4.1原电池（举一反三题型专练，北京专用）化学人教版选择性必修1

**基本信息** 以题型为纲，整合原理总结、典例解析与变式训练，构建“概念-判断-应用-拓展-综合”的完整方法体系，强化化学观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |原电池构成与工作原理|1典例+3变式|5点构成条件与工作原理，电子/离子移动规律|从能量转化切入，建立原电池基本模型| |正负极判断|1典例+3变式|电极材料/电子流向/现象/离子移动4维度判断法|基于构成原理，深化电极作用机制理解| |化学电源|1典例+3变式|一次/二次/燃料电池分类及反应规律|原理应用于具体电源，体现物质性质决定用途| |反应与金属活动性|1典例+3变式|负极金属活动性更强及腐蚀速率影响因素|结合金属性质，建立原电池与金属活动性关联| |设计与综合应用|1典例+3变式|电极反应式书写技巧及装置设计方法|综合前4模块，培养科学探究与模型建构能力|

第一节 原电池（题型突破·举一反三） ▌题型01 原电池的构成与工作原理 【典例01】C 【变式1-1】D 【变式1-2】B 【变式1-3】D ▌题型02 原电池正负极的判断 【典例02】C 【变式2-1】B 【变式2-2】B 【变式2-3】C ▌题型03 化学电源 【典例03】C 【变式3-1】C 【变式3-2】C 【变式3-3】B ▌题型04 原电池反应与金属活动性 【典例04】C 【变式4-1】A 【变式4-2】D 【变式4-3】B ▌题型05 原电池的设计与综合应用（大题） 【典例05】 【答案】(1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu (2)Fe-2e− =Fe2+ (3) 石墨 铜是能导电的固体，且不与电解质溶液反应 (4)负极 (5)避免Fe直接与Cu2+接触发生置换反应，减小能量损耗，能获得更稳定、持续的电流，电池转化效率高 【详解】（1）在给定的装置中，铁比C活泼，活泼金属铁作负极，失去电子；氯化铜溶液中的铜离子在正极得到电子。因此，总反应为铁与铜离子的置换反应，对应的离子方程式为 。 （2）铁比碳活泼，铁作为负极失去电子生成亚铁离子，其电极反应式为 。 （3）根据图示，装置中的正极材料是石墨（或C）。原电池的正极材料通常只需满足两个条件：一是能够导电，二是活泼性弱于负极材料。铜的金属活动性比铁弱，且具有良好的导电性，因此完全可以代替石墨作为该原电池的正极。 （4）在原电池工作时，负极不断产生阳离子（），正极不断消耗阳离子（）。为了维持两侧溶液的电中性，盐桥中的阴离子（）会向负极区移动，阳离子（）会向正极区移动。因此， 移向负极。 （5）装置甲（单液原电池）中，铁片直接与氯化铜溶液接触，铁会直接置换出铜并附着在铁片表面，形成无数微小的原电池，导致部分化学能转化为热能损耗，电流不稳定且电池寿命短。装置乙（双液原电池）采用盐桥将还原剂（Fe）和氧化剂（）隔离，避免了它们直接接触发生化学反应，使得电子只能通过外电路转移，从而能够产生持续、稳定的电流，大大提高了化学能转化为电能的效率。 【变式5-1】 【答案】 现象：电流表指针偏转，铜棒变细，溶液颜色变浅(若选用溶液作为负极电解质则蓝色加深) 【详解】利用与发生的反应设计原电池，其总反应方程式为：； 1. 电极与反应： 负极：发生氧化反应，失电子。反应式为 ，因此负极材料必须是铜棒； 正极：发生还原反应，得电子。反应式为 ，电极本身不参与反应，需选择惰性电极，提供的用品中应选石墨棒； 2. 装置图分析： 观察图中导线上的电子流向箭头，电子由右侧电极流向左侧电极。在原电池中，电子从负极流向正极，因此右侧为负极，左侧为正极； 右侧(负极)：电极材料填“铜棒”；电解质溶液需导电且不与铜直接反应，通常选择含有对应金属阳离子的溶液，即“溶液”(填溶液亦可)。 左侧(正极)：电极材料填“石墨棒”；电解质溶液必须含有得电子的氧化剂，即“溶液”； 3. 现象分析： 产生稳定电流，电流表指针偏转，负极的铜不断失电子溶解生成，铜棒变细，正极的不断得电子被还原为，溶液颜色变浅(若选用溶液作为负极电解质则蓝色加深)。 【变式5-2】 【答案】(1) (2)E1﹣E2 (3)-2 (4) (5)a 【详解】（1）已知热化学方程式：① ② 根据盖斯定律，将反应①和反应②相加，即可得到甲醇蒸气完全燃烧的热化学方程式：。其焓变 。 （2） 化学反应的焓变等于生成物的总能量减去反应物的总能量。由能量变化图可知，生成物的总能量为 ，反应物的总能量为 ，因此该反应的焓变 。 （3）在甲醇分子中，H元素的化合价通常为+1价，O元素的化合价为-2价。根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的原则，设C元素的化合价为 ，则有 ，解得 。 （4）在甲醇燃料电池中，通入燃料甲醇的一极为负极，发生失去电子的氧化反应。由图可知电池内部存在质子交换膜，说明电解质环境为酸性。甲醇在负极失去电子并与水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：。 （5）在原电池内部，阳离子向正极移动。根据装置图，左侧通入甲醇为负极，右侧通入氧气为正极，因此质子交换膜中的氢离子应从负极移向正极，即从左到右移动，故选a。 【变式5-3】 【答案】(1) 铁表面生成了不导电的，阻止了反应的进一步发生 (2) 【详解】（1）①由反应原理图可知，在反应中得到电子转化为，发生还原反应，因此作正极反应物的物质是。铁作原电池的负极，失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为：； ②根据表格和图示信息可知，当初始 pH=4.5 时，铁的最终物质形态为表面覆盖了不导电的。这层不导电的物质阻碍了电子的转移，阻止了反应的进一步发生，从而导致的去除率较低； （2）①在该电化学气敏传感器中，通入的一极发生氧化反应生成，通入的一极发生还原反应生成（或）。电池总反应方程式为：，根据化学方程式可知，反应消耗的与的物质的量之比为：； ②负极发生氧化反应，即失去电子生成。由于电解质溶液为溶液，环境呈碱性，结合电荷守恒和原子守恒，负极的电极反应式为：。 2 / 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 原电池（题型突破·举一反三） 题型01 原电池的构成与工作原理 题型02 原电池正负极的判断 题型03 化学电源 题型04 原电池反应与金属活动性 题型05 原电池的设计与综合应用（大题） ▌题型01 原电池的构成与工作原理 1．原电池是将 转化为 的装置，由两个活动性不同的电极和电解质溶液组成，通过导线连接形成闭合回路。 2．负极发生 反应（失去电子），正极发生 反应（得到电子）。电子沿导线从 流向 ，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 3．构成原电池的条件：①两个活动性不同的电极，②有电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发发生氧化还原反应。 4．较活泼金属作 ，较不活泼金属或导电非金属作 。负极质量减少，正极质量可能增加或有气泡。 5．原电池的表示方法：用(-)负极|电解质溶液|正极(+)表示。 【典例01】（24-25高二上·北京大兴·期末）下列装置工作时由化学能转化为电能的是 A．天然气燃气灶 B．太阳能电池 C．氢氧燃料电池 D．电解熔融NaCl 【变式1-1】（24-25高二上·北京东城·期末）下列关于原电池的叙述正确的是 A．原电池中较活泼的金属一定作负极 B．原电池工作时，电子从正极沿导线流向负极 C．原电池工作时，电解质溶液中阳离子向负极移动 D．原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应 【变式1-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）铜锌原电池（电解质为稀硫酸）工作时，下列叙述正确的是 A．正极反应为Zn-2e⁻=Zn²⁺ B．电池反应为Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ C．在外电路中，电子从Cu流向Zn D．溶液中的H⁺向负极移动 【变式1-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）将铁片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，构成原电池。下列说法正确的是 A．铁片作正极 B．铜片上发生氧化反应 C．电子由铜片经导线流向铁片 D．铁片上发生反应：Fe-2e⁻=Fe²⁺ ▌题型02 原电池正负极的判断 1．根据电极材料判断：较活泼金属作 ，较不活泼金属或导电非金属作 。但Mg-Al-NaOH中Al作负极，Mg作正极（Mg不与NaOH反应）。 2．根据电子流向判断：电子流出的一极为 ，电子流入的一极为 。 3．根据实验现象判断： 质量减少（溶解）， 质量增加或有气泡产生。 4．根据电解质溶液中离子移动方向判断：阳离子向 移动，阴离子向 移动。 5．盐桥的作用：在原电池中连接两个半电池，形成闭合回路，维持电荷平衡。 【典例02】（24-25高二上·北京东城·期末）某原电池中，Zn作负极，Cu作正极，电解质溶液为稀硫酸。下列说法正确的是 A．Zn上发生还原反应 B．Cu上发生氧化反应 C．电子从Zn经导线流向Cu D．H⁺向Zn极移动 【变式2-1】（24-25高二上·北京东城·期末）Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池，下列叙述正确的是 A．Mg作负极，Al作正极 B．Al作负极，电极反应为Al-3e⁻+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O C．电子从Al经导线流向Mg D．Mg上产生气泡 【变式2-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，下列有关说法正确的是 A．锌片作正极 B．铜片上有大量气泡产生 C．溶液中的H⁺向锌片定向移动 D．电子从铜片流向锌片 【变式2-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）某原电池的总反应为Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，下列叙述正确的是 A．Fe作正极 B．Cu²⁺在Fe上被还原 C．负极反应为Fe-2e⁻=Fe²⁺ D．正极发生氧化反应 ▌题型03 化学电源 1．一次电池：放电后不能充电，如锌锰干电池。负极Zn，正极石墨棒，电解质为NH₄Cl、ZnCl₂等。 2．二次电池：可充电重复使用，如铅蓄电池、锂离子电池。铅蓄电池放电时Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。 3．燃料电池：将燃料的化学能直接转化为电能，如氢氧燃料电池。燃料在负极反应，氧气在正极反应。 4．化学电源的优缺点：一次电池方便但不可回收；二次电池可重复使用；燃料电池效率高、污染小。 5．电池的电动势与电极材料、电解质溶液浓度和温度有关，与电池大小无关。 【典例03】（25-26高二上·北京·阶段检测）下列关于氢氧燃料电池的说法正确的是 A．碱性条件下，负极反应为H₂-2e⁻=2H⁺ B．H₂在正极发生氧化反应 C．燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置 D．电子从负极经电解质溶液流向正极 【变式3-1】（24-25高二上·北京东城·期末）铅蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。下列说法正确的是 A．放电时，PbO₂作负极 B．放电时，PbSO₄只在正极生成 C．放电时，H₂SO₄的浓度减小 D．充电时，PbSO₄转化为Pb和PbO₂ 【变式3-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）锌锰干电池工作时，下列说法正确的是 A．锌筒作正极 B．石墨棒上发生氧化反应 C．电子由锌筒经外电路流向石墨棒 D．MnO₂被还原为Mn²⁺ 【变式3-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）关于燃料电池的说法正确的是 A．燃料在正极反应 B．燃料电池工作时，阳离子向正极移动 C．酸性条件下，正极反应为2H₂-4e⁻=4H⁺ D．燃料电池的能量转化率可达100% ▌题型04 原电池反应与金属活动性 1．原电池中，作负极的金属活动性 （更活泼），作正极的金属活动性 。因此可以通过原电池反应来判断金属活动性顺序。 2．将两种金属用导线连接后放入电解质溶液中，活动性强的金属作 被腐蚀，活动性弱的金属作 被保护。 3．形成原电池后， 金属的腐蚀速率会加快， 金属的腐蚀速率会减慢（或不被腐蚀）。 4．增大反应物浓度、升高温度、增大接触面积都能 原电池的反应速率。 5．在Fe-Cu原电池的电解质溶液中加入CuSO₄，Fe会置换出Cu附着在Fe表面，形成更多Fe-Cu微电池，使Fe的腐蚀速率显著加快。 【典例04】（24-25高二上·北京·阶段检测）将铁片和锌片分别插入稀硫酸中，铁片上有气泡，锌片上有大量气泡。若将铁片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，下列说法正确的是 A．铁片上气泡增多，锌片上气泡减少 B．锌片上无气泡，铁片上有气泡 C．铁片上无气泡，锌片上有气泡 D．铁片和锌片上都有气泡 【变式4-1】（24-25高二上·北京东城·期末）将铁片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铁片的腐蚀速率与单独放入稀硫酸中相比 A．加快 B．减慢 C．不变 D．无法判断 【变式4-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）将铁片分别与下列金属用导线连接后放入稀硫酸中，铁腐蚀速率最快的是 A．镁 B．锌 C．铜 D．银 【变式4-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）在Fe-Cu-H₂SO₄原电池中，若向溶液中加入少量CuSO₄固体，下列说法正确的是 A．反应速率减慢 B．铁腐蚀速率加快 C．Cu上产生气泡减少 D．电流计指针偏转角度减小 ▌题型05 原电池的设计与综合应用（大题） 1．原电池的设计：根据氧化还原反应，确定正负极，选择合适的电极材料和电解质溶液，画出原电池示意图。 2．电极反应式书写技巧：注意介质条件——酸性加H⁺和H₂O，碱性加OH⁻和H₂O。 3．原电池中的离子移动：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4．二次电池的充放电：放电时是原电池，充电时是电解池，充放电反应互为逆反应。 5．原电池在生活中的应用：从锌锰干电池到锂离子电池，从氢氧燃料电池到太阳能电池，应用广泛。 【典例05】下图为某实验小组依据氧化还原反应设计的两套原电池装置。 (1)该实验小组是依据哪个氧化还原反应设计的原电池装置，请写出该反应的离子方程式________________________。 (2)该反应的负极反应式是___________________。 (3)正极材料是__________。铜能代替它的原因是_____________________________。 (4)盐桥(装有含琼胶的KCl饱和溶液)中离子移动方向是：Cl−移向_______(填“正极”或“负极”)。 (5)装置乙优于装置甲的原因：_______________________________ 。 【变式5-1】设计电池： 利用与Cu发生的反应，设计一个可正常工作的电池，补全该电化学装置示意图_________________，写出电池工作一段时间后的现象。 供选择的实验用品： KCl溶液、溶液、溶液、溶液、铜棒、锌棒、铁棒、石墨棒、氯化钾盐桥。 现象：______________________________________。 【变式5-2】I． 甲醇是人们开发和利用的一种新能源。已知： ① 2H2(g)＋O2(g) =2H2O(l)   ΔH1=-571.8 kJ·mol-1； ② CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)  ΔH2=-192.9 kJ·mol-1 (1)甲醇蒸气完全燃烧的热化学方程式为_____________  。 (2)反应②中的能量变化如图所示，则 ΔH2=__________________(填字母表达式)。 II．以甲醇为燃料设计的直接型甲醇燃料电池(DMFC)装置如图所示。 (3)CH3OH中C元素的化合价是______________。 (4)负极的电极反应式是_______________________________________。 (5)质子交换膜中H+的流向是_____________。   a．从左到右     b．从右到左     c．不确定 【变式5-3】回答下列问题。 (1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐()已成为环境修复研究的热点之一。 ①Fe还原水体中的反应原理如图所示。 作正极反应物的物质是__________；负极的电极反应式是__________。 ②将足量铁粉投入水体中，经24小时测定的去除率和pH，结果如下： 初始pH pH=2.5 pH=4.5 的去除率 接近100% <50% 24小时pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH=4.5时，的去除率低。其原因是________________________________________。 (2)电化学气敏传感器可用于监测环境中的含量，其工作原理示意图如下。 ①反应消耗的与的物质的量之比为__________。 ②负极的电极反应式为：__________________________________________________。 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 原电池（题型突破·举一反三） 题型01 原电池的构成与工作原理 题型02 原电池正负极的判断 题型03 化学电源 题型04 原电池反应与金属活动性 题型05 原电池的设计与综合应用（大题） ▌题型01 原电池的构成与工作原理 1．原电池是将化学能转化为电能的装置，由两个活动性不同的电极和电解质溶液组成，通过导线连接形成闭合回路。 2．负极发生氧化反应（失去电子），正极发生还原反应（得到电子）。电子沿导线从负极流向正极，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 3．构成原电池的条件：①两个活动性不同的电极，②有电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发发生氧化还原反应。 4．较活泼金属作负极，较不活泼金属或导电非金属作正极。负极质量减少，正极质量可能增加或有气泡。 5．原电池的表示方法：用(-)负极|电解质溶液|正极(+)表示。 【典例01】（24-25高二上·北京大兴·期末）下列装置工作时由化学能转化为电能的是 A．天然气燃气灶 B．太阳能电池 C．氢氧燃料电池 D．电解熔融NaCl 【答案】C A选项：天然气燃气灶是把化学能转化为热能，不是电能，所以A不对。 B选项：太阳能电池是把太阳能转化为电能，不是化学能，所以B不对。 C选项：氢氧燃料电池利用氢气燃烧反应将化学能直接转化为电能，C正确。 D选项：电解熔融NaCl是把电能转化为化学能，属于电解池，所以D不对。 答案选C。 【变式1-1】（24-25高二上·北京东城·期末）下列关于原电池的叙述正确的是 A．原电池中较活泼的金属一定作负极 B．原电池工作时，电子从正极沿导线流向负极 C．原电池工作时，电解质溶液中阳离子向负极移动 D．原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应 【答案】D A选项：一般情况下较活泼金属作负极，但Mg-Al-NaOH原电池中，Al与NaOH反应，Al作负极，Mg作正极。所以"一定"太绝对了，不对。 B选项：电子从负极流向正极，不是从正极流向负极，搞反了，B不对。 C选项：阳离子向正极移动（正极需要阳离子来中和负电荷），不是向负极，C不对。 D选项：负极失电子被氧化，正极得电子被还原，这是原电池的基本原理，D正确。 答案选D。 【变式1-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）铜锌原电池（电解质为稀硫酸）工作时，下列叙述正确的是 A．正极反应为Zn-2e⁻=Zn²⁺ B．电池反应为Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ C．在外电路中，电子从Cu流向Zn D．溶液中的H⁺向负极移动 【答案】B A选项：Cu是正极，正极应该是H⁺得电子生成H₂，Zn失电子是在负极发生的，A不对。 B选项：铜锌原电池的总反应就是Zn和H₂SO₄的反应：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，B正确。 C选项：电子从Zn（负极）经导线流向Cu（正极），不是从Cu流向Zn，C不对。 D选项：H⁺向正极移动，在正极得电子生成H₂，不是向负极，D不对。 答案选B。 【变式1-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）将铁片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，构成原电池。下列说法正确的是 A．铁片作正极 B．铜片上发生氧化反应 C．电子由铜片经导线流向铁片 D．铁片上发生反应：Fe-2e⁻=Fe²⁺ 【答案】D A选项：铁的金属活动性比铜强，所以铁作负极，铜作正极，A说反了，不对。 B选项：铜是正极，发生还原反应，H⁺得电子生成H₂，不是氧化反应，B不对。 C选项：电子从铁（负极）经导线流向铜（正极），C说反了，不对。 D选项：铁是负极，失电子变成Fe²⁺：Fe-2e⁻=Fe²⁺，D正确。 答案选D。 ▌题型02 原电池正负极的判断 1．根据电极材料判断：较活泼金属作负极，较不活泼金属或导电非金属作正极。但Mg-Al-NaOH中Al作负极，Mg作正极（Mg不与NaOH反应）。 2．根据电子流向判断：电子流出的一极为负极，电子流入的一极为正极。 3．根据实验现象判断：负极质量减少（溶解），正极质量增加或有气泡产生。 4．根据电解质溶液中离子移动方向判断：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 5．盐桥的作用：在原电池中连接两个半电池，形成闭合回路，维持电荷平衡。 【典例02】（24-25高二上·北京东城·期末）某原电池中，Zn作负极，Cu作正极，电解质溶液为稀硫酸。下列说法正确的是 A．Zn上发生还原反应 B．Cu上发生氧化反应 C．电子从Zn经导线流向Cu D．H⁺向Zn极移动 【答案】C A选项：Zn是负极，发生氧化反应（失电子），不是还原反应，A不对。 B选项：Cu是正极，发生还原反应（H⁺得电子），不是氧化反应，B不对。 C选项：电子从负极（Zn）经导线流向正极（Cu），C正确。 D选项：H⁺向正极（Cu）移动，在Cu上得电子生成H₂，不是向Zn，D不对。 答案选C。 【变式2-1】（24-25高二上·北京东城·期末）Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池，下列叙述正确的是 A．Mg作负极，Al作正极 B．Al作负极，电极反应为Al-3e⁻+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O C．电子从Al经导线流向Mg D．Mg上产生气泡 【答案】B 在NaOH溶液中，Mg不和NaOH反应，但Al能和NaOH反应，所以Al参与反应，作负极。 A选项：Mg作正极，Al作负极，A说反了，不对。 B选项：Al作负极，在碱性条件下失电子生成AlO₂⁻：Al-3e⁻+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O，B正确。 C选项：电子从Al（负极）经导线流向Mg（正极），C正确，但C和B都对，B更符合题意。 D选项：Mg是正极，H₂O在Mg上得电子生成H₂，有气泡，D也正确。但本题是单选题，选B。 答案选B。 【变式2-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，下列有关说法正确的是 A．锌片作正极 B．铜片上有大量气泡产生 C．溶液中的H⁺向锌片定向移动 D．电子从铜片流向锌片 【答案】B A选项：锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，A不对。 B选项：铜是正极，H⁺在正极得电子生成H₂，所以铜片上有气泡，B正确。 C选项：H⁺向正极（铜片）移动，不是向锌片，C不对。 D选项：电子从锌片（负极）经导线流向铜片（正极），D不对。 答案选B。 【变式2-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）某原电池的总反应为Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，下列叙述正确的是 A．Fe作正极 B．Cu²⁺在Fe上被还原 C．负极反应为Fe-2e⁻=Fe²⁺ D．正极发生氧化反应 【答案】C A选项：Fe失去电子被氧化，作负极，不是正极，A不对。 B选项：Cu²⁺在正极被还原，不是在Fe上，Fe是负极，Fe本身在失电子被氧化，B不对。 C选项：Fe是负极，反应为Fe-2e⁻=Fe²⁺，C正确。 D选项：正极是Cu²⁺得电子，发生还原反应，不是氧化反应，D不对。 答案选C。 ▌题型03 化学电源 1．一次电池：放电后不能充电，如锌锰干电池。负极Zn，正极石墨棒，电解质为NH₄Cl、ZnCl₂等。 2．二次电池：可充电重复使用，如铅蓄电池、锂离子电池。铅蓄电池放电时Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。 3．燃料电池：将燃料的化学能直接转化为电能，如氢氧燃料电池。燃料在负极反应，氧气在正极反应。 4．化学电源的优缺点：一次电池方便但不可回收；二次电池可重复使用；燃料电池效率高、污染小。 5．电池的电动势与电极材料、电解质溶液浓度和温度有关，与电池大小无关。 【典例03】（25-26高二上·北京·阶段检测）下列关于氢氧燃料电池的说法正确的是 A．碱性条件下，负极反应为H₂-2e⁻=2H⁺ B．H₂在正极发生氧化反应 C．燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置 D．电子从负极经电解质溶液流向正极 【答案】C A选项：碱性条件下，H₂在负极生成H₂O，不是H⁺：2H₂+4OH⁻-4e⁻=4H₂O，所以A不对。 B选项：H₂在负极反应，发生氧化反应，不是正极，B不对。 C选项：燃料电池和原电池一样，都是把化学能直接转化为电能，C正确。 D选项：电子不能通过电解质溶液，是通过外电路导线走的，电解质溶液中是靠离子导电，D不对。 答案选C。 【变式3-1】（24-25高二上·北京东城·期末）铅蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。下列说法正确的是 A．放电时，PbO₂作负极 B．放电时，PbSO₄只在正极生成 C．放电时，H₂SO₄的浓度减小 D．充电时，PbSO₄转化为Pb和PbO₂ 【答案】C A选项：放电时PbO₂得到电子，作正极，不是负极，A不对。 B选项：PbSO₄在正负极都生成，负极Pb生成PbSO₄，正极PbO₂也生成PbSO₄，B不对。 C选项：放电时消耗H₂SO₄生成PbSO₄和H₂O，所以H₂SO₄浓度减小，C正确。 D选项：充电时，PbSO₄在阴极变成Pb，在阳极变成PbO₂，D也正确。但本题是单选题，选C。 答案选C。 【变式3-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）锌锰干电池工作时，下列说法正确的是 A．锌筒作正极 B．石墨棒上发生氧化反应 C．电子由锌筒经外电路流向石墨棒 D．MnO₂被还原为Mn²⁺ 【答案】C A选项：锌锰干电池中，锌筒是负极，石墨棒是正极，A不对。 B选项：石墨棒是正极，发生还原反应，不是氧化反应，B不对。 C选项：电子从负极（锌筒）经外电路流向正极（石墨棒），C正确。 D选项：MnO₂在正极被还原，产物是MnOOH，不是Mn²⁺，D不对。 答案选C。 【变式3-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）关于燃料电池的说法正确的是 A．燃料在正极反应 B．燃料电池工作时，阳离子向正极移动 C．酸性条件下，正极反应为2H₂-4e⁻=4H⁺ D．燃料电池的能量转化率可达100% 【答案】B A选项：燃料在负极发生氧化反应，O₂在正极发生还原反应，A不对。 B选项：和原电池一样，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B正确。 C选项：正极反应是O₂+4H⁺+4e⁻=2H₂O，2H₂-4e⁻=4H⁺是负极反应，C不对。 D选项：能量转化不可能100%，总会有热能损失，D不对。 答案选B。 ▌题型04 原电池反应与金属活动性 1．原电池中，作负极的金属活动性较强（更活泼），作正极的金属活动性较弱。因此可以通过原电池反应来判断金属活动性顺序。 2．将两种金属用导线连接后放入电解质溶液中，活动性强的金属作负极被腐蚀，活动性弱的金属作正极被保护。 3．形成原电池后，负极金属的腐蚀速率会加快，正极金属的腐蚀速率会减慢（或不被腐蚀）。 4．增大反应物浓度、升高温度、增大接触面积都能加快原电池的反应速率。 5．在Fe-Cu原电池的电解质溶液中加入CuSO₄，Fe会置换出Cu附着在Fe表面，形成更多Fe-Cu微电池，使Fe的腐蚀速率显著加快。 【典例04】（24-25高二上·北京·阶段检测）将铁片和锌片分别插入稀硫酸中，铁片上有气泡，锌片上有大量气泡。若将铁片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，下列说法正确的是 A．铁片上气泡增多，锌片上气泡减少 B．锌片上无气泡，铁片上有气泡 C．铁片上无气泡，锌片上有气泡 D．铁片和锌片上都有气泡 【答案】C 单独放入时，铁和锌都能与稀硫酸反应生成H₂，锌反应更剧烈。 用导线连接后，形成Zn-Fe-H₂SO₄原电池，锌比铁活泼，锌作负极，失电子变成Zn²⁺，锌片上不发生H₂的生成反应，所以无气泡。铁作正极，H⁺在铁上得电子生成H₂，所以铁片上有气泡。 答案选C。 【变式4-1】（24-25高二上·北京东城·期末）将铁片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铁片的腐蚀速率与单独放入稀硫酸中相比 A．加快 B．减慢 C．不变 D．无法判断 【答案】A 单独放入时，铁片直接与H₂SO₄反应。用导线连接铜片后，形成Fe-Cu-H₂SO₄原电池，铁比铜活泼，铁作负极被腐蚀，失电子变成Fe²⁺，铁的腐蚀速率加快。 答案选A。 【变式4-2】（25-26高二上·北京·阶段检测）将铁片分别与下列金属用导线连接后放入稀硫酸中，铁腐蚀速率最快的是 A．镁 B．锌 C．铜 D．银 【答案】D 金属活动性顺序：Mg>Zn>Fe>Cu>Ag。 铁与比它不活泼的金属连接时，铁作负极，铁腐蚀加快。铁与比它活泼的金属连接时，铁作正极，铁被保护，腐蚀减慢。 A．Mg比Fe活泼，Mg作负极，Fe作正极被保护，腐蚀减慢。 B．Zn比Fe活泼，Fe作正极被保护，腐蚀减慢。 C．Cu不如Fe活泼，Fe作负极，腐蚀加快，但Cu和Ag中，Ag更不活泼，Fe-Ag原电池中Fe失电子更快。 D．Ag不如Fe活泼，Fe作负极，Fe-Ag电位差更大，铁腐蚀最快。 答案选D。 【变式4-3】（24-25高二上·北京大兴·期末）在Fe-Cu-H₂SO₄原电池中，若向溶液中加入少量CuSO₄固体，下列说法正确的是 A．反应速率减慢 B．铁腐蚀速率加快 C．Cu上产生气泡减少 D．电流计指针偏转角度减小 【答案】B 加入CuSO₄后，Fe置换出Cu：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，生成的Cu附着在Fe表面，形成更多Fe-Cu微电池，大大加快了铁的腐蚀速率。 A选项：反应速率加快，不是减慢，A不对。 B选项：铁腐蚀速率加快，B正确。 C选项：Cu上产生气泡增多（因为形成的微电池更多），不是减少，C不对。 D选项：电流计指针偏转角度增大，不是减小，D不对。 答案选B。 ▌题型05 原电池的设计与综合应用（大题） 1．原电池的设计：根据氧化还原反应，确定正负极，选择合适的电极材料和电解质溶液，画出原电池示意图。 2．电极反应式书写技巧：注意介质条件——酸性加H⁺和H₂O，碱性加OH⁻和H₂O。 3．原电池中的离子移动：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4．二次电池的充放电：放电时是原电池，充电时是电解池，充放电反应互为逆反应。 5．原电池在生活中的应用：从锌锰干电池到锂离子电池，从氢氧燃料电池到太阳能电池，应用广泛。 【典例05】下图为某实验小组依据氧化还原反应设计的两套原电池装置。 (1)该实验小组是依据哪个氧化还原反应设计的原电池装置，请写出该反应的离子方程式________________________。 (2)该反应的负极反应式是___________________。 (3)正极材料是__________。铜能代替它的原因是_____________________________。 (4)盐桥(装有含琼胶的KCl饱和溶液)中离子移动方向是：Cl−移向_______(填“正极”或“负极”)。 (5)装置乙优于装置甲的原因：_______________________________ 。 【答案】(1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu (2)Fe-2e− =Fe2+ (3) 石墨 铜是能导电的固体，且不与电解质溶液反应 (4)负极 (5)避免Fe直接与Cu2+接触发生置换反应，减小能量损耗，能获得更稳定、持续的电流，电池转化效率高 【详解】（1）在给定的装置中，铁比C活泼，活泼金属铁作负极，失去电子；氯化铜溶液中的铜离子在正极得到电子。因此，总反应为铁与铜离子的置换反应，对应的离子方程式为 。 （2）铁比碳活泼，铁作为负极失去电子生成亚铁离子，其电极反应式为 。 （3）根据图示，装置中的正极材料是石墨（或C）。原电池的正极材料通常只需满足两个条件：一是能够导电，二是活泼性弱于负极材料。铜的金属活动性比铁弱，且具有良好的导电性，因此完全可以代替石墨作为该原电池的正极。 （4）在原电池工作时，负极不断产生阳离子（），正极不断消耗阳离子（）。为了维持两侧溶液的电中性，盐桥中的阴离子（）会向负极区移动，阳离子（）会向正极区移动。因此， 移向负极。 （5）装置甲（单液原电池）中，铁片直接与氯化铜溶液接触，铁会直接置换出铜并附着在铁片表面，形成无数微小的原电池，导致部分化学能转化为热能损耗，电流不稳定且电池寿命短。装置乙（双液原电池）采用盐桥将还原剂（Fe）和氧化剂（）隔离，避免了它们直接接触发生化学反应，使得电子只能通过外电路转移，从而能够产生持续、稳定的电流，大大提高了化学能转化为电能的效率。 【变式5-1】设计电池： 利用与Cu发生的反应，设计一个可正常工作的电池，补全该电化学装置示意图_________________，写出电池工作一段时间后的现象。 供选择的实验用品： KCl溶液、溶液、溶液、溶液、铜棒、锌棒、铁棒、石墨棒、氯化钾盐桥。 现象：______________________________________。 【答案】 现象：电流表指针偏转，铜棒变细，溶液颜色变浅(若选用溶液作为负极电解质则蓝色加深) 【详解】利用与发生的反应设计原电池，其总反应方程式为：； 1. 电极与反应： 负极：发生氧化反应，失电子。反应式为 ，因此负极材料必须是铜棒； 正极：发生还原反应，得电子。反应式为 ，电极本身不参与反应，需选择惰性电极，提供的用品中应选石墨棒； 2. 装置图分析： 观察图中导线上的电子流向箭头，电子由右侧电极流向左侧电极。在原电池中，电子从负极流向正极，因此右侧为负极，左侧为正极； 右侧(负极)：电极材料填“铜棒”；电解质溶液需导电且不与铜直接反应，通常选择含有对应金属阳离子的溶液，即“溶液”(填溶液亦可)。 左侧(正极)：电极材料填“石墨棒”；电解质溶液必须含有得电子的氧化剂，即“溶液”； 3. 现象分析： 产生稳定电流，电流表指针偏转，负极的铜不断失电子溶解生成，铜棒变细，正极的不断得电子被还原为，溶液颜色变浅(若选用溶液作为负极电解质则蓝色加深)。 【变式5-2】I． 甲醇是人们开发和利用的一种新能源。已知： ① 2H2(g)＋O2(g) =2H2O(l)   ΔH1=-571.8 kJ·mol-1； ② CH3OH(g)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)  ΔH2=-192.9 kJ·mol-1 (1)甲醇蒸气完全燃烧的热化学方程式为_____________  。 (2)反应②中的能量变化如图所示，则 ΔH2=__________________(填字母表达式)。 II．以甲醇为燃料设计的直接型甲醇燃料电池(DMFC)装置如图所示。 (3)CH3OH中C元素的化合价是______________。 (4)负极的电极反应式是_______________________________________。 (5)质子交换膜中H+的流向是_____________。   a．从左到右     b．从右到左     c．不确定 【答案】(1) (2)E1﹣E2 (3)-2 (4) (5)a 【详解】（1）已知热化学方程式：① ② 根据盖斯定律，将反应①和反应②相加，即可得到甲醇蒸气完全燃烧的热化学方程式：。其焓变 。 （2） 化学反应的焓变等于生成物的总能量减去反应物的总能量。由能量变化图可知，生成物的总能量为 ，反应物的总能量为 ，因此该反应的焓变 。 （3）在甲醇分子中，H元素的化合价通常为+1价，O元素的化合价为-2价。根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的原则，设C元素的化合价为 ，则有 ，解得 。 （4）在甲醇燃料电池中，通入燃料甲醇的一极为负极，发生失去电子的氧化反应。由图可知电池内部存在质子交换膜，说明电解质环境为酸性。甲醇在负极失去电子并与水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：。 （5）在原电池内部，阳离子向正极移动。根据装置图，左侧通入甲醇为负极，右侧通入氧气为正极，因此质子交换膜中的氢离子应从负极移向正极，即从左到右移动，故选a。 【变式5-3】回答下列问题。 (1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐()已成为环境修复研究的热点之一。 ①Fe还原水体中的反应原理如图所示。 作正极反应物的物质是__________；负极的电极反应式是__________。 ②将足量铁粉投入水体中，经24小时测定的去除率和pH，结果如下： 初始pH pH=2.5 pH=4.5 的去除率 接近100% <50% 24小时pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH=4.5时，的去除率低。其原因是________________________________________。 (2)电化学气敏传感器可用于监测环境中的含量，其工作原理示意图如下。 ①反应消耗的与的物质的量之比为__________。 ②负极的电极反应式为：__________________________________________________。 【答案】(1) 铁表面生成了不导电的，阻止了反应的进一步发生 (2) 【详解】（1）①由反应原理图可知，在反应中得到电子转化为，发生还原反应，因此作正极反应物的物质是。铁作原电池的负极，失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为：； ②根据表格和图示信息可知，当初始 pH=4.5 时，铁的最终物质形态为表面覆盖了不导电的。这层不导电的物质阻碍了电子的转移，阻止了反应的进一步发生，从而导致的去除率较低； （2）①在该电化学气敏传感器中，通入的一极发生氧化反应生成，通入的一极发生还原反应生成（或）。电池总反应方程式为：，根据化学方程式可知，反应消耗的与的物质的量之比为：； ②负极发生氧化反应，即失去电子生成。由于电解质溶液为溶液，环境呈碱性，结合电荷守恒和原子守恒，负极的电极反应式为：。 5 / 12 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 $