第四章 第一节 原电池 讲义-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

本讲义聚焦原电池核心知识点，系统梳理从原理本质（氧化还原反应）、构成条件，到电极反应式书写、实验探究，再到一次电池、二次电池、燃料电池等应用的递进脉络，搭建完整的电化学学习支架。 该资料以12类题型为框架，结合典例与变式题强化理解，通过实验探究（如铝电极在不同电解质中的反应）培养科学探究与实践能力，电极反应式书写等内容深化物质变化与能量转化的化学观念，课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、弥补薄弱环节。

第四章 第一节 原电池 内 容 导 航 题型1 原电池原理 题型2 原电池电极反应式的书写 题型3 探究原电池及其工作原理 题型4 原电池原理的应用 题型5 设计原电池 题型6 利用原电池原理比较金属活动性强弱 题型7 原电池有关计算 题型8 一次电池 题型9 二次电池 题型10 燃料电池 题型11 化学电源新型电池 题型12 电极反应和电池反应方程式 考 点 演 练 题型1 原电池原理 解｜题｜知｜识 1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2．原理归纳： 3．原电池的构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 4．盐桥原电池 （1）构造 （2）盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 ②盐桥的作用 a．连接内电路，形成闭合回路； b．平衡电荷，使原电池不断产生电流。 ③盐桥含饱和KCl溶液，K+移向正极，Cl﹣移向负极。 【典例1】银锌纽扣电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是（　　） A．Ag2O一端作电池的正极 B．Zn既是电极材料又是电极反应物 C．电池工作时，Ag2O电极附近溶液的pH减小 D．电池工作时，OH﹣向Zn电极方向移动 【答案】C 【解答】解：A．分析可知，Ag2O一端作电池的正极，得到电子发生还原反应，故A正确； B．Zn既是电极材料，为原电池的负极，又是电极反应物，电极反应：Zn﹣2e﹣+4OH﹣＝Zn（OH）42﹣，故B正确； C．电池工作时，正极电极反应为：Ag2O+H2O+2e﹣＝2Ag+2OH﹣，Ag2O电极附近溶液的pH增大，故C错误； D．电池工作时，OH﹣向负极移动，即向Zn电极方向移动，故D正确； 故选：C。 【变式1】下列图象及说法正确的是（　　） A．图①中Mg做原电池的负极 B．图②可用于比较金属X与Fe的金属性 C．图③中锌筒作负极，发生还原反应 D．图④为足量的锌粉与稀硫酸反应的图象 【答案】D 【解答】解：A．虽然金属性Mg＞Al，但在NaOH溶液中只有Al反应：2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al（OH）4]+3H2↑，而Mg不与NaOH溶液反应，所以它们形成原电池时，Al作负极，Mg作正极，故A错误； B．常温下，Fe在浓硝酸中易钝化很难持续反应，而金属性比Fe弱的Cu能直接与浓硝酸剧烈反应，故无法根据能否与浓硝酸的反应来判断金属性的强弱，故B错误； C．锌筒作负极，失去电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故C错误； D．在硫酸溶液中，足量的锌粉加入 CuSO4溶液发生反应 Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，生成的Cu与Zn在硫酸溶液中形成原电池装置，加快生成的反应速率，但锌粉足量，所以生成的 H2的物质的量不变，故D正确； 故选：D。 【变式2】如图为某原电池装置的示意图。下列叙述中，不正确的是（　　） A．电子由Zn片通过溶液流向Cu片 B．装置工作一段时间后，溶液的pH增大 C．将稀硫酸换成硫酸铜溶液后，负极反应不变 D．将Cu片换成碳棒，溶液中离子迁移方向不变 【答案】A 【解答】解：A．由上述分析可知，Zn作负极，Cu作正极，电子由负极经过导线移向正极，不能进入电解质溶液中，故A错误； B．总反应为2H++Zn＝Zn2++H2↑，消耗H+、溶液的pH增大，故B正确； C．Zn比Cu活泼，将稀硫酸换成硫酸铜溶液后，负极上仍然是Zn发生失电子反应生成Zn2+，负极反应不变，故C正确； D．将Cu片换成碳棒后，Zn仍作负极，溶液中离子迁移方向不变，故D正确； 故选：A。 【变式3】下列图示与对应的叙述相符的是（　　） A．图甲装置，由于Mg比Al活泼，所以Mg为负极 B．图乙装置，放电时，正极b极表面的PbO2被氧化，其质量会减少 C．图丙装置，通入O2的一极是正极，电极反应式为 D．图丁可以表示足量锌粉与稀硫酸反应，加少量CuSO4固体产生H2的变化 【答案】D 【解答】解：A．图甲中尽管镁比铝活泼，但镁与氢氧化钠不反应，铝与氢氧化钠能够反应，铝为负极，故A错误； B．乙装置为铅酸蓄电池，放电时铅电极被氧化，二氧化铅电极为正电极被还原：，其质量会增加，故B错误； C．丙装置为氢氧燃料电池，氢气的一极为负极：，氧气的一极为正极：，故C错误； D．足量锌粉与稀硫酸反应时加少量硫酸铜，Zn置换出Cu，形成原电池反应，反应速率增大，但由于Zn过量，所以生成氢气总量不变，故D正确； 故选：D。 题型2 原电池电极反应式的书写 解｜题｜知｜识 原电池电极反应式的书写 1.列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得、失电子的数目。 2.看环境配守恒：电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱溶液中H+应结合OHˉ生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等，并注意配平。 3.两式加验总式：两电极反应式相加，与总反应式对照验证。 【典例1】近期，科学家研发了“全氧电池”，其工作原理示意图如图。下列说法不正确的是（　　） A．电极a是负极 B．电极b的反应式：O2+4e﹣+2H2O═4OH﹣ C．该装置可将酸和碱的化学能转化为电能 D．酸性条件下O2的氧化性强于碱性条件下O2的氧化性 【答案】B 【解答】解：A．a极氧元素价态升高失电子，故a极为负极，故A正确； B．b极为正极，电极反应式为O2+4e﹣+4H+＝2H2O，故B错误； C．由两极反应可知，电池总反应为H++OH﹣＝H2O，将酸和碱的化学能转化为电能，故C正确； D．由反应可知，酸性条件下O2得电子，碱性条件下O2未得电子，故酸性条件下O2的氧化性强，故D正确； 故选：B。 题型3 探究原电池及其工作原理 解｜题｜知｜识 实验目的 探究原电池及其工作原理 实验原理 锌和稀硫酸的反应属于氧化还原反应，有电子的得失． 实验仪器 烧杯、电流表、导线 实验药品 稀硫酸、铜片、锌片 实验步骤 将铜片、电流表、锌片用导线连接起来，再将铜片和锌片平行插入烧杯内的稀硫酸中．观察电流表的指针是否偏转以及铜片和锌片上的现象．电流表的指针发生偏转，有大量无色的气泡从铜片上产生并逸出． 实验结论 化学反应中产生的能量转变成了电能． 【典例1】实验小组探究铝片做电极材料时的原电池反应，设计下表中装置进行实验并记录。 【实验1】 装置 实验现象 左侧装置电流计指针向右偏转，灯泡亮 右侧装置电流计指针向右偏转，镁条、铝条表面产生无色气泡 （1）实验1中，电解质溶液为盐酸，镁条做原电池的 　 　 极。 【实验2】将实验1中的电解质溶液换为NaOH溶液进行实验2。 （2）该小组同学认为，此时原电池的总反应为2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al（OH）4]+3H2↑，据此推测应该出现的实验现象为 　 　 。 实验2实际获得的现象如下： 装置 实验现象 ⅰ.电流计指针迅速向右偏转，镁条表面无气泡，铝条表面有气泡 ⅱ.电流计指针逐渐向零刻度恢复，经零刻度后继续向左偏转。镁条表面开始时无明显现象，一段时间后有少量气泡逸出，铝条表面持续有气泡逸出 （3）ⅰ中铝条表面放电的物质是溶解在溶液中的O2，则该电极反应式为 　 。 （4）ⅱ中“电流计指针逐渐向零刻度恢复”的原因是 　 　 。 【实验3和实验4】 为了排除Mg条的干扰，同学们重新设计装置并进行实验3和实验4，获得的实验现象如下： 编号 装置 实验现象 实验3 电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象；约10分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。 实验4 煮沸冷却后的溶液 电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象：约3分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。 （5）根据实验3和实验4可获得的正确推论是 　　 （填字母序号）。 A．上述两装置中，开始时铜片表面得电子的物质是O2 B．铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关 C．铜片表面产生的气泡为H2 D．由“铝条表面气泡略有减少”能推测H+在铜片表面得电子 （6）由实验1～实验4可推知，铝片做电极材料时的原电池反应与 　 等因素有关。 【答案】（1）负； （2）电流计指针偏转，Al电极将不断减少，Mg电极上产生大量的气泡； （3）O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣； （4）Mg放电后生成Mg（OH）2，附着在镁条表面，使Mg的放电反应难以发生，导致指针归零； （5）ABC； （6）另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2。 【解答】解：（1）Mg、Al均能与盐酸反应，Mg更活泼，作负极， 故答案为：负； （2）将上述电解质换成NaOH，由于Mg不与NaOH溶液反应，而Al能够与NaOH溶液反应，此时原电池的总反应为2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al（OH）4]+3H2↑，据此推测应该出现的实验现象为Al电极将不断减少，Mg电极上产生大量的气泡， 故答案为：电流计指针偏转，Al电极将不断减少，Mg电极上产生大量的气泡； （3）i中铝条表面放电的物质是溶解在溶液中的O2，即氧气在正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣， 故答案为：O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣； （4）金属镁失电子得到的镁离子可以在碱性环境下得到难溶解物质氢氧化镁，附在金属镁表面，阻止反应进行，导致指针归零， 故答案为：Mg放电后生成Mg（OH）2，附着在镁条表面，使Mg的放电反应难以发生，导致指针归零； （5）A．根据实验3和实验4的实验现象可知：开始时铜片表面得电子的物质是O2，反应为O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣，故A正确； B．铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧气的多少有关，溶解的氧气越多，则铜片表面开始产生气泡的时间越长，故B正确； C．铜片表面有少量气泡产生，为H2O得到电子生成的H2，即铜片表面产生的气泡为H2，故C正确； D．NaOH溶液中H+的量极少，正极得电子的物质应该是H2O，由“铝条表面气泡略有减少”能推测H2O在铜片表面得电子生成氢气，故D错误； 故答案为：ABC； （6）铝片做电极材料时的原电池反应受多种因素的影响，与另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解O2的多少等因素有关， 故答案为：另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2。 【变式1】某实验小组从电极反应角度探究银镜反应中物质氧化性和还原性的变化。 资料：ⅰ.[Ag（NH3）2]+⇌[Ag（NH3）]++NH3 K1＝10﹣3.81 [Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3 K2＝10﹣3.24 ⅱ.AgOH不稳定，极易分解为黑色Ag2O，Ag2O溶于氨水 （1）实验发现：乙醛和AgNO3溶液水浴加热无明显现象；银氨溶液水浴加热无明显现象；滴加乙醛的银氨溶液水浴加热，试管壁逐渐出现一层光亮的银镜。 ①有研究表明：配制银氨溶液时，AgNO3和氨水生成Ag（NH3）2NO3，写出生成Ag（NH3）2NO3的化学方程式 　 　 。 ②从氧化还原角度分析：发生银镜反应时，氧化性微粒可能是Ag+、　 。 （2）甲同学查阅资料：银镜反应时，Ag+被还原成Ag。 ①电极反应式： ⅰ.还原反应：Ag++e﹣＝Ag ⅱ.氧化反应：　 　 。（碱性条件下） ②从电极反应角度分析物质氧化性和还原性的变化： ⅰ.随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱。 ⅱ.随c（OH﹣）增大，乙醛还原性增强。 ③补充实验验证②中的分析。 实验操作及现象： 实验Ⅰ.插入“饱和KNO3溶液”盐桥，电流表指针偏转； 实验Ⅱ.电流稳定后向右侧烧杯滴加NaOH溶液，指针偏转幅度增大； 实验Ⅲ.电流再次稳定后向左侧烧杯滴加氨水，指针偏转幅度减小 乙同学认为实验Ⅲ不能证明“随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱”，理由是 　 　 。 （3）设计实验进一步验证。 实验 实验操作 实验现象 Ⅳ 往盛有银氨溶液的试管中滴加浓氨水，无明显现象，加入3滴乙醛，振荡，水浴加热 闻到刺激性气味，溶液略显灰色，试管壁未见银镜 Ⅴ 往盛有银氨溶液的试管中滴加较浓的NaOH溶液至pH与实验Ⅳ相同，振荡，溶液变浑浊，加入3滴乙醛，振荡，水浴加热 试管壁立即出现银镜 ①乙同学认为通过实验Ⅳ能证明“随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱”，你认为是否合理并说明原因 　 　 。 ②分析实验Ⅴ中“立即出现银镜的原因”，提出假设：随c（OH﹣）增大，可能是N也参与了还原Ag。经检验该假设成立，实验方案及现象是 　 　 。 （4）总结：ⅰ.银氨溶液和乙醛发生银镜反应时，氧化剂主要是Ag+，还原剂主要是乙醛；ⅱ.银氨溶液中滴加较浓的NaOH溶液能促进银镜反应的发生，此法不适用于检验醛基，请解释原因 　 。 【答案】（1）①AgNO3+2NH3•H2O＝Ag（NH3）2NO3+2H2O； ②[Ag（NH3）2]+、[Ag（NH3）]+； （2）①CH3CHO﹣2e−+3OH−＝CH3COO−+2H2O； ②可能是硝酸银溶液中的或O2等微粒作氧化剂，其氧化性随酸性减弱而减弱； （3）①合理，[Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3，c（NH3）增大，平衡逆向移动，c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱，未发生银镜反应；或不合理，灰色浑浊中可能有Ag，正一价的银得电子未在试管壁析出，所以无法判断； ②不加乙醛重复实验Ⅴ中的操作，试管壁出现银镜或将氨通入含NaOH的潮湿Ag2O固体，水浴加热后出现银镜； （4）在氢氧化钠存在下，也能还原 ，不一定是醛基还原。 【解答】解：（1）①在洁净的试管中加入1mL2%AgNO3溶液，然后边振荡试管边逐滴滴入2%氨水，使最初产生的沉淀溶解，制得银氨溶液；AgNO3和氨水生成Ag（NH3）2NO3，生成Ag（NH3）2NO3的化学方程式为AgNO3+2NH3•H2O＝Ag（NH3）2NO3+2H2O， 故答案为：AgNO3+2NH3•H2O＝Ag（NH3）2NO3+2H2O； ②根据资料：[Ag（NH3）2]+在溶液中存在平衡：[Ag（NH3）2]+⇌[Ag（NH3）]++NH3、[Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3，在银氨溶液中存在的含+1价Ag的微粒有[Ag（NH3）2]+、[Ag（NH3）]+、Ag+，故发生银镜反应时氧化性微粒可能是Ag+、[Ag（NH3）2]+、[Ag（NH3）]+， 故答案为：[Ag（NH3）2]+、[Ag（NH3）]+； （2）①甲同学查阅资料：银镜反应时，Ag+被还原成Ag；CH3CHO发生氧化反应，由于反应在碱性条件下进行，则CH3CHO被氧化成CH3COO﹣，电极反应式为：CH3CHO﹣2e−+3OH−＝CH3COO−+2H2O， 故答案为：CH3CHO﹣2e−+3OH−＝CH3COO−+2H2O； ②AgNO3属于强酸弱碱盐，其水溶液呈酸性，AgNO3溶液中的以及溶解的O2等微粒也具有氧化性，也可能将作氧化剂将乙醛氧化，实验Ⅲ中向左侧烧杯中滴加氨水，随着溶液酸性的减弱，这些微粒的氧化性也会减弱，从而使得指针的偏转幅度减小，不能证明“随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱”， 故答案为：可能是硝酸银溶液中的或O2等微粒作氧化剂，其氧化性随酸性减弱而减弱； （3）①由于溶液中存在平衡：[Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3，实验IV向银氨溶液中滴加浓氨水，c（NH3）增大，上述平衡逆向移动，c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱，故未发生银镜反应；但实验IV的现象中溶液略显灰色，该灰色浑浊中可能有Ag，正一价的银得电子未在试管壁析出，故也可能无法判断， 故答案为：合理，[Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3，c（NH3）增大，平衡逆向移动，c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱，未发生银镜反应；或不合理，灰色浑浊中可能有Ag，正一价的银得电子未在试管壁析出，所以无法判断； ②实验Ⅴ中“立即出现银镜的原因”，提出假设：随c（OH−）增大，可能是也参与了还原，要检验该假设成立，可采用对比实验，实验方案及现象为：不加乙醛重复实验Ⅴ中的操作，试管壁出现银镜或将氨通入含NaOH的潮湿Ag2O固体（结合题给资料ii），水浴加热后出现银镜， 故答案为：不加乙醛重复实验Ⅴ中的操作，试管壁出现银镜或将氨通入含NaOH的潮湿Ag2O固体，水浴加热后出现银镜； （4）银氨溶液中滴加较浓的NaOH溶液能促进银镜反应的发生，此法不适用于检验醛基，原因是：根据实验V，在氢氧化钠存在下，也能还原 ，不一定是醛基还原， 故答案为：在氢氧化钠存在下，也能还原 ，不一定是醛基还原。 【变式2】某化学兴趣小组的几位同学探究原电池原理的应用时，做了如图1的实验：原电池原理判断金属的活泼性。 （1）实验前，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，若根据他的判断，两个装置中的Al都是 　 　 极；实际实验时发现两个装置中的电流表偏转方向不同，以下的有关中判断正确的是 　 　 。 A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质 B．镁的金属性不一定比铝的金属性强 C．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值 D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，故应具体问题具体分析 （2）乙同学利用打磨过的铜片和铝片设计了如图2的实验装置，并测量和绘制了原电池的电流（I）随时间（t）的变化曲线（极短时间电流反转），则图中t1时刻之后阶段，负极材料是 　 　 。 【答案】（1）正；AD。 （2）Cu。 【解答】解：（1）实验前，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，由于活泼性Mg＞Al，若根据他的判断，两个装置中的Al都是正极， A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意涉及到的化学反应原理，选择合适的电解质，故A正确； B．两个装置中的电流表偏转方向不同，是因为两个原电池涉及的化学反应不一样，一个是镁和盐酸反应，一个是铝和氢氧化钠反应，并不能说明镁的金属性不一定比铝的金属性强，故B错误； C．该实验说明应根据原电池涉及的反应来判断正负极，而不是盲目根据金属活动性顺序来判断，故根据该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值的说法错误，故C错误； D．该实验说明化学研究，不能盲目套用经验，应根据研究对象，反应条件，具体问题具体分析，故D正确； 故答案为：正；AD。 （（2）开始时，由于铝片比铜片活泼，铝片是负极，铝片失电子，但铝片遇浓硝酸反应后会使其表面生成致密氧化膜而钝化，则电流会越来越小，t1时刻之后，那么就是铜和浓硝酸反应了，所以电流出现反转，此时，铜失去电子，是负极， 故答案为：Cu。 题型4 原电池原理的应用 解｜题｜知｜识 1．有关化学式的计算或其逆运算，一定要按照相应的公式，进行准确地计算．用到的相对原子质量一定要用试卷上给出的数值来计算．还有，其中的原子个数一般是相应元素符号的右下角的数字（没有数字时，默认为是1）；但是，如果某元素在同一化学式中出现多次，那么该元素的原子个数应该是该元素符号右下角的数字之和；如果某元素符号被括号括起来了，那么该元素的原子个数应该是该元素符号右下角的数字与括号的右下角的数字的乘积． 2．有关化学式的推断，要先看是哪一种题型，然后，再按照相应的方法，细心地进行推断． 【典例1】对图所示的甲、乙两装置，下列分析正确的是（　　） A．甲、乙均能将化学能转化为电能 B．甲、乙中铜片上均有气泡产生 C．甲、乙中均发生反应：Zn+2H+＝Zn2++H2↑ D．甲、乙中铜片上均发生氧化反应 【答案】C 【解答】解：A．甲中Zn、Cu没有形成闭合回路，不是原电池装置，不能将化学能转化为电能，故A错误； B．乙是原电池装置，Zn作负极，Cu作正极，H+在正极上得电子生成H2，甲不是原电池装置，Zn与H+反应生成H2，即甲中铜片上没有气泡产生，故B错误； C．甲、乙中发生的反应实质是Zn与H+反应，离子方程式为Zn+2H+＝Zn2++H2↑，故C正确； D．乙中 Cu作正极，H+在正极上得电子生成H2，铜片上发生还原反应，甲没有形成原电池，Cu片不发生反应，故D错误； 故选：C。 【变式1】下列选项各装置中，不能构成原电池的是（　　）（烧杯中所盛液体都是稀硫酸） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：能自发地发生氧化还原反应都可以设计成原电池，原电池构成条件：（1）活泼性不同的两种金属或金属与非金属作电极；（2）电解质溶液或熔融的电解质；（3）形成闭合回路，因此选项A、B、C中装置均能形成原电池，装置D中不能构成闭合回路，不能形成原电池，故D正确， 故选：D。 【变式2】某原电池装置如图所示，B为电解质溶液。工作时M极质量增加，N极质量减少。则M、N、B可能分别为（　　） A．Cu、Zn、稀盐酸 B．Cu、Fe、CuSO4溶液 C．Zn、Cu、CuCl2溶液 D．Ag、Fe、稀硫酸 【答案】B 【解答】解：A．若负极为Zn，正极为Cu，电解质为稀盐酸，则负极质量减少，正极上有气泡生成，故A错误； B．若负极为Fe，正极为Cu，电解质为CuSO4，则负极质量减少，正极上质量增加，故B正确； C．若负极为Cu，正极为Zn，电解质为CuCl2，则无法构成原电池，故C错误； D．若负极为Fe，正极为Ag，电解质为稀硫酸，则负极质量减少，正极上有气泡生成，故D错误； 故选：B。 【变式3】化学反应中的物质和能量变化是认识和研究化学反应的重要视角。 （1）已知破坏1mol H—H键、1mol O＝O键时分别需要吸收436kJ、498kJ的能量。如图表示H2、O2转化为水反应过程中的能量变化。 ①形成1mol H—O键需要释放 　　 kJ的能量。 ②从吸热放热角度分析，下列变化与2H2（g）+O2（g）＝2H2O（g）的反应类型相同的是 　　 （填标号）。 a．生石灰溶于水 b．NaOH固体溶于水 c．Zn与稀H2SO4反应 d．Ba（OH）2•8H2O晶体与NH4Cl晶体混合搅拌 （2）利用X、Y两金属设计成如图所示实验装置，电流表指针发生偏转，金属X附近产生大量气泡。产生气体的电极反应式为 　 ；两金属的活泼性：X 　　 Y（填“＞”或“＜”）。 （3）某酸性废水中含有大量Cl﹣，利用负载有Pt和Ag的活性炭可对废水净化，其电化学工作原理如图所示： ①工作时电池的正极是 　 　 （填“Pt”或“Ag”）。 ②Ag表面发生的电极反应式为 　 　 。 ③每消耗标准状况下11.2LO2，理论上可去除 　 　 mol Cl﹣。 【答案】（1）①465； ②ac； （2）2H++2e﹣＝H2↑；＜； （3）①Pt； ②Ag﹣e﹣+Cl﹣＝AgCl； ③2。 【解答】解：（1）①由图示可知2mol H2（g）与1mol O2（g）反应生成2mol H2O（g）放热490kJ，反应过程中断键吸热：2mol×436kJ•mol﹣1+1mol×498kJ•mol﹣1＝1370kJ，则成键放热1370kJ+490kJ＝1860kJ，所以形成1mol H—O键放热465kJ， 故答案为：465； ②H2燃烧是放热反应，CaO+H2O＝Ca（OH）2、Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑是放热反应，Ba（OH）2•8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，而NaOH固体溶于水放热但不是化学反应， 故答案为：ac； （2）金属X附近有气体产生，X为正极，Y为负极，金属Y比X活泼，H+在正极得电子，电极反应式为2H++2e﹣＝H2↑， 故答案为：2H++2e﹣＝H2↑；＜； （3）①由图示可知O2在Pt电极得电子，所以Pi为正极， 故答案为：Pt； ②Ag为负极，Ag失电子形成Ag+，与Cl﹣结合生成AgCl沉淀，电极反应式为Ag﹣e﹣+Cl﹣＝AgCl， 故答案为：Ag﹣e﹣+Cl﹣＝AgCl； ③负极反应式为Ag﹣e﹣+Cl﹣＝AgCl，正极反应式为O2+4e﹣+4H+＝2H2O，由电子守恒可知，消耗11.2L（标况下为0.5mol）O2，转移2mole﹣，去除2mol Cl﹣， 故答案为：2。 题型5 设计原电池 解｜题｜知｜识 1、原电池正负极的判断方法 （1）由组成原电池两极的电极材料判断 （2）根据电流方向或电子流动方向判断 （3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断 （4）根据原电池两极发生的变化来判断 （5）根据现象判断 2、设计原电池 1）设计思路 （1）以自发的氧化还原反应为基础 （2）把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 （3）根据电极反应确定电极材料及电解质溶液 （4）画出示意图 3、电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中的其他物质与负极反生反应（例如空气中的氧气）．但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中电解质溶液要选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液．如在铜锌硫酸盐构成的原电池中负极金属锌浸泡在含有Zn2+电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中． 4、电极材料的选择 电池的电极必须导电，电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，正极和负极之间只产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料．一般情况下，两个电极的构成分为四种情况： （1）活泼性不同的两种金属：锌铜原电池 （2）金属和非金属：锌锰电池 （3）金属和化合物：铅蓄电池 （4）惰性电极：燃料电池 电极方程式的书写规则： 1、没给总方程式 （1）分别找出氧化剂和还原剂 （2）结合介质判断氧化产物和还原产物 （3）写出电极反应式（注意两极得失电子数相等） 2、给出总方程式，分四步 （1）判物质，标得失 （2）选离子，配电荷 （3）配个数，巧用水 （4）两式加，验总式． 【典例1】为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组利用反应6NO2+8NH3＝7N2+12H2O设计如图所示电池（离子交换膜对溶液里的离子具有选择透过能力）。下列说法错误的是（　　） A．电流可以通过离子交换膜 B．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液的碱性增强 C．电子由电极A经负载流向电极B D．同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为4：3 【答案】B 【解答】解：A．电流能通过离子交换膜才能形成闭合回路，OH﹣离子通过离子交换膜进入负极区与NH3反应，为阴离子交换膜，故A正确； B．左侧发生2NH3﹣6e﹣+6OH﹣＝N2+6H2O，OH﹣离子通过离子交换膜进入负极区与NH3反应，且生成水，碱性减弱，故B错误； C．左侧失去电子作负极，右侧得到电子作正极，电子由负极流向正极，则电子由电极A经负载流向电极B，故C正确； D．负极反应为2NH3﹣6e﹣+6OH﹣＝N2+6H2O，正极反应为2NO2+8e﹣+4H2O＝8OH﹣+N2，由得失电子守恒可知，同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为8：6＝4：3，故D正确； 故选：B。 【变式1】依据氧化还原反应：2Ag++Cu═Cu2++2Ag设计的原电池如图所示：下列说法正确的是（　　） A．电极X可选择铁棒 B．电解质溶液Y可选择CuSO4溶液 C．Ag电极的反应式为Ag++e﹣＝Ag D．该电池工作时，电子是从Ag电极流向X电极 【答案】C 【解答】解：A．由分析可知，X为铜棒，故A错误； B．由分析可知，电解质溶液Y为AgNO3溶液，故B错误； C．由分析可知，Ag为正极，Ag电极的反应式为Ag++e﹣＝Ag，故C正确； D．原电池中，电子由负极经导线流向正极，故子是从X电极流向Ag电极，故D错误； 故选：C。 【变式2】完成下列问题。 （1）下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 　　 。 A．CO2+C＝2CO B．SO3+H2O＝H2SO4 C． D．Ba（OH）2+H2SO4＝BaSO4+2H2O （2）设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+强。 ①写出能说明氧化性Fe3+大于Cu2+的离子方程式：　 。 ②在方框中画出装置图，标注出电极材料和电解质溶液 。 （3）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。实验结果记录如表： 编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨 3 Al、Cu 浓硝酸 偏向Al 4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg 根据表中记录的实验现象，回答下列问题。 ①实验1中铝电极的电极反应式：　 　 。 ②实验3中电流表指针偏向Al的原因为：　 　 。 ③实验4中铝电极的电极反应式：　 　 。 （4）①如图，若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，电池总反应为CO2+3H2＝CH3OH+H2O，则正极电极反应式为 　 　 。 ②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为 　 ，电池的总反应方程式为 　 。 【答案】（1）C； （2）①2Fe3++Cu＝Cu2++2Fe2+； ②； （3）①2H++2e﹣＝H2↑； ②常温下，Al在浓硝酸中钝化； ③Al﹣3e﹣+4OH﹣； （4）①CO2+6e﹣+6H+＝CH3OH+H2O； ②SO2﹣2e﹣+2H2O4H+；2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4。 【解答】解：（1）A．原电池的构成原理是自发进行的氧化还原反应，而C（s）+CO2（g）2CO（g）是在高温条件下进行的反应，不能自发进行，所以不能设计成原电池，故A错误； B．原电池的构成原理是自发进行的氧化还原反应，而SO3+H2O＝H2SO4不属于氧化还原反应，所以不能设计成原电池，故B错误； C．是甲烷的燃烧反应，可以设计成甲烷燃料电池，能设计成原电池，故C正确； D．Ba（OH）2+H2SO4＝BaSO4+2H2O不属于氧化还原反应，所以不能设计成原电池，故D错误； 故答案为：C； （2）①Fe3+和Cu反应生成Cu2+和Fe2+，该反应中Fe3+为氧化剂，Cu2+是氧化产物，则说明氧化性Fe3+大于Cu2+，离子方程式为：2Fe3++Cu＝Cu2++2Fe2+， 故答案为：2Fe3++Cu＝Cu2++2Fe2+； ②2Fe3++Cu＝Cu2++2Fe2+中Fe3+得到电子，Cu失去电子，则正极为Cu电极，负极用石墨电极，电解质溶液用氯化铁溶液，设计为：， 故答案为：； （3）①实验1中电流计指针偏向Al，Al为正极，Mg为负极，H+在正极得到电子生成H2，铝电极的电极反应式：2H++2e﹣＝H2↑， 故答案为：2H++2e﹣＝H2↑； ②实验3中电流表指针偏向Al，Al为正极，Cu为负极，Cu失去电子生成Cu2+，原因是：常温下，Al在浓硝酸中钝化， 故答案为：常温下，Al在浓硝酸中钝化； ③实验4中电流表指针偏向Mg，Mg为正极，Al为负极，Al和NaOH发生反应生成Na[Al（OH）4]，离子方程式为：Al﹣3e﹣+4OH﹣， 故答案为：Al﹣3e﹣+4OH﹣； （4）①电池总反应为CO2+3H2＝CH3OH+H2O，CO2在正极得到电子生成CH3OH，根据得失电子守恒和电荷守恒配平正极电极反应式为：CO2+6e﹣+6H+＝CH3OH+H2O， 故答案为：CO2+6e﹣+6H+＝CH3OH+H2O； ②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，总反应为：2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4，SO2在负极失去电子生成，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：SO2﹣2e﹣+2H2O4H+， 故答案为：SO2﹣2e﹣+2H2O4H+；2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4。 题型6 利用原电池原理比较金属活动性强弱 解｜题｜知｜识 利用原电池原理比较金属活动性强弱 （1）原理：一般情况下，原电池中活泼金属作负极，不活泼金属作正极。 （2）实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：A＞B。 【典例1】把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成名种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连时，a质量减少；b、d相连，b为正极。则4种金属的活动性顺序由大到小排列为（　　） A．a＞c＞d＞b B．a＞c＞b＞d C．b＞d＞c＞a D．a＞b＞c＞d 【答案】A 【解答】解：一般来说，在原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极，若a、b相连，a为负极，则金属性活动性：a＞b；c、d相连，d上有气泡逸出，说明c电极上金属失电子发生氧化反应，则金属性c＞d；a、c相连时，a质量减少，则a为负极，金属活泼性a＞c；b、d相连，b为正极，则金属性d＞b，则4种金属的活动性顺序由大到小排列为a＞c＞d＞b， 故选：A。 【变式1】a、b、c、d四种金属片浸入稀硫酸中，用导线两两组成原电池。若a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为（　　） A．b＞d＞c＞a B．a＞c＞d＞b C．d＞c＞a＞b D．c＞a＞b＞d 【答案】A 【解答】解：一般活泼金属做负极，a、b相连时，电流由a经导线流向b，a是正极、b是负极，活动性b＞a；c、d相连时，电子由d到c，d是负极、c是正极，活动性d＞c；a、c相连时，a极上产生大量气泡，a发生还原反应产生氢气，则a是正极、c是负极，活动性c＞a；b、d相连时，H+移向d极，d是正极，b是负极，活动性b＞d，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为b＞d＞c＞a， 故选：A。 【变式2】现有a、b、c、d四个金属电极，用导线两两相连组成原电池。 ①a、b相连插入硫酸铜溶液中后，b极变粗； ②a、d相连插入稀硫酸中后，外电路电流从a极流向d极； ③b、c相连插入稀硫酸中后，c极上有气泡产生； ④c、d相连插入稀硫酸中后，d极溶解。 则下列说法正确的是（　　） A．由①和④可推出金属活动性：Cu＞c B．由②和③可推出金属活动性：d＞c C．由①②③可推出金属活动性：d＞a＞b＞c D．由①②④可推出金属活动性：a＞b＞d＞c 【答案】C 【解答】解：①若a、b相连形成原电池时，a极材料逐渐变细，说明a逐渐溶解，则a失电子而作负极，b作正极，则金属活泼性a＞b； ②a、d相连形成原电池时，电子流动方向为a→导线→D，外电路中电子从负极沿导线流向正极，则d是负极、a是正极，金属活泼性d＞a； ③b、c相连形成原电池时，c片上有大量气泡产生，说明b电极失电子作负极、c作正极，金属活泼性b＞c； ④c、d相连形成原电池时，d极溶解，则d为负极，金属活泼性d＞c， A.由①④不能推出Cu＞c，故A错误； B.由②可知d＞a，由③可知b＞c，无法推出d＞c； C.由①推出a＞b，由②可知d＞a，由③可知b＞c，故由①②③可推出金属活动性：d＞a＞b＞c，故C正确； D.由①推出a＞b，由②可知d＞a，由④推出d＞c，无法得到a和c的关系，故D错误； 故选：C。 题型7 原电池有关计算 解｜题｜知｜识 1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2．原理归纳： 3．原电池的构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 4．盐桥原电池 （1）构造 （2）盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 ②盐桥的作用 a．连接内电路，形成闭合回路； b．平衡电荷，使原电池不断产生电流。 ③盐桥含饱和KCl溶液，K+移向正极，Cl﹣移向负极。 【典例1】盐酸羟胺（NH2OH•HCl）用途广泛，可利用如图装置来制备。以盐酸为离子导体，向两电极分别通入NO和H2。下列说法正确的是（　　） A．Pt电极为原电池的正极 B．Cl﹣通过离子交换膜到右极室 C．一段时间后，含Fe的催化电极所在极室的pH增大 D．每生成1mol盐酸羟胺电路中转移4mole﹣ 【答案】C 【解答】解：A.Pt电极发生氧化反应，为原电池的负极，故A错误； B.根据正负极电极反应式可知，正极消耗H+、Cl﹣，且H+的消耗量多于Cl﹣，而负极生成H+，故即H+通过离子交换膜到左极室，故B错误； C.含Fe的催化电极所在极为正极，电极反应为NO+3e﹣+4H++Cl﹣＝NH2OH•HCl，消耗氢离子，溶液pH增大，故C正确； D.根据正极反应NO+3e﹣+4H++Cl﹣＝NH2OH•HCl可知，每生成1mol盐酸羟胺电路中转移3mole﹣，故D错误； 故选：C。 【变式1】如图是以Cu和Zn为电极的两种原电池，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列相关叙述正确的是（　　） A．（a）和（b）均为Zn作负极反应物和负极材料，Cu作正极反应物和正极材料 B．（a）和（b）相比，（a）的能量利用率更高，电流更稳定 C．（a）中Cu2+移向Cu电极，移向Zn电极 D．（b）中Zn片质量减少6.5g时，理论上电路中转移0.1NA个电子 【答案】C 【解答】解：A．活泼金属作负极，所以两原电池都是Zn作负极材料及负极反应物，Cu作正极材料，但是在正极发生反应的是Cu2+而不是Cu，故A错误； B．（b）为双液原电池，避免了Zn与CuSO4溶液接触，但（a）为单液原电池，负极Zn与CuSO4溶液接触，部分Cu2+会直接与Zn在负极反应，能量利用率低且电流不稳定，故B错误； C．原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，则（a）中Cu2+移向Cu电极，移向Zn电极，故C正确； D．（b）中Zn片质量减少6.5 g时，理论上电路中转移0.2mol电子，数目为0.2NA，故D错误； 故选：C。 【变式2】一种利用CH4消除NOx污染的工作原理如图所示，装置均用惰性电极，两侧电解质溶液为同浓度的盐酸。下列说法正确的是（　　） A．NO2发生氧化反应 B．负极：CH4+2H2O﹣8e→CO2+8H+ C．转移0.8mol电子，有0.4mol H+通过离子交换膜 D．工作一段时间，两侧电极室中溶液pH均减小 【答案】B 【解答】解：A．左侧电极上氮元素价态降低，通入NO2的电极为正极，二氧化氮得电子发生还原反应，故A错误； B．甲烷通入极为负极，电极反应式为CH4+2H2O﹣8e﹣＝CO2+8H+，故B正确； C．通入NO2的电极为正极，电极反应式为2NO2+8e﹣+8H+＝N2+4H2O，转移0.8mol电子时，有0.8NA个H+通过质子交换膜，故C错误； D．原电池工作时，左侧消耗氢离子，右侧生成氢离子，但根据电子守恒，负极产生的H+均全部转移到正极区参与反应，则工作一段时间后，两极溶液的pH均不变，故D错误； 故选：B。 【变式3】铜锌原电池为建构电化学认识模型奠定了重要的基础。设起始时锌、铜两电极的质量相等，下列有关说法正确的是（　　） A．Zn为负极，发生还原反应 B．电子由锌电极经CuSO4溶液流向铜电极 C．当电路中转移0.1mol电子时，两电极质量相差6.45g D．电池工作一段时间后，CuSO4溶液的物质的量浓度不变 【答案】C 【解答】解：A．Zn为电源负极，Zn失电子发生氧化反应，故A错误； B．电子由锌电极经导线流向铜电极，不会经过硫酸铜溶液，故B错误； C．负极电极反应式为Zn﹣2e﹣＝Zn2+，正极电极反应式为Cu2++2e﹣＝Cu，电路中转移0.1mol电子时，负极质量减少3.25g，正极质量增加3.2g，则两电极质量相差6.45g，故C正确； D．正极上Cu2+得电子生成Cu，溶液中铜离子被消耗，溶液中硫酸铜溶液的物质的量浓度减小，故D错误； 故选：C。 题型8 一次电池 解｜题｜知｜识 1．一次电池概念：放电后不能再充电使其复原的电池。 2．常见一次电池及电极反应式 （1）碱性锌锰电池 电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氢氧化钾 特点：用途广泛 正极反应：2MnO2+2H2O+2e﹣＝2MnOOH+2OH﹣； 负极反应：Zn+2OH﹣﹣2e﹣＝Zn（OH）2； 总反应：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn（OH）2。 （2）银锌钮扣电池 电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点：放电平稳，电流大 负极反应：Zn+2OH﹣﹣2e﹣＝Zn（OH）2； 正极反应：Ag2O+H2O+2e﹣═2Ag+2OH﹣； 总反应：Zn+Ag2O+H2O═Zn（OH）2+2Ag。 【典例1】酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是（　　） A．石墨作电池的正极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．MnO2发生还原反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 【答案】B 【解答】解：A．酸性锌锰干电池，石墨电极为正极，Zn为负极，故A正确； B．原电池工作时，阳离子向正极（石墨电极）方向移动，故B错误； C．二氧化锰得电子，发生还原反应，故C正确； D．Zn为负极，负极Zn发生失电子的氧化反应：Zn﹣2e﹣＝Zn2+，故D正确； 故选：B。 【变式1】碱性锌锰干电池的构造示意图如图。电池的总反应：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnO（OH）+Zn（OH）2，下列关于该电池的说法正确的是（　　） A．工作时电子由MnO2经外电路流向Zn B．工作时K+向负极方向移动 C．放电过程中存在化学能的消耗 D．负极反应：Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 【答案】C 【解答】解：A．放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极MnO2，故A错误； B．原电池中阳离子移向正极，所以工作时K+向正极方向移动，故B错误； C．原电池是将化学能转化为电能的装置，故放电过程中存在化学能的消耗，故C正确； D．电极反应式的书写，Zn电极发生的反应2OH﹣+ Zn﹣2e﹣＝Zn（OH）2，进一步说明 KOH在原电池中不只是起导电的作用，还参加了电极反应，故D错误； 故选：C。 题型9 二次电池 解｜题｜知｜识 一．二次电池概念：又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。 二．常见二次电池及电极反应式 （1）铅蓄电池 电池组成：铅、二氧化铅、硫酸 特点：广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。 （1）放电时的反应 ①负极反应：Pb2e﹣＝PbSO4； ②正极反应：PbO2+4H+2e﹣＝PbSO4+2H2O。 （2）充电时的反应 ①阴极反应：PbSO4+2e﹣＝Pb； ②阳极反应：PbSO4+2H2O﹣2e﹣＝PbO2+4H+； 总反应：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O。 （2）镍氢电池——二次电池 电池组成：贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点：寿命长，性能好，比能量高 （1）放电时的反应 负极反应：MH﹣e﹣+OH﹣＝M+H2O 正极反应：NiO（OH）+e﹣+H2O═Ni（OH）2+OH﹣ （2）充电时的反应 阴极反应：M+H2O+e﹣＝MH+OH﹣ 阳极反应：Ni（OH）2+OH﹣﹣e﹣═NiO（OH）+H2O 总反应：NiO（OH）+MHNi（OH）2+M 【典例1】铅蓄电池的工作原理可表示为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，其构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是（　　） A．放电时，正、负电极质量均增大 B．放电时，溶液的pH增大 C．充电时，H+移向Pb极 D．充电时，每消耗2mol PbSO4，转移电子数为4×6.02×1023 【答案】D 【解答】解：A．放电时，正极PbO2转化为PbSO4，负极Pb转化为PbSO4，正、负电极质量均增大，故A正确； B．放电时硫酸被消耗，溶液的pH增大，故B正确； C．充电时，H+移向Pb极（阴极），故C正确； D．充电时，每消耗2mol PbSO4，转移2mol电子，故转移电子数为2×6.02×1023，故D错误； 故选：D。 【变式1】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。下列说法中，正确的是（　　） A．H+向负极方向移动 B．PbO2得电子，被氧化 C．电池放电时，溶液pH降低 D．已知PbSO4难溶，则电池放电过程中负极质量增加 【答案】D 【解答】解：A．在原电池中，阳离子向正极移动。该铅酸蓄电池中，Pb为负极，二氧化铅为正极，所以H+应向正极方向移动，故A错误； B．二氧化铅在反应中得电子，元素化合价降低，被还原，故B错误； C．电池放电时的反应为PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O，硫酸被消耗，溶液中氢离子的浓度减小，根据pH＝﹣lgc（H+），溶液pH升高，故C错误； D．负极反应式为，由于硫酸铅难溶，附着在负极上，使负极质量增加，故D正确； 故选：D。 【变式2】我国科学家在国际上率先用稻壳制备成高性能的电池级碳材料，该材料是多孔结构，有吸附作用导电性强。将该材料混合到传统铅酸蓄电池的铅电极中，即得到高性价比的铅碳电池。下列有关说法正确的是（　　） A．PbO2比高性能碳活泼，故PbO2作铅碳电池的负极 B．传统铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+4H+＝2Pb2++2H2O C．传统铅酸蓄电池比能最高，对环境友好 D．铅碳电池可有效减缓电池的“负极硫酸盐化”，延长电池使用寿命 【答案】D 【解答】解：A．铅碳电池放电时，Pb+C为电池负极，PbO2为电池正极，充电时Pb+C为电解池阴极，PbO2为电解池阳极，故A错误； B．硫酸铅是沉淀，需要拆成离子形式，故传统铅酸蓄电池放电总反应：，故B错误； C．传统铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重。且由于含有重金属、酸，随意丢弃会对生态环境和人体健康造成危害，故C错误； D．铅碳电池中碳材料的加入，可抑制铅酸电池的“负极硫酸盐化”，防止PbSO4在负极沉积附着，可延长电池寿命，故D正确； 故选：D。 【变式3】磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1﹣xFePO4⇌6C+LiFePO4，某磷酸铁锂电池的切面如图所示。下列有关说法错误的是（　　） A．放电时，Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极 B．充电时的阳极反应为LiFePO4﹣xe﹣＝Li1﹣xFePO4+xLi+ C．充电时电子从电源经铝箔流入正极材料 D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移2NA个电子时，两电极的质量差为28g 【答案】C 【解答】解：A．原电池放电时，电解质中阳离子移向正极，即Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极，故A正确； B．根据总反应可知，放电时正极反应为正极反应式为Li1﹣xFeO4+xLi++xeˉ＝LiFePO4，充电时阳极反应与正极反应相反，为LiFePO4﹣xeˉ＝Li1﹣xFePO4+xLi+，故B正确； C．充电时电子从外电源负极→阴极、阳极→电源正极，即充电时电子从电源经铜箔流入负极材料，故C错误； D．若初始两电极质量相等，当转移2NA个电子时，负极减少2molLi其质量为2mol×7g/mol＝14g，正极有2molLi+迁入，其质量为2mol×7g/mol＝14g，两电极质量差为28g，故D正确； 故选：C。 题型10 燃料电池 解｜题｜知｜识 1．燃料电池概念：是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。 2．常见燃料电池及电极反应式 （1）氢氧燃料电池 电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液（或H2SO4溶液） 特点：用于航天飞机、牵引车等 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2﹣4e﹣＝4H+ 2H2+4OH﹣﹣4e﹣＝4H2O 正极反应式 O2+4e﹣+4H+＝2H2O O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣ 电池总反应式 2H2+O2＝2H2O （2）甲烷等其他燃料电池。 （1）酸性介质（如H2SO4） 负极：；CH4﹣8e﹣+2H2O＝CO2+8H+ 正极：2O2+8e﹣+8H+＝4H2O； 总反应式：CH4+2O2＝CO2+2H2O。 （2）碱性介质（如KOH） 负极：CH4﹣8e﹣+10OH﹣7H2O； 正极：2O2+8e﹣+4H2O＝8OH﹣； 总反应式：CH4+2O2+2OH﹣3H2O 【典例1】以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A．b电极为负极，发生氧化反应 B．a电极发生的反应为N2+8H++6e﹣＝2 C．A溶液中所含溶质为NH4Cl D．当反应消耗0.5mol N2时，则标况下消耗的H2为67.2L 【答案】D 【解答】解：A．通入氢气一端b电极为负极，发生氧化反应，故A正确； B．通入氮气一端a电极为正极，发生还原反应，电解质溶液为酸性，正极反应为，故B正确； C．氮气在正极反应与溶液中稀盐酸生成NH4Cl，则A溶液中所含溶质为NH4Cl，故C正确； D．当反应消耗0.5mol N2时，转移3mol电子，负极消耗氢气1.5mol，标况下体积33.6L，故D错误； 故选：D。 【变式1】天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，天然气的主要成分为甲烷。 （1）甲烷在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图为　　 （填序号）。 （2）甲烷可直接应用于燃料电池，其工作原理如图所示。 ①电子从　 　 极流出（填“a”或“b”）。 ②负极反应式是　 。 ③电解质溶液体积变化忽略不计，则c（OH﹣）　 　 （填“不变”或“增大”或“减小”）。 （3）甲烷、水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，其反应为：CH4（g）+2H2O（g）⇌4H2（g）+CO2（g）。 已知：ⅰ．该反应为吸热反应； ⅱ．断裂1mol化学键所吸收的能量如表： 化学键 C—H O—H H—H C＝O 吸收能量kJ a b c d ①当反应消耗1mol CH4时，吸收的能量为　 　 kJ（用字母表示）。 ②一定温度下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol CH4（g）和2mol H2O（g），反应过程中测得CH4的物质的量与反应时间的关系如表。 时间/s 1 2 3 4 5 n（CH4）/mol 0.9 0.82 0.76 0.72 0.70 ⅰ．0～5s时间段内平均反应速率v（CH4）＝　 　 mol•L﹣1•s﹣1。 ⅱ．下列说法中能充分说明该反应已达化学平衡状态的是　 　 （填序号）。 a．CH4浓度不再变化 b．生成0.1mol CO2同时消耗0.2mol H2O c．混合气体的平均摩尔质量不变 d．混合气体的密度不变 【答案】（1）A； （2）①a； ②； ③减小； （3）①（4a+4b）﹣（4c+2d）； ②ⅰ．0.03； ⅱ．ac 【解答】解：（1）甲烷在空气中燃烧是放热反应，故其能量变化示意图为A， 故答案为：A； （2）①甲烷氧气燃料电池中甲烷失去电子发生氧化反应，甲烷做负极，氧气得到电子做正极，电子由负极流出，流入正极，故电子从a极流出， 故答案为：a； ②甲烷失去电子发生氧化反应，甲烷做负极，电极反应式为， 故答案为： ③负极电极反应：，正极电极反应，反应消耗OH⁻，故c（OH﹣）减小， 故答案为：减小 （3）①结合题意当1mol CH4参与反应时吸收的能量＝应物总键能﹣生成物总键能＝4a+4b﹣2d﹣4c＝（4a+4b）﹣（4c+2d）kJ， 故答案为：（4a+4b）﹣（4c+2d）； ②ⅰ．0～5s时间段内平均反应速率v（CH4）， 故答案为：0.03； ⅱ．a．CH4浓度不再变化，说明正、逆反应速率相等，反应平衡，故a正确； b．生成0.1mol CO2同时消耗0.2mol H2O，都是正反应，不能证明正、逆反应速率相等，反应不平衡，故b错误； c．根据质量守恒可知，容器中气体的总质量不变，正反应是气体体积增加的反应，混合气体的平均摩尔质量不变，能证明反应达到平衡，故c正确； d．容器中气体的总质量不变，恒容密闭容器，混合气体的密度恒为定值，混合气体的密度不变，不能证明反应达到平衡，故d错误； 故答案为：ac。 【变式2】利用CH4燃料电池电解制备Ca（H2PO4）2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示： 回答下列问题： （1）a极为 　　 极，a极电极反应式为 　 　 。a极每产生44gCO2气体，外电路转移电子的物质的量为 　　 mol。 （2）Y室中石墨电极为 　　 极，该极电极反应式为 　 。 （3）A膜、B膜和C膜中属于阳离子交换膜的是 　　 （填“A”“B”或“C”）。从 　 　 （填“原料室”“产品室”“X室”或“Y室”，下同）移到 　 　 。 （4）a极上消耗2.24L（标准状况下）甲烷，阳极室Ca2+减少 　 　 mol。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）CH4燃料电池工作时，CH4在a电极失电子生成CO2气体，作负极，负极反应式CH4﹣8e﹣+4O2﹣＝CO2+2H2O，n（e﹣）＝8n（CO2）＝88mol， 故答案为：负；CH4﹣8e﹣+4O2﹣＝CO2+2H2O；8； （2）Y室中石墨电极与原电池负极相接、为阴极，阴极上水得电子生成氢气，阴极反应式为2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣， 故答案为：阴；2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣； （3）电解池工作时阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，且实验目的是制备Ca（H2PO4）2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，则电解池工作时，Ca2+通过A膜进入产品室，原料室中H2通过B膜进入产品室，进而形成Ca（H2PO4）2，原料室中Na+通过C膜进入Y室生成NaOH，即A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜， 故答案为：AC；原料室；产品室； （4）负极反应式为CH4﹣8e﹣+4O2﹣＝CO2+2H2O，电路中转移电子n（e﹣）＝8n（CH4）＝80.8mol，钙离子带两个单位负电荷，则阳极室Ca2+减少0.4mol， 故答案为：0.4。 【变式3】将氢氧燃料电池应用于氯碱工业，其装置示意图如下： （1）a为　 　 极。 （2）b极的电极反应式为：　 。 （3）b极附近pH　 　 （填“增大”、“不变”、“减小”）。 （4）气体X是　 。 （5）写出氯碱工业原理总反应的离子方程式：　 。 （6）较浓NaOH溶液从d口导出，结合化学用语解释NaOH在此区域生成的原因　 　 。 【答案】（1）负； （2）O2+4e﹣+2H2O＝4OH﹣； （3）增大； （4）Cl2； （5）2Cl﹣+2H2OCl2↑+H2↑+2OH﹣； （6）c与燃料电池正极相连，作阳极，发生氧化反应，电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，d与电源负极相连，作阴极，发生还原反应，电极反应为：2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣，电解质中的Na+由阳极区进入阴极区，故较浓NaOH溶液从d口导出。 【解答】解：（1）由分析可知，a为负极， 故答案为：负； （2）b极的电极反应式为：O2+4e﹣+2H2O＝4OH﹣， 故答案为：O2+4e﹣+2H2O＝4OH﹣； （3）b极的电极反应式为：O2+4e﹣+2H2O＝4OH﹣，故b极附近碱性增强，pH增大， 故答案为：增大； （4）c与燃料电池正极相连，作阳极失去电子，由离子的放电顺序可知氯离子放电生成氯气，电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，气体X是Cl2， 故答案为：Cl2； （5）氯碱工业原理总反应的离子方程式为：2Cl﹣+2H2OCl2↑+H2↑+2OH﹣， 故答案为：2Cl﹣+2H2OCl2↑+H2↑+2OH﹣； （6）c与燃料电池正极相连，作阳极，发生氧化反应，电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，d与电源负极相连，作阴极，发生还原反应，电极反应为：2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣，电解质中的Na+由阳极区进入阴极区，故较浓NaOH溶液从d口导出， 故答案为：c与燃料电池正极相连，作阳极，发生氧化反应，电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2↑，d与电源负极相连，作阴极，发生还原反应，电极反应为：2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣，电解质中的Na+由阳极区进入阴极区，故较浓NaOH溶液从d口导出。 题型11 化学电源新型电池 解｜题｜知｜识 一、一次电池 1、定义：一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。 2、常见的一次电池： （1）普通锌锰干电池 锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种。干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO2的混合物，在混合物周围再装入以NH4Cl溶液浸润ZnCl2，NH4Cl和淀粉或其他填充物（制成糊状物）。为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好。干电池在使用时的电极反应为： 负极：Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 正极：2NH4++2e﹣+2MnO2＝2NH3+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2MnO2+2NH4+＝Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O （2）碱性锌锰干电池 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 （3）银一锌电池 电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应是： 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 利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。 （4）锂﹣二氧化锰非水电解质电池 以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为： 负极反应：Li﹣e﹣＝Li+ 正极反应：MnO2+Li++e﹣＝LiMnO2 总反应：Li+MnO2＝LiMnO2 该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90%，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。 （5）铝﹣空气﹣海水电池 1991年，我国首例以铝﹣﹣空气﹣﹣海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 工作原理： 负极：4Al﹣12e﹣═4Al3+ 正极：3O2+6H2O+12 e﹣═12OH﹣ 总反应：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3 特点：这种海水电池的能量比“干电池”高20﹣50倍。 （6）高能电池﹣锂电池 该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂﹣碘电池的电极反应式为：负极：2Li﹣2e﹣═2Li+ 正极：I2+2e﹣═2 I﹣总反应式为：2Li+I2═2LiI 二、二次电池 1、定义：二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用。 2、常见的二次电池： （1）铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4。 铅蓄电池放电的电极反应如下： 负极：Pb+SO42﹣﹣2e﹣＝PbSO4（氧化反应） 正极：PbO2+SO42﹣十4H++2e﹣＝PbSO4+2H2O（还原反应） 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4十2H2O 铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程： 阴极：PbSO4+2e﹣＝Pb+SO42﹣（还原反应） 阳极：PbSO4+2H2O﹣2e﹣＝PbO2+SO42﹣十4H+（氧化反应） 总反应：2PbSO4十2H2O＝Pb+PbO2+2H2SO4 可以把上述反应写成一个可逆反应方程式： Pb+PbO2+2H2SO4⇌2PbSO4十2H2O （2）碱性镍﹣镉电池：该电池以Cd和NiO（OH）作电极材料，NaOH作电解质溶液。 负极：Cd+2OH﹣﹣2e﹣＝Cd（OH）2 正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣＝2Ni（OH）2+2OH﹣ 总反应式为：Cd+2NiO（OH）+2H2O＝Cd（OH）2+2Ni（OH）2 从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍﹣镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。 （3）氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍﹣镉电池。 负极：H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O 正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣＝2Ni（OH）2+2OH﹣ 总反应式为：H2+2NiO（OH）＝2Ni（OH）2 三、燃料电池 又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。 （1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为： 负极：2H2+4OH﹣﹣4e﹣＝4H2O 正极：O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣ 总反应式为：2H2+O2＝2H2O （2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。 负极：CH4+10OH﹣﹣8e﹣＝CO32﹣+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e﹣＝8OH﹣ 总反应式为：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O （3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。 负极：2CH4O+16OH﹣﹣12e﹣＝2CO32﹣+12H2O 正极：3O2+6H2O+12e﹣＝12OH﹣ 总反应式为：2CH4O+3O2+4OH﹣＝2CO32﹣+6H2O （4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆﹣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。 负极：2H2+2O2﹣4e﹣＝2H2O 正极：O2+4e﹣＝2O2﹣ 总反应式为：2H2+O2＝2H2O （5）熔融盐燃料电池： 该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率。 负极：2CO+2CO32﹣﹣4e﹣＝4CO2 正极：O2+2CO2+4e﹣＝2CO32﹣ 总反应式为：2CO+O2＝2CO2。 【典例1】镁海水燃料电池（如图）具有高能量密度、低成本等优势，在多个领域具有重要应用。若空气中氧气的体积分数为20%，下列说法正确的是（　　） A．该电池在碱性较强的电解质溶液中仍能持续放电 B．电流方向：镁电极→用电器→多孔石墨电极 C．多孔石墨电极的电极反应式为O2+4H++4e﹣＝2H2O D．标准状况下每消耗22.4L空气，理论上消耗9.6gMg 【答案】D 【解答】解：A．在碱性较强的溶液中负极会生成氢氧化镁沉淀，覆盖在镁电极表面阻碍反应持续进行，故A错误； B．电流方向与电子流向相反，镁电极为负极（电子流出），多孔石墨为正极（电子流入），故电流方向应为多孔石墨电极→用电器→镁电极，故B错误； C．电解质为pH＝8的海水（弱碱性），正极氧气得电子被还原成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣，故C错误； D．标准状况下22.4L空气中氧气体积为22.4L×20%＝4.48L，则氧气的物质的量为0.2mol，转移电子为0.2mol×4＝0.8mol；1mol Mg失去2mol电子，理论上消耗Mg物质的量为 0.4mol，质量为0.4mol×24g/mol＝9.6g，故D正确； 故选：D。 【变式1】我国科学家研究设计的“Na—SO2”电池，以有机溶液为电解质溶液，其工作原理如图所示。 下列说法错误的是（　　） A．电池工作时化学能主要转化为电能 B．Na箔作负极，发生氧化反应 C．可将有机溶液改成水溶液 D．消耗1mol Na时，理论上可转化1mol SO2 【答案】C 【解答】解：A．原电池工作时能量的主要转换形式是化学能转化为电能，故A正确； B．由分析可知，Na箔为负极，发生氧化反应，故B正确； C．Na能与水反应，所以电解质溶液不能是水溶液，故C错误； D．消耗1mol Na失去1mol电子，S元素化合价由+4价转化为+3价，生成1mol Na2S2O4时得到2mol电子，转化2mol二氧化硫，所以根据得失电子守恒，消耗1mol Na时可转化1mol二氧化硫，故D正确； 故选：C。 【变式2】LED产品的使用为城市增添色彩。图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列叙述错误的是（　　） A．电极a发生反应： B．电池放电后，电解质溶液中OH﹣的物质的量基本不变 C．电极b处应通入氧气，燃料电池实现了化学能到电能的转化 D．电路中的电子从负极经外电路移向正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路 【答案】D 【解答】解：A．据分析可知，电极a是负极，电极反应为：，故A正确； B．电池总反应为：O2+2H2＝2H2O，不消耗也不生成OH﹣，放电后，电解质溶液中OH﹣的物质的量基本不变，故B正确； C．据分析可知，电极b为正极，通入氧气，该装置将化学能转化为电能最终转化为光能，故C正确； D．电子不经过KOH溶液，故D错误； 故选：D。 【变式3】研究人员开发出一种锂﹣氢可充电电池（如图所示），使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法中错误的是（　　） A．气体扩散电极电势高于惰性电极 B．放电时电池总反应为2Li+2H3PO4＝H2↑+2LiH2PO4 C．放电时外电路电流由惰性电极流向气体扩散电极 D．充电时Li+移向惰性电极 【答案】C 【解答】解：A．放电时气体扩散电极为正极，惰性电极为负极，正极电势始终高于负极，因此气体扩散电极电势高于惰性电极，故A正确； B．电解液为LiH2PO4，放电时，负极反应为：Li﹣e﹣＝Li+，气体扩散电极为正极，电极反应为：2H3PO4+2e﹣＝2H2H2↑，放电时电池总反应为2Li+2H3PO4＝H2↑+2LiH2PO4，故B正确； C．放电时外电路电流方向与电子流向相反：电子由负极（惰性电极）流向正极（气体扩散电极），因此电流应由正极（气体扩散电极）流向负极（惰性电极），故C错误； D．放电时，锂离子向气体扩散电极移动，充电时为电解池，阳离子（Li+）向阴极（惰性电极）移动，惰性电极为阴极，故D正确； 故选：C。 题型12 电极反应和电池反应方程式 解｜题｜知｜识 电极反应方程式的书写步骤： 1、首先判断原电池的正负极 如果电池的正负极判断失误，则电极反应必然写错．一般来说，较活泼的金属失去电子，为原电池的负极，但不是绝对的．如镁片和铝片插入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼，但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被氧化，因而铝是负极，此时的电极反应为： 负极：2Al﹣6e﹣═2Al3+ 正极：6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑ 或 2Al3++2H2O+6e﹣+2OH﹣═2AlO2﹣+3H2↑ 再如，将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，由于铝在浓硝酸中发生了钝化，铜却失去电子是原电池的负极被氧化，此时的电极反应为： 负极：Cu﹣2e﹣═Cu2+ 正极：2NO3﹣+4H++2e﹣═2NO2↑+2H2O 2、要注意电解质溶液的酸碱性 在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系．如氢﹣氧燃料电池就分酸式和碱式两种，在酸性溶液中的电极反应： 负极：2H2﹣4e﹣═4H + 正极：O2+4H++4e﹣═2H2O 如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH﹣．由于CH4、CH3OH等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以CO32﹣离子形式存在的，故不是放出CO2． 3、还要注意电子转移的数目 在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒．这样可避免在有关计算时产生错误或误差，也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误 4、抓住总的反应方程式 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池．而两个电极相加即得总的反应方程式．所以对于一个陌生的原电池，只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式，就可写出另一个电极反应式． 【典例1】下列反应式书写正确的是（　　） A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式：Cu﹣2e﹣＝Cu2+ B．铅酸蓄电池充电时总反应：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O C．C2H5OH﹣空气的燃料电池，以KOH为电解质溶液，负极反应式： D．锂离子电池的正极反应式： 【答案】C 【解答】解：A．铁比Cu活泼，在氯化铁溶液中Fe作负极，反应为Fe﹣2e﹣＝Fe2+，故A错误； B．铅酸蓄电池充电时总反应应为放电的逆反应：2PbSO4+2H2O＝Pb+PbO2+2H2SO4，故B错误； C．乙醇在碱性燃料电池中负极反应需平衡电荷和原子，C2H5OH被氧化为，失去12e﹣，O和H均守恒，电荷也守恒，故C正确； D．锂离子电池放电时，正极应嵌入Li+和电子，反应式为Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣＝LiCoO2，故D错误； 故选：C。 【变式1】下列用于解释事实的化学用语书写不正确的是（　　） A．将纯水加热至较高温度，水的pH＜7：ΔH＞0 B．用Na2CO3溶液清洗油污的原因： C．用饱和Na2CO3溶液处理锅炉水垢中的CaSO4： D．电解精炼铜的阳极反应：Cu2++2e﹣＝Cu 【答案】D 【解答】解：A．将纯水加热至较高温度，水的pH＜7是因为水的电离是吸热过程，升高温度，水的平衡右移，氢离子浓度增大，水的pH＜7，故A正确； B．用Na2CO3溶液清洗油污的原因是碳酸根离子在溶液中水解使溶液呈碱性，离子方程式为，故B正确； C．用饱和Na2CO3溶液处理锅炉水垢中的CaSO4发生沉淀的转化，反应的离子方程式为，故C正确； D．电解精炼铜时，粗铜做阳极，Zn、Fe、Cu在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，故D错误； 故选：D。 【变式2】下列选项正确的是（　　） ①Al—Mg—NaOH组成的原电池的负极：Mg﹣2e﹣＝Mg2+ ②Fe—Cu—稀盐酸组成的原电池的负极：Fe﹣3e﹣＝Fe3+ ③Fe—Cu—浓硝酸组成原电池的负极：Cu﹣2e﹣＝Cu2+ ④用惰性电极电解氢氧化钠溶液的阳极：4OH﹣﹣4e﹣＝O2↑+2H2O ⑤惰性电极电解氯化镁溶液的阴极：2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣ A．①②③ B．③④ C．③⑤ D．①④⑤ 【答案】B 【解答】解：①由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，铝和氢氧化钠反应易失去电子而作负极，镁作正极，其负极反应式为：Al﹣3e﹣+4OH﹣═[Al（OH）4]﹣，故①错误； ②Fe﹣Cu﹣稀盐酸组成的原电池的负极是铁，正极是铜，负极的反应式为：Fe﹣2e﹣＝Fe2+，故②错误； ③Fe﹣Cu﹣浓硝酸组成原电池，铜为负极，电极反应式为：Cu﹣2e﹣＝Cu2+，故③正确； ④用惰性电极电解氢氧化钠溶液，阳极为氢氧根放电，电极反应式为：4OH﹣﹣4e﹣＝O2↑+2H2O，故④正确； ⑤电解氯化镁溶液的阴极上水电离出来的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子与镁离子生成氢氧化镁沉淀，电极反应式：Mg2++2H2O+2e﹣═H2↑+2Mg（OH）2↓，故⑤错误； 故选：B。 【变式3】工厂的氨氮废水可用电化学催化氧化法加以处理，其中NH3在电极表面被氧化过程的微观示意图如下： 下列说法中，正确的是（　　） A．过程①②③均有N—H键断裂 B．过程③的电极反应式为：NH+e﹣+OH﹣＝N+H2O C．过程④吸收能量 D．使用催化剂是为了降低该反应的焓变 【答案】A 【解答】解：A．由转化过程可知，过程①②③各断裂1个N—H键，故A正确； B．过程③中失电子，电极反应式为NH﹣e﹣+OH﹣＝N+H2O，故B错误； C．过程④中2个N原子结合形成氮氮三键，放出能量，故C错误； D．使用催化剂可降低该反应的活化能，加快反应速率，但焓变不变，故D错误； 故选：A。 过 关 验 收 1．锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如图。下列说法不正确的是（　　） A．Zn作电池的负极 B．电池工作时，OH﹣向正极移动 C．正极的电极反应：Ag2O+2e﹣+H2O═2Ag+2OH﹣ D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 【答案】B 【解答】解：A．Zn在反应中失电子作负极，故A正确； B．电池工作时，OH﹣向负极移动，故B错误； C．Ag2O为正极，电极反应式为Ag2O+2e﹣+H2O═2Ag+2OH﹣，故C正确； D．原电池设计时，金属外壳需具有良好的导电性，同时为防止电解质泄露，应具有良好的耐腐蚀性，故D正确； 故选：B。 2．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是（　　） A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阴极为2H++2e﹣＝H2↑，②中正极为Zn﹣2e﹣＝Zn2+ D．离子移动方向：①中H+向阴极方向移动，②中H+向负极方向移动 【答案】B 【解答】解：A．装置②无外接电源且能形成电流（灯泡），为原电池，装置①有外接电源，为电解池；故A错误； B．装置①为电解硫酸溶液（惰性电极），实质电解水，水减少则硫酸浓度增大；装置②为Zn—Cu﹣硫酸原电池，总反应消耗H2SO4，硫酸浓度减小，故B正确； C．装置①（电解池），阴极反应为：2H++2e﹣＝H2↑；装置②（原电池）正极为Cu，H+得电子：正极反应为：2H++2e﹣＝H2↑，故C错误； D．电解池工作时，阳离子向阴极移动，①中H+向阴极方向移动。原电池工作时，阳离子向正极移动，②中H+向正极方向移动，故D错误； 故选：B。 3．硅锰原电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　） A．放电过程中，负极区溶液pH增大 B．导线上每通过1mole﹣，正极区溶液质量增加44.5g C．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳 D．原电池的工作原理： 【答案】B 【解答】解：A．放电过程中，碳硅电极为负极，电极反应式为：Si﹣4e﹣+2H2O＝SiO2+4H+，即生成H+同时消耗水，但H+透过质子交换膜迁移到正极，则负极区溶液中n（H+）不变，但水被消耗，溶液的体积减小，c（H+）增大，则pH减小，故A错误； B．正极反应为：2MnO2+4e﹣+8H+＝2Mn2++4H2O，导线上每通过1mole﹣，即有1mol H+从负极区迁移至正极区溶液，同时正极溶解0.5mol 二氧化锰，则正极区溶液质量增加1mol×1g/mol+0.5mol×87g/mol＝44.5g，故B正确； C．由于硅能与氢氧化钠溶液直接反应，所以电解液不能换为氢氧化钠溶液，故C错误； D．正极反应为：2MnO2+4e﹣+8H+＝2Mn2++4H2O，负极反应为：Si﹣4e﹣+2H2O＝SiO2+4H+，将正、负极的电极反应式相加可得原电池的工作原理：，故D错误； 故选：B。 4．原电池装置如图所示，烧杯Ⅰ和Ⅱ中稀硫酸的体积各为200mL，当在铜片上放出1.68L（标准状况）气体时，Ⅱ中H2SO4的物质的量恰好消耗一半，忽略溶液体积的变化。下列说法正确的是（　　） A．I中阳离子数目减少 B．Cu片上发生氧化反应 C．电流方向：Ⅱ经导线到I D．原硫酸的物质的量浓度是1.5mol/L 【答案】C 【解答】解：A．I为负极区（Zn所在烧杯），锌失去电子生成锌离子进入溶液，阳离子增加了Zn2+，故A错误； B．Cu片为正极，H+在Cu片上得电子生成H2，发生还原反应，故B错误； C．电流方向与电子流向相反，电子从负极（I中Zn）经导线流向正极（II中Cu），则电流方向为II（正极）经导线到I（负极），故C正确； D．生成H2的物质的量为，由正极反应2H++2e﹣＝H2可知，消耗H2SO4的物质的量为0.075mol，II中硫酸消耗一半，则原硫酸物质的量为0.075mol×2＝0.15mol，浓度为，故D错误； 故选：C。 5．我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池（如图）。下列说法错误的是（　　） 已知：CuHCF为铜基普鲁士蓝（Cu[Fe（CN）6]0.67•nH2O） A．CuHCF中的铁为+3价 B．交换膜为阴离子交换膜 C．洗脱目的是去除电极吸附的Ni2+ D．Zn2+溶液可电解再生电池负极 【答案】C 【解答】解：A．在CuHCF为铜基普鲁士蓝（Cu[Fe（CN）6]0.67•nH2O）中，Cu为+2价，CN﹣整体为﹣1价，设铁元素的价态为x，根据化合物中各元素化合价代数和为零，（+2）＝0.67×（6﹣x），x＝+3价，故A正确； B．由装置图可知，Zn电极失去电子生成Zn2+，为负极；为了维持电荷平衡，阴离子向负极（锌电极）移动，因此交换膜为阴离子交换膜，故B正确； C．结合装置图中“洗脱”过程，污水中的Ni2+会被吸附到CuHCF正极的配合物孔道中，然后被还原成Ni原子，此时污水达标排放；处理完成后，在酸性条件下，过氧化氢会把正极中富集的Ni原子再次氧化为Ni2+，Ni2+从电极中除去，实现电极再生，因此洗脱目的是去除电极吸附的Ni，故C错误； D．从示意图可知，在该电池的运行过程中，CuHCF电极所在的右室的污水中重金属离子被去除，Zn电极所在的左室的硫酸锌溶液浓度会不断增大；当污水中的重金属离子被去除后，污水将达标排放；由此推断，该电池是一个间歇操作的污水处理设施，在污水排放的过程中，Zn电极所在的左室可与右室隔断，随着污水处理的间歇性进行，左室的Zn2+溶液浓度增大，可用于电解再生Zn 电极，避免产生新的重金属离子，可持续的利用，故D正确； 故选：C。 6．探究pH对FeSO4变质的影响：用如图装置完成实验（滴加试剂时溶液体积和导电性变化可忽略），向右池持续稳定通入氧气，待电流计示数稳定后，进行下列平行实验。下列推断错误的是（　　） 实验 操作 现象 ① 向左池滴加浓硫酸至 电流没有明显变化 ② 向右池滴加等体积的浓硫酸 电流明显增大 ③ 向右池滴加NaOH溶液至pH＝3.8 电流几乎不变 ④ 向左池滴加NaOH溶液至pH＝3.8 电流明显增大，溶液变黄 已知，电流增大表明化学反应速率加快与物质的氧化性（或还原性）增强有关 A．由①可知，pH变化对FeSO4的还原性没有影响 B．由②可知，正极的电极反应式为 C．由③可知，pH由1.8至3.8时，c（H+）减小时O2的氧化能力几乎不变 D．由④可知，pH由1.8至3.8，Fe2+的还原性增强 【答案】A 【解答】解：A．实验①向左池（负极区）滴加浓硫酸，pH降低，电流无明显变化，仅表明此pH降低时FeSO4还原性无影响；但实验④中向左池滴加NaOH使pH升高，电流明显增大（亚铁离子还原性增强导致反应速率加快），说明pH升高时还原性增强，故A错误； B．实验②向右池（正极区）滴加浓硫酸，氢离子浓度增大，电流明显增大，表明正极反应速率加快，结合O2在酸性条件下的还原反应，可推断正极电极反应式为，故B正确； C．实验③向右池滴加NaOH至pH＝3.8（氢离子浓度减小），电流几乎不变，说明此pH范围内氢离子浓度变化对O2的氧化能力无显著影响，故C正确； D．实验④向左池（负极区）滴加NaOH至pH＝3.8，电流明显增大且溶液变黄（Fe2+被氧化为Fe3+），根据“电流增大与还原性增强有关”，可知Fe2+的还原性增强，故D正确； 故选：A。 7．某同学研究FeSO4溶液和AgNO3溶液的反应，设计如下对比实验。 实验 Ⅰ． Ⅱ． 现象 连通电路后，电流表指针向右偏转，分别取反应前和反应后甲中的溶液，滴加KSCN溶液，前者几乎无色，后者显红色 连通电路后，电流表指针向左发生微小的偏转，甲、乙烧杯中均无明显现象 已知：空气中的O2溶于水可在电极上放电。下列说法正确的是（　　） A．仅由Ⅰ中的现象可推知Ag+的氧化性强于Fe3+ B．Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是Fe2+氧化了银电极 C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，电流表指针可能不再向左偏转 D．对比Ⅰ、Ⅱ可知，Ⅰ中氧化了Fe2+ 【答案】C 【解答】解：A．由实验Ⅰ可知甲烧杯溶液在反应后生成铁离子，电子由石墨电极流向银电极，则石墨电极为负极，银电极为正极，负极发生反应为：Fe2+﹣e﹣＝ Fe3+，正极可能是空气中的氧气得到电子，也可能是银离子得到电子，不能确定Ag+的氧化性强于Fe3+，故A错误； B．由分析可知，是空气中的氧气氧化银电极，故B错误； C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，石墨为惰性电极，不能失去电子，不能形成原电池，电流表指针可能不再向左偏转，故C正确； D．若是氧化了亚铁离子，那么Ⅱ中的亚铁离子也会被氧化，但实验Ⅱ中无明显现象，说明I中是O2氧化了亚铁离子，故D错误； 故选：C。 8．电池放电时，负极材料的质量一定减小。（　　 ）（判断对错） 【答案】×。 【解答】解：在电池放电时，负极发生氧化反应，但负极材料的质量不一定减小，例如在铅酸蓄电池中，放电时负极的铅失去电子形成的铅离子与反应生成硫酸铅沉淀在电极上，由于PbSO4的摩尔质量（303 g/mol）大于Pb（207 g/mol），负极质量反而增加，因此，题干中“一定减小”的表述不成立，取决于电池类型和反应原理， 故答案为：×。 【变式1】 9．微生物燃料电池可有效处理各个领域的污废水，并实现污废水中有机污染物高效转化为清洁电力，其原理如图所示。下列说法正确的是（　　） A．a为电池的负极 B．电极电势：a＞b C．a极电极反应为HCOO﹣﹣2e﹣＝CO2↑+H+ D．每处理45gHCOO﹣，则消耗O2的体积为11.2 L 【答案】AC 【解答】解：A．燃料电池中，氧气得电子被还原的电极为正极，有机物失电子被氧化的电极为负极，故A正确； B．电流由电势高向电势低的方向流动，故正极电势＞负极电势，即电极电势a＜b，故B错误； C．HCOO﹣中C的化合价为+2，失2个电子生成CO2，同时生成H+，故a极电极反应为：，故C正确； D．每处理45 gHCOO﹣，转移2 mol电子，消耗0.5 mol O2，则标准状况下为11.2 L，题中没有指明气体所处条件，无法计算体积，故D错误； 故选：AC。 10．固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的全固态化学发电装置，其工作原理如图。下列说法正确的是（　　） A．固体氧化物电解质中的箭头表示O2﹣的移动方向 B．N极的电极反应式： C．产物X中一定含有H2O D．该燃料电池的能量转化形式：化学能→热能→电能 【答案】A 【解答】解：A．固体氧化物燃料电池中，N极通入O2为正极，M极通入燃料为负极，阴离子向负极移动，即O2﹣向M极移动，故A正确； B．N极为正极，固体氧化物电解质传导O2﹣，无H2O参与，正极反应式应为，故B错误； C．燃料可能为H2、CO、CH4等，若燃料为CO，产物X为CO2，不含H2O，故C错误； D．燃料电池直接将化学能转化为电能，无需经过热能环节，故D错误； 故选：A。 11．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[Zn（CH3COO）2，简写为Zn（OAc）2]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Zn5（OH）8（CH3COO）2•2H2O（ZHA）。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．OAc﹣向乙电极移动 C．正极的电极反应为 D．每转移1mole﹣，理论上会产生0.125mol ZHA 【答案】D 【解答】解：A．由图可知放电时氧气在乙电极参与反应，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，故A错误； B．原电池中阴离子移向负极（甲电极），故B错误； C．放电时，氧气在正极得电子，正极的电极反应为，故C错误； D．放电时，根据守恒关系，1mol Zn（OAc）2转化为Zn5（OH）8（CH3COO）2•2H2O（ZHA）还需4mol Zn2+，生成4mol Zn2+，需要转移8mole﹣，故每转移1mole，理论上会产生0.125mol ZHA，故D正确； 故选：D。 12．某学生根据铝﹣空气﹣海水电池原理，制作了一个简易纸电池。下列说法错误的是（　　） A．该电池加几滴水就可以激活 B．铜箔发生还原反应 C．电流从Al箔经滤纸流向铜箔 D．负极电极反应式：2Al﹣6e﹣+6H+＝Al2O3+3H2O 【答案】D 【解答】解：A．该电池加几滴水后，形成电解质溶液，同时铝箔为负极，铜箔为正极，形成原电池而被激活，故A正确； B．铜箔为正极，发生还原反应，故B正确； C．铜箔为正极，铝箔为负极，电流从铜箔经导线流向铝箔，又从Al箔经滤纸流向铜箔，故C正确； D．铝箔为负极，电极反应式为：Al﹣3e﹣＝Al3+，故D错误； 故选：D。 13．氢气的净化和储存是实现氢能广泛应用亟待解决的问题。电化学氢气压缩机（EHC）能够在压缩氢气的同时对其进行净化，能够满足燃料电池汽车对氢气的特定要求，原理如图所示。 下列说法不正确的是（　　） A．氢能热值高、来源广泛，属于清洁能源 B．电极a为负极，发生氧化反应 C．电极b的电极反应式为： D．压强：pb＜pa 【答案】B 【解答】解：A．氢能燃烧产物为水，无污染，热值高，来源可以是一定条件下水的分解等，属于清洁能源，故A正确； B．该装置为电解池，电极a处H+得电子生成H2，发生还原反应，a为阴极（接电源负极），故B错误； C．电极b为氢气输入侧，氢气失电子生成氢离子，电极反应式，故C正确； D．氢气从低压侧b输入，经反应后在a侧生成并压缩，故输出侧a压强大于输入侧b，即pb＜pa，故D正确； 故选：B。 14．通过气敏传感器可监测汽车尾气中CO、NO有害气体的含量，其工作原理分别如图1、2所示。下列说法正确的是（　　） A．C电极上的电极反应式为NO+2e﹣+O2﹣═NO2 B．B电极和D电极的电极反应式相同 C．工作一段时间，图1装置中溶液pH增大 D．若向A电极通入10L混合气体（其他气体不参加反应），测得电路中通过0.2mole﹣，则该混合气体中CO含量为0.01mol/L 【答案】D 【解答】解：A．由上述分析可知，图2装置为原电池，NO在C电极上发生失电子的氧化反应生成NO2，则C电极为负极，D电极为正极，负极反应式为NO﹣2e﹣+O2﹣＝NO2，故A错误； B．图1中B电极为正极，正极反应式为O2+4e﹣+4H+＝2H2O，图2中D电极为正极，正极反应式为O2+4e﹣＝2O2﹣，二者不同，故B错误； C．图1原电池中，负极反应式为CO﹣2e﹣+H2O＝CO2+2H+，正极反应式为O2+4e﹣+4H+＝2H2O，总反应为2CO+O2＝2CO2，则溶液的pH不变，故C错误； D．图1原电池中，负极反应式为CO﹣2e﹣+H2O＝CO2+2H+，n（CO）n（e﹣）＝0.1mol，则该混合气体中CO含量为0.01mol/L，故D正确； 故选：D。 15．下列情景中对应铁电极上的电极反应式书写错误的是（　　） 选项 A B C D 情景 钢铁发生析氢腐蚀 常温下，铁片和铜片在浓硝酸中组成原电池 铁片连电源正极，碳棒连电源负极，电解NaOH溶液 在铁片上镀铜 电极反应 Fe﹣2e﹣＝Fe2+ Fe﹣3e﹣＝Fe3+ Fe﹣2e﹣+2OH﹣＝Fe（OH）2↓ Cu2++2e﹣＝Cu A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解答】解：A．钢铁发生析氢腐蚀时，负极上铁失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe﹣2e﹣═Fe2+，故A正确； B．常温下，铁片在浓硝酸下发生钝化，铁电极上是发生反应，故B错误； C．铁片连电源正极，铁作阳极发生氧化反应，在NaOH溶液做电解质溶液条件下，Fe﹣2e﹣+2OH﹣＝Fe（OH）2↓，故C正确； D．电镀时，阴极铜离子得电子生成铜，阴极的电极反应式为：Cu2++2e﹣＝Cu，故D正确； 故选：B。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 第一节 原电池 内 容 导 航 题型1 原电池原理 题型2 原电池电极反应式的书写 题型3 探究原电池及其工作原理 题型4 原电池原理的应用 题型5 设计原电池 题型6 利用原电池原理比较金属活动性强弱 题型7 原电池有关计算 题型8 一次电池 题型9 二次电池 题型10 燃料电池 题型11 化学电源新型电池 题型12 电极反应和电池反应方程式 考 点 演 练 题型1 原电池原理 解｜题｜知｜识 1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2．原理归纳： 3．原电池的构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 4．盐桥原电池 （1）构造 （2）盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 ②盐桥的作用 a．连接内电路，形成闭合回路； b．平衡电荷，使原电池不断产生电流。 ③盐桥含饱和KCl溶液，K+移向正极，Cl﹣移向负极。 【典例1】银锌纽扣电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是（　　） A．Ag2O一端作电池的正极 B．Zn既是电极材料又是电极反应物 C．电池工作时，Ag2O电极附近溶液的pH减小 D．电池工作时，OH﹣向Zn电极方向移动 【变式1】下列图象及说法正确的是（　　） A．图①中Mg做原电池的负极 B．图②可用于比较金属X与Fe的金属性 C．图③中锌筒作负极，发生还原反应 D．图④为足量的锌粉与稀硫酸反应的图象 【变式2】如图为某原电池装置的示意图。下列叙述中，不正确的是（　　） A．电子由Zn片通过溶液流向Cu片 B．装置工作一段时间后，溶液的pH增大 C．将稀硫酸换成硫酸铜溶液后，负极反应不变 D．将Cu片换成碳棒，溶液中离子迁移方向不变 【变式3】下列图示与对应的叙述相符的是（　　） A．图甲装置，由于Mg比Al活泼，所以Mg为负极 B．图乙装置，放电时，正极b极表面的PbO2被氧化，其质量会减少 C．图丙装置，通入O2的一极是正极，电极反应式为 D．图丁可以表示足量锌粉与稀硫酸反应，加少量CuSO4固体产生H2的变化 题型2 原电池电极反应式的书写 解｜题｜知｜识 原电池电极反应式的书写 1.列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得、失电子的数目。 2.看环境配守恒：电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱溶液中H+应结合OHˉ生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等，并注意配平。 3.两式加验总式：两电极反应式相加，与总反应式对照验证。 【典例1】近期，科学家研发了“全氧电池”，其工作原理示意图如图。下列说法不正确的是（　　） A．电极a是负极 B．电极b的反应式：O2+4e﹣+2H2O═4OH﹣ C．该装置可将酸和碱的化学能转化为电能 D．酸性条件下O2的氧化性强于碱性条件下O2的氧化性 题型3 探究原电池及其工作原理 解｜题｜知｜识 实验目的 探究原电池及其工作原理 实验原理 锌和稀硫酸的反应属于氧化还原反应，有电子的得失． 实验仪器 烧杯、电流表、导线 实验药品 稀硫酸、铜片、锌片 实验步骤 将铜片、电流表、锌片用导线连接起来，再将铜片和锌片平行插入烧杯内的稀硫酸中．观察电流表的指针是否偏转以及铜片和锌片上的现象．电流表的指针发生偏转，有大量无色的气泡从铜片上产生并逸出． 实验结论 化学反应中产生的能量转变成了电能． 【典例1】实验小组探究铝片做电极材料时的原电池反应，设计下表中装置进行实验并记录。 【实验1】 装置 实验现象 左侧装置电流计指针向右偏转，灯泡亮 右侧装置电流计指针向右偏转，镁条、铝条表面产生无色气泡 （1）实验1中，电解质溶液为盐酸，镁条做原电池的 　 　 极。 【实验2】将实验1中的电解质溶液换为NaOH溶液进行实验2。 （2）该小组同学认为，此时原电池的总反应为2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al（OH）4]+3H2↑，据此推测应该出现的实验现象为 　 　 。 实验2实际获得的现象如下： 装置 实验现象 ⅰ.电流计指针迅速向右偏转，镁条表面无气泡，铝条表面有气泡 ⅱ.电流计指针逐渐向零刻度恢复，经零刻度后继续向左偏转。镁条表面开始时无明显现象，一段时间后有少量气泡逸出，铝条表面持续有气泡逸出 （3）ⅰ中铝条表面放电的物质是溶解在溶液中的O2，则该电极反应式为 　 。 （4）ⅱ中“电流计指针逐渐向零刻度恢复”的原因是 　 　 。 【实验3和实验4】 为了排除Mg条的干扰，同学们重新设计装置并进行实验3和实验4，获得的实验现象如下： 编号 装置 实验现象 实验3 电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象；约10分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。 实验4 煮沸冷却后的溶液 电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象：约3分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。 （5）根据实验3和实验4可获得的正确推论是 　　 （填字母序号）。 A．上述两装置中，开始时铜片表面得电子的物质是O2 B．铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关 C．铜片表面产生的气泡为H2 D．由“铝条表面气泡略有减少”能推测H+在铜片表面得电子 （6）由实验1～实验4可推知，铝片做电极材料时的原电池反应与 　 等因素有关。 【变式1】某实验小组从电极反应角度探究银镜反应中物质氧化性和还原性的变化。 资料：ⅰ.[Ag（NH3）2]+⇌[Ag（NH3）]++NH3 K1＝10﹣3.81 [Ag（NH3）]+⇌Ag++NH3 K2＝10﹣3.24 ⅱ.AgOH不稳定，极易分解为黑色Ag2O，Ag2O溶于氨水 （1）实验发现：乙醛和AgNO3溶液水浴加热无明显现象；银氨溶液水浴加热无明显现象；滴加乙醛的银氨溶液水浴加热，试管壁逐渐出现一层光亮的银镜。 ①有研究表明：配制银氨溶液时，AgNO3和氨水生成Ag（NH3）2NO3，写出生成Ag（NH3）2NO3的化学方程式 　 　 。 ②从氧化还原角度分析：发生银镜反应时，氧化性微粒可能是Ag+、　 。 （2）甲同学查阅资料：银镜反应时，Ag+被还原成Ag。 ①电极反应式： ⅰ.还原反应：Ag++e﹣＝Ag ⅱ.氧化反应：　 　 。（碱性条件下） ②从电极反应角度分析物质氧化性和还原性的变化： ⅰ.随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱。 ⅱ.随c（OH﹣）增大，乙醛还原性增强。 ③补充实验验证②中的分析。 实验操作及现象： 实验Ⅰ.插入“饱和KNO3溶液”盐桥，电流表指针偏转； 实验Ⅱ.电流稳定后向右侧烧杯滴加NaOH溶液，指针偏转幅度增大； 实验Ⅲ.电流再次稳定后向左侧烧杯滴加氨水，指针偏转幅度减小 乙同学认为实验Ⅲ不能证明“随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱”，理由是 　 　 。 （3）设计实验进一步验证。 实验 实验操作 实验现象 Ⅳ 往盛有银氨溶液的试管中滴加浓氨水，无明显现象，加入3滴乙醛，振荡，水浴加热 闻到刺激性气味，溶液略显灰色，试管壁未见银镜 Ⅴ 往盛有银氨溶液的试管中滴加较浓的NaOH溶液至pH与实验Ⅳ相同，振荡，溶液变浑浊，加入3滴乙醛，振荡，水浴加热 试管壁立即出现银镜 ①乙同学认为通过实验Ⅳ能证明“随c（Ag+）降低，Ag+氧化性减弱”，你认为是否合理并说明原因 　 　 。 ②分析实验Ⅴ中“立即出现银镜的原因”，提出假设：随c（OH﹣）增大，可能是N也参与了还原Ag。经检验该假设成立，实验方案及现象是 　 　 。 （4）总结：ⅰ.银氨溶液和乙醛发生银镜反应时，氧化剂主要是Ag+，还原剂主要是乙醛；ⅱ.银氨溶液中滴加较浓的NaOH溶液能促进银镜反应的发生，此法不适用于检验醛基，请解释原因 　 。 【变式2】某化学兴趣小组的几位同学探究原电池原理的应用时，做了如图1的实验：原电池原理判断金属的活泼性。 （1）实验前，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，若根据他的判断，两个装置中的Al都是 　 　 极；实际实验时发现两个装置中的电流表偏转方向不同，以下的有关中判断正确的是 　 　 。 A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质 B．镁的金属性不一定比铝的金属性强 C．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值 D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，故应具体问题具体分析 （2）乙同学利用打磨过的铜片和铝片设计了如图2的实验装置，并测量和绘制了原电池的电流（I）随时间（t）的变化曲线（极短时间电流反转），则图中t1时刻之后阶段，负极材料是 　 　 。 题型4 原电池原理的应用 解｜题｜知｜识 1．有关化学式的计算或其逆运算，一定要按照相应的公式，进行准确地计算．用到的相对原子质量一定要用试卷上给出的数值来计算．还有，其中的原子个数一般是相应元素符号的右下角的数字（没有数字时，默认为是1）；但是，如果某元素在同一化学式中出现多次，那么该元素的原子个数应该是该元素符号右下角的数字之和；如果某元素符号被括号括起来了，那么该元素的原子个数应该是该元素符号右下角的数字与括号的右下角的数字的乘积． 2．有关化学式的推断，要先看是哪一种题型，然后，再按照相应的方法，细心地进行推断． 【典例1】对图所示的甲、乙两装置，下列分析正确的是（　　） A．甲、乙均能将化学能转化为电能 B．甲、乙中铜片上均有气泡产生 C．甲、乙中均发生反应：Zn+2H+＝Zn2++H2↑ D．甲、乙中铜片上均发生氧化反应 【变式1】下列选项各装置中，不能构成原电池的是（　　）（烧杯中所盛液体都是稀硫酸） A． B． C． D． 【变式2】某原电池装置如图所示，B为电解质溶液。工作时M极质量增加，N极质量减少。则M、N、B可能分别为（　　） A．Cu、Zn、稀盐酸 B．Cu、Fe、CuSO4溶液 C．Zn、Cu、CuCl2溶液 D．Ag、Fe、稀硫酸 【变式3】化学反应中的物质和能量变化是认识和研究化学反应的重要视角。 （1）已知破坏1mol H—H键、1mol O＝O键时分别需要吸收436kJ、498kJ的能量。如图表示H2、O2转化为水反应过程中的能量变化。 ①形成1mol H—O键需要释放 　　 kJ的能量。 ②从吸热放热角度分析，下列变化与2H2（g）+O2（g）＝2H2O（g）的反应类型相同的是 　　 （填标号）。 a．生石灰溶于水 b．NaOH固体溶于水 c．Zn与稀H2SO4反应 d．Ba（OH）2•8H2O晶体与NH4Cl晶体混合搅拌 （2）利用X、Y两金属设计成如图所示实验装置，电流表指针发生偏转，金属X附近产生大量气泡。产生气体的电极反应式为 　 ；两金属的活泼性：X 　　 Y（填“＞”或“＜”）。 （3）某酸性废水中含有大量Cl﹣，利用负载有Pt和Ag的活性炭可对废水净化，其电化学工作原理如图所示： ①工作时电池的正极是 　 　 （填“Pt”或“Ag”）。 ②Ag表面发生的电极反应式为 　 　 。 ③每消耗标准状况下11.2LO2，理论上可去除 　 　 mol Cl﹣。 题型5 设计原电池 解｜题｜知｜识 1、原电池正负极的判断方法 （1）由组成原电池两极的电极材料判断 （2）根据电流方向或电子流动方向判断 （3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断 （4）根据原电池两极发生的变化来判断 （5）根据现象判断 2、设计原电池 1）设计思路 （1）以自发的氧化还原反应为基础 （2）把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 （3）根据电极反应确定电极材料及电解质溶液 （4）画出示意图 3、电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中的其他物质与负极反生反应（例如空气中的氧气）．但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中电解质溶液要选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液．如在铜锌硫酸盐构成的原电池中负极金属锌浸泡在含有Zn2+电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中． 4、电极材料的选择 电池的电极必须导电，电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，正极和负极之间只产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料．一般情况下，两个电极的构成分为四种情况： （1）活泼性不同的两种金属：锌铜原电池 （2）金属和非金属：锌锰电池 （3）金属和化合物：铅蓄电池 （4）惰性电极：燃料电池 电极方程式的书写规则： 1、没给总方程式 （1）分别找出氧化剂和还原剂 （2）结合介质判断氧化产物和还原产物 （3）写出电极反应式（注意两极得失电子数相等） 2、给出总方程式，分四步 （1）判物质，标得失 （2）选离子，配电荷 （3）配个数，巧用水 （4）两式加，验总式． 【典例1】为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组利用反应6NO2+8NH3＝7N2+12H2O设计如图所示电池（离子交换膜对溶液里的离子具有选择透过能力）。下列说法错误的是（　　） A．电流可以通过离子交换膜 B．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液的碱性增强 C．电子由电极A经负载流向电极B D．同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为4：3 【变式1】依据氧化还原反应：2Ag++Cu═Cu2++2Ag设计的原电池如图所示：下列说法正确的是（　　） A．电极X可选择铁棒 B．电解质溶液Y可选择CuSO4溶液 C．Ag电极的反应式为Ag++e﹣＝Ag D．该电池工作时，电子是从Ag电极流向X电极 【变式2】完成下列问题。 （1）下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 　　 。 A．CO2+C＝2CO B．SO3+H2O＝H2SO4 C． D．Ba（OH）2+H2SO4＝BaSO4+2H2O （2）设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+强。 ①写出能说明氧化性Fe3+大于Cu2+的离子方程式：　 。 ②在方框中画出装置图，标注出电极材料和电解质溶液 。 （3）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。实验结果记录如表： 编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨 3 Al、Cu 浓硝酸 偏向Al 4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg 根据表中记录的实验现象，回答下列问题。 ①实验1中铝电极的电极反应式：　 　 。 ②实验3中电流表指针偏向Al的原因为：　 　 。 ③实验4中铝电极的电极反应式：　 　 。 （4）①如图，若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，电池总反应为CO2+3H2＝CH3OH+H2O，则正极电极反应式为 　 　 。 ②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为 　 ，电池的总反应方程式为 　 。 题型6 利用原电池原理比较金属活动性强弱 解｜题｜知｜识 利用原电池原理比较金属活动性强弱 （1）原理：一般情况下，原电池中活泼金属作负极，不活泼金属作正极。 （2）实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：A＞B。 【典例1】把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成名种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连时，a质量减少；b、d相连，b为正极。则4种金属的活动性顺序由大到小排列为（　　） A．a＞c＞d＞b B．a＞c＞b＞d C．b＞d＞c＞a D．a＞b＞c＞d 【变式1】a、b、c、d四种金属片浸入稀硫酸中，用导线两两组成原电池。若a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为（　　） A．b＞d＞c＞a B．a＞c＞d＞b C．d＞c＞a＞b D．c＞a＞b＞d 【变式2】现有a、b、c、d四个金属电极，用导线两两相连组成原电池。 ①a、b相连插入硫酸铜溶液中后，b极变粗； ②a、d相连插入稀硫酸中后，外电路电流从a极流向d极； ③b、c相连插入稀硫酸中后，c极上有气泡产生； ④c、d相连插入稀硫酸中后，d极溶解。 则下列说法正确的是（　　） A．由①和④可推出金属活动性：Cu＞c B．由②和③可推出金属活动性：d＞c C．由①②③可推出金属活动性：d＞a＞b＞c D．由①②④可推出金属活动性：a＞b＞d＞c 题型7 原电池有关计算 解｜题｜知｜识 1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 2．原理归纳： 3．原电池的构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 4．盐桥原电池 （1）构造 （2）盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。 ②盐桥的作用 a．连接内电路，形成闭合回路； b．平衡电荷，使原电池不断产生电流。 ③盐桥含饱和KCl溶液，K+移向正极，Cl﹣移向负极。 【典例1】盐酸羟胺（NH2OH•HCl）用途广泛，可利用如图装置来制备。以盐酸为离子导体，向两电极分别通入NO和H2。下列说法正确的是（　　） A．Pt电极为原电池的正极 B．Cl﹣通过离子交换膜到右极室 C．一段时间后，含Fe的催化电极所在极室的pH增大 D．每生成1mol盐酸羟胺电路中转移4mole﹣ 【变式1】如图是以Cu和Zn为电极的两种原电池，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列相关叙述正确的是（　　） A．（a）和（b）均为Zn作负极反应物和负极材料，Cu作正极反应物和正极材料 B．（a）和（b）相比，（a）的能量利用率更高，电流更稳定 C．（a）中Cu2+移向Cu电极，移向Zn电极 D．（b）中Zn片质量减少6.5g时，理论上电路中转移0.1NA个电子 【变式2】一种利用CH4消除NOx污染的工作原理如图所示，装置均用惰性电极，两侧电解质溶液为同浓度的盐酸。下列说法正确的是（　　） A．NO2发生氧化反应 B．负极：CH4+2H2O﹣8e→CO2+8H+ C．转移0.8mol电子，有0.4mol H+通过离子交换膜 D．工作一段时间，两侧电极室中溶液pH均减小 【变式3】铜锌原电池为建构电化学认识模型奠定了重要的基础。设起始时锌、铜两电极的质量相等，下列有关说法正确的是（　　） A．Zn为负极，发生还原反应 B．电子由锌电极经CuSO4溶液流向铜电极 C．当电路中转移0.1mol电子时，两电极质量相差6.45g D．电池工作一段时间后，CuSO4溶液的物质的量浓度不变 题型8 一次电池 解｜题｜知｜识 1．一次电池概念：放电后不能再充电使其复原的电池。 2．常见一次电池及电极反应式 （1）碱性锌锰电池 电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氢氧化钾 特点：用途广泛 正极反应：2MnO2+2H2O+2e﹣＝2MnOOH+2OH﹣； 负极反应：Zn+2OH﹣﹣2e﹣＝Zn（OH）2； 总反应：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn（OH）2。 （2）银锌钮扣电池 电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点：放电平稳，电流大 负极反应：Zn+2OH﹣﹣2e﹣＝Zn（OH）2； 正极反应：Ag2O+H2O+2e﹣═2Ag+2OH﹣； 总反应：Zn+Ag2O+H2O═Zn（OH）2+2Ag。 【典例1】酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法不正确的是（　　） A．石墨作电池的正极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．MnO2发生还原反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 【变式1】碱性锌锰干电池的构造示意图如图。电池的总反应：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnO（OH）+Zn（OH）2，下列关于该电池的说法正确的是（　　） A．工作时电子由MnO2经外电路流向Zn B．工作时K+向负极方向移动 C．放电过程中存在化学能的消耗 D．负极反应：Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 题型9 二次电池 解｜题｜知｜识 一．二次电池概念：又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。 二．常见二次电池及电极反应式 （1）铅蓄电池 电池组成：铅、二氧化铅、硫酸 特点：广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。 （1）放电时的反应 ①负极反应：Pb2e﹣＝PbSO4； ②正极反应：PbO2+4H+2e﹣＝PbSO4+2H2O。 （2）充电时的反应 ①阴极反应：PbSO4+2e﹣＝Pb； ②阳极反应：PbSO4+2H2O﹣2e﹣＝PbO2+4H+； 总反应：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O。 （2）镍氢电池——二次电池 电池组成：贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点：寿命长，性能好，比能量高 （1）放电时的反应 负极反应：MH﹣e﹣+OH﹣＝M+H2O 正极反应：NiO（OH）+e﹣+H2O═Ni（OH）2+OH﹣ （2）充电时的反应 阴极反应：M+H2O+e﹣＝MH+OH﹣ 阳极反应：Ni（OH）2+OH﹣﹣e﹣═NiO（OH）+H2O 总反应：NiO（OH）+MHNi（OH）2+M 【典例1】铅蓄电池的工作原理可表示为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，其构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是（　　） A．放电时，正、负电极质量均增大 B．放电时，溶液的pH增大 C．充电时，H+移向Pb极 D．充电时，每消耗2mol PbSO4，转移电子数为4×6.02×1023 【变式1】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。下列说法中，正确的是（　　） A．H+向负极方向移动 B．PbO2得电子，被氧化 C．电池放电时，溶液pH降低 D．已知PbSO4难溶，则电池放电过程中负极质量增加 【变式2】我国科学家在国际上率先用稻壳制备成高性能的电池级碳材料，该材料是多孔结构，有吸附作用导电性强。将该材料混合到传统铅酸蓄电池的铅电极中，即得到高性价比的铅碳电池。下列有关说法正确的是（　　） A．PbO2比高性能碳活泼，故PbO2作铅碳电池的负极 B．传统铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+4H+＝2Pb2++2H2O C．传统铅酸蓄电池比能最高，对环境友好 D．铅碳电池可有效减缓电池的“负极硫酸盐化”，延长电池使用寿命 【变式3】磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1﹣xFePO4⇌6C+LiFePO4，某磷酸铁锂电池的切面如图所示。下列有关说法错误的是（　　） A．放电时，Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极 B．充电时的阳极反应为LiFePO4﹣xe﹣＝Li1﹣xFePO4+xLi+ C．充电时电子从电源经铝箔流入正极材料 D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移2NA个电子时，两电极的质量差为28g 题型10 燃料电池 解｜题｜知｜识 1．燃料电池概念：是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。 2．常见燃料电池及电极反应式 （1）氢氧燃料电池 电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液（或H2SO4溶液） 特点：用于航天飞机、牵引车等 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2﹣4e﹣＝4H+ 2H2+4OH﹣﹣4e﹣＝4H2O 正极反应式 O2+4e﹣+4H+＝2H2O O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣ 电池总反应式 2H2+O2＝2H2O （2）甲烷等其他燃料电池。 （1）酸性介质（如H2SO4） 负极：；CH4﹣8e﹣+2H2O＝CO2+8H+ 正极：2O2+8e﹣+8H+＝4H2O； 总反应式：CH4+2O2＝CO2+2H2O。 （2）碱性介质（如KOH） 负极：CH4﹣8e﹣+10OH﹣7H2O； 正极：2O2+8e﹣+4H2O＝8OH﹣； 总反应式：CH4+2O2+2OH﹣3H2O 【典例1】以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A．b电极为负极，发生氧化反应 B．a电极发生的反应为N2+8H++6e﹣＝2 C．A溶液中所含溶质为NH4Cl D．当反应消耗0.5mol N2时，则标况下消耗的H2为67.2L 【变式1】天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，天然气的主要成分为甲烷。 （1）甲烷在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图为　　 （填序号）。 （2）甲烷可直接应用于燃料电池，其工作原理如图所示。 ①电子从　 　 极流出（填“a”或“b”）。 ②负极反应式是　 。 ③电解质溶液体积变化忽略不计，则c（OH﹣）　 　 （填“不变”或“增大”或“减小”）。 （3）甲烷、水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，其反应为：CH4（g）+2H2O（g）⇌4H2（g）+CO2（g）。 已知：ⅰ．该反应为吸热反应； ⅱ．断裂1mol化学键所吸收的能量如表： 化学键 C—H O—H H—H C＝O 吸收能量kJ a b c d ①当反应消耗1mol CH4时，吸收的能量为　 　 kJ（用字母表示）。 ②一定温度下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol CH4（g）和2mol H2O（g），反应过程中测得CH4的物质的量与反应时间的关系如表。 时间/s 1 2 3 4 5 n（CH4）/mol 0.9 0.82 0.76 0.72 0.70 ⅰ．0～5s时间段内平均反应速率v（CH4）＝　 　 mol•L﹣1•s﹣1。 ⅱ．下列说法中能充分说明该反应已达化学平衡状态的是　 　 （填序号）。 a．CH4浓度不再变化 b．生成0.1mol CO2同时消耗0.2mol H2O c．混合气体的平均摩尔质量不变 d．混合气体的密度不变 【变式2】利用CH4燃料电池电解制备Ca（H2PO4）2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示： 回答下列问题： （1）a极为 　　 极，a极电极反应式为 　 　 。a极每产生44gCO2气体，外电路转移电子的物质的量为 　　 mol。 （2）Y室中石墨电极为 　　 极，该极电极反应式为 　 。 （3）A膜、B膜和C膜中属于阳离子交换膜的是 　　 （填“A”“B”或“C”）。从 　 　 （填“原料室”“产品室”“X室”或“Y室”，下同）移到 　 　 。 （4）a极上消耗2.24L（标准状况下）甲烷，阳极室Ca2+减少 　 　 mol。 【变式3】将氢氧燃料电池应用于氯碱工业，其装置示意图如下： （1）a为　 　 极。 （2）b极的电极反应式为：　 。 （3）b极附近pH　 　 （填“增大”、“不变”、“减小”）。 （4）气体X是　 。 （5）写出氯碱工业原理总反应的离子方程式：　 。 （6）较浓NaOH溶液从d口导出，结合化学用语解释NaOH在此区域生成的原因　 　 。 题型11 化学电源新型电池 解｜题｜知｜识 一、一次电池 1、定义：一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。 2、常见的一次电池： （1）普通锌锰干电池 锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种。干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO2的混合物，在混合物周围再装入以NH4Cl溶液浸润ZnCl2，NH4Cl和淀粉或其他填充物（制成糊状物）。为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好。干电池在使用时的电极反应为： 负极：Zn﹣2e﹣＝Zn2+ 正极：2NH4++2e﹣+2MnO2＝2NH3+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2MnO2+2NH4+＝Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O （2）碱性锌锰干电池 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 （3）银一锌电池 电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应是： 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 利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。 （4）锂﹣二氧化锰非水电解质电池 以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为： 负极反应：Li﹣e﹣＝Li+ 正极反应：MnO2+Li++e﹣＝LiMnO2 总反应：Li+MnO2＝LiMnO2 该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90%，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。 （5）铝﹣空气﹣海水电池 1991年，我国首例以铝﹣﹣空气﹣﹣海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 工作原理： 负极：4Al﹣12e﹣═4Al3+ 正极：3O2+6H2O+12 e﹣═12OH﹣ 总反应：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3 特点：这种海水电池的能量比“干电池”高20﹣50倍。 （6）高能电池﹣锂电池 该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂﹣碘电池的电极反应式为：负极：2Li﹣2e﹣═2Li+ 正极：I2+2e﹣═2 I﹣总反应式为：2Li+I2═2LiI 二、二次电池 1、定义：二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用。 2、常见的二次电池： （1）铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4。 铅蓄电池放电的电极反应如下： 负极：Pb+SO42﹣﹣2e﹣＝PbSO4（氧化反应） 正极：PbO2+SO42﹣十4H++2e﹣＝PbSO4+2H2O（还原反应） 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4十2H2O 铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程： 阴极：PbSO4+2e﹣＝Pb+SO42﹣（还原反应） 阳极：PbSO4+2H2O﹣2e﹣＝PbO2+SO42﹣十4H+（氧化反应） 总反应：2PbSO4十2H2O＝Pb+PbO2+2H2SO4 可以把上述反应写成一个可逆反应方程式： Pb+PbO2+2H2SO4⇌2PbSO4十2H2O （2）碱性镍﹣镉电池：该电池以Cd和NiO（OH）作电极材料，NaOH作电解质溶液。 负极：Cd+2OH﹣﹣2e﹣＝Cd（OH）2 正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣＝2Ni（OH）2+2OH﹣ 总反应式为：Cd+2NiO（OH）+2H2O＝Cd（OH）2+2Ni（OH）2 从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍﹣镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。 （3）氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍﹣镉电池。 负极：H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O 正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣＝2Ni（OH）2+2OH﹣ 总反应式为：H2+2NiO（OH）＝2Ni（OH）2 三、燃料电池 又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。 （1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为： 负极：2H2+4OH﹣﹣4e﹣＝4H2O 正极：O2+2H2O+4e﹣＝4OH﹣ 总反应式为：2H2+O2＝2H2O （2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。 负极：CH4+10OH﹣﹣8e﹣＝CO32﹣+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e﹣＝8OH﹣ 总反应式为：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O （3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。 负极：2CH4O+16OH﹣﹣12e﹣＝2CO32﹣+12H2O 正极：3O2+6H2O+12e﹣＝12OH﹣ 总反应式为：2CH4O+3O2+4OH﹣＝2CO32﹣+6H2O （4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆﹣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。 负极：2H2+2O2﹣4e﹣＝2H2O 正极：O2+4e﹣＝2O2﹣ 总反应式为：2H2+O2＝2H2O （5）熔融盐燃料电池： 该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率。 负极：2CO+2CO32﹣﹣4e﹣＝4CO2 正极：O2+2CO2+4e﹣＝2CO32﹣ 总反应式为：2CO+O2＝2CO2。 【典例1】镁海水燃料电池（如图）具有高能量密度、低成本等优势，在多个领域具有重要应用。若空气中氧气的体积分数为20%，下列说法正确的是（　　） A．该电池在碱性较强的电解质溶液中仍能持续放电 B．电流方向：镁电极→用电器→多孔石墨电极 C．多孔石墨电极的电极反应式为O2+4H++4e﹣＝2H2O D．标准状况下每消耗22.4L空气，理论上消耗9.6gMg 【变式1】我国科学家研究设计的“Na—SO2”电池，以有机溶液为电解质溶液，其工作原理如图所示。 下列说法错误的是（　　） A．电池工作时化学能主要转化为电能 B．Na箔作负极，发生氧化反应 C．可将有机溶液改成水溶液 D．消耗1mol Na时，理论上可转化1mol SO2 【变式2】LED产品的使用为城市增添色彩。图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列叙述错误的是（　　） A．电极a发生反应： B．电池放电后，电解质溶液中OH﹣的物质的量基本不变 C．电极b处应通入氧气，燃料电池实现了化学能到电能的转化 D．电路中的电子从负极经外电路移向正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路 【变式3】研究人员开发出一种锂﹣氢可充电电池（如图所示），使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法中错误的是（　　） A．气体扩散电极电势高于惰性电极 B．放电时电池总反应为2Li+2H3PO4＝H2↑+2LiH2PO4 C．放电时外电路电流由惰性电极流向气体扩散电极 D．充电时Li+移向惰性电极 题型12 电极反应和电池反应方程式 解｜题｜知｜识 电极反应方程式的书写步骤： 1、首先判断原电池的正负极 如果电池的正负极判断失误，则电极反应必然写错．一般来说，较活泼的金属失去电子，为原电池的负极，但不是绝对的．如镁片和铝片插入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼，但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被氧化，因而铝是负极，此时的电极反应为： 负极：2Al﹣6e﹣═2Al3+ 正极：6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑ 或 2Al3++2H2O+6e﹣+2OH﹣═2AlO2﹣+3H2↑ 再如，将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，由于铝在浓硝酸中发生了钝化，铜却失去电子是原电池的负极被氧化，此时的电极反应为： 负极：Cu﹣2e﹣═Cu2+ 正极：2NO3﹣+4H++2e﹣═2NO2↑+2H2O 2、要注意电解质溶液的酸碱性 在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系．如氢﹣氧燃料电池就分酸式和碱式两种，在酸性溶液中的电极反应： 负极：2H2﹣4e﹣═4H + 正极：O2+4H++4e﹣═2H2O 如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH﹣．由于CH4、CH3OH等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以CO32﹣离子形式存在的，故不是放出CO2． 3、还要注意电子转移的数目 在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒．这样可避免在有关计算时产生错误或误差，也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误 4、抓住总的反应方程式 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池．而两个电极相加即得总的反应方程式．所以对于一个陌生的原电池，只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式，就可写出另一个电极反应式． 【典例1】下列反应式书写正确的是（　　） A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式：Cu﹣2e﹣＝Cu2+ B．铅酸蓄电池充电时总反应：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O C．C2H5OH﹣空气的燃料电池，以KOH为电解质溶液，负极反应式： D．锂离子电池的正极反应式： 【变式1】下列用于解释事实的化学用语书写不正确的是（　　） A．将纯水加热至较高温度，水的pH＜7：ΔH＞0 B．用Na2CO3溶液清洗油污的原因： C．用饱和Na2CO3溶液处理锅炉水垢中的CaSO4： D．电解精炼铜的阳极反应：Cu2++2e﹣＝Cu 【变式2】下列选项正确的是（　　） ①Al—Mg—NaOH组成的原电池的负极：Mg﹣2e﹣＝Mg2+ ②Fe—Cu—稀盐酸组成的原电池的负极：Fe﹣3e﹣＝Fe3+ ③Fe—Cu—浓硝酸组成原电池的负极：Cu﹣2e﹣＝Cu2+ ④用惰性电极电解氢氧化钠溶液的阳极：4OH﹣﹣4e﹣＝O2↑+2H2O ⑤惰性电极电解氯化镁溶液的阴极：2H2O+2e﹣＝H2↑+2OH﹣ A．①②③ B．③④ C．③⑤ D．①④⑤ 【变式3】工厂的氨氮废水可用电化学催化氧化法加以处理，其中NH3在电极表面被氧化过程的微观示意图如下： 下列说法中，正确的是（　　） A．过程①②③均有N—H键断裂 B．过程③的电极反应式为：NH+e﹣+OH﹣＝N+H2O C．过程④吸收能量 D．使用催化剂是为了降低该反应的焓变 过 关 验 收 1．锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如图。下列说法不正确的是（　　） A．Zn作电池的负极 B．电池工作时，OH﹣向正极移动 C．正极的电极反应：Ag2O+2e﹣+H2O═2Ag+2OH﹣ D．金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性 2．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是（　　） A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阴极为2H++2e﹣＝H2↑，②中正极为Zn﹣2e﹣＝Zn2+ D．离子移动方向：①中H+向阴极方向移动，②中H+向负极方向移动 3．硅锰原电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　） A．放电过程中，负极区溶液pH增大 B．导线上每通过1mole﹣，正极区溶液质量增加44.5g C．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳 D．原电池的工作原理： 4．原电池装置如图所示，烧杯Ⅰ和Ⅱ中稀硫酸的体积各为200mL，当在铜片上放出1.68L（标准状况）气体时，Ⅱ中H2SO4的物质的量恰好消耗一半，忽略溶液体积的变化。下列说法正确的是（　　） A．I中阳离子数目减少 B．Cu片上发生氧化反应 C．电流方向：Ⅱ经导线到I D．原硫酸的物质的量浓度是1.5mol/L 5．我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池（如图）。下列说法错误的是（　　） 已知：CuHCF为铜基普鲁士蓝（Cu[Fe（CN）6]0.67•nH2O） A．CuHCF中的铁为+3价 B．交换膜为阴离子交换膜 C．洗脱目的是去除电极吸附的Ni2+ D．Zn2+溶液可电解再生电池负极 6．探究pH对FeSO4变质的影响：用如图装置完成实验（滴加试剂时溶液体积和导电性变化可忽略），向右池持续稳定通入氧气，待电流计示数稳定后，进行下列平行实验。下列推断错误的是（　　） 实验 操作 现象 ① 向左池滴加浓硫酸至 电流没有明显变化 ② 向右池滴加等体积的浓硫酸 电流明显增大 ③ 向右池滴加NaOH溶液至pH＝3.8 电流几乎不变 ④ 向左池滴加NaOH溶液至pH＝3.8 电流明显增大，溶液变黄 已知，电流增大表明化学反应速率加快与物质的氧化性（或还原性）增强有关 A．由①可知，pH变化对FeSO4的还原性没有影响 B．由②可知，正极的电极反应式为 C．由③可知，pH由1.8至3.8时，c（H+）减小时O2的氧化能力几乎不变 D．由④可知，pH由1.8至3.8，Fe2+的还原性增强 7．某同学研究FeSO4溶液和AgNO3溶液的反应，设计如下对比实验。 实验 Ⅰ． Ⅱ． 现象 连通电路后，电流表指针向右偏转，分别取反应前和反应后甲中的溶液，滴加KSCN溶液，前者几乎无色，后者显红色 连通电路后，电流表指针向左发生微小的偏转，甲、乙烧杯中均无明显现象 已知：空气中的O2溶于水可在电极上放电。下列说法正确的是（　　） A．仅由Ⅰ中的现象可推知Ag+的氧化性强于Fe3+ B．Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是Fe2+氧化了银电极 C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，电流表指针可能不再向左偏转 D．对比Ⅰ、Ⅱ可知，Ⅰ中氧化了Fe2+ 8．电池放电时，负极材料的质量一定减小。（　　 ）（判断对错） 9．微生物燃料电池可有效处理各个领域的污废水，并实现污废水中有机污染物高效转化为清洁电力，其原理如图所示。下列说法正确的是（　　） A．a为电池的负极 B．电极电势：a＞b C．a极电极反应为HCOO﹣﹣2e﹣＝CO2↑+H+ D．每处理45gHCOO﹣，则消耗O2的体积为11.2 L 10．固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的全固态化学发电装置，其工作原理如图。下列说法正确的是（　　） A．固体氧化物电解质中的箭头表示O2﹣的移动方向 B．N极的电极反应式： C．产物X中一定含有H2O D．该燃料电池的能量转化形式：化学能→热能→电能 11．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[Zn（CH3COO）2，简写为Zn（OAc）2]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Zn5（OH）8（CH3COO）2•2H2O（ZHA）。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．OAc﹣向乙电极移动 C．正极的电极反应为 D．每转移1mole﹣，理论上会产生0.125mol ZHA 12．某学生根据铝﹣空气﹣海水电池原理，制作了一个简易纸电池。下列说法错误的是（　　） A．该电池加几滴水就可以激活 B．铜箔发生还原反应 C．电流从Al箔经滤纸流向铜箔 D．负极电极反应式：2Al﹣6e﹣+6H+＝Al2O3+3H2O 13．氢气的净化和储存是实现氢能广泛应用亟待解决的问题。电化学氢气压缩机（EHC）能够在压缩氢气的同时对其进行净化，能够满足燃料电池汽车对氢气的特定要求，原理如图所示。 下列说法不正确的是（　　） A．氢能热值高、来源广泛，属于清洁能源 B．电极a为负极，发生氧化反应 C．电极b的电极反应式为： D．压强：pb＜pa 14．通过气敏传感器可监测汽车尾气中CO、NO有害气体的含量，其工作原理分别如图1、2所示。下列说法正确的是（　　） A．C电极上的电极反应式为NO+2e﹣+O2﹣═NO2 B．B电极和D电极的电极反应式相同 C．工作一段时间，图1装置中溶液pH增大 D．若向A电极通入10L混合气体（其他气体不参加反应），测得电路中通过0.2mole﹣，则该混合气体中CO含量为0.01mol/L 15．下列情景中对应铁电极上的电极反应式书写错误的是（　　） 选项 A B C D 情景 钢铁发生析氢腐蚀 常温下，铁片和铜片在浓硝酸中组成原电池 铁片连电源正极，碳棒连电源负极，电解NaOH溶液 在铁片上镀铜 电极反应 Fe﹣2e﹣＝Fe2+ Fe﹣3e﹣＝Fe3+ Fe﹣2e﹣+2OH﹣＝Fe（OH）2↓ Cu2++2e﹣＝Cu A．A B．B C．C D．D 学科网（北京）股份有限公司 $