1、第第 2 2 讲讲原电池原电池化学电源化学电源 考试要点核心素养 1.理解原电池的构成、工作 原理及应用,能书写电极反应 和总反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类 及其工作原理。 1.变化观念与平衡思想:认识原电池的本质是氧化还原反应。 能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 2.证据推理与模型认知:能利用典型的原电池装置,分析原电 池原理,建立解答原电池问题的思维模型,并利用模型揭示其 本质及规律。 3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观 念,能对与原电池有关的社会热点问题做出正确的价值判断。 一、原电池的工作原理及其应用 1.概念和反应本质 原电池是将化学
2、能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。 2.构成条件 反应 能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反 应) 电极一般是活泼性不同的两个电极 闭合回路形成需三个条件:电解质溶液;两电极直接或间接接触;两电极插入电解质溶液中 3.工作原理 装置图 电极名称负极正极 电极材料Zn 片Cu 片 电极反应Zn-2e - Zn 2+ Cu 2+2e- Cu 反应类型氧化反应还原反应 电子流向由锌片沿导线流向铜片 电流方向Cu导线Zn电解液Cu 离子流向阴离子向负极迁移;阳离子向正极迁移 电池反应Zn+Cu 2+ Cu+Zn 2+ 两类装置的 不同点 还原剂 Zn 与氧化剂
3、Cu 2+直接接触,化 学能既转化为电能,又转化为热能,造 成能量损耗 Zn 与氧化剂 Cu 2+不直接接触,化学 能仅转化为电能,避免能量损耗,故 电流稳定,持续时间长 及时提醒a.盐桥的组成:盐桥中装有 KCl 等溶液和琼胶制成的胶冻。 b.盐桥的作用:连接内电路,形成闭合回路;平衡电荷,使原电池不断产生电流。 4.原电池原理的应用 (1)比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活 泼。 (2)加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率加快。例如,在 Zn 与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生 H2的反应速率
4、加快。 (3)用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,要保护铁质的输水管道或 钢铁桥梁等,可用导线将其与锌块相连,使锌作原电池的负极。 (4)设计制作化学电源 a.首先将氧化还原反应分成两个半反应。 b.根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 二、化学电源 1.一次电池 (1)碱性锌锰干电池 正极反应:2MnO2+2H2O+2e - 2MnOOH+2OH -; 负极反应:Zn-2e -+2OH- Zn(OH)2; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。 (2)锌银电池 负极反应:Zn+2OH -2e- Zn(OH)
5、2; 正极反应:Ag2O+H2O+2e - 2Ag+2OH -; 总反应:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。 2.二次电池 (1)二次电池工作原理模型 (2)铅蓄电池总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。 a.放电时原电池 负极反应:Pb(s)+SO4 2-(aq)-2e- PbSO4(s); 正极反应:PbO2(s)+4H +(aq)+SO 4 2-(aq)+2e- PbSO4(s)+2H2O(l)。 b.充电时电解池 阴极反应:PbSO4(s)+2e - Pb(s)+SO4 2-(aq) ; 阳极反应:PbSO4(s)+2H
6、2O(l)-2e - PbO2(s)+4H +(aq)+SO 4 2-(aq) 。 放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极。 3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池 a.总反应:2H2+O22H2O b.电极反应 负极 正极 (2)甲烷氧气燃料电池(负极反应式) a.CH4-8e -+10OH- CO3 2-+7H 2O(碱性介质); b.CH4-8e -+2H 2O CO2+8H +(酸性介质); c.CH4-8e -+4CO 3 2- 5CO2+2H2O(熔融碳酸盐作介质); d.CH4-8e -+4O2- CO2+2H2O(熔融的金属氧化物作介质高温下能传导 O 2-)。 1.易错易混辨析(正
7、确的画“”,错误的画“”)。 (1)原电池装置可以把化学能全部转化为电能() (2)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应() (3)实验室制备 H2时,用粗锌(含 Cu、Fe 等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳() (4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动 () (5)锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液,形成闭合回路,所以有电流产生() (6)在原电池中失去电子的一极是负极,发生的是还原反应() (7)将铝片和镁片用导线连接后,插入盛有 NaOH 溶液,铝作负极() (8)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池() (9)燃料电池工作时
8、燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能() (10)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为 2H2-4e - 4H + () 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10) 2.如何判断原电池的正、负极? (1)由组成原电池的电极材料判断。一般活动性较强的金属为极,活动性较弱的金属或能 导电的非金属为极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。外电路:电流由极流向极;电子由 极流向极。 (3)根据原电池的电解质溶液中离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液中,阳离子移向 极,阴离子移向极。 (4)根据原电池两极发生的反应类型判断。原电池的极失电子发生氧化反应,极得 电子发生
9、还原反应。 (5)根据现象判断。一般情况下,溶解的一极为极,增重或有气体逸出的一极为 极。 答案(1)负正(2)正负负正(3)正负(4)负正(5)负正 考点一考点一原电池工作原理及其应用原电池工作原理及其应用 核心整合 构建原电池思维模型 典例探究 例(2020 江西抚州周测)下图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是 () A.电极上发生还原反应,作原电池的负极 B.电极上的电极反应式为 Cu 2+2e- Cu C.该原电池的总反应为 2Fe 3+Cu Cu 2+2Fe2+ D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子 答案CA 项,电极上发生还原反应,作原电池的正极,电极反应式为
10、2Fe 3+2e- 2Fe 2+, 错误;B 项,电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为 Cu-2e - Cu 2+,错误;C 项,该 原电池的总反应为 2Fe 3+Cu Cu 2+2Fe2+,正确;D 项,盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是平 衡正、负极两池的电荷,盐桥中离子的定向移动形成电流,电子不能通过电解质溶液,错误。 题组训练 题组一原电池的工作原理 1.(2020 重庆检测)如图所示,X 为单质硅,Y 为金属铁,a 为 NaOH 溶液,组装成一个原电池,下列 说法正确的是() A.X 为负极,电极反应式为 Si-4e - Si 4+ B.X 为正极,电极反应式为 4H2O+
11、4e - 4OH -+2H 2 C.X 为负极,电极反应式为 Si+6OH -4e- SiO3 2-+3H 2O D.Y 为负极,电极反应式为 Fe-2e - Fe 2+ 答案C先由氧化还原反应确定正极和负极,再根据反应物和产物确定电极反应式。硅、铁、 NaOH 溶液组成原电池时,硅为负极:Si-4e -+6OH- SiO3 2-+3H 2O;铁为正极:4H2O+4e - 4OH -+2H 2 ;电池总反应方程式为 Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2。 2.在如图所示的 8 个装置中,属于原电池的是。 答案 解析中缺 1 个电极,且无闭合回路;不能形成闭合回路;酒精为非电解质;电极
12、相同, 且不能形成闭合回路。 题组二原电池原理的应用 3.课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池 的组成。下列结论错误的是() A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.原电池可由电极、电解质溶液和导线等组成 C.图中电极 a 为铝条、电极 b 为锌片时,导线中会产生电流 D.图中电极 a 为锌片、电极 b 为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片 答案D原电池是将化学能转化成电能的装置,A 项正确;原电池可由电极、电解质溶液和导线 等组成,B 项正确;题图中电极 a 为铝条、电极 b 为锌片时,构成原电池,导线中会产生电流,C 项 正确;题图中电极 a
13、为锌片、电极 b 为铜片时,锌片作负极,电子由锌片通过导线流向铜片,D 项 错误。 4.有 a、b、c、d 四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下: 实验 装置 部分实 验现象 a 极质量减小;b 极 质量增加 b 极有气体产生;c 极 无变化 d 极溶解;c 极有气体 产生 电流从 a 极流向 d 极 由此可判断这四种金属的金属活动性顺序是() A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc 答案C把四个实验从左到右分别编号为、,则由实验可知,a 作原电池负极,b 作原电池正极,金属活动性:ab;由实验可知,b 极有气体产生,c 极无变化,则金属活动性:bc; 由实验可知,d 极溶
14、解,则 d 作原电池负极,c 作正极,金属活动性:dc;由实验可知,电流从 a 极流向 d 极,则 d 极为原电池负极,a 极为原电池正极,金属活动性:da。综上所述可知四种金属 的金属活动性:dabc。 考点二考点二化学电源化学电源 典例探究 例(2020 福建南平七模)我国成功研制的新型可充电 AGDIB 电池(铝石墨双离子电池)采 用石墨、铝锂合金作为电极材料,以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。电池反应为 CxPF6+LiyAlCx+LiPF6+Liy-1Al。放电过程如图所示,下列说法正确的是() A.B 为负极,放电时铝失电子 B.充电时,与外加电源负极相连一端电极反应式为 LiyAl
15、-e - Li +Li y-1Al C.充电时,A 电极反应式为 Cx+PF6 -e- CxPF6 D.废旧 AGDIB 电池进行“放电处理”时,若转移 1mol 电子,石墨电极上可回收 7gLi 答案C根据装置图可知放电时锂离子定向移动到 A 极,则 A 极为正极,B 极为负极,放电 时锂失电子,故 A 错误;充电时,与外加电源负极相连一端为阴极,电极反应式为 Li +Li y-1Al+e - LiyAl,故 B 错误;充电时,A 电极为阳极,电极反应式为 Cx+PF6 -e- CxPF6,故 C 正确;废旧 AGDIB 电池进行“放电处理”时,若转移 1mol 电子,消耗 1molLi,即
16、 7gLi 失电子,铝电极减少 7g, 但石墨电极上未生成 Li,故 D 错误。 名师点拨 突破二次电池的四个角度 题组训练 题组一一次电池 1.Mg-AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是() A.负极反应式为 Mg-2e - Mg 2+ B.正极反应式为 Ag +e- Ag C.电池放电时 Cl -由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2 答案BA 项,Mg-AgCl 电池中,Mg 为负极,失去电子,正确;B 项,AgCl 为正极,故正极反应式为 AgCl+e - Ag+Cl -,错误;C 项,电池放电时,阴离子移向负极,正确
17、;D 项,镁是活泼金属,能与水 发生反应,故电池负极会发生副反应,正确。 2.(2020 甘肃兰州月考)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶 液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是() A.Mg 电极是该电池的正极 B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C.石墨电极附近溶液的 pH 增大 D.溶液中 Cl -向正极移动 答案C题给电池中,Mg 电极为负极,A 项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电 极反应式为 H2O2+2e - 2OH -,电极附近溶液的 pH 增大,B 项错误、C 项正确;溶液中 Cl-移向 Mg 电极,即 Cl -向
18、负极移动,D 项错误。 题组二二次电池 3.用 Li 和石墨的复合材料以及纳米 Fe2O3材料作电极的锂离子电池,在循环充放电过程中可实 现对磁性的可逆调控(如图)。 下列有关说法一定错误的是() A.该电池的电解质溶液可以是硫酸溶液 B.放电时,总反应式是 6Li+Fe2O33Li2O+2Fe C.充电时,阳极的电极反应是 2Fe+3Li2O-6e - Fe2O3+6Li + D.充放电过程中,电池可在被磁铁不吸引和吸引之间循环调控 答案A题给电池中含有 Li 和 Fe2O3,都可以与硫酸反应,故 A 错误;放电时,Li 作为负极,失电 子被氧化,阳极 Fe2O3得电子被还原,故放电时,总反
19、应式是 6Li+Fe2O33Li2O+2Fe,故 B 正确;充 电时,阳极与正极相反,阳极的电极反应是 2Fe+3Li2O-6e - Fe2O3+6Li +,故 C 正确;根据题图中 的充电过程可以看到电池没有被磁铁吸引,因为充电过程的物质转化是由 Fe 和 Li2O 转化为 Li 和 Fe2O3,因此充电时电池不能被磁铁吸引,放电过程的物质转化是由 Li 和 Fe2O3转化为 Fe 和 Li2O,有铁生成,因此放电时电池被磁铁吸引,故 D 正确。 4.“ZEBRA”绿色电池是新型电动汽车的理想电源,结构如图所示(隔开两极的陶瓷管作钠离子 导体): 下列关于该电池的叙述错误的是() A.放电时
20、,Na +、Al3+均向负极移动 B.放电时,Na 元素被氧化 C.充电时的阳极反应式为 Ni+2Cl -2e- NiCl2 D.该电池具有可快充、高比功率、放电持久等优点 答案A放电时为原电池,根据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,故 A 错误;根据装置图, 金属钠为活泼金属,金属钠作负极,Na 失电子,被氧化,故 B 正确;充电时为电解池,根据装置图, 阳极反应式为 Ni+2Cl -2e- NiCl2,故 C 正确;根据题中信息可知,该电池具有可快充、高比功 率、放电持久等特点,故 D 正确。 题组三新型燃料电池 5.金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是() A.金属
21、 M 作电池负极 B.电解质是熔融的 MO C.正极的电极反应:O2+4e -+2H 2O 4OH - D.电池反应:2M+O2+2H2O2M(OH)2 答案B由题给金属(M)空气电池的工作原理示意图可知,金属 M 作电池负极,负极反应为 2M-4e - 2M 2+,正极反应为 O 2+2H2O+4e - 4OH -,两电极反应相加可得电池反 应:2M+O2+2H2O2M(OH)2,电解质显然不是熔融的 MO(因体系中有 H2O 和 OH -),故 A、C、D 正 确,B 错误。 6.(2020 河北秦皇岛摸底考)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,图中有机废 水中有机物可用 C6
22、H10O5表示,咸水中的主要溶质为 NaCl。 下列有关说法正确的是() A.a 为原电池的负极 B.b 电极附近溶液的 pH 减小 C.a 电极反应式为 C6H10O5+24e -+7H 2O 6CO2+24H + D.中间室:Na +移向左室,Cl-移向右室 答案A由题图知,a 电极上有机物 C6H10O5失去电子转化为 CO2等,故 a 电极为负极,A 正确;b 电 极上 NO3 -得到电子转化为 N 2,故 b 电极是正极,电极反应式为 2NO3 -+10e-+12H+ N2+6H2O,反应 中消耗 H +,溶液 pH 增大,B 错误;a 电极上是有机物失去电子转化为 CO 2等物质,
23、C 错误;阳离子移 向正极,阴离子移向负极,D 错误。 1.(2020 课标,12,6 分)科学家近年发明了一种新型 Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下,电 极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体 CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和 能源问题提供了一种新途径。 下列说法错误的是() A.放电时,负极反应为 Zn-2e -+4OH- Zn(OH)4 2- B.放电时,1molCO2转化为 HCOOH,转移的电子数为 2mol C.充电时,电池总反应为 2Zn(OH)4 2- 2Zn+O2+4OH -+2H 2O D.充电时,正极溶液中 OH -浓度升高 答案DA 项,放电时 Z
24、n 极为负极,负极反应式为 Zn-2e -+4OH- Zn(OH)4 2-,正确;B 项,放电时, 正极反应为 CO2+2e -+2H+ HCOOH,每转化 1molCO2,转移 2mol 电子,正确;C 项,充电时,阳极反应 式为 2H2O-4e - 4H +O 2,阴极反应式为 2Zn(OH)4 2-+4e- 2Zn+8OH -,将两极电极反应式相加得 总反应,正确;D 项,充电时,正极溶液中 OH -浓度降低,错误。 2.(2020 课标,12,6 分)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示,其中在 VB2电 极发生反应:VB2+16OH -11e- VO4 3-+2B(OH
25、) 4 -+4H 2O 该电池工作时,下列说法错误的是 () A.负载通过 0.04mol 电子时,有 0.224L(标准状况)O2参与反应 B.正极区溶液的 pH 降低、负极区溶液的 pH 升高 C.电池总反应为 4VB2+11O2+20OH -+6H 2O 8B(OH)4 -+4VO 4 3- D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH 溶液回到复合碳电极 答案B正极发生的电极反应为 O2+2H2O+4e - 4OH -,因此当负载通过 0.04mol 电子时,消耗 O20.01mol,即标准状况下 0.224L,A 项正确;正极 O2发生反应产生 OH -,c(OH-)增大,正极区溶
26、液 pH 升高,负极 VB2发生反应消耗 OH -,c(OH-)减小,负极区溶液 pH 降低,B 项错误;正极反应11 即 11O2+22H2O+44e - 44OH -,负极反应4 即 4VB 2+64OH -44e- 4VO4 3-+8B(OH) 4 -+16H 2O,相加可得 电池总反应为 4VB2+11O2+20OH -+6H 2O 8B(OH)4 -+4VO 4 3-,C 项正确;外电路中,电流由电池正极(复 合碳电极)经负载流到负极(VB2电极),电池内部,电流由电池负极经电解质溶液(KOH 溶液)流回 正极,D 项正确。 3.(2020 山东,10,2 分)微生物脱盐电池是一种高
27、效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废 水获得电能,同时可实现海水淡化。现以 NaCl 溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有 机废水(以含 CH3COO -的溶液为例)。下列说法错误的是 ( ) A.负极反应为 CH3COO -+2H 2O-8e - 2CO2+7H + B.隔膜 1 为阳离子交换膜,隔膜 2 为阴离子交换膜 C.当电路中转移 1mol 电子时,模拟海水理论上除盐 58.5g D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为 21 答案BA 项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a 极的电极反应式为 CH3COO -+2H 2O-8e - 2CO2+7H +,故
28、 a 极为负极,b 极为正极,正确。B 项,a 极区有 H+产生,阳离子增多,为保证溶 液呈电中性,Cl -需定向迁移到 a 极区,隔膜 1 为阴离子交换膜;同理,b 极的电极反应式为 2H+2e- H2,需 Na +定向迁移到 b 极区,隔膜 2 为阳离子交换膜,错误。C 项,当电路中转移 1mol 电 子时,有 1molNa +和 1molCl-发生定向迁移,故理论上除盐 58.5g,正确。D 项,结合电极反应式,得 8e -2CO 24H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为 21,正确。 4.(2020 天津,11,3 分)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的
29、储能电池。下图中的电池反 应为 2Na+xSNa2Sx(x=53,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是() A.Na2S4的电子式为 B.放电时正极反应为xS+2Na +2e- Na2Sx C.Na 和 Na2Sx分别为电池的负极和正极 D.该电池是以 Na-Al2O3为隔膜的二次电池 答案CA 项,Na2S4中有类似 Na2O2中 O 原子间形成的非极性键,正确;B 项,由电池的总反应方 程式可知,x个 S 原子得到 2 个电子,故放电时正极反应为xS+2Na +2e- Na2Sx(因 Na2Sx难溶于 熔融硫,故不拆),正确;C 项,由电池的总反应方程式可知,放电时,钠失去电子是负极反应物,硫
30、 得到电子是正极反应物,故 Na 和 S 分别作电池的负极和正极,错误;D 项,由题图可知 Na- Al2O3是隔膜,且电池可以充电,属于二次电池,正确。 5.(2020 课标,27,15 分)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验。 回答下列问题: (1)由 FeSO47H2O 固体配制 0.10molL -1FeSO 4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、 (从下列图中选择,写出名称)。 (2)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反 应,并且电迁移率(u )应尽可能地相近。根据下表数据,盐桥中应选择 作为电解 质。 阳离子u 108
31、/(m2s-1V-1) 阴离子u 108/(m2s-1V-1) Li + 4.07HCO3 - 4.61 Na + 5.19NO3 - 7.40 Ca 2+ 6.59Cl - 7.91 K + 7.62SO4 2- 8.27 (3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入电极溶液中。 (4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe 2+)增加了 0.02molL-1。石墨电极上未见 Fe 析出。可知,石墨电极溶液中c(Fe 2+)= 。 (5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为,铁 电极的电极反应式为。因此,验证了 Fe 2+氧化性小于 、还原 性小
32、于。 (6)实验前需要对铁电极表面活化。在 FeSO4溶液中加入几滴 Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段 时间,铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 。 答案(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09molL -1 (5)Fe 3+e- Fe 2+ Fe-2e - Fe 2+ Fe 3+ Fe(6)取少量溶液,滴入 KSCN 溶液,不出现血红色 解析(1)配制 0.10molL -1FeSO 4溶液,需要用托盘天平称取 FeSO47H2O 晶体,在烧杯中加一定 量的蒸馏水将其溶解,一般用量筒量取溶解和洗涤所用的蒸馏水;(2)Fe 2+和 Fe3+都能水解使溶
33、液 显酸性,NO3 -在酸性条件下能氧化 Fe 或 Fe2+,K+和 Cl-都不与溶液中的物质发生反应,且电迁移率 更为接近,故盐桥中选择 KCl 作为电解质;(3)电子由铁电极流向石墨电极,即石墨电极得电子, 溶液中负电荷增多,为平衡电荷使溶液保持电中性,盐桥中的阳离子应进入石墨电极溶液中;(4) 两电极转移电子数相等,负极铁被氧化,正极 Fe 3+被还原,故正极(石墨电极)的电极反应式为 Fe 3+e- Fe 2+,负极(铁电极)的电极反应式为 Fe-2e- Fe 2+,故石墨电极溶液中 c(Fe 2+)增加 0.04molL -1,变为 0.04molL-1+0.05molL-1=0.0
34、9molL-1;(5)总反应式为 2Fe3+Fe 3Fe 2+, 故氧化性:Fe 2+(氧化产物)Fe3+(氧化剂),还原性:Fe2+(还原产物)Y D.X 极上发生的是还原反应,Y 极上发生的是氧化反应 答案C由题图可知,电子的流动方向是 X外电路Y,则电流的方向为 Y外电路X;X 为原 电池的负极,Y 为正极,X 的金属活动性比 Y 的强,X 极应发生氧化反应,Y 极应发生还原反应。所 以 A、B、D 三项错误,C 项正确。 4.(2020 湖南长沙模拟)如图所示装置,电流表 G 发生偏转,同时 A 极逐渐变粗,B 极逐渐变细,C 为电解质溶液,则 A、B、C 应是下列各组中的() A.A
35、 是 Zn,B 是 Cu,C 为稀硫酸 B.A 是 Cu,B 是 Zn,C 为稀硫酸 C.A 是 Fe,B 是 Ag,C 为稀 AgNO3溶液 D.A 是 Ag,B 是 Fe,C 为稀 AgNO3溶液 答案D该原电池中,A 极逐渐变粗,B 极逐渐变细,所以 B 作负极,A 作正极,B 的金属活动性大 于 A 的,A、C 两项错误;A 极逐渐变粗,说明有金属析出,B 选项析出氢气,D 选项析出金属,故 B 项错误,D 项正确。 5.(2020 湖北黄冈周测)某兴趣小组设计了如图所示的原电池装置(盐桥中吸附有饱和 K2SO4溶 液)。下列说法正确的是() A.该原电池的正极反应式为 Cu 2+2e
36、- Cu B.甲烧杯中溶液的红色逐渐变深 C.盐桥中的 SO4 2-移向乙烧杯 D.若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转 答案C正极 Fe 3+得电子,发生还原反应,电极反应式为 Fe3+e- Fe 2+,A 项错误;甲烧杯中发 生反应 Fe 3+e- Fe 2+,则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅,B 项错误;阴离子向负极移动,乙烧杯中 Cu 为负极,C 项正确;若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,稀硝酸可氧化 Cu,Cu 仍为负极,电流表指 针偏转方向不变,D 项错。 6.(2020 江苏徐州月考)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通 过。下列有关叙述正确的是()
37、 A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO4 2-)减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 答案C题中所述锌铜原电池中,Zn 为负极,电极反应式为 Zn-2e - Zn 2+;Cu 为正极,电极反 应式为 Cu 2+2e- Cu,发生还原反应。阴离子 SO4 2-不能通过阳离子交换膜,故甲、乙两池中 c(SO4 2-)不变,溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选 C。 7.下列关于实验现象的描述不正确的是() A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡 B.用锌片作负极,铜片作
38、正极,在 CuSO4溶液中,铜片质量增加 C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁 D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快 答案C铜片和铁片紧靠并浸入稀 H2SO4中,形成原电池,铜片为正极,发生反应:2H +2e- H2 ,所以可观察到铜片表面出现气泡,A 项正确;锌片作负极,铜片作正极,发生反 应:Zn+Cu 2+ Zn 2+Cu,生成的 Cu 在铜片上析出使其质量增加,B 项正确;铜片插入 FeCl 3溶液,发 生的反应是 Cu+2Fe 3+ Cu 2+2Fe2+,并没有单质铁的析出,C 项错误;向盛有锌粒和盐酸的试管中, 滴入几滴 CuCl2溶液
39、,发生反应:Zn+Cu 2+ Zn 2+Cu,置换出的 Cu 与剩余的 Zn 接触,置于盐酸中, 构成了原电池,加快了 2H +2e- H2的反应,可观察到气泡放出速率加快,D 项正确。 8.某甲烷熔融燃料电池的工作原理如图所示,下列有关该电池的说法正确的是() A.放电中,Li +、Na+移向负极 B.负极反应式为 CH4-8e -+4CO 3 2- 5CO2+2H2O C.随着放电的进行,熔融盐中 CO3 2-不断减少 D.从理论上讲,X 电极上生成的 CO2应有一半转移到 Y 电极上 答案B原电池工作时,阳离子移向正极,A 项错误;还原剂 CH4在负极上失去电子转化为 CO2、 H2O,
40、B 项正确;正极上有 O2与 CO2两种物质参与反应生成 CO3 2-,CO 3 2-保持不变,C 项错误;根据碳原 子守恒知,X 电极上生成的 CO2有大部分转移到 Y 电极上,D 项错误。 9.一种微生物脱盐池的装置如图所示,下列说法正确的是() A.该装置可以在高温下工作 B.X、Y 依次为阳离子、阴离子选择性交换膜 C.负极反应为 CH3COO -+2H 2O-8e - 2CO2+7H + D.该装置工作时,电能转化为化学能 答案C高温能使微生物蛋白质变性,导致电池工作失效,A 项错误;原电池内电路中:阳离子移 向正极、阴离子移向负极,从而达到脱盐目的,所以 Y 为阳离子交换膜、X 为
41、阴离子交换膜,B 项 错误;由题图可知,负极为有机废水 CH3COO -的电极,失电子发生氧化反应,电极反应为 CH3COO+2H2O-8e - 2CO2+7H +,C 项正确;该装置工作时为原电池,是将化学能转化为电能的装 置,D 项错误。 10.(2020 安徽蚌埠二检)继电器在控制电路中应用非常广泛,有一种新型继电器是以对电池的循 环充放电实现自动离合(如图所示)。 已知电极材料一极为纳米 Fe2O3,另一极为金属锂和石墨的复合材料。 以下关于该继电器的说法中错误的是() A.充电完成时,电池能被磁铁吸引 B.该电池电解液一般由高纯度的有机溶剂、锂盐等原料组成 C.充电时,该电池正极的电
42、极反应式为 2Fe-6e -+3O2- Fe2O3 D.放电时,Li 作电池的负极,Fe2O3作电池的正极 答案A由题给信息可知,放电时 Fe2O3转化为 Fe,则充电时 Fe 转化为 Fe2O3,充电完成时,电池 不能被磁铁吸引,A 不正确。金属锂能与水直接发生反应,故电解液一般由高纯度的有机溶剂、 锂盐等原料组成,B 正确。充电时电池正极为电解池的阳极,发生氧化反应:2Fe-6e -+3O2- Fe2O3,C 正确。放电时,Li 作电池的负极,转化为 Li2O;Fe2O3作电池的正极,转化为 Fe,D 正确。 11.(2020 河北邯郸月考)(1)CO 与 H2反应可制备 CH3OH,CH
43、3OH 可作为燃料使用,用 CH3OH 和 O2组 合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下: 电池总反应为 2CH3OH+3O22CO2+4H2O,则电极 c 是(填“正极”或“负极”),电极 c 的电极反应式为。若线路中转移 2mol 电子,则上述 CH3OH 燃料 电池消耗的 O2在标准状况下的体积为L。 (2)下图是甲烷燃料电池的原理示意图,回答下列问题: 电池的负极是(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为。 电池工作一段时间后电解质溶液的 pH(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案(1)负极CH3OH-6e -+H 2O CO2+6H + 11.2 (2)aCH4+10OH
44、 -8e- CO3 2-+7H 2O 减小 解析(1)根据题图中的电子流向知电极 c 是负极,甲醇发生氧化反应:CH3OH-6e -+H 2O CO2+6H +; 线路中转移 2mol 电子时,消耗氧气 0.5mol,标准状况下体积为 11.2L。 (2)CH4在反应时失去电子,故 a 电极是电池的负极。负极反应式可由总反应式 CH4+2OH - +2O2CO3 2-+3H 2O 减去正极反应式 O2+2H2O+4e - 4OH -得到。由于电池工作过程中会消耗 OH-, 故一段时间后,电解质溶液的 pH 会减小。 B B 组组综合提升综合提升 12.(2020 安徽马鞍山一模)科研人员研发出
45、一种新型铝石墨双离子电池,电池结构如图所示。 电池总反应为 AlLi+Cx(PF6)xC+Al+PF6 -+Li+,则下列有关说法不正确的是 ( ) A.放电时,a 极的电极反应式:AlLi-e - Li +Al B.充电时,b 极与外接电源的正极相连 C.充电时,PF6 -向 b 极移动 D.电池中电解质溶液可能是 LiPF6的水溶液 答案D电池工作时的总反应为 AlLi+Cx(PF6)xC+Al+PF6 -+Li+,则放电时 AlLi 被氧化,a 为 原电池的负极,电极反应式为 AlLi-e - Al+Li +,b 为正极,C x(PF6)得电子被还原,电极反应式为 Cx(PF6)+e -
46、 xC+PF6 -,充电时,电极反应与放电时的反应相反。放电时是原电池,a 极是负极,负 极上发生氧化反应,电极反应式为 AlLi-e - Li +Al,故 A 正确;放电时 b 为正极,充电时,b 极 与外接电源的正极相连,作阳极,故 B 正确;充电时,b 为阳极,阴离子向阳极移动,PF6 -向 b 极移动, 故 C 正确;电池中电解质溶液若是 LiPF6的水溶液,溶液中有水,会与 AlLi 电极反应,不能构成原 电池,故 D 错误。 13.(2020 天津南开月考)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池,其工作原理 示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述
47、不正确的是() A.放电时,a 电极反应为 I2Br -+2e- 2I -+Br- B.放电时,溶液中离子的数目增大 C.充电时,b 电极每增重 0.65g,溶液中有 0.02molI -被氧化 D.充电时,a 电极接外电源负极 答案D由工作原理示意图中 Zn 2+迁移的方向可判断放电时 a 为正极,b 为负极。放电时,a 极 得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B 项正确;充电时,a 极接外接电源的正 极,D 项错误;充电时,b 极为阴极,电极反应式为 Zn 2+2e- Zn,每增重 0.65g,转移 0.02mol 电 子,a 极为阳极,电极反应式为 2I -+Br-2e-
48、I2Br -,转移 0.02mol 电子,有 0.02molI-被氧化,C 项正确。 14.(2020 黑龙江哈尔滨模拟节选)利用反应 6NO2+8NH37N2+12H2O 构成电池的方法,既能实现 有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能,装置如图所示。 (1)电极 A 的电极反应式为。 (2)下列关于该电池的说法正确的是。 A.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜 C.当有 4.48LNO2被处理时,转移电子的物质的量为 0.8mol 答案(1)2NH3-6e -+6OH- N2+6H2O(2)B 解析(1)根据电池反应的
49、化学方程式可知氨气中氮元素的化合价升高,被氧化,所以通入氨气 的一极为负极,发生的反应是氨气失去电子生成氮气,因为电解质溶液为 KOH 溶液,所以氨气失 去电子与氢氧根离子结合为水,电极反应式是 2NH3-6e -+6OH- N2+6H2O。(2)A 项,电子从负极 (左侧)流出经过负载后流向正极(右侧),错误;B 项,溶液中的 OH -从右侧移动到左侧,参与负极的 电极反应,为使电池持续放电,则需选用阴离子交换膜,同时可防止二氧化氮与碱反应,生成硝酸 盐与亚硝酸盐,导致原电池不能正常工作,正确;C 项,没说明 4.48LNO2是否为标准状况下测得的 数据,无法利用标准状况下气体摩尔体积计算,错误。
