1、练案 16 第六章化学反应与能量 第 16 讲原电池化学电源 A 组基础必做题(40 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 4 分，共 16 分) 1(2021河北衡水检测)铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是(C) Aa 电极发生还原反应 B盐桥中 K 移向 a 电极 Cb 电极反应式为 Cu2 2e=Cu D电子由 Zn 电极流出，经盐桥流向 b 电极 解析本题考查“双液铜锌原电池”的构成及工作原理。Zn 的金属活动性强于 Cu， 则铜锌原电池中，Zn 作负极，发生氧化反应，A 错误；b 电极是正极，盐桥中阳离子向正 极区移动， 则盐桥中 K 移向 b 电极， B 错误； 溶液中
2、Cu2在 b 电极上发生还原反应生成 Cu， 电极反应式为 Cu2 2e=Cu，C 正确；电子由负极经导线流向正极，则电子由 Zn 电极流 出，经电流计流向 Cu 电极，电子不能经过盐桥，D 错误。 2(2021湖北武汉模拟)中科院某课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折 纸通道内形成电池(如图所示)，该电池可将可乐(pH2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下 列说法中正确的是(C) Aa 极为正极 B随着反应不断进行，负极区的 pH 不断增大 C消耗 0.01 mol 葡萄糖，电路中转移 0.02 mol 电子 Db 极电极反应式为 MnO22H2O2e =Mn24OH 解析根据图知
3、，葡萄糖 C6H12O6转化为葡萄糖内酯 C6H10O6，C 元素化合价由 0 价 转化为1 3，则该电极上失电子发生氧化反应，所以 a 为负极，b 为正极，故 A 错误；负极 区电极反应式为 C6H12O62e =C6H10O62H，负极溶液中 c(H)增大，则溶液的 pH 减 小，故 B 错误；根据 C6H12O62e =C6H10O62H知，消耗 1 mol 葡萄糖转移 2 mol 电子， 则消耗 0.01 mol 葡萄糖转移 0.02 mol 电子，C 正确；b 电极上二氧化锰得电子和氢离子反应 生成水和锰离子，电极反应式为 MnO24H 2e=Mn22H2O，D 错误。 3(2020
4、山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水 体修复的过程如图所示。 H 、O2、NO 3等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内 ZVI 释放电子的 物质的量为 nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为 ne。下列说法错误的是(B) A反应均在正极发生 B单位时间内，三氯乙烯脱去 a mol Cl 时 nea mol C的电极反应式为 NO 310H 8e=NH 43H2O D增大单位体积水体中小微粒 ZVI 的投入量，可使 nt增大 解析本题以利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯进行水体修复为载 体，考查了原电池原理在生产中的应用，考点有
5、正、负电极反应的判断，电极反应式的书写 与计算，加快化学反应速率方法的判断等；体现了考查要求中的综合性、应用性和创新性， 考查的学科核心素养有变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知等。A 项，由题图中各元 素反应前后化合价的变化可知， 反应均为得电子的反应， 所以应在正极发生， 正确； B 项，三氯乙烯脱氯时发生的反应为 CHCl=CCl23H 6eCH2=CH23Cl，故脱 去 a mol Cl 时 ne2a mol，错误；C 项，由题图及 N 元素的化合价变化可写出的电极反应 式为 NO 310H 8e=NH 43H2O，正确；D 项，增大单位体积水体中小粒径 ZVI 的投 入量，可以增大
6、小粒径 ZVI 和正极的接触面积，加快 ZVI 释放电子的速率，使 nt增大，正 确。 4(2021山东泰安一模)中科院科学家设计出一套利用 SO2和太阳能综合制氢方案，其 基本工作原理如图所示。下列说法错误的是(C) A该电化学装置中，Pt 电极作正极 BPt 电极的电势高于 BiVO4电极的电势 C电子流向：Pt 电极导线BiVO4电极电解质溶液Pt 电极 DBiVO4电极上的反应式为 SO2 32e 2OH=SO2 4H2O 解析Pt 电极上 H2O 得电子生成 H2，发生还原反应，Pt 电极作正极，故 A 正确；Pt 电极为正极，BiVO4电极为负极，所以 Pt 电极的电势高于 BiV
7、O4电极的电势，故 B 正确； 电子从 BiVO4电极(负极)经导线流向 Pt 电极(正极)，不能进入溶液，故 C 错误；BiVO4电极 为负极， 电极上发生氧化反应， 电极反应式为 SO2 32e 2OH=SO2 4H2O， 故 D 正确。 点拨本题的易错选项为 C，要注意溶液通过自由移动的离子导电，电子不能进入溶 液；难点为 D，要注意电极反应式的书写与溶液的酸碱性有关。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 24 分) 5 (2021河北衡水高三检测)(1)锌锰(ZnMnO2)干电池应用广泛， 其电解质溶液是 ZnCl2 NH4Cl 混合溶液。 该电池的负极材料是Zn。电池工作时，电子流
8、向正极(填“正极”或“负 极”)。 若 ZnCl2NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2 ，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 Zn 与 Cu2 反应生成 Cu，Zn 与 Cu 构成原电池，加快反应速率 。 (2)铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是 Pb 和 PbO2，电解液为硫酸。该电 池总反应式为 PbPbO22H2SO4 放电 充电 2PbSO42H2O。 该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向负极(填“正极”或“负极”)；正极 附近溶液的酸性减弱(填“增强”“减弱”或“不变”)，负极的电极反应式为Pb2e SO2 4=PbSO4。(已知：硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电
9、极上) 实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，若制得 0.050 mol Cl2，这时电池 内消耗的 H2SO4的物质的量至少是0.1mol。 (3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为 KOH 溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为H22e 2OH=2H2O 。该电池工作时， 外电路每流过 2 mol e ，消耗标准状况下氧气 11.2L。 解析(1)负极上失电子发生氧化反应，则 Zn 失电子为负极，电子由负极流向正极。 电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的 Cu 构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。 (2)在铅蓄电池中，根据原电池反应式中元素化合价变化
10、知，在 Pb 电极上 Pb 元素化 合价由 0 变为2，发生氧化反应：Pb2e SO2 4=PbSO4，所以 Pb 作负极，PbO2作正 极，电解质溶液中阴离子移向负极。工作时，该铅蓄电池正极上 PbO2得电子发生还原反应， 电极反应为 PbO2SO2 42e 4H=PbSO42H2O，正极附近溶液的酸性减弱。 设生成 0.05 mol Cl2需转移的电子为 x mol。 2Cl 2e =Cl2 2 mol1 mol x mol0.050 mol 解得 x0.1， 设转移 0.1 mol e 时，消耗硫酸的物质的量为 y mol，放电时，铅蓄电池的电池反应式为 PbO2Pb2H2SO4=2Pb
11、SO42H2O转移电子 2 mol2 mol y mol0.1 mol y0.1，所以消耗硫酸的物质的量为 0.1 mol。 (3)燃料与氧气反应的总化学方程式为 2H2O2=2H2O，电解质溶液呈碱性，负极上氢 气失电子生成水，则负极的电极反应式为 H22OH 2e=2H2O 或 2H24OH4e =4H2O；该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式为 O22H2O4e =4OH，则外电路每流过 2 mol e，消耗氧气为 0.5 mol，所以消耗标准状况下氧气的体 积为 0.5 mol22.4 Lmol 111.2 L。 6(2020北京等级考适应性测试，16)2019 年诺
12、贝尔化学奖授予对锂电池及锂离子电池 研究做出贡献的三位科学家。 (1)最早的可充电锂电池用金属锂作负极。 锂在元素周期表中的位置是第二周期第A 族，属于活泼金属，使电池存在较大安全隐患。 (2)现在广泛使用的锂离子电池有多种类型。某可充电钴酸锂电池的工作原理如下图所 示： 该电池放电时，其中一极的电极反应式是 LixC6xe =6CxLi，则该极应为上图 中的A(填“A”或“B”)。 碳酸乙烯酯(EC)常用作电解液的溶剂，其结构为，熔点 35 ，可燃，可由二 氧化碳和有机物 X 在一定条件下合成。X 与乙醛互为同分异构体，核磁共振氢谱显示只有 一组峰：写出合成 EC 的化学方程式： 。 从正极
13、材料中回收钴和锂的流程如下： 写出酸浸过程中发生反应的化学方程式：2LiCoO23H2SO4H2O2=Li2SO4 2CoSO4O24H2O。 拆解废旧电池前需进行放电处理， 既可保证安全又有利于回收锂。 有利于回收锂的原因 是放电可使 LixC6失电子变为 Li ，Li从负极移向正极，尽可能多的在正极处富集 。 解析(1)由 Li 的核外电子排布可知其位于第二周期A 族。 (2)根据 Li 的移动方向 可以判断出 A 为负极，B 为正极，电极反应式 LixC6xe =6CxLi为负极反应式，由 题意可知，X 为。由流程图及氧化还原反应规律知，酸浸时的化学方程式为 2LiCoO2 3H2SO4
14、H2O2=Li2SO42CoSO44H2OO2；由题意可知，放电可使 Li 从负极移向 正极，有利于回收锂。 B 组能力提升题(60 分) 一、选择题(本题包括 4 小题，每题 6 分，共 24 分) 1(2021山东潍坊高三检测)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2O H2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(D) AZn 电极是负极 BAg2O 电极发生还原反应 CZn 电极的电极反应式：Zn2e 2OH=Zn(OH)2 D放电前后电解质溶液的 pH 保持不变 解析A 项，由电池的总反应 ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag 知，Zn 从 0
15、 价变为 2 价，化合价升高，失去电子，故 Zn 电极为负极，正确；B 项，Ag2O 中 Ag 从1 价变 为 0 价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，正确；C 项，在碱性条件下，Zn2 与 OH 结合生成 Zn(OH)2，故 Zn 电极的电极反应式为 Zn2e2OH=Zn(OH)2，正确；D 项， 根据总反应可知，反应中 H2O 被不断消耗，电解质溶液中 OH 浓度增大，所以放电后电解 质溶液的 pH 增大，错误。 点拨依据已知的电池总反应方程式，标出变价元素的化合价，结合原电池工作原理 判断。 2(2021河南平顶山月考)如图是盐桥中吸附有饱和 KCl 溶液的原电池示意图。下列说 法错
16、误的是(B) A该原电池的负极反应式为 Cu2e =Cu2 B电子流向：Cu 棒盐桥Pt 棒电流表Cu 棒 C甲烧杯中的 c(NO 3)逐渐减小 D盐桥中的 K 移向甲烧杯 解析本题考查双液原电池的构成及工作原理。Cu 比 Pt 活泼，则 Cu 作原电池的负 极，发生氧化反应，电极反应式为 Cu2e =Cu2，A 正确；电子只能在电极和导线中移 动，不能进入电解质溶液，故电子流向为 Cu 棒电流表Pt 棒，B 错误；Pt 电极作原电池 的正极，发生还原反应，电极反应式为 NO 34H 3e=NO2H2O，反应消耗 NO 3， 则甲烧杯中 c(NO 3)逐渐减小，C 正确；原电池中阳离子向正极移
17、动，则盐桥中的 K 移向甲 烧杯，D 正确。 3(2021四川广安月考)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其制作的燃料电池是 一种理想的电池， 具有容量大、 能量转化效率高、 产物无污染等特点， 其工作原理如图所示， 下列叙述正确的是(C) A电池工作时，正极附近溶液的 pH 降低 B当消耗 1 mol O2时，有 2 mol Na 由甲槽向乙槽迁移 C负极反应为 4OH N2H44e=N24H2O D若去掉离子交换膜，电池也能正常工作 解析本题考查肼燃料电池的构成及工作原理。 电池工作时， O2在正极发生还原反应： O22H2O4e =4OH，由于生成 OH，溶液的 pH 增大，A
18、错误；当消耗 1 mol O2时， 电路中转移 4 mol 电子，为保持溶液呈电中性，应有 4 mol Na 由甲槽向乙槽迁移，B 错误； N2H4在负极失电子发生氧化反应，则负极反应为 4OH N2H44e=N24H2O，C 正 确，若去掉离子交换膜，肼会与水中溶解的氧气直接接触，有爆炸危险，D 错误。 4 (2021 贵 州 黔 南 州 月 考 ) 利 用 人 工 光 合 作 用 合 成 甲 酸 的 原 理 为 2CO2 2H2O 太阳能 光触媒 2HCOOHO2，装置如图所示。下列说法不正确的是(B) A该装置将太阳能转化为化学能和电能 B电极 1 周围溶液的 pH 增大 C电极 2 上
19、发生的反应为 CO22H 2e=HCOOH DH 由电极 1 室经过质子膜移向电极 2 室 解析本题考查利用原电池原理制备 HCOOH。在光触媒作用下，利用太阳能将 CO2 和 H2O 合成甲酸，同时电路中有电子转移，故可将太阳能转化为化学能和电能，A 正确； 电极 1 上发生失电子的氧化反应，则电极 1 上发生的反应为 2H2O4e =4HO2，反 应中生成 H ，故电极 1 周围溶液的 pH 减小，B 错误；电极 2 上 CO2 发生还原反应生成 HCOOH， 电极反应式为 CO22H 2e=HCOOH， C 正确； 原电池中阳离子向正极移动， 电极 1 是负极，电极 2 是正极，则 H
20、由电极 1 室经过质子膜移向电极 2 室，D 正确。 二、非选择题(本题包括 2 小题，共 36 分) 5(2021湖北武汉模拟)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知：铬能与稀硫酸 反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。 (1)铜、铬构成的原电池如图甲，其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产 生。盐桥中装的是饱和 KCl 琼脂溶液，下列关于此电池的说法正确的是B(填选项字 母)。 A盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，凡是有盐桥的原电池，盐 桥中均可以用饱和 KCl 琼脂溶液 B理论上 1 mol Cr 溶解，盐桥中将有 2 mol Cl 进入左池，2 mol K进入
21、右池 C此过程中 H 得电子，发生氧化反应 D电子从铬极通过导线到铜极，又通过盐桥转移到左烧杯中 (2)如果构成图乙电池，发现铜电极上不再有图甲的现象，铬电池上产生大量气泡，遇 空气呈红棕色。写出正极的电极反应式：4H NO 33e =NO2H2O 。 (3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时，观察到了预料之外的现象： 铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状； 反应一段时间后有大 量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越多，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。请解释这 两种现象的原因：Cu2 水解使溶液呈酸性，铬既能与 Cu2发生置换反应生成 Cu，又能与 酸性溶液反应生
22、成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，使产生氢气的速 率加快。 解析(1)由于铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)，说明铬电极是负极， 铜电极是正极，氢离子在正极放电，所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。 A 项，盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，若电解质溶液中有与 KCl 发生反应的离子，如当电解质溶液是 AgNO3溶液时，盐桥中的电解质溶液就不能用 KCl 琼 脂溶液，错误；B 项，理论上 1 mol Cr 溶解，Cr2e =Cr2，转移 2 mol 电子，同时正极 消耗 2 mol H ， 2H2e=H2， 根据溶液呈电中性可知，
23、盐桥中将有 2 mol Cl进入左池， 2 mol K 进入右池，正确；C 项，此过程中 H得电子，发生还原反应，错误；D 项，电子 不能在溶液中传递，溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的，错误。 (2)稀硝酸作电解液时，铬电极上产生大量气泡，遇空气呈红棕色，说明溶液中的硝酸 根离子得到电子，产生 NO，NO 被氧化生成 NO2，因此铜是负极，铬是正极，则正极的电 极反应式为 4H NO 33e =NO2H2O。 (3)Cr 比铜活泼，既能与铜盐发生置换反应生成 Cu，又能与酸反应生成氢气，由于 Cu2 水解使溶液呈酸性，铬与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形 成原电池
24、，因此使产生氢气的速率加快。 6(2021河北衡水检测) (1)如图所示，若溶液 C 为浓硝酸，电流表指针发生偏转，B 电极材料为 Fe，A 电极材 料为 Cu，则 B 电极的电极反应式为4H 2NO 32e =2NO22H2O ，A 电极的电 极反应式为Cu2e =Cu2 ；反应进行一段时间后溶液 C 的 pH 会升高(填“升 高”“降低”或“基本不变”)。 (2)我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质溶液， 靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流， 只要把灯放入海水数分钟， 就会发出耀眼的白光。 则电源的负极材料是铝(填物质名称)， 负极反应为4Al12e =4Al
25、3 ； 正极反应为 3O26H2O12e =12OH 。 (3)熔融盐电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO2的混合气为正极助燃气，制得在 650下 工作的燃料电池， 其负极反应式为 2CO2CO2 34e =4CO2， 则正极反应式为 O22CO2 4e =2CO2 3，电池总反应式为2COO2=2CO2。 解析(1)常温下 Fe 在浓硝酸中发生钝化， 作正极， B 电极的电极反应式为 4H 2NO 3 2e =2NO22H2O，A 电极的电极反应式为 Cu2e=Cu2；反应消耗 H，反应进 行一段时间后溶液 C 的 pH 会升高。 (2)电源的负极材料是铝， 负极反应为 4Al12e =4Al3； 正极反应为 3O26H2O12e =12OH。 (3)正极反应式为 O22CO24e =2CO2 3，电池总反应式为 2COO2=2CO2。
