Ⅲ中正极上发生的反应为 15．（24-25高一下·吉林长春·期中）如图所示的原电池装置中，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电流流向已标出，下列说法正确的是 A．X电极可能产生 B．若两电极分别为Zn和Cu，则X为Zn C．X电极发生还原反应，Y电极发生氧化反应 D．流向Y电极 16．（24-25高一下·辽宁大连·期中）下列有关叙述错误的是 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅酸蓄电池 图Ⅲ银锌纽扣电池 图Ⅳ氢氧燃料电池 A．图Ⅰ所示电池中，每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为 B．图Ⅱ所示电池工作过程中，正极的质量逐渐增大 C．图Ⅲ所示电池工作时，电子从Zn经导线流向 D．图Ⅳ所示电池工作一段时间后，电解质溶液的pH一定增大 17．（24-25高一下·广东广州·期中）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为FeCl3溶液，则a电极质量减轻 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀H2SO4，则b电极上没有气泡生成 C．若a为Zn，b为Ag，c为CuSO4溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液，则电子由a经导线流向b 18．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）已知①～④反应和原电池的装置如下： ①  ②  ③  ④ (1)利用反应①设计原电池： A电极：惰性电极，B电极：Zn，溶液C：稀溶液。放电时溶液中的阴离子移向___________(填“A极”或“B极”)，反应进行一段时间后溶液C的pH___________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。 (2)利用反应②设计原电池： A极(负极)材料为___________，B极电极反应式为___________，电子通过导线的方向是___________(填“由A到B”或“由B到A”)。 (3)反应③能否通过原电池装置实现化学能直接转化为电能___________(填“能”或“不能”)。 (4)将反应④设计成燃料电池的工作原理如图所示，X、Y均为惰性电极，则通入的电极是___________(填“X”或“Y”)电极，电极反应式是___________。若线路中转移2 mol电子，则消耗的在标准状况下的体积为___________L。 19．（24-25高一下·浙江杭州·期中）回答下列问题： (1)写出碱性氢氧燃料电池放电时的负极反应方程式_______。 (2)写出钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应方程式______。 (3)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式______，若过程中产生，则消耗标准状况下的体积为______L。 拓展培优 20．（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 21．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期末）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 22．（24-25高一下·山西·期中）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 23．（24-25高一下·江苏南京·期中）一种室内甲醛传感器测量甲醛含量的工作原理如下图所示。已知：国家标准室内甲醛含量不超过，下列说法错误的是 A．外电路电流方向由电极到电极 B．负极反应式为 C．随测量进行，溶液浓度逐渐变小 D．传感器在室内空间测量时，电路中转移，该室内甲醛含量符合国家标准 24．（24-25高一下·广东广州·期中）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 ______。 25．（24-25高一下·安徽宣城·期中）某小组验证活泼金属可以保护不活泼金属，防止不活泼金属腐蚀。 (1)甲同学将不同金属棒用导线连接后伸入稀硫酸中，图1的正极表面的现象___________。图2的负极方程式为___________。 (2)乙同学完成了实验如图3，发现Fe表面产生___________，认为Zn没有完全保护Fe。 已知：是检验的灵敏试剂，反应为(蓝色沉淀)。 (3)丙同学查阅资料发现可以直接氧化了Fe棒，认为乙同学实验设计有缺陷，丙同学设计了新的方案___________(简述实验方案和现象)，证明Zn保护了Fe． (4)丁同学将镁和铝连接在电压传感器上再深入不同溶液中，得到电压和时间的关系，电解质溶液为稀硫酸时如图4，电解质溶液为稀氢氧化钠溶液时如图5. 酸性条件下，___________做正极(填“Mg”或“Al”)，电极方程式为___________，说明Mg保护了Al。碱性条件下，前70s左右，___________(填序号) a．Mg保护了Al    b．Al保护了Mg 这段时间负极电极方程式为___________，电压变为负值后，负极电极方程式为___________。 26．（23-24高一下·广东深圳·期中）到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。现有反应①Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+10H2O+2NH3↑②Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。试回答下列问题： (1)两反应中属于吸热反应的是_______(填序号，下同)，能设计成原电池的是_______。 (2)化学课外活动小组设计的用铜-锌-稀硫酸原电池使LED灯发光的装置示意图。 ①溶液中的H+向_______(填“锌”或“铜”)电极方向移动。 ②正极的电极方程式为_______。 ③若反应过程中有0.2 mol电子的转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为_______ L。 (3)潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示： ①电极a是_______。(填“正极”或“负极”) ②电极b的电极反应式为_______。 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2章 化学键 化学反应规律 第2节 化学反应与能量转化 第2课时 化学反应能量转化的重要应用--化学电池 教学目标 1.理解并掌握从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 2.会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式 3.掌握原电池的构成要素。 重点和难点 重点：认识原电池的工作原理 难点：会正确书写电极反应式 ◆知识点一 原电池的工作原理 1．原电池的定义 原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。 2．原电池的构成要素 (1)一个反应：氧化还原反应； (2)两个电极：相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极； (3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为离子导体；用电子导体(即导线)连接成闭合回路。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 电子不能通过电解质溶液，只能通过导线移动 · 原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极 3．原电池的工作原理 工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外电路构成闭合回路。 4.原电池正负极判断 特别提醒/易错提醒/教材延伸 一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg-Al-NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe-Cu-浓HNO3原电池中，Fe做正极，Cu做负极。 即学即练 1. 下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)(　　) 【答案】D 【解析】A中两极金属活泼性相同；B中无电解质溶液；C中没构成闭合回路。 2.下列关于原电池的叙述中，不正确的是(　　) A．原电池的负极发生的反应是氧化反应 B．原电池的正极上发生的反应为还原反应 C．原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极 D．原电池中电子流入的极一定是正极 【答案】C 【解析】原电池的负极失去电子被氧化，发生氧化反应，A正确；原电池正极上物质得电子，发生还原反应，B正确；在原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；原电池放电时，电子转移的方向是从负极沿导线流向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。 3.如图是原电池示意图。当该电池工作时，下列描述不正确的是(　　) A．溶液由无色逐渐变为蓝色 B．铜片表面有气泡 C．电流表指针发生偏转 D．锌是负极，其质量逐渐减小 【答案】A 【解析】Zn的活泼性大于Cu，则Zn为负极，Cu为正极，Cu不能反应生成Cu2＋，所以溶液不会变为蓝色，故A错误；Cu为正极，H＋在Cu电极上得电子生成氢气，所以铜片表面有气泡产生，故B正确；在该原电池中，Zn失去电子，电子由Zn片经导线流向Cu片，电流表指针发生偏转，故C正确；Zn为负极，Zn失去电子生成Zn2＋，其质量逐渐减小，故D正确。 ◆知识点二 原电池原理的其他应用 1．比较金属的活动性强弱 (1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。 (2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。 2．加快化学反应 (1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。 (2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。 3．设计原电池的基本思路 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。 (1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物；正极反应为还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物。 实例：负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。 (2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。 (3)画出原电池的装置简图。 （4）锌铜原电池工作原理 实验装置 现象 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转 结论 导线中有电流通过，化学能转化为电能 解释 锌失电子发生氧化反应形成Zn2＋进入溶液：Zn－2e－===Zn2＋(填电极反应式)，锌片上的电子沿导线流向铜片 溶液中的H＋从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：2H＋＋2e－===H2↑(填电极反应式) 即学即练 1. 某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是(　　) 选项 正极 负极 电解质溶液 A Fe Zn HCl B Zn Cu H2SO4 C Ag Zn CuSO4 D C Zn ZnCl2 【答案】C 【解析】将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成两个半反应： 氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋； 还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。 则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或能导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。 2.A、B、C都是金属，B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A、B与稀硫酸组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为(　　) A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．C＞B＞A D．B＞C＞A 【答案】C 【解析】B中混有C时，只有C能被盐酸溶解，根据金属活动顺序表，推出C比B活泼，A、B与稀硫酸构成原电池，A为正极，则B为负极，根据原电池工作原理，推出B比A活泼，综上所述，金属活动性强弱顺序是C＞B＞A，故C正确。 3.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下： a极质量减小，b极质量增大 b极有气泡产生，c极无变化 d极溶解，c极有气泡产生 电流从a极流向d极 则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是(　　) A．a>b>c>d　　　　　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【答案】C 【解析】装置甲中，a极质量减小，b极质量增大，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序：a>b；装置乙中，b极有气泡产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序：b>c；装置丙中，d极溶解，c极有气泡产生，d极为负极，c极为正极，所以金属的活动性顺序：d>c；装置丁中，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序：d>a；故这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。 ◆知识点三 常见的化学电源 1．一次电池 (1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。 ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。 2．二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 (2)能量转化：化学能电能 (3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 (4)铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O ①负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 ②放电反应原理 负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； 正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； 放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 ③充电反应原理 阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； 阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； 充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 3．燃料电池 （1）特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。 （2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。 （3）燃料电池电极反应式的书写 ①写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 ②写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 即学即练 1. 某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．锌筒是原电池的正极 B．石墨电极上发生氧化反应 C．铵根离子流向石墨电极 D．电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒 【答案】C 【解析】锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，A错误；锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，B错误；原电池中阳离子定向移动到正极，故铵根离子流向石墨电极，C正确；电子经导线由负极锌筒流向石墨电极，D错误。 2. 有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　) 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅－硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A.图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag 【答案】D 【解析】MnO2的作用是作氧化剂，A错误；Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4被消耗，浓度减小，B错误；正极析出铜，Cu2＋浓度减小，C错误；负极Zn→Zn2＋，发生氧化反应，Zn作还原剂；正极：Ag2O→Ag，发生还原反应，Ag2O是氧化剂，D正确。 3. 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 【答案】D 【解析】O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。 一、原电池的原理 构成条件 ①能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)； ②一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)； ③形成闭合回路（电解质溶液(或熔融电解质)；两个电极直接(或间接)接触；两个电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中） 常见装置 盐桥含饱和KCl(或KNO3)溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极，作用是连接内电路，通过离子的定向移动，构成闭合回路；隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；维持电极区溶液的电荷平衡，使溶液呈电中性。 工作原理 微粒流向的判断 电子流向 负极→外电路→正极(与电流的方向正好相反，且电子不下水) 离子流向 阳离子移向正极，阴离子移向负极（离子不上岸） 实践应用 1.锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A.Cu电极为该原电池的正极 B.Zn电极是还原剂，又是电子导体 C.氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面 【答案】C 【解析】铜电极为原电池的正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，故A、D正确；能导电的锌电极为铜锌原电池的负极，故B正确；氯化钾盐桥中氯离子将移向硫酸锌溶液，故C错误。 2.将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原电池，装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正确的是 A.Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+ B.若铝条表面有氧化膜，也不必处理 C.该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的 D.Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 【答案】B 【解析】Mg虽然比Al活泼，但铝能与NaOH溶液发生氧化还原反应，镁与NaOH溶液不反应，所以在题述装置中铝失电子，为原电池的负极，A错误；铝条表面的氧化膜能与NaOH溶液反应，故不必处理，B正确；该装置外电路的电流是由电子的定向移动形成的，而内电路的电流则是由溶液中离子的定向移动形成的，C错误；铝为原电池的负极，由于电池开始工作时，生成的铝离子的量较少，NaOH过量，此时不会有Al(OH)3白色沉淀析出，D错误。 3.金属-空气电池可用作电动车动力来源，某金属-空气电池的工作原理如图所示。该电池以金属M为负极，碳材料为正极，放电时下列说法正确的是 A．将电能转化为化学能 B．负极上发生还原反应 C．空气中的氧气在正极上得电子 D．外电路电子由碳材料电极流向金属M电极 【答案】C 【解析】由示意图中离子的移动方向可知，金属M电极为原电池的负极，M失去电子发生氧化反应生成M2+，碳材料电极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子。A．该结构为原电池，将化学能转化为电能，故A错误；B．原电池中负极失去电子发生氧化反应，故B错误；C．该电池中，空气中的氧气在正极上得电子生成OH-，故C正确；D．原电池工作时，外电路电子由负极流向正极，则放电时，外电路电子由M电极流向碳材料电极，故D错误；故选C。 二、电极反应式的书写 1．原电池中电极反应式的书写 1、先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意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，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式：若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。 3、正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的书写电极反应式，即得到较难写出的书写电极反应式。 2．电解池中电极反应式的书写 1、首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 2、如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。 阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：S2->SO＞I-＞Br-＞C1-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。 阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+>K+。 注：在水溶液中A13+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。 3．燃料电池电极反应式的书写 电极：惰性电极。 燃料包含：H2；烃如：CH4；醇如：C2H5OH等。 电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液：②碱性电解质溶液如：NaOH溶液：③熔融氧化物如：Al2O3；④熔融碳酸盐如：K2CO3等。 第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。 如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O：甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应为： ①CH4 +2O2=CO2 +2H2O ②CO2 +2NaOH=Na2CO3 +H2O ①式+②式得燃料电池总反应为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况： （1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O （2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=40H- （3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2- （4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式 故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。 4．新型化学电源中电极反应式的书写 （1）书写步骤 （2）燃料电池中正极电极反应式的书写思路 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式： 电解质环境 从电极反应式判O2－的存在形式 酸性电解质溶液环境下 O2＋4H＋＋4e－═══2H2O 碱性电解质溶液环境下 O2＋2H2O＋4e－═══4OH－ 固体电解质(高温下能传导O2－)环境下 O2＋4e－═══2O2－ 熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 O2＋2CO2＋4e－═══2CO （3）燃料电池中不同环境下的电极反应式 以甲醇、O2燃料电池为例： 酸性介质，如稀H2SO4 负极 CH3OH－6e－＋H2O═══CO2↑＋6H＋ 正极 O2＋6e－＋6H＋═══3H2O 碱性介质，如KOH溶液 负极 CH3OH－6e－＋8OH－═══CO＋6H2O 正极 O2＋6e－＋3H2O═══6OH－ 熔融盐介质，如K2CO3 负极 CH3OH－6e－＋3CO═══4CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－＋3CO2═══3CO 高温下能传导O2－的固体作电解质 负极 CH3OH－6e－＋3O2－═══CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－═══3O2－ 实践应用 1.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为 A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 【答案】C　 【解析】根据题给信息，该燃料电池总反应式为2H2＋O2===2H2O；电解质溶液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A项错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B、D项错误，C项正确。 2.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法不正确的是 A．Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－ C．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 【答案】C　 【解析】Al、Cu、浓HNO3组成原电池，Al发生钝化，Cu为负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故选C。 3.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示原电池装置。下列说法不正确的是 A．该装置工作时化学能转化为电能 B．电池工作时，Zn片发生的电极反应： C．溶液中向Zn电极移动，向Cu电极移动 D．电池工作一段时间后，溶液质量增加 【答案】C 【解析】由图象可知，该原电池反应式为：，Zn发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，据此解答。A．该装置为原电池，原电池为化学能转化为电能的装置，A正确；B．由分析可知Zn电极为负极，电极反应为：，B正确；C．由分析可知，锌电极为负极，铜电极为正极，在原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；D．总反应为：，锌的原子量较大，故电池工作一段时间后，溶液质量增加，D正确；故选C。 考点一 原电池的原理 【例1】（24-25高一下·新疆喀什·期末）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 【分析】该电池总反应是Zn+2H+=Zn2++H2↑，Zn是负极发生氧化反应Zn-2e-=Zn2+，Cu为正极发生还原反应2H++2e-=H2↑，外电路中电流由正极流向负极、电子由负极流向正极。 【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。 解题要点 1.本质：自发氧化还原反应，化学能→电能；构成四要素：两活泼性不同电极、电解质、闭合回路、自发反应。 2.正负极判断（万能）：电子流出/氧化反应/燃料/活泼金属→负极；电子流入/还原反应/O₂/不活泼金属→正极。 3.流向铁律：电子只走外电路（负极→导线→正极）；离子只走内电路（阳离子→正极，阴离子→负极）。 4.电极反应书写：先写简单极（通常正极O₂），总反应减正极得负极；必须考虑介质（酸/碱/熔融盐/氧化物），产物与电解质不反应。 5.高频易错点： 电子不能进入电解质溶液 特殊电极：Mg-Al-NaOH 中 Al 为负，Cu-Fe - 浓硝酸中 Cu 为负 盐桥：阳离子移正极，阴离子移负极，维持电中性 【变式1-1】锂-海水电池常用在海上浮标等助航设备中，其装置如图所示。电池反应为。电池工作时，下列说法正确的是 A．金属镍作负极 B．电子从镍电极经导线流向锂电极 C．该装置将电能转化为化学能 D．海水作为电解质溶液 【答案】D 【分析】根据电池反应为可知，负极锂失去电子生成锂离子，金属镍作正极，水得到电子生成氢气，据此分析解答。 【详解】A．据分析可知，金属锂作负极，金属镍作正极，A错误； B．原电池中，电子从负极流出经导线流入正极，则上述装置中，电子从锂电极经导线流向镍电极，B错误； C．该装置为原电池装置，所以是将化学能转化为电能，C错误； D．海水中含多种溶质，在该装置中，海水作原电池的电解质溶液，D正确； 故选D。 【变式1-2】化学电池已经成为人类生产生活的重要能量来源之一，下列说法错误的是 A．锌锰干电池属于一次电池 B．原电池的正、负极材料必须一样 C．原电池反应的实质是自发进行的氧化还原反应 D．利用氢气的燃烧反应可设计成原电池 【答案】B 【详解】A．锌锰干电池放电后无法重新充电，属于一次电池，故A正确； B．原电池的正、负极材料可以不一样，如铜锌原电池的负极是锌、正极是铜，故B错误； C．原电池反应的实质是自发进行的氧化还原反应，故C正确； D．氢气的燃烧反应是自发的氧化还原反应，利用氢气的燃烧反应可设计成原电池，故D正确； 选B。 考点二 一次电池 【例2】常见锌锰干电池的构造如下图所示，该电池放电时的电池总反应方程式为：Zn + 2MnO2 + 2 = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O，下列说法错误的是    A．该电池属于一次电池 B．电池正极反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时，电子从锌筒经糊流向石墨棒 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g 【答案】C 【分析】由图可知，锌锰干电池为不能充电的一次电池，电池工作时，锌筒为负极，石墨棒为正极。 【解析】A．锌锰干电池不能充电，属于一次电池，故A正确； B．锌锰干电池工作时，MnO2在正极得到电子，反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O，故B正确； C．由分析可知，电池工作时，锌筒为负极，石墨棒为正极，电子由锌筒流出经过外电路流向石墨棒，故C错误； D．由分析可知，电池工作时，锌筒为负极，电极反应式为，每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g，故D正确； 故选C。 解题要点 1.核心特征：只能放电（原电池），不可充电，无充电 / 电解池过程，只有正负极，无阴阳极。 2.正负极铁律：活泼金属（Zn）在负极（氧化反应），氧化剂（MnO₂）在正极（还原反应）。 3.介质影响：酸性锌锰干电池中，Zn 失电子生成，MnO₂还原为；碱性条件下无、生成。 4.离子流向：阳离子→正极，阴离子→负极；电子只走外电路，不进入电解质。 5.易错点：一次电池放电后不能复原，废弃后需回收处理；碱性电池比酸性电池能量高、放电时间长。 【变式2-1】碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+MnO2+H2O=ZnO+Mn(OH)2。下列说法错误的是 A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-=Mn(OH)2+2OH- C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g 【答案】C 【分析】Zn作负极，发生失电子的氧化反应，MnO2作正极，发生得电子的还原反应。 【详解】A．电池工作时，锌作为负极被氧化，失去电子，A正确； B．正极反应为MnO2得电子生成Mn(OH)2，反应式符合碱性环境，B正确； C．电子应从负极（锌）经外电路流向正极（MnO2），而非正极到负极，C错误； D．Zn元素化合价从0价升高至+2价，每0.2mol电子对应0.1mol Zn消耗，质量减少0.1×65=6.5g，D正确； 答案选C。 【变式2-2】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 【解析】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；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；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；电池工作时，阳离子(K+)向正极(Ag2O)移动，D错误；故选A。 考点三 二次电池 【例3】（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 【分析】二次电池放电时是原电池，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，由图知，Li+向右侧区域移动，则电极b为原电池的正极、电极a为负极，据此回答； 【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。 解题要点 1.核心转换：放电 = 原电池（自发），充电 = 电解池（需外接电源） 2. 电极对应铁律（必背）： 放电负极 ↔ 充电阴极（接电源负极） 放电正极 ↔ 充电阳极（接电源正极） 口诀：负接负，正接正 3. 电极反应式速写： 先写放电的原电池反应（按原电池规则） 充电反应直接将放电反应左右颠倒（电子数不变） 4. 离子与电子流向： 放电：阳离子→正极，阴离子→负极；电子：负极→导线→正极 充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；电子：电源负极→阴极，阳极→电源正极 【变式3-1】如图是铅蓄电池构造示意图。下列说法不正确的是 A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，电子由板通过导线流向板 C．电池工作时，发生还原反应 D．电池工作时，移向板 【答案】C 【详解】A．铅蓄电池充电时把电能转化为化学能，A正确； B．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，即电子由流向，B正确； C．电池工作时，作负极，发生氧化反应，C错误； D．电池工作时，阳离子向正极移动，D正确； 故答案选C。 【变式3-2】铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆，其构造如下图所示，已知难溶于水，电池反应为，下列说法正确的是 A．电池工作时，PbO2为负极，发生还原反应 B．电池工作时，电解质溶液保持不变 C．负极的电极反应式为 D．硫酸根离子在负极和正极都参与了反应，在放电时，两电极质量均增加。 【答案】D 【解析】该原电池工作时，Pb电极为负极，失电子结合硫酸根离子生成硫酸铅，PbO2为正极，得电子结合氢离子和硫酸根离子生成硫酸铅和水。A．电池工作时，Pb为负极，失电子发生氧化反应，A错误；B．由题干化学方程式可知，电池工作时，电解质溶液中的硫酸逐渐被消耗，pH逐渐增大，B错误；C．负极上硫酸根离子结合铅离子生成硫酸铅，正极上，硫酸根离子、氢离子与二氧化铅反应生成硫酸铅，正极的电极反应式为，C错误；D．负极的电极反应式为，电极质量均增加，正极的电极反应式为，电极质量均增加，D正确；故答案选D。 考点四 燃料电池 1. 【例4】固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　) ①多孔电极a为负极 ②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ③b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O ④该电池的总反应式为2H2＋O22H2O A．①② B．②④ C．②③ D．③④ 【答案】D 【解析】图中电子由多孔电极b通过导线流向多孔电极a，多孔电极b为负极，多孔电极a为正极，①错误；a极对应的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，②错误；b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，③正确；根据正负极得失电子数相等，将正负极电极反应式相加，该电池的总反应式为2H2＋O22H2O，④正确。 解题要点 核心原则：燃料在负极（氧化反应），O2氧化剂在正极（还原反应）正极 O₂反应速记（必背）： （1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O （2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=40H- （3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2- （4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO。 【变式4-1】某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述中不正确的是 A．a极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b极反应式是O2+4OH--4e-=2H2O C．总反应方程式为2H2+O2=2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【答案】B 【解析】A．a极通入氢气，氢气失电子发生氧化反应，a是负极，故A正确； B．b极通入氧气，氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，反应式是O2+2H2O +4e-=4OH-，故B错误； C．氢氧燃料电池，总反应方程式为2H2+O2=2H2O，故C正确； D．氢氧燃料电池反应产物是水，氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，故D正确； 选B。 【变式4-2】（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。 (1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为 ，此时正极附近溶液的碱性 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为 。 Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图： (3)图中左侧甲电极为电源 极。 (4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为 mol。 【答案】(1) 增大 (2) (3)负极 (4)8 【分析】Ⅰ．飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为：，放电时，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=，正极电极反应式为。 Ⅱ．图中氢离子从左侧移向右侧，故左侧为负极，右侧为正极。 【详解】（1）当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时相当于是原电池，Cd失去电子结合氢氧根离子生成Cd(OH)2，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=；正极得到电子生成，正极的电极反应式为，因此正极附近溶液的碱性增大。 （2），放电时，得到电子生成Ag，因此正极材料为。 （3）根据分析，左侧甲电极为负极。 （4）左侧甲电极为负极，通入甲烷，发生氧化反应，电极反应式为，因此每消耗1mol甲烷转移电子为8mol。 考点五 原电池的应用 1. 【例5】X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示： 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为(　　) A．Z>Y>X>W　　　　　 B．Z>X>Y>W C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W 【答案】A 【解析】甲中Z为负极，活泼性：Z>Y；乙中X上有气泡生成，则X为正极，活泼性：Y>X；丙中根据电子的流向可知，Z为负极，活泼性：Z>W；丁中W上发生还原反应，则W为正极，活泼性：X>W；综上可知活泼性：Z＞Y＞X＞W。 【变式5-1】有M、N、P、Q四种金属，已知：①M与N的盐溶液可以发生离子反应；②M、P放入稀硫酸中，P表面有大量气泡产生，M表面无明显现象；③N、Q用导线连接后放入Q 的硫酸盐溶液中，电极反应为。则四种金属的还原性由强到弱的顺序是 A．Q、P、M、N B．Q、N、M、P C．P、N、M、Q D．P、M、N、Q 【答案】D 【详解】根据可知，金属M比N活泼，说明M的还原性强于N（M＞N）；P与稀硫酸反应产生H2，而M不反应，说明P的还原性强于M（P＞M）；N和Q构成原电池时，N失去电子作为负极被氧化（N→N2+），Q2+在正极被还原（Q2+→Q），说明N的还原性强于Q（N＞Q）；综上，还原性顺序为：P＞M＞N＞Q，D正确； 故选D。 【变式5-2】某同学设计如图所示装置验证金属活动性，下列说法正确的是 A．该装置可将电能转化为化学能 B．金属M为负极，发生氧化反应 C．若金属M为，则电极反应式为 D．实验结论：金属活动性 【答案】B 【详解】A．这是原电池装置，是将化学能转化为电能，不是电能转化为化学能，A错误； B．金属N电极生成氢气，故N为正极，则金属M是负极，负极会失去电子，发生氧化反应，B正确； C．若金属M为Fe，Fe在稀硫酸中失去电子生成，电极反应式应为，C错误； D．原电池中，负极金属活动性强，所以金属活动性，D错误； 故答案选B。 基础达标 1．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．没有构成闭合回路，A不符合题意； B．没有构成闭合回路，B不符合题意； C．两个电极相同，没有电势差，不能产生电流，C不符合题意； D．该装置有两个活泼性不同的电极，由电解质、电极和导线形成的闭合回路，条件符合可形成电流，D符合题意； 故选D。 2．（24-25高一下·辽宁抚顺·期中）下列关于如图所示装置的叙述错误的是 A．电子由铜经导线向锌移动 B．铜表面有气泡产生 C．锌表面发生氧化反应 D．稀硫酸中的向铜所在的区域移动 【答案】A 【详解】A．该装置中，锌可与稀硫酸发生反应，化合价升高，作负极，电子由负极经导线流向正极，A错误； B．铜作正极，氢离子在正极发生还原反应生成，有气泡产生，B正确； C．锌作负极，发生氧化反应，C正确； D．铜作正极，在原电池中，阳离子移向正极，D正确； 故选A。 3．（25-26高二上·北京房山·期中）铜锌原电池的装置如下图，下列说法正确的是 A．Cu是负极材料 B．正极发生氧化反应 C．Zn电极上发生反应 D．盐桥的作用是传导电子 【答案】C 【分析】负极：较活泼的金属，发生氧化反应（失电子），反应式为：；正极：较不活泼的金属（或导电非金属），发生还原反应（得电子），反应式为：；盐桥：传导离子，维持两池电荷平衡，不传导电子（电子通过导线传递）。 【详解】A．Zn比Cu活泼，故Zn是负极，Cu是正极，A错误； B．正极发生还原反应，负极发生氧化反应，B错误； C．Zn作为负极，失电子生成Zn2+，反应式为：，C正确； D．盐桥的作用是传导离子（维持电荷平衡），电子通过导线传递，D错误； 故答案选C。 4．（25-26高二上·湖南湘潭·期中）某铜锌原电池装置如图所示，下列有关说法正确的是 A．该原电池中Zn极发生还原反应 B．该原电池电流从Zn极流向Cu极 C．该原电池放电时，电解质溶液质量不断减小 D．该原电池能够将化学能转化为电能 【答案】D 【分析】该装置中，锌比铜更活泼，锌作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为；铜作正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为，电子从负极沿导线流向正极，据此回答。 【详解】A．由分析知，Zn为负极，发生氧化反应， A错误； B．由分析知，Zn为负极，Cu为正极，电流由正极（Cu）流向负极(Zn)，B错误； C．由分析知，该电池总反应为，电解质溶液质量不断增大，C错误； D．该装置为原电池，原电池将化学能转化为电能，D正确； 故选D。 5．（22-23高一下·福建厦门·期中）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 【分析】的金属活动性强于，作负极、作正极。负极上发生氧化反应（），失去的电子通过导线流向正极；正极上稀硫酸中的发生还原反应（），实现化学能向电能的转化，据此分析。 【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．（25-26高二上·辽宁·月考）某化学兴趣小组自制的盐水彩灯装置如图所示，下列电池组合正确且能使彩灯亮起来的是 选项 电极a(正极) 电极b(负极) X A Al Mg 乙醇 B Zn Pt 稀硫酸 C Cu Fe 硫酸铜溶液 D 金刚石 Zn 稀硫酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．X为乙醇，乙醇是非电解质，无法导电，不能形成原电池，A错误； B．Zn比Pt活泼，应作负极，Pt为正极，B错误； C．Fe比Cu活泼，Fe作负极（b），Cu作正极（a），X为硫酸铜溶液，负极Fe失电子，正极Cu2+得电子，发生自发氧化还原反应，形成原电池产生电流，C正确； D．金刚石不导电，无法作为电极形成闭合回路，D错误； 故选C。 7．（24-25高一下·浙江杭州·期中）我国固体氧化物电池技术研发取得新突破。利用该科技实现了废气资源回收，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为电池正极 B．电路中每流过电子，正极消耗 C．电极上的电极反应： D．该装置实现了电能向化学能的转化 【答案】B 【分析】电极a上硫化氢失去电子被氧化得到S2，a为电池负极，电极b上氧气得到电子被还原为O2-，b为正极； 【详解】A．电极a为电池负极，A错误； B．正极上氧气得到电子被还原为O2-，存在关系式：O2~4e-，则电路中每流过电子，正极消耗1mol O2，B正确； C．使用的是氧离子固体电解质，则电极上的电极反应式为：O2+4e-=2O2-，C错误； D．该装置是原电池，实现了化学能向电能的转化，D错误； 故选B。 8．（24-25高一下·四川达州·期中）常见的锌锰干电池的构造如图所示，放电时的电池反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2＋2MnO(OH)。 已知：[Zn(NH3)2]Cl2在水溶液中可电离出[Zn(NH3)2]2+和Cl-。请回答下列问题： (1)该电池放电时能量的主要转化形式为_______，放电之后内部的化学反应_______(填“能”或“不能”)逆向进行。 (2)NH4Cl糊的作用是______；该干电池在使用的过程中，电子由______(填“锌筒”或“石墨棒”，下同)经导线流向______。 (3)负极发生的电极反应为_______；电路中每转移0.1NA个电子，生成MnO(OH)的质量为_______g。 【答案】(1) 化学能转化为电能 不能 (2) 作电解质溶液 锌筒 石墨棒 (3) Zn-2e-+2=[Zn(NH3)2]2++2H+ 8.8 【分析】原电池是将化学能转化为电能的装置。该锌锰干电池放电时是原电池工作原理。根据电池反应方程式可知，锌筒作原电池的负极，MnO2为原电池的正极，NH4Cl为电解质。根据原电池原理进行分析。 【详解】（1）原电池是将化学能转化为电能的装置。碱性锌锰干电池为一次电池，放电之后内部的化学反应不能逆向进行。答案为：化学能转化为电能；不能； （2）NH4Cl糊为原电池中的电解质溶液，在原电池内部起到传导离子，形成闭合回路的作用。在原电池中，电子由负极经导线向正极移动。根据分析，该干电池在使用过程中，电子由锌筒经导线流向石墨棒。答案为：作电解质溶液；锌筒；石墨棒； （3）负极发生氧化反应，电极反应为：Zn-2e-+2=[Zn(NH3)2]2++2H+；根据锌锰干电池放电时的反应式，可知，每生成2molMnO(OH)，电路中转移2NA个电子。所以电路中每转移0.1NA个电子，可生成0.1mol MnO(OH)，即生成MnO(OH)的质量为。答案为：Zn-2e-+2=[Zn(NH3)2]2++2H+；8.8。 9．（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。 (1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为___________，此时正极附近溶液的碱性___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为___________。 Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图： (3)图中左侧甲电极为电源___________极。 (4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为___________mol。 【答案】(1) 增大 (2) (3)负极 (4)8 【分析】Ⅰ．飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为：，放电时，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=，正极电极反应式为。 Ⅱ．图中氢离子从左侧移向右侧，故左侧为负极，右侧为正极。 【详解】（1）当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时相当于是原电池，Cd失去电子结合氢氧根离子生成Cd(OH)2，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=；正极得到电子生成，正极的电极反应式为，因此正极附近溶液的碱性增大。 （2），放电时，得到电子生成Ag，因此正极材料为。 （3）根据分析，左侧甲电极为负极。 （4）左侧甲电极为负极，通入甲烷，发生氧化反应，电极反应式为，因此每消耗1mol甲烷转移电子为8mol。 10．（24-25高一下·广东·期中）化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一。请根据所学知识，回答下列问题： (1)铝-空气-海水电池是一种无污染、长效、稳定可靠的电源，可为海上的航标灯供电，其工作原理示意图如图1所示。该电池工作时，电子移动方向为___________(填标号)。 A．石墨→航标灯→铝 B．铝→航标灯→石墨 C．铝→海水→石墨 D．铝→航标灯→石墨→海水→铝 (2)氢氧燃料电池能量转化效率高，工作原理如图2所示。 ①负极为___________(填“M极”或“N极”)，a表示的物质为___________。 ②N极发生的电极反应为___________。 (3)某化学兴趣小组根据反应设计原电池。 ①负极材料为___________。 ②下列可作为该原电池的电解质溶液的是___________(填标号)。 A．稀硫酸B．浓硫酸C．稀硝酸D．稀盐酸 ③正极发生的电极反应为___________，电池工作10min后，溶液中转移了个电子，则电解质溶液的质量增大了___________g。 【答案】(1)B (2) N极 氧气或 (3) 铁片 AD 2.7 【详解】（1）在原电池中，电子由负极经外电路流向正极，铝-空气-海水电池中，Al为负极，石墨为正极，所以电子移动方向为铝→航标灯→石墨。选B。 （2）氢氧燃料电池中，氢气（H₂）在负极失电子，氧气（O₂）在正极得电子。图中M极通入O₂，N极通入H₂，故​​N极为负极​​。a表示的物质是​​O₂​​（氧气）。 负极（N极）氧气得电子，电极反应式为：。 （3）Fe在反应中失电子，作负极。 浓硫酸、稀硝酸有氧化性，不能生成氢气，故选AD。 正极反应式为，转移0.1NA电子（0.1mole⁻）时：溶解0.05molFe（2.8g进入溶液）；消耗0.1molH⁺（0.1g），逸出0.05molH2（0.1g）。溶液质量增加​​=2.8g（Fe进入）-0.1g（H2逸出）=​​2.7g​​。 综合应用 11．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期中）下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是 A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒会被破坏 C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g 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．干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A正确； B．在干电池中，Zn作负极，被氧化，因此长时间使用后，锌筒被破坏，B正确； C．铅蓄电池工作过程中，负极反应为，每通过电子，负极质量增加，C错误； D．氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D正确； 故选C。 12．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期中）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，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 D．质子通过电解质溶液向电极B迁移 【答案】C 【分析】该氢氧燃料电池电解质为酸性溶液，通入的电极A是负极，通入的电极B是正极，逐一分析选项。 【详解】A．多孔电极比表面积大，能够增大反应物与电极的接触面积，加快反应速率，A正确； B．装置中的电池可以储存燃料电池产生的多余电能，需要时再释放供能，B正确； C．该电池电解质为酸性，反应不会生成，电极B（正极）的正确电极反应式为，C错误； D．原电池中阳离子向正极迁移，质子（）是阳离子，B为正极，因此质子向电极B迁移，D正确； 故选C。 13．（23-24高一下·辽宁沈阳·期中）为了保护环境、充分利用铅资源，科学家设计了如下的H2-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。 下列有关说法错误的是 A．正极区溶液pH升高，负极区溶液pH降低 B．电子流向：电极b→负载→电极a C．正极区电极反应式为 D．为了提高Pb的回收率，离子交换膜为阴离子交换膜 【答案】D 【分析】该装置为H2-铅化合物燃料电池，通入燃料氢气的电极b为负极，发生失电子的氧化反应，电极a为正极，NaHPbO2发生得电子的还原反应，生成铅单质。 【详解】A．根据分析，正极反应为，产生氢氧根离子，pH升高，负极消耗氢氧根离子，pH降低，A正确； B．电极b为负极，电极a为正极，电子流向：电极b→负载→电极a，B正确； C．正极反应为，C正确； D．离子交换膜应使用阳离子交换膜，防止含铅阴离子移动至电极b，D错误； 故选D。 14．（24-25高一下·吉林长春·期中）在通风橱中进行下列实验。下列说法不正确的是 步骤 现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变成红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡 A．I中气体由无色变红棕色的化学方程式： B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应 C．对比Ⅱ、Ⅲ中现象分析可知：Fe比Cu活泼，故Ⅲ中Fe做负极 D．Ⅲ中正极上发生的反应为 【答案】C 【详解】A．I中铁和稀硝酸反应生成NO气体，在空气中易被氧化为二氧化氮，气体由无色变红棕色的化学方程式：，A正确； B．Ⅱ中浓硝酸具有强氧化性，常温下Fe遇浓硝酸，铁表面会形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应，反应迅速停止，B正确； C．由于常温下Fe与浓硝酸会发生钝化反应，而Cu与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，Ⅲ中Cu做负极，C错误； D．Ⅲ中Fe做正极，得到电子被还原为，电极反应为，D正确； 故选C。 15．（24-25高一下·吉林长春·期中）如图所示的原电池装置中，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电流流向已标出，下列说法正确的是 A．X电极可能产生 B．若两电极分别为Zn和Cu，则X为Zn C．X电极发生还原反应，Y电极发生氧化反应 D．流向Y电极 【答案】B 【分析】电流流动方向是Y电极→导线→X电极，根据电流方向与电子方向相反的原则，电子的流动方向为X电极→导线→Y电极，X为负极，Y为正极。 【详解】A．X为负极，发生氧化反应，硫酸中的H+为最高化合价，H+不能在X电极发生氧化反应，即X电极不能生成H2，故A错误； B．若两电极分别为Zn和Cu，Zn为活泼金属，易发生氧化反应，在原电池中为负极，则X为Zn，故B正确； C．X电极为负极，发生氧化反应，Y电极为正极，发生还原反应，故C错误； D．原电池中，电解质溶液里的阴离子流向负极X电极，故D错误； 故选B。 16．（24-25高一下·辽宁大连·期中）下列有关叙述错误的是 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅酸蓄电池 图Ⅲ银锌纽扣电池 图Ⅳ氢氧燃料电池 A．图Ⅰ所示电池中，每生成1 mol MnO(OH)，转移电子数约为 B．图Ⅱ所示电池工作过程中，正极的质量逐渐增大 C．图Ⅲ所示电池工作时，电子从Zn经导线流向 D．图Ⅳ所示电池工作一段时间后，电解质溶液的pH一定增大 【答案】D 【详解】A.图Ⅰ所示电池中，得电子生成，每生成，转移电子1 mol，A正确； B.图Ⅱ所示装置工作过程中，正极反应，质量逐渐增大，B正确； C.图Ⅲ所示电池中，Zn为负极，放电时电子从经导线流向极，C正确； D.图Ⅳ所示电池总反应为氢气、氧气反应生成水，工作一段时间后，有水生成，电解质溶液的浓度减小，电解质溶液的酸碱性未知，相应的pH有可能增大、减小或者不变，D错误； 故选D。 17．（24-25高一下·广东广州·期中）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为FeCl3溶液，则a电极质量减轻 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀H2SO4，则b电极上没有气泡生成 C．若a为Zn，b为Ag，c为CuSO4溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液，则电子由a经导线流向b 【答案】C 【详解】A．还原性银小于铜，总反应为铁离子和铜生成铜离子和亚铁离子，则b为负极、a为正极，若a为Ag，b为Cu，正极铁离子被还原为亚铁离子，则a极质量不变，故A错误； B．Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，正极发生还原反应氢离子被还原为氢气，故B错误； C．锌比银活泼，锌为负极，银为正极，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，转移0.2mol电子，生成0.1molCu，即正极质量增加0.1mol×64g/mol=6.4g，故C正确； D．镁和氢氧化钠不反应，铝和氢氧化钠生成四羟基合铝酸钠，铝为负极、镁为正极，则电子由b经导线流向a，故D错误； 故选C。 18．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）已知①～④反应和原电池的装置如下： ①  ②  ③  ④ (1)利用反应①设计原电池： A电极：惰性电极，B电极：Zn，溶液C：稀溶液。放电时溶液中的阴离子移向___________(填“A极”或“B极”)，反应进行一段时间后溶液C的pH___________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。 (2)利用反应②设计原电池： A极(负极)材料为___________，B极电极反应式为___________，电子通过导线的方向是___________(填“由A到B”或“由B到A”)。 (3)反应③能否通过原电池装置实现化学能直接转化为电能___________(填“能”或“不能”)。 (4)将反应④设计成燃料电池的工作原理如图所示，X、Y均为惰性电极，则通入的电极是___________(填“X”或“Y”)电极，电极反应式是___________。若线路中转移2 mol电子，则消耗的在标准状况下的体积为___________L。 【答案】(1) B极 升高 (2) 铜棒(或铜或Cu均可) 由A到B (3)不能 (4) X 11.2 【详解】（1）利用反应①设计原电池，已知B电极是Zn，B为负极，则A电极为正极；放电时溶液中的阴离子移向负极，即向B极移动，反应进行一段时间后溶液C的氢离子浓度减小，pH升高； （2）利用反应②设计原电池，A极为负极，负极应为铜棒；B极为正极，电极反应式为，电子由负极经过导线流向正极，故由A到B； （3）反应③属于非氧化还原反应，不能将化学能直接转化为电能； （4）根据电子的流向，X为负极，通入的是氢气，Y为正极，通入的是氧气或空气，KOH溶液为电解质溶液，负极上氢气失去电子，最终生成水，电极反应式为；正极的电极反应式为，若线路中转移2 mol电子，消耗的氧气为0.5 mol，在标准状况下的体积为11.2 L。 19．（24-25高一下·浙江杭州·期中）回答下列问题： (1)写出碱性氢氧燃料电池放电时的负极反应方程式_______。 (2)写出钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应方程式______。 (3)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式______，若过程中产生，则消耗标准状况下的体积为______L。 【答案】(1) (2)O2+4e-+2H2O=4OH- (3) 33.6L 【详解】（1）由于电解质是碱，负极是氢气失去电子，电极反应为：； （2）钢铁发生吸氧腐蚀的正极是氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应式是O2+4e-+2H2O=4OH-； （3）由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为负极，其电极反应式为：；若过程中产生2mol时转移6mole-，而1mol参与反应转移4mole-，故需要1.5mol参与反应，标准状况下的体积为33.6L。 拓展培优 20．（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 【分析】二次电池放电时是原电池，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，由图知，Li+向右侧区域移动，则电极b为原电池的正极、电极a为负极，据此回答； 【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。 21．（24-25高一下·黑龙江哈尔滨·期末）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 【分析】新型锌电池双极膜中的解离为和，Zn为负极，失电子发生氧化反应，与生成，电极反应式为：，催化电解为正极，发生还原反应，向正极移动，电极反应式为。 【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。 22．（24-25高一下·山西·期中）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 【分析】电极材料分别为和，相应的产物为和。则M为Zn，作负极，电极反应为，N为MnO2，为正极，电极反应为，根据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进入左侧，膜b为阳离子交换膜，H+通过b进入右侧，据此解答。 【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。 23．（24-25高一下·江苏南京·期中）一种室内甲醛传感器测量甲醛含量的工作原理如下图所示。已知：国家标准室内甲醛含量不超过，下列说法错误的是 A．外电路电流方向由电极到电极 B．负极反应式为 C．随测量进行，溶液浓度逐渐变小 D．传感器在室内空间测量时，电路中转移，该室内甲醛含量符合国家标准 【答案】D 【分析】该检测利用的是甲醛的氧化燃料电池原理，电解质为硫酸溶液，C电极作负极，甲醛在负极失去电子被氧化为，电极反应式为：，Pt电极为正极，在正极得到电子生成水，电极反应式为：，据此分析解答。 【详解】A．外电路电流方向是从正极流向负极，即从Pt电极到电极，A正确； B．根据分析，负极反应式为：，B正确； C．电池工作总反应为：，随检测的进行，生成的水增多，则溶液浓度逐渐变小，C正确； D．由分析的负极电极反应式为可知，每转移时，消耗，则转移时，消耗的的物质的量 为：，则室内甲醛含量为：，该室内甲醛含量不符合国家标准，D错误； 故答案为：D。 24．（24-25高一下·广东广州·期中）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：。 25．（24-25高一下·安徽宣城·期中）某小组验证活泼金属可以保护不活泼金属，防止不活泼金属腐蚀。 (1)甲同学将不同金属棒用导线连接后伸入稀硫酸中，图1的正极表面的现象___________。图2的负极方程式为___________。 (2)乙同学完成了实验如图3，发现Fe表面产生___________，认为Zn没有完全保护Fe。 已知：是检验的灵敏试剂，反应为(蓝色沉淀)。 (3)丙同学查阅资料发现可以直接氧化了Fe棒，认为乙同学实验设计有缺陷，丙同学设计了新的方案___________(简述实验方案和现象)，证明Zn保护了Fe． (4)丁同学将镁和铝连接在电压传感器上再深入不同溶液中，得到电压和时间的关系，电解质溶液为稀硫酸时如图4，电解质溶液为稀氢氧化钠溶液时如图5. 酸性条件下，___________做正极(填“Mg”或“Al”)，电极方程式为___________，说明Mg保护了Al。碱性条件下，前70s左右，___________(填序号) a．Mg保护了Al    b．Al保护了Mg 这段时间负极电极方程式为___________，电压变为负值后，负极电极方程式为___________。 【答案】(1) 有气泡产生 (2)蓝色沉淀 (3) 将Zn和Fe两个电极分别放入盛有稀硫酸的烧杯中，一段时间后，取出电极，向剩余溶液中滴加溶液，未出现蓝色沉淀 (4) Al a 【详解】（1）根据图1，在稀硫酸中由Zn和Fe组成了原电池装置，由于金属性：，则Zn电极为负极，发生的电极反应式为：，Fe电极为正极，发生的电极反应式为：，所以在正极的电极表面有气泡产生；根据图2，在稀硫酸中由Cu和Fe组成了原电池装置，由于金属性：，则Fe电极为负极，发生的电极反应式为：，Cu电极为正极，发生的电极反应式为：。 （2）根据图3可知，虽然Zn电极为负极，Fe电极为正极应该被保护不被消耗，但由于Zn和Fe都非常活泼且都直接浸泡在稀硫酸中，可能会导致有极少部分Fe会直接与稀硫酸反应，正极附近会产生，检验的方法为：当原电池工作一段时间后，在Fe电极附近滴加，如出现蓝色沉淀，则证明发生了反应(蓝色沉淀)，也就说明正极的Fe电极未被Zn完全保护。 （3）根据题意，可以直接氧化了Fe棒，则应设计为不与化Fe棒直接接触，丙同学设计的新方案为：将Zn和Fe两个电极分别放入盛有稀硫酸的烧杯中，一段时间后，取出电极，向剩余溶液中滴加溶液，未出现蓝色沉淀。 （4）在酸性环境中，将镁和铝连接形成原电池，由于金属性：，则Al作正极，电极反应式为：，说明Mg保护了Al；在碱性环境中，将镁和铝连接形成原电池，由于金属性：，Mg先与水反应失去电子作负极，电极反应式为：，此时Al作正极，可看作为：Mg保护了Al ；但生成固体覆盖在Mg表面阻止Mg继续失去电子，同时金属Al也能与NaOH溶液反应且反应逐渐加快，慢慢地正、负极发生了颠倒，在70s后，此时Al变为负极，电极反应式为：，Mg作正极。 26．（23-24高一下·广东深圳·期中）到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。现有反应①Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+10H2O+2NH3↑②Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。试回答下列问题： (1)两反应中属于吸热反应的是_______(填序号，下同)，能设计成原电池的是_______。 (2)化学课外活动小组设计的用铜-锌-稀硫酸原电池使LED灯发光的装置示意图。 ①溶液中的H+向_______(填“锌”或“铜”)电极方向移动。 ②正极的电极方程式为_______。 ③若反应过程中有0.2 mol电子的转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为_______ L。 (3)潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示： ①电极a是_______。(填“正极”或“负极”) ②电极b的电极反应式为_______。 【答案】(1) ① ② (2) 铜 2.24L (3) 负极 【分析】铜-锌-稀硫酸原电池，锌作负极，铜片为正极，电极方程式；液氨-液氧燃料电池氨气失去电子，所以电极a是负极，电极反应式为，电极b氧气得电子，电极反应式为，据此作答。 【详解】（1）①Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+10H2O+2NH3↑是吸热反应，非氧化还原反应，②Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑是放热反应，氧化还原反应，两反应中属于吸热反应的是①，能设计成原电池的是②，答案：①、②； （2）铜-锌-稀硫酸原电池，锌作负极，铜片为正极，电极方程式，①溶液中的H+向正电极方向移动，即铜电极，②正极的电极方程式为，③若反应过程中有0.2 mol电子的转移，即生成0.1 mol氢气，则生成的氢气在标准状况下的体积为2.24L，答案：铜、、2.24L； （3）液氨-液氧燃料电池①氨气失去电子，所以电极a是负极，②电极b氧气得电子，电极反应式为，答案：负极、。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $