1.2 化学能与电能的转化（题型专练）化学苏教版选择性必修1

第二节 化学能与电能的转化（题型突破·举一反三） 题型01 原电池的构成和形成条件 题型02 原电池原理及应用 题型03 电解池概念及组成 题型04 电解原理及应用 题型05 一次电池及二次电池 题型06 燃料电池 ▌题型01 原电池的构成和形成条件 1．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作正极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。 【典例1】（24-25高二上·陕西铜川·阶段检测）下列装置中，可形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．石墨与醋酸不反应，不存在能自发进行的氧化还原反应，不能形成原电池，故A不符合； B．蔗糖是非电解质，不能形成原电池，故B不符合； C．没有形成闭合回路，不能形成原电池，故C不符合； D．Mg与稀盐酸发生氧化还原反应，两电极活泼性不同，上端接触形成了闭合回路，故形成了原电池，故D符合； 答案选D。 【变式1-1】（25-26高二上·江苏苏州·期中）下列实验原理及装置能达到实验目的的是 A．铁钉镀锌 B．构建铜锌单液原电池 C．构建铜锌双液原电池 D．粗铜精炼 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．铁钉镀锌时，镀层金属应接电源正极作阳极，待镀铁钉应接电源负极作阴极，该装置电极连接错误，无法实现铁钉镀锌，A错误； B．酒精属于非电解质，不能导电，无法形成闭合回路，不能构成原电池，B错误； C．双液原电池中，锌片应插入溶液，铜片应插入溶液，该装置电极与电解质溶液匹配错误，锌会直接与反应，无法形成稳定原电池，C错误； D．粗铜精炼时，粗铜接电源正极作阳极，精铜接电源负极作阴极，电解质溶液为溶液，符合粗铜精炼的原理，D正确； 故选D。 【变式1-2】（24-25高一下·广东江门·期中）下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．两电极均为锌，不能形成使电子定向移动的电势差，A错误； B．酒精不能提供可自由移动的离子，不能形成离子导电的内电路，B错误； C．锌、铜两种不同电极插入稀硫酸中且外电路闭合，锌失去电子，电子经导线流向铜电极，氢离子在铜电极得到电子，化学能转化为电能，C正确； D．两个烧杯中的溶液之间没有盐桥或其他离子通路，内电路不闭合，D错误； 故选C。 【变式1-3】．（24-25高一上·湖南娄底·期中）下列各组材料中，不能组成原电池的是 选项 A B C D 两极材料 锌片、铜片 铜片、银片 锌片、石墨 铁片、铜片 插入溶液 蔗糖溶液 硝酸银溶液 稀硫酸 稀盐酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．蔗糖属于非电解质，蔗糖溶液不导电，不满足原电池需要电解质溶液、存在自发氧化还原反应的构成条件，不能组成原电池，A符合题意； B．铜的活泼性强于银，铜可与硝酸银溶液发生自发的氧化还原反应，硝酸银属于电解质，两极活泼性不同，满足原电池构成条件，可以组成原电池，B不符合题意； C．锌可与稀硫酸发生自发的氧化还原反应，H2SO4属于电解质，稀硫酸可以导电，锌和石墨为活泼性不同的电极，满足原电池构成条件，可以组成原电池，C不符合题意； D．铁的活泼性强于铜，铁可与稀盐酸发生自发的氧化还原反应，HCl属于电解质，稀盐酸可以导电，两极活泼性不同，满足原电池构成条件，可以组成原电池，D不符合题意； 故选A。 ▌题型02 原电池原理及应用 1、原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为自发的氧化还原反应，且ΔH<0。 (2)半反应：负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。 (3)电子流向：电子由负极经导线流向正极。 (4)离子流向：盐桥中的阳离子流向正极，阴离子流向负极。 (5)盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性，形成闭合回路。 【归纳】原电池中正负极判断 2．设计原电池的方法 (1)外电路 负极：还原性强的物质被氧化，向外电路提供电子； 正极：氧化性强的物质被还原，从外电路得到电子。 (2)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做定向移动，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 【典例2】（24-25高二上·山东淄博·阶段检测）下列设计的实验方案能达到相应实验目的的是 选项 实验目的 实验方案 A 证明反应速率会随反应物浓度的增大而加快 用稀硫酸与足量纯锌反应，产生气泡速率较慢，然后加入溶液，迅速产生较多气泡 B 检验晶体是否已氧化变质 将样品溶于稀硝酸后，滴加溶液，观察溶液是否变红 C 证明“84”消毒液的氧化能力随溶液的减小而增强 将“84”消毒液(含)滴入品红溶液中，褪色缓慢，若同时加入食醋，红色很快褪为无色 D 证明： 相同温度下，向溶液中滴入2滴溶液，产生白色沉淀后，再滴加2滴溶液，又生成红褐色沉淀 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．加入硫酸铜溶液后发生反应，析出的铜与锌形成微电池，使锌与稀硫酸反应产生氢气的速率加快；该现象不是由反应物浓度增大造成的，A错误； B．稀硝酸具有氧化性，会把样品中的氧化为，此后加入硫氰化钾溶液出现红色，不能说明硝酸亚铁晶体在实验前已经氧化变质，B错误； C．加入食醋使溶液酸性增强，平衡向右移动，氧化性较强的次氯酸含量增大，品红溶液更快褪色，说明降低溶液能增强“84”消毒液的氧化能力，C正确； D．氯化镁溶液只有2滴，生成氢氧化镁沉淀后原溶液中的氢氧化钠仍大量过量；再加入氯化铁溶液时，可直接与过量的生成氢氧化铁沉淀，不能证明氢氧化镁沉淀转化为氢氧化铁沉淀，也不能据此比较两者的溶度积，D错误； 故选C。 【变式2-1】．（24-25高二上·新疆喀什·阶段检测）下列对有关事实或解释不正确的 选项 事实 解释 A 用铝粉代替铝片与稀盐酸反应，反应速率加快 改用铝粉，固体表面积增大，故反应速率加快 B 5%的双氧水中加入二氧化锰粉末，分解速率迅速加快 降低了反应的焓变，活化分子数增多，有效碰撞增多，速率加快 C 锌与稀硫酸反应，滴入少量硫酸铜溶液，生成氢气的速率加快 锌置换出铜，形成原电池，反应速率加快 D 密闭容器中反应：当温度、压强不变，充入惰性气体，反应速率减慢 容器体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．铝粉相比铝片固体表面积更大，与稀盐酸的接触面积增大，反应速率加快，解释合理，A正确； B．二氧化锰是双氧水分解反应的催化剂，可降低反应的活化能，使活化分子数增多、有效碰撞频率升高从而加快反应速率，但催化剂不能改变反应的焓变，解释错误，B错误； C．锌与硫酸铜发生置换反应生成铜，锌、铜和稀硫酸构成原电池，可加快反应速率，解释合理，C正确； D．温度、压强不变时充入惰性气体，容器体积会增大，导致反应物浓度减小，反应速率减慢，解释合理，D正确； 故选B。 【变式2-2】．（25-26高二上·河南信阳·期中）化学与生活、生产及反应原理密切相关。下列说法错误的是 A．实验室用锌粒和稀硫酸制取时，滴加少量溶液可加快反应速率，利用了原电池原理 B．“煮豆燃豆萁”中，豆萁燃烧涉及的氧化反应是放热反应 C．水果罐头中常添加维生素C，与反应速率有关 D．挤压装有小苏打和柠檬酸混合溶液的饮料瓶产生气泡，是温度对化学平衡的影响 【答案】D 【详解】A．锌置换出硫酸铜中的铜，锌、铜和稀硫酸构成原电池，锌作负极，加快了反应速率，利用了原电池原理，A正确； B．豆萁燃烧是氧化反应，燃烧反应均为放热反应，B正确； C．维生素C属于抗氧化剂，通过降低食物的氧化反应速率来防止水果变质，与反应速率有关，C正确； D．小苏打（）和柠檬酸混合会直接发生复分解反应生成，挤压饮料瓶是通过减小瓶内压强、或者晃动促进反应释放气体，和温度对化学平衡的影响无关，D错误； 故选D。 【变式2-3】．（25-26高三上·陕西渭南·阶段检测）下列实验方案不能得出相应结论的是 A．结论：金属活动性顺序为 B．结论：氧化性顺序为 C．结论：甲基使苯环活化 D．结论：增大反应物浓度，该反应速率加快 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．、、稀硫酸构成的原电池中电子由流向，说明活泼性；、、稀硫酸构成的原电池中电子由流向，说明活泼性，可得金属活动性顺序，A正确； B．溶液滴入淀粉溶液中，溶液变蓝，说明生成，氧化性；新制氯水滴入含的溶液中，溶液变红，说明将氧化为，氧化性，可得氧化性顺序，B正确； C．酸性溶液滴入苯中不褪色，滴入甲苯中褪色，是甲苯中的甲基被氧化，说明苯环使甲基活化，而非甲基使苯环活化，C错误； D．相同浓度、体积的稀硫酸同时与不同浓度的溶液反应，浓度大的溶液对应的体系先出现浑浊，说明增大反应物浓度，该反应速率加快，D正确； 故选C。 ▌题型03 电解池概念及组成 1．电解和电解池 (1)概念 ①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 ②电解池是将电能转化为化学能的装置。 (2)电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 ②电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 ③离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 (3)电解池的构成条件 具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 2．实验探究电解氯化铜溶液 (1)实验探究 实验现象：①溶液颜色变浅；②阴极上有红色物质生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝。 实验结论：电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。 (2)实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向a阳极移动。 在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 还原反应 氧化反应 电极反应式 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解反应 CuCl2Cu＋Cl2↑ 【易错提示】 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 (2)电解质的水溶液或熔融电解质均可以被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 (3)电解法是一种强氧化还原手段，以完成非自发的氧化还原反应。 (4)“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属，惰性电极是指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。 【典例3】．（25-26高二上·北京·阶段检测）下列关于电解CuCl2溶液(如图所示)的说法中，正确的是 A．阴极的电极反应： B．阳极有黄绿色气体产生 C．电解过程中，向阴极移动 D．总反应为： 【答案】B 【详解】A．阴极发生得电子的还原反应，正确电极反应为，选项给出的是失电子的氧化反应，A错误； B．阳极发生反应，为黄绿色气体，因此阳极有黄绿色气体产生，B正确； C．电解池中阴离子向阳极移动，因此向阳极移动，C错误； D．选项给出的是的电离方程式，电解总反应为，D错误； 故选B。 【变式3-1】．（24-25高一上·北京·阶段检测）下列NaCl的图示中(M、N均为惰性电极)，叙述不正确的是 A．有阴阳离子能导电 B．a离子是 C．通电后a离子移向M极 D．M极接电源正极 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．氯化钠固体中的阴阳离子不能自由移动，没有电离，有阴阳离子但不能导电，A错误； B．据图示，溶液中b周围靠近的是带正电荷的H原子，b为阴离子，a周围靠近的为带负电荷的O原子，a为阳离子，即钠离子，B正确； C．M为阴极，a为钠离子，通电时阳离子移向阴极，故通电后a离子移向M极，C正确； D．图中向M极移动，则M为阳极，故M接电源正极，D正确； 故选A。 【变式3-2】．（24-25高二上·安徽·期中）设计电镀池，实现在铜片上镀银。下列说法正确的是 A．铜片接在电池正极 B．铜片上发生的反应为 C．溶液作离子导体 D．Ag作阳极，其表面有气体生成 【答案】B 【分析】用电解池装置在铜片上镀银，铜片上发生反应，，铜片作阴极，银作阳极，发生反应，溶液作电解液，据此解答。 【详解】A．铜片作阴极，铜片应接在电池的负极上，A错误； B．铜片上得电子，反应为，B正确； C．铜片上发生反应，，应用溶液作电解液，C错误； D．作阳极，发生反应，表面无气体生成，D错误； 故选B。 【变式3-3】．（25-26高二上·陕西西安·期中）请回答下列问题。 (1)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为。根据上述反应式，完成下列题目。 (a)下列叙述正确的是_________。 A．在使用过程中，电解质溶液的pH增大 B．使用过程中，电子由极经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，是正极 D．Zn电极发生还原反应，电极发生氧化反应 (b)写出电池正极的电极反应式：_________ (2)某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题： (a)电源A极的名称是_________ (b)甲装置中电解反应的总化学方程式：_________ (c)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是_________。 (d)欲用丙装置给铜镀银，G应该是_________(填“铜”或“银”)。 (e)若X电极颜色变浅，说明胶粒带_________电。 【答案】(1) C (2) 正极 1:1 银 正 【详解】（1）(a)根据电池总反应 可知，的化合价升高，失去电子被氧化，作原电池的负极；中的化合价降低，得到电子被还原，作原电池的正极； A．该电池总反应不消耗水也不消耗，电解质溶液的浓度基本不变，pH不变，故A错误； B．使用过程中，电子由负极（极）经外电路流向正极（极），故B错误； C．是负极，是正极，故C正确； D．电极发生氧化反应，电极发生还原反应，故D错误； 故答案为：C； (b)正极上得到电子发生还原反应，在碱性条件下生成和，电极反应式为 。 （2）将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色，说明F极有生成，即水电离出的在F极得电子发生还原反应，故F极为阴极；由此可推断：与F极相连的E极为阳极，进而推知电源的A极为正极，B极为负极；电解池中C、E、G、X均为阳极，D、F、H、Y均为阴极； (a) 由上述分析可知，电源A极的名称是正极； (b) 甲装置为惰性电极电解溶液，阳极产生，阴极析出，总化学方程式为 ； (c) 乙装置为电解饱和食盐水，阳极产生，阴极产生；根据得失电子守恒，生成的和的物质的量相等，在同温同压下体积比为1:1； (d) 欲用丙装置给铜镀银，根据电镀原理，镀层金属银应作阳极，待镀金属铜作阴极；已知G极为阳极，故G应该是银； (e) 装置丁中进行的是电泳实验；X极为阳极（带正电），Y极为阴极（带负电）；若X电极附近颜色变浅，说明红褐色的胶体粒子向阴极（Y极）定向移动，同性相斥、异性相吸，这说明胶粒带正电。 ▌题型04 电解原理及应用 1. 电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： (2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 2. 以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极：4H＋＋4e－=2H2↑ 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 H2O 强碱（如NaOH） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 增大 H2O 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 不变 H2O 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 增大 电解质 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：电解质阴离子放电 增大 无氧酸 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 金属氧化物或碳酸盐 【总结】电解后溶液pH的变化规律 (1)电解区域：①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液：①电解过程中，既产生H2， 又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 【易错提示】1．书写电解池电极反应式应注意的问题： (1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解总反应方程式时，弱电解质要写成化学式形式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。 (3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。 (4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 2．对于电解质的复原问题，不仅要求溶质不变，还有注意溶质的浓度也不变。如用惰性电极电解CuSO4溶液，使电解质溶液复原的方法是加入一定量的CuO或CuCO3，而不是Cu(OH)2。 3. 电解饱和食盐水的工作原理 (1) 电极反应和电解反应 1　 阳极：优先放电的离子：Cl-，电极反应式：2Cl--2e-===Cl2↑，反应类型：氧化反应。 2　 阴极：优先放电的离子：H2O电离出的H+，电极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- ，反应类型：还原反应。 3　 电解方程式：2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。 (2) 电解饱和食盐水的工作原理 1　 电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 2　 阳极产物为Cl2，阴极产物为：NaOH、H2。 3　 阳离子交换膜的作用 1) 防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。 2) 防止H2与Cl2混合发生爆炸。 4. 铜的电解精炼 (1) 电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 1　 电解池的构成： 用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解质溶液。 2　 电极反应式 阳极反应式：Zn -2e-=== Zn2+、Fe-2e-=== Fe2+、Cu -2e-===Cu2+等。 阴极反应式：Cu2++2e-===Cu。 (2) 电解精炼铜的工作原理 1　 阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 2　 阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 3　 电解质溶液中Cu2+浓度先减小后不变。 5. 电镀 (1) 电镀 1　 概念：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 2　 目的：提升美观和增加表面硬度；增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。镀层金属通常是一些不易被腐蚀的金属或合金。 (2) 基础实验——铁钉镀锌 1　 实验操作要点 1) 镀件的处理：铁钉依次用用细砂纸打磨、NaOH溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 2) 电镀操作：锌片作阳极，铁钉作阴极。 2　 电镀池的构成 通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。 3　 电极反应 阳极：Zn-2e-===Zn2+ 阴极：Zn+2e-===Zn (3) 电镀银的工作原理 1　 电极反应式 阴极：Ag＋＋e－===Ag；阳极：Ag－e－===Ag＋。 2　 可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极上的银不断溶解。 3　 含银离子的溶液浓度的变化是不变。 【总结】电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Cu-2e-===Cu2+ 阴极反应 Cu2++2e-===Cu 电解溶液及其变化 电解后硫酸铜溶液浓度保持不变 电解后溶液中混有Zn2+等，c(Cu2+)减小 【易错提醒】(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 【典例4】（24-25高二上·云南保山·阶段检测）设为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A．标准状况下，中含有个分子 B．常温常压下，中含有键的数目为 C．的醋酸溶液中含有的数目小于 D．电解精炼铜时，若阴极得电子数目为，则阳极质量减小 【答案】B 【详解】A．标准状况下，非气体，无法使用气体的摩尔体积确定分子个数，A错误； B．中含有的C-H键数目为，B正确； C．未知溶液体积，无法计算数目，若溶液体积大于1 L，即使醋酸部分电离，数目可能大于，C错误； D．电解精炼铜时，若阳极为纯铜，阴极得到​个电子（物质的量为1 mol）时，阳极质量减少32 g，实际上阳极除了Cu失电子溶解，比铜活泼的杂质（如Zn、Fe等）也会优先失电子溶解，因此由于未知阳极中各种杂质的组成和含量，无法确定阳极质量变化，D错误； 故答案为B。 【变式4-1】．（24-25高二上·北京·期中）如图，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题： (1)A极为电源的_____极。 (2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_____。 (3)欲用丙装置精炼铜，G应该是_____（填“纯铜”或“粗铜”），电解质溶液的成分是_____。已知氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的胶粒，那么装置丁中的现象是：__________。 (4)检验E极产物的实验方法_____。 【答案】(1)正 (2) (3) 粗铜 溶液（或可溶性铜盐溶液） Y极附近红褐色变深 (4)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近E极上方，若试纸变蓝，则说明产生了氯气 【分析】乙中F极附近滴入酚酞后显红色，说明F极附近生成了，F极发生还原反应，是阴极，E极是阳极。各装置串联，据此可依次确定其余各电极的极性。 【详解】（1）F极为阴极，E极为阳极；D极与E极相连，所以D极为甲装置的阴极，C极为阳极。C极与电源A极相连，因此A极为电源的正极； （2）甲装置中D极为阴极，铜离子在D极得到电子析出铜，电极反应为；C极为阳极，氯离子失去电子生成氯气，电极反应为。通电时，总化学方程式为； （3）丙装置中G极为阳极，H极为阴极。精炼铜时，阳极应使用粗铜，阴极使用纯铜，电解质可用溶液。阳极和阴极的主要电极反应分别为和。装置丁中X极为阳极、Y极为阴极，带正电荷的氢氧化铁胶粒向Y极移动并在其附近聚集，因此Y极附近红褐色变深； （4）乙中E极为阳极，氯离子在E极放电生成氯气，电极反应为。将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近E极上方，氯气将碘离子氧化为碘，反应为，生成的碘遇淀粉使试纸变蓝，由此可检验氯气。 【变式4-2】．（25-26高二上·江苏苏州·期中）食盐水在生活生产中的多个领域有重要应用。 (1)食盐水的保存。 保存食盐水的金属设备易发生电化学腐蚀。腐蚀时，正极的电极反应式为________________，搅拌或溶液流动性增强会加速腐蚀，原因是________________。 (2)工业电解饱和食盐水获得、和NaOH。 ①写出阴极的电极反应式________________。 ②电解池中，阳离子交换膜将阴极区和阳极区隔开，既可防止生成的和混合发生爆炸，又可以起到的作用是________________。 (3)双极膜电渗析法电解食盐水获得淡水。工作原理如图所示。双极膜是阴、阳离子复合膜，在直流电作用下，复合层间的解离成和，作为和的离子源。M、N为离子交换膜。 ①X电极应与电源________极相连。 ②N为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。 ③图中________(填字母“A或B或C或D”)室可获得盐酸。 【答案】(1) 能增加氧气和食盐水的接触，促进氧气的溶解，从而加速金属的吸氧腐蚀 (2) 阻止进入阳极区与阳极生成的反应，避免减少产量，同时防止反应生成NaClO，使所得的烧碱不纯（影响烧碱的质量） (3) 负 阴 C 【分析】本题以食盐水在生产生活中的应用为载体，综合考查金属的电化学腐蚀（吸氧腐蚀）、电解饱和食盐水（氯碱工业）的电极反应式与阳离子交换膜的作用，以及双极膜电渗析制淡水的工作原理；解题时抓住原电池的正负极反应、电解池中离子的放电顺序与迁移方向、离子交换膜的选择透过性进行分析。 【详解】（1）金属设备保存食盐水时，金属在食盐水中发生吸氧腐蚀（中性或弱碱性环境中以吸氧腐蚀为主），铁作负极：；正极上得电子被还原：；与结合生成，并被进一步氧化为，最终形成铁锈。搅拌或溶液流动性增强，能增加氧气和食盐水的接触、促进氧气的溶解与扩散，使正极区氧气浓度增大，从而加速吸氧腐蚀； （2）工业电解饱和食盐水（氯碱工业）时，阳极上放电：；阴极上电离出的放电：，向阴极区迁移并与结合生成；总反应为； ①阴极的电极反应式为； ②阳离子交换膜只允许阳离子通过：既可防止阴极区生成的与阳极区生成的混合发生爆炸，又可阻止进入阳极区与反应（），避免生成使产量减少，保证所得烧碱的纯度； （3）双极膜是阴、阳离子复合膜，在直流电场作用下复合层间的解离成和：，向阴极方向迁移、向阳极方向迁移，分别作为和的离子源，①X电极上发生还原反应（得电子生成），X为阴极，应与电源负极相连； ②能通过N膜进入C室，与结合生成盐酸，故N为阴离子交换膜（允许阴离子通过）； ③C室中，双极膜解离产生的与经N膜迁移来的结合生成，故C室可获得盐酸。 【变式4-2】．（25-26高二上·山东枣庄·期中）某研究小组用微生物电池模拟淡化海水，同时做电解实验，实验装置如下图所示，C、D是铂电极。 (1)若A、B是惰性电极 ①写出D极的电极反应式________。②写出甲中总反应的离子方程式________。 (2)若甲是铁片镀铜装置，A、B质量相同。当B和A的质量差为时，C极产生的气体在标准状况下的体积是________L。 (3)苯酚的分子式为。 ①离子交换膜A为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。 ②a极的电极反应式为________。 ③理论上每消除1 mol苯酚，同时消除________。 【答案】(1) (2)1.12 (3) 阴 5.6 【分析】首先，我们需要明确图中各个装置的电极连接关系和正负极，左侧微生物电池为原电池，a极：左侧通入高浓度含苯酚废水，排出低浓度含苯酚废水和。苯酚被氧化为，发生氧化反应，因此 a极是负极；b极：右侧通入高浓度废水，排出低浓度废水和。被还原为，发生还原反应，因此 b极是正极。中间室为溶液，模拟淡化海水。右侧电解池连接：甲池：A电极连接b极的右侧线路，a极连向D。甲池的B极与乙池的C极相连。由此可知：A极是阳极，B极是阴极，在乙池中，C极连向B极，所以C极是阳极，D极连向a极，所以D极是阴极。 【详解】（1）①根据分析可知，D极是阴极，电解质为溶液，实质是电解水。阴极上水电离出的得电子生成。反应式为：。 ▌题型05 一次电池及二次电池 1．一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 2．常见的一次电池 (1)碱性锌锰干电池 电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2； 正极反应式：MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH-。 (2)银锌纽扣电池： 电池反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。 负极反应式：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。 正极反应式：Ag2O+2e-+2H2O===2Ag+2OH-。 3．二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 4．铅蓄电池 (1)铅蓄电池的放电反应为原电池反应 负极：Pb - 2e- + SO42- = ==PbSO4 正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4+ 2H2O 电池反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4=== 2PbSO4+ 2H2O (2)铅蓄电池的充电反应 阴极：PbSO4 + 2e- ===Pb + SO42- 阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O=== PbO2 + SO42- + 4H+ 总反应：2PbSO4+ 2H2O === Pb + PbO2 + 2H2SO4 (3)铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O。 5．新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 (2)锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物； 负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中。 ②锂离子电池的工作原理 负极：LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+ 正极：6C+xLi++xe-===LixC6 电池反应：LiCoO2+6C===Li1-xCoO2+LixC6 【易错提醒】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则 (1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。 (2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。 (3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。 【典例5】．（25-26高二上·江苏苏州·期中）银锌纽扣电池构造示意图如图，放电后产物为Ag和ZnO，下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，正极附近产生 C．负极的电极反应为 D．电池工作时电子的移动方向为：Zn电极溶液电极 【答案】B 【详解】A．中为+1价，反应后生成0价的，得电子发生还原反应，A错误； B．正极电极反应为，反应生成，故正极附近产生，B正确； C．题干明确放电后的产物为，负极反应应为，不是，C错误； D．电子只能在外电路中移动，不能经过电解质溶液，电解质溶液中靠离子定向移动导电，D错误； 故选B。 【变式5-1】．电子表和电子计算器的电源通常用微型银-锌电池，其电极分别是和，电解质溶液为溶液，总反应式为。下列说法正确的是 A．是正极，是负极 B．是正极，是负极 C．工作时，电池负极区溶液增大 D．工作时，电子由极经外电路流向极 【答案】A 【详解】A．放电时，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，故是正极，是负极，A正确； B．总反应中被氧化，应作负极；被还原，应作正极，B错误； C．负极反应为，负极区消耗，碱性减弱，减小，C错误； D．原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即由极流向极，D错误； 故选A。 【变式5-2】．（24-25高二上·北京·期中）铅蓄电池是一种典型的可充电电池（如图），电池总反应式为：下列说法正确的是 A．放电时，发生氧化反应作负极 B．放电时，正极的反应式是 C．充电时，B应与电源的正极相连 D．充电时，阳极的反应式是 【答案】D 【详解】A．放电时中元素化合价从+4降低为+2，得电子发生还原反应，作正极，A错误； B．给出的电极反应为失电子的氧化反应，是放电时负极的反应式，正极发生还原反应，B错误； C．放电时B极（）为负极，充电时原电池的负极应连接电源的负极作阴极，C错误； D．充电时阳极发生失电子的氧化反应，中+2价被氧化为中+4价，电极反应式书写正确，D正确； 故选D。 【变式5-3】．（23-24高二上·广东深圳·期中）与下列装置对应的说法正确的是 ① ② ③ ④ A．装置①用于深埋在潮湿的中性土壤中钢管的防腐 B．装置②用于深浸在海水中的钢闸门的防腐 C．装置③用于模拟铁制品表面镀铜 D．装置④铅蓄电池放电时，负极反应为： 【答案】C 【详解】A．装置①中比活泼，构成原电池时钢管（）作负极，会加快钢管腐蚀，无法实现防腐，A错误； B．外加电流阴极保护法中，被保护的钢闸门应连接电源负极，装置②中钢闸门连接电源正极，会加速钢闸门腐蚀，B错误； C．铁制品镀铜时，镀层金属作阳极连接电源正极，待镀铁制品作阴极连接电源负极，电解液选用含的溶液，装置③符合镀铜要求，C正确； D．铅蓄电池放电时，电解液为，负极失电子后会和结合生成，正确的负极反应为，D错误； 故选C。 ▌题型06 燃料电池 1．燃料电池 (1)概念： 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 (2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 负极：2H2 - 4e- + 4OH- === 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 电池反应：2H2+O2===2H2O 3．基础实验——制作简单的燃料电池 (1)实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 (2)实验现象 ①接通学生电源，两个石墨棒上都有气泡产生，U形管内液面下降，玻璃管液面上升。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 (3)判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是H2，该电极为燃料电池的负极；另外一个电极产生的是O2，该电解为燃料电池的正极。 4．燃料电池的优点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 (2)能量转换率高，有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少，绿色环保。 【易错提醒】 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 (2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 (3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 【总结】燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 【典例6】．（25-26高二上·北京昌平·期中）下图是载人航天器舱内利用氢氧燃料电池进行二氧化碳浓缩富集的装置。下列说法不正确的是 A．该装置工作时将化学能转化成电能 B．a极为电池的负极 C．b极上得电子 D．生成高浓度的电极反应式： 【答案】C 【分析】氢氧燃料电池中通入氢气的为负极，通入空气的为正极，进行二氧化碳浓缩富集。据此分析解答。 【详解】A．氢氧燃料电池为原电池，工作时化学能转化成了电能，A正确； B．氢氧燃料电池中通入氢气的为负极，通入空气的为正极，因此a是负极，b是正极，B正确； C．b是正极，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为，而不是得电子，C错误； D．在原电池中，阴离子向负极移动，失电子后和碳酸根反应生成水和二氧化碳。因此，D正确； 故选C。 【变式6-1】．（25-26高二上·山东青岛·期中）氢氧燃料电池因其高效率和零排放而备受关注。利用如图装置，分别以①KOH溶液，②溶液，③固体氧化物电解质作为离子导体，碳载铂作电极材料可构成燃料电池。下列说法错误的是 A．电池的总反应式均为 B．放电过程中，阳离子均向b极移动 C．②和③作为离子导体时，b极的电极反应式相同 D．工作一段时间后，离子导体的物质的量不发生改变 【答案】C 【详解】A．氢氧燃料电池的反应本质为和化合生成，三种电解质环境下总反应均为，A正确； B．原电池放电时阳离子向正极移动，b极通入为正极，因此阳离子均向b极移动，B正确； C．②以溶液为离子导体时，b极（正极）反应为；③以固体氧化物为离子导体时，b极反应为，二者电极反应式不相同，C错误； D．三种体系的总反应均仅生成，离子导体仅起传导离子的作用，自身物质的量不会发生改变，D正确； 故选C。 【变式6-2】．（24-25高二上·北京·期中）最近科学家尝试用人工光合作用将、转化为，原理，示意图如图： (1)该装置_____（填“是”或“不是”）原电池。 (2)催化剂a表面发生_____（填“氧化反应”或“还原反应”）。 (3)催化剂a附近的pH比开始时_____（填“增大”或“减小”）。 (4)催化剂b表面的反应式是_____。 (5)若碱性燃料电池中以甲醇为燃料，其负极的电极反应式是_____当外电路转移时，所需甲醇在上述装置中合成时理论上会吸收的物质的量是_____mol。 【答案】(1) 不是 (2) 氧化反应 (3) 减小 (4) (5) 0.5 【详解】（1）原电池是将化学能转化为电能的装置，其工作基础是自发进行的氧化还原反应。该装置的总反应为 ，该反应是非自发的，需要吸收能量。装置实质上是将太阳能转化为化学能，因此不是原电池。 （2）根据示意图中的电子流向可知，电子从催化剂a流出，经外电路流向催化剂b。失去电子的一极发生氧化反应，故催化剂a表面发生氧化反应。 （3）催化剂a为负极，反应物 在此失去电子生成 和 ，电极反应式为 。反应生成了 ，导致催化剂a附近的 浓度增大，因此pH减小。 （4）催化剂b为正极，发生还原反应。 在此得到电子，并结合从左侧通过质子交换膜迁移过来的 生成 和 。根据化合价变化（C从+4价降至-2价，转移6个电子），其电极反应式为 。 （5）在碱性甲醇燃料电池中，甲醇在负极失去电子发生氧化反应，由于处于碱性环境，最终产物为碳酸根离子和水，负极电极反应式为 。由电极反应式可知，每消耗 1 mol 甲醇会转移 6 mol 电子。当外电路转移 3 mol 电子时，理论上消耗甲醇的物质的量为 。根据碳原子守恒，在上述光合作用装置中合成 0.5 mol 甲醇，理论上需要吸收 0.5 mol 的 。 【变式6-3】．（24-25高二上·内蒙古赤峰·期中）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。 (1)图中X、Y分别是______、______(填化学式)：X可用于制取84消毒液，请写出离子方程式______。 (2)燃料电池B中的负极反应式为：______，判断燃料电池B中NaOH溶液的浓度大小比较a%______b%(选择“>”、“<”或“=”填空)。 (3)标准状况下，当A池中生成22.4L氢气时，电路中转移的电子数为______。(设为阿伏加德罗常数) (4)如图所示装置，用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取。写出阳极上产生的电极反应式：______ 【答案】(1) Cl2 H2 +2OH⁻=Cl⁻+ClO⁻+ (2) +2OH⁻-2e⁻= ＜ (3) (4) 【分析】本题以氯碱工业节能新工艺为情境，综合考查电解饱和食盐水、氢氧燃料电池、离子交换膜作用、电极反应式以及电子转移计算。分析时要先分清A池为电解池，精制饱和食盐水在阳极生成，水在阴极得电子生成和OH⁻；B池为燃料电池，在负极失电子，在正极得电子。阳离子交换膜只允许等阳离子通过，有利于维持电荷平衡并得到NaOH溶液。 【详解】（1）A池为电解饱和食盐水装置，阳极Cl⁻失电子生成，阴极水得电子生成和OH⁻，通过阳离子交换膜进入阴极区形成NaOH溶液。因此图中X为，Y为。可与NaOH溶液反应制取84消毒液，离子方程式为+2OH⁻=Cl⁻+ClO⁻+。 （2）燃料电池B中通入H2的一极为负极，H₂在碱性条件下失电子被氧化，负极反应式为H2+2OH⁻-2e⁻=2H2O。O2所在正极区生成OH⁻，同时通过阳离子交换膜迁入正极区，使出口NaOH溶液浓度增大，故a%＜b%。 （3）A池中阴极反应为2+2e⁻=↑+2OH⁻，生成1 mol H2需要转移2 mol电子。标准状况下22.4 L H2为1 mol，所以电路中转移电子数为。 （4）用石墨作电极电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应，Cl⁻优先失电子生成，阳极电极反应式为。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 化学能与电能的转化（题型突破·举一反三） 题型01 原电池的构成和形成条件 题型02 原电池原理及应用 题型03 电解池概念及组成 题型04 电解原理及应用 题型05 一次电池及二次电池 题型06 燃料电池 ▌题型01 原电池的构成和形成条件 1．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括 和 。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性 的电极，相对活泼的金属作 极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作 极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过 和 连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过 连接起来，盐桥中通常是装有含 的琼脂。 【典例1】（24-25高二上·陕西铜川·阶段检测）下列装置中，可形成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-1】（25-26高二上·江苏苏州·期中）下列实验原理及装置能达到实验目的的是 A．铁钉镀锌 B．构建铜锌单液原电池 C．构建铜锌双液原电池 D．粗铜精炼 A．A B．B C．C D．D 【变式1-2】（24-25高一下·广东江门·期中）下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-3】．（24-25高一上·湖南娄底·期中）下列各组材料中，不能组成原电池的是 选项 A B C D 两极材料 锌片、铜片 铜片、银片 锌片、石墨 铁片、铜片 插入溶液 蔗糖溶液 硝酸银溶液 稀硫酸 稀盐酸 A．A B．B C．C D．D ▌题型02 原电池原理及应用 1、原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为 的 反应，且ΔH 0。 (2)半反应：负极 电子，发生 反应；正极 电子，发生 反应。 (3)电子流向：电子由 经导线流向 。 (4)离子流向：盐桥中的 流向正极， 流向负极。 (5)盐桥的作用： ① 。 ② 。 【归纳】原电池中正负极判断 2．设计原电池的方法 (1)外电路 负极： 强的物质被氧化，向外电路提供电子； 正极： 强的物质被还原，从外电路得到电子。 (2)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子做 移动， 离子移向正极， 离子移向负极。 【典例2】（24-25高二上·山东淄博·阶段检测）下列设计的实验方案能达到相应实验目的的是 选项 实验目的 实验方案 A 证明反应速率会随反应物浓度的增大而加快 用稀硫酸与足量纯锌反应，产生气泡速率较慢，然后加入溶液，迅速产生较多气泡 B 检验晶体是否已氧化变质 将样品溶于稀硝酸后，滴加溶液，观察溶液是否变红 C 证明“84”消毒液的氧化能力随溶液的减小而增强 将“84”消毒液(含)滴入品红溶液中，褪色缓慢，若同时加入食醋，红色很快褪为无色 D 证明： 相同温度下，向溶液中滴入2滴溶液，产生白色沉淀后，再滴加2滴溶液，又生成红褐色沉淀 A．A B．B C．C D．D 【变式2-1】．（24-25高二上·新疆喀什·阶段检测）下列对有关事实或解释不正确的 选项 事实 解释 A 用铝粉代替铝片与稀盐酸反应，反应速率加快 改用铝粉，固体表面积增大，故反应速率加快 B 5%的双氧水中加入二氧化锰粉末，分解速率迅速加快 降低了反应的焓变，活化分子数增多，有效碰撞增多，速率加快 C 锌与稀硫酸反应，滴入少量硫酸铜溶液，生成氢气的速率加快 锌置换出铜，形成原电池，反应速率加快 D 密闭容器中反应：当温度、压强不变，充入惰性气体，反应速率减慢 容器体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢 A．A B．B C．C D．D 【变式2-2】．（25-26高二上·河南信阳·期中）化学与生活、生产及反应原理密切相关。下列说法错误的是 A．实验室用锌粒和稀硫酸制取时，滴加少量溶液可加快反应速率，利用了原电池原理 B．“煮豆燃豆萁”中，豆萁燃烧涉及的氧化反应是放热反应 C．水果罐头中常添加维生素C，与反应速率有关 D．挤压装有小苏打和柠檬酸混合溶液的饮料瓶产生气泡，是温度对化学平衡的影响 【变式2-3】．（25-26高三上·陕西渭南·阶段检测）下列实验方案不能得出相应结论的是 A．结论：金属活动性顺序为 B．结论：氧化性顺序为 C．结论：甲基使苯环活化 D．结论：增大反应物浓度，该反应速率加快 A．A B．B C．C D．D ▌题型03 电解池概念及组成 1．电解和电解池 (1)概念 ①电解是在 作用下，在两个电极上分别发生 反应和 反应的过程。 ②电解池是将 能转化为 能的装置。 (2)电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源 相连的电极，发生 反应； 阳极：与电源 相连的电极，发生 反应。 ②电子流向： 、 。 ③离子的移动方向：阳离子向 移动，阴离子向 移动。 (3)电解池的构成条件 具有与 相连接的两个电极（阴极、阳极），插入 溶液或熔融 中，形成 。 2．实验探究电解氯化铜溶液 (1)实验探究 实验现象：①溶液颜色 ；②阴极上有 生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸 。 实验结论： 。 (2)实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做 移动， 向阴极移动， 向a阳极移动。 在阴极， 优于 在电极上发生反应，在阳极， 优于 在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 电极反应式 电解反应 【易错提示】 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 (2)电解质的水溶液或熔融电解质均可以被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 (3)电解法是一种强氧化还原手段，以完成非自发的氧化还原反应。 (4)“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属，惰性电极是指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。 【典例3】．（25-26高二上·北京·阶段检测）下列关于电解CuCl2溶液(如图所示)的说法中，正确的是 A．阴极的电极反应： B．阳极有黄绿色气体产生 C．电解过程中，向阴极移动 D．总反应为： 【变式3-1】．（24-25高一上·北京·阶段检测）下列NaCl的图示中(M、N均为惰性电极)，叙述不正确的是 A．有阴阳离子能导电 B．a离子是 C．通电后a离子移向M极 D．M极接电源正极 A．A B．B C．C D．D 【变式3-2】．（24-25高二上·安徽·期中）设计电镀池，实现在铜片上镀银。下列说法正确的是 A．铜片接在电池正极 B．铜片上发生的反应为 C．溶液作离子导体 D．Ag作阳极，其表面有气体生成 【变式3-3】．（25-26高二上·陕西西安·期中）请回答下列问题。 (1)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为。根据上述反应式，完成下列题目。 (a)下列叙述正确的是_________。 A．在使用过程中，电解质溶液的pH增大 B．使用过程中，电子由极经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，是正极 D．Zn电极发生还原反应，电极发生氧化反应 (b)写出电池正极的电极反应式：_________ (2)某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题： (a)电源A极的名称是_________ (b)甲装置中电解反应的总化学方程式：_________ (c)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是_________。 (d)欲用丙装置给铜镀银，G应该是_________(填“铜”或“银”)。 (e)若X电极颜色变浅，说明胶粒带_________电。 ▌题型04 电解原理及应用 1. 电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： (2)阳极：溶液中 强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为 电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 2. 以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极： 阳极： 强碱（如NaOH） 阴极： 阳极： 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极： 阳极： 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极： 阳极：电解质阴离子放电 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极： 【总结】电解后溶液pH的变化规律 (1)电解区域：①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液：①电解过程中，既产生H2， 又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 【易错提示】1．书写电解池电极反应式应注意的问题： (1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解总反应方程式时，弱电解质要写成化学式形式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。 (3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。 (4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 2．对于电解质的复原问题，不仅要求溶质不变，还有注意溶质的浓度也不变。如用惰性电极电解CuSO4溶液，使电解质溶液复原的方法是加入一定量的CuO或CuCO3，而不是Cu(OH)2。 3. 电解饱和食盐水的工作原理 (1) 电极反应和电解反应 1　 阳极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 反应。 2　 阴极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 反应。 3　 电解方程式： 。 (2) 电解饱和食盐水的工作原理 1　 电解过程中，阳极室 离子浓度减小， 离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室 离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 2　 阳极产物为 ，阴极产物为： 。 3　 阳离子交换膜的作用 1) 防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为 。 2) 防止H2与Cl2混合发生 。 4. 铜的电解精炼 (1) 电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 1　 电解池的构成： 用 作阳极，用 作阴极，用 作电解质溶液。 2　 电极反应式 阳极反应式： 、 、 等。 阴极反应式： 。 (2) 电解精炼铜的工作原理 1　 阳极反应 金属铜和比铜活泼的 等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的 等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 2　 阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先 电子，成为金属铜析出。 3　 电解质溶液中Cu2+浓度 。 5. 电镀 (1) 电镀 1　 概念：应用 的原理在 或 表面镀上一薄层 或 的过程。 2　 目的：提升 和增加 ；增强材料的 能力，防止金属 。镀层金属通常是一些 的金属或合金。 (2) 基础实验——铁钉镀锌 1　 实验操作要点 1) 镀件的处理：铁钉依次用用 打磨、 浸泡、 浸泡、 浸泡，并洗净。 2) 电镀操作： 作阳极， 作阴极。 2　 电镀池的构成 通常用 为阴极，以 为阳极，用含有 的溶液作电解质溶液。 3　 电极反应 阳极： 阴极： (3) 电镀银的工作原理 1　 电极反应式 阴极： ；阳极： 。 2　 可观察到的现象是 。 3　 含银离子的溶液浓度的变化是 。 【总结】电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Cu-2e-===Cu2+ 阴极反应 Cu2++2e-===Cu 电解溶液及其变化 电解后硫酸铜溶液浓度保持不变 电解后溶液中混有Zn2+等，c(Cu2+)减小 【易错提醒】(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 【典例4】（24-25高二上·云南保山·阶段检测）设为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A．标准状况下，中含有个分子 B．常温常压下，中含有键的数目为 C．的醋酸溶液中含有的数目小于 D．电解精炼铜时，若阴极得电子数目为，则阳极质量减小 【变式4-1】．（24-25高二上·北京·期中）如图，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题： (1)A极为电源的_____极。 (2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_____。 (3)欲用丙装置精炼铜，G应该是_____（填“纯铜”或“粗铜”），电解质溶液的成分是_____。已知氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的胶粒，那么装置丁中的现象是：__________。 (4)检验E极产物的实验方法_____。 【变式4-2】．（25-26高二上·江苏苏州·期中）食盐水在生活生产中的多个领域有重要应用。 (1)食盐水的保存。 保存食盐水的金属设备易发生电化学腐蚀。腐蚀时，正极的电极反应式为________________，搅拌或溶液流动性增强会加速腐蚀，原因是________________。 (2)工业电解饱和食盐水获得、和NaOH。 ①写出阴极的电极反应式________________。 ②电解池中，阳离子交换膜将阴极区和阳极区隔开，既可防止生成的和混合发生爆炸，又可以起到的作用是________________。 (3)双极膜电渗析法电解食盐水获得淡水。工作原理如图所示。双极膜是阴、阳离子复合膜，在直流电作用下，复合层间的解离成和，作为和的离子源。M、N为离子交换膜。 ①X电极应与电源________极相连。 ②N为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。 ③图中________(填字母“A或B或C或D”)室可获得盐酸。 【变式4-2】．（25-26高二上·山东枣庄·期中）某研究小组用微生物电池模拟淡化海水，同时做电解实验，实验装置如下图所示，C、D是铂电极。 (1)若A、B是惰性电极 ①写出D极的电极反应式________。②写出甲中总反应的离子方程式________。 (2)若甲是铁片镀铜装置，A、B质量相同。当B和A的质量差为时，C极产生的气体在标准状况下的体积是________L。 (3)苯酚的分子式为。 ①离子交换膜A为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。 ②a极的电极反应式为________。 ③理论上每消除1 mol苯酚，同时消除________。 ▌题型05 一次电池及二次电池 1．一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能 。 2．常见的一次电池 (1)碱性锌锰干电池 电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极反应式： ； 正极反应式： 。 (2)银锌纽扣电池： 电池反应式： 。 负极反应式： 。 正极反应式： 。 3．二次电池的特点 二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以 使活性物质获得再生。 4．铅蓄电池 (1)铅蓄电池的放电反应为 反应 负极： 正极： 电池反应： (2)铅蓄电池的充电反应 阴极： 阳极： 总反应： (3)铅蓄电池的充、放电原理的化学方程式为： 。 5．新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 (2)锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子 或 结构的化合物； 负极材料大多数是 材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的 中。 ②锂离子电池的工作原理 负极： 正极： 电池反应： 【易错提醒】书写电极反应式时，必须遵循的三个原则 (1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。 (2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。 (3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的；电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应；体系中有没有不共存的微粒存在。 【典例5】．（25-26高二上·江苏苏州·期中）银锌纽扣电池构造示意图如图，放电后产物为Ag和ZnO，下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，正极附近产生 C．负极的电极反应为 D．电池工作时电子的移动方向为：Zn电极溶液电极 【变式5-1】．电子表和电子计算器的电源通常用微型银-锌电池，其电极分别是和，电解质溶液为溶液，总反应式为。下列说法正确的是 A．是正极，是负极 B．是正极，是负极 C．工作时，电池负极区溶液增大 D．工作时，电子由极经外电路流向极 【变式5-2】．（24-25高二上·北京·期中）铅蓄电池是一种典型的可充电电池（如图），电池总反应式为：下列说法正确的是 A．放电时，发生氧化反应作负极 B．放电时，正极的反应式是 C．充电时，B应与电源的正极相连 D．充电时，阳极的反应式是 【变式5-3】．（23-24高二上·广东深圳·期中）与下列装置对应的说法正确的是 ① ② ③ ④ A．装置①用于深埋在潮湿的中性土壤中钢管的防腐 B．装置②用于深浸在海水中的钢闸门的防腐 C．装置③用于模拟铁制品表面镀铜 D．装置④铅蓄电池放电时，负极反应为： ▌题型06 燃料电池 1．燃料电池 (1)概念： 燃料电池是利用 和 之间发生的氧化还原反应，将化学能 转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作为燃料。 (2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从 ，同时将电极反应产物不断 。 2．氢氧燃料电池的工作原理（电解液为KOH溶液） 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生 反应和 反应。 负极： 正极： 电池反应： 3．基础实验——制作简单的燃料电池 (1)实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查 ，标记 到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近 的位置为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的 接近溢出时，切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将 与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 (2)实验现象 ①接通学生电源， 。 ②连接时钟， 。 (3)判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是 ，该电极为燃料电池的 极；另外一个电极产生的是 ，该电解为燃料电池的 极。 4．燃料电池的优点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 (2)能量转换率高，有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少，绿色环保。 【易错提醒】 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 (2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 (3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 【总结】燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 【典例6】．（25-26高二上·北京昌平·期中）下图是载人航天器舱内利用氢氧燃料电池进行二氧化碳浓缩富集的装置。下列说法不正确的是 A．该装置工作时将化学能转化成电能 B．a极为电池的负极 C．b极上得电子 D．生成高浓度的电极反应式： 【变式6-1】．（25-26高二上·山东青岛·期中）氢氧燃料电池因其高效率和零排放而备受关注。利用如图装置，分别以①KOH溶液，②溶液，③固体氧化物电解质作为离子导体，碳载铂作电极材料可构成燃料电池。下列说法错误的是 A．电池的总反应式均为 B．放电过程中，阳离子均向b极移动 C．②和③作为离子导体时，b极的电极反应式相同 D．工作一段时间后，离子导体的物质的量不发生改变 【变式6-2】．（24-25高二上·北京·期中）最近科学家尝试用人工光合作用将、转化为，原理，示意图如图： (1)该装置_____（填“是”或“不是”）原电池。 (2)催化剂a表面发生_____（填“氧化反应”或“还原反应”）。 (3)催化剂a附近的pH比开始时_____（填“增大”或“减小”）。 (4)催化剂b表面的反应式是_____。 (5)若碱性燃料电池中以甲醇为燃料，其负极的电极反应式是_____当外电路转移时，所需甲醇在上述装置中合成时理论上会吸收的物质的量是_____mol。 【变式6-3】．（24-25高二上·内蒙古赤峰·期中）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。 (1)图中X、Y分别是______、______(填化学式)：X可用于制取84消毒液，请写出离子方程式______。 (2)燃料电池B中的负极反应式为：______，判断燃料电池B中NaOH溶液的浓度大小比较a%______b%(选择“>”、“<”或“=”填空)。 (3)标准状况下，当A池中生成22.4L氢气时，电路中转移的电子数为______。(设为阿伏加德罗常数) (4)如图所示装置，用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取。写出阳极上产生的电极反应式：______ / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第二节 化学能与电能的转化（题型突破举一反三） 目录 题型01原电池的构成和形成条件 题型02原电池原理及应用 题型03电解池概念及组成 题型04电解原理及应用 题型05一次电池及二次电池 题型06燃料电池 题型01原电池的构成和形成条件 典例精析 【典例1】【答案】D 举一反三 【变式1-1】【答案】D 【变式1-2】【答案】C 【变式1-3】【答案】A 题型02原电池原理及应用 典例精析 【典例2】【答案】C 举一反 【变式21】【答案】B 【变式2-2】【答案】D 【变式2-3】【答案】C 1/4 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 题型03 电解池概念及组成 E 典例精析 【典例3】【答案】B 举一反三 【变式31】【答案】A 【变式32】【答案】B 【变式3-3】 【答案】(1) Ag,O+H,O+2e=2Ag+2OH 电解 (2) 正极 2CuS04+2H,0=2Cu+02↑+2H,S04 11 银 正 题型04 电解原理及应用 E 典例精析 【典例4)【答案】B E 举一反三 【变式4-1】 【答案】(1)正 电解 (2)CuCL2=Cu+CL,↑ (3) 粗铜 CuSO4溶液（或可溶性铜盐溶液） Y极附近红褐色变深 (④)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近E极上方，若试纸变蓝，则说明产生了氯气 【变式42】 【答案】(1) 02+4e+2H,0=40H 能增加氧气和食盐水的接触，促进氧气的溶解，从而加速金 属的吸氧腐蚀 (2) 2H,0+2e=H2个+20H 阻止OH进入阳极区与阳极生成的C2反应，避免C12减少产量， 同时防止反应生成NaClo,使所得的烧碱不纯（影响烧碱的质量） (3) 负 阴 C 2/4 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 【变式42】. 通电 【答案】(1) 2Cu2++2H,0 2Cu+0,个+4H 2H,0+2e=H2个+20H (2)1.12 3) 阴 CH,OH-28e+11H0=6C02↑+28Ht 5.6 题型05 一次电池及二次电池 典例精析 【典例5】，【答案】B 举一反三 【变式51】【答案】A 【变式52】【答案】D 【变式53】【答案】C 题型06燃料电池 典例精析 【典例6】【答案】C 举一反王 【变式6-1】【答案】C 【变式6-2】 【答案】(1) 不是 (2) 氧化反应 3) 减小 (④) CO,+6H*+6e=CHOH+H,O (5) 3/4 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 CH,OH-6e+80H-=CO2+6H,O 0.5 【变式6-3】 【答案】() Cl H CL2+20H-C1+C10-+H,0 (2) H2+20H-2e=2H20 (3)2NA (④CI-5e+2H,0=C102个+4H 4/4