2018届一轮复习人教版原电池化学电源学案(6)

2018届一轮复习人教版原电池化学电源学案(6)

第二节 原电池 化学电源 　教材复习——打牢基础，基稳才能楼高 知识点一　原电池的工作原理 1．构成条件 (1)能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活动性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)活动性不同的两电极(金属或石墨)。 (3)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。 2．工作原理(以铜锌原电池为例) (1)两种装置 (2)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 总反应 Zn＋ Cu2＋===Zn2＋＋Cu (3)原电池中的三个方向 ①电子方向：从负极流出沿导线流入正极； ②电流方向：从正极沿导线流向负极； ③离子的迁移方向：电解质溶液及盐桥中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。 (4)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的 KCl、KNO3 等溶液和琼胶制成的胶冻。 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。 (5)两种装置的比较 装置Ⅰ中还原剂 Zn 与氧化剂 Cu2＋直接接触，会有一部分 Zn 与 Cu2＋直接反应，易造 成能量损耗；装置Ⅱ不存在 Zn 与 Cu2＋直接反应的过程，能避免能量损耗，电流稳定，且 持续时间长。 3．原电池正负极的判断 [点拨] 1．在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身也不一定要发生氧化反应， 如燃料电池。 2．原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼 电极一定作负极的思维定势。　 [对点练习] 1．有关下图所示原电池的叙述不正确的是(　　) A．电子沿导线由 Cu 片流向 Ag 片 B．正极的电极反应式是 Ag＋＋e－===Ag C．Cu 片上发生氧化反应，Ag 片上发生还原反应 D．反应时盐桥中的阳离子移向 Cu(NO3)2 溶液 解析：选 D　A 项，该装置是原电池，铜作负极，银作正极，电子从铜片沿导线流向银 片，正确； B 项，正极电极反应式为 Ag＋＋e－===Ag，正确； C 项，铜片上失电子发生氧 化反应，银片上得电子发生还原反应，正确； D 项，原电池工作时，电解质溶液以及盐桥 中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以反应时盐桥中的阳离子移向 AgNO3 溶液， 错误。 2．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M 棒变粗，N 棒变细，由此判断表中所 列 M、N、P 物质，其中可以成立的是(　　) 选项 M N P A Zn Cu 稀 H2SO4 B Cu Fe 稀 HCl C Ag Zn AgNO3 溶液 D Zn Fe Fe(NO3)3 溶液 解析：选 C　原电池工作时，质量减少的电极是负极，质量增加或放出气体的电极是正 极，根据题意知，N 极是负极，M 极是正极，且 N 极材料比 M 极活泼。A 项，M 极材料比 N 极活泼，错误；B 项，M 极上质量不增加，错误；C 项，N 极材料比 M 极活泼，且 M 极 上有银析出，符合题意；D 项，M 极材料比 N 极活泼，错误。 3．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) A．①②中 Mg 作负极，③④中 Fe 作负极 B．②中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋ D．④中 Cu 作正极，电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑ 解析：选 B　②中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子作负 极；③中 Fe 在浓 HNO3 中钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，则 Fe 作正极，A、C 错误；②中电池总反应为 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为 2Al＋ 8OH－－6e－===2AlO－2 ＋4H2O，二者相减得到正极反应式为 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑， B 正确；④中 Cu 是正极，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D 错误。 知识点二　原电池原理的应用 1．比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。 如有两种金属 A 和 B，用导线将 A 和 B 连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到 A 溶解，而 B 上有气体放出，则说明 A 作负极，B 作正极，即可以判断金属活动性 A＞B。 2．加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。如 Zn 与稀硫酸反应制 氢气时，可向溶液中滴加少量 CuSO4 溶液，形成 Cu­Zn 原电池，加快化学反应速率。 3．用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或 钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 4．设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： (1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一般为比较活泼金属)作负 极，活泼性比负极弱的金属或导电的非金属(如石墨等)作正极，含氧化剂对应离子的电解质 溶液作电解液。 (2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解 质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。如在 Cu­Zn 构成的原电池中，负极 Zn 浸 泡在含有 Zn2＋的电解质溶液中，而正极 Cu 浸泡在含有 Cu2＋的电解质溶液中。 (3)实例：根据 Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag 设计电池： [对点练习] 1．M、N、P、E 四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入 NaHSO4 溶液中，M 表面有大量气泡逸出；③N、E 用导线连接放入 E 的硫酸盐溶液中，电 极反应为 E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　) A．P＞M＞N＞E　　　　 　B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 解析：选 A　由①知，金属活动性：M＞N；M、P 用导线连接放入 NaHSO4 溶液中，M 表面有大量气泡逸出，说明 M 作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E 构成的原电 池中，N 作负极，故金属活动性：N＞E。 2．选择合适的图像： (1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸中，同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是________。 (2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶 液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是________。 (3)将(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图像是________。 解析：(1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn，Cu、Zn 形成原电池，反应速率加快，所 以 a 放出 H2 的量减少，但速率加快。(2)a 中加入 CuSO4 消耗 Zn，但不影响产生 H2 的量， 速率也加快。(3)CH3COONa 与 H2SO4 反应后生成弱酸 CH3COOH，从而减慢反应速率， 但产生 H2 的量没发生变化。 答案：(1)A　(2)B　(3)C 3.利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于________处。若 X 为 锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_____________________。 解析：铁被保护，可以作原电池的正极，或者电解池的阴极。若 X 为碳棒，开关 K 应置于 N 处，Fe 作阴极受到保护；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，铁作 正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。 答案：N　牺牲阳极的阴极保护法 4．某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2， 设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3 溶液，KI 溶液；其他用品任选。请回答下列 问题： (1)请补充下面原电池的装置图，在括号内填上正负极的材料、电解质溶液。 (2)发生氧化反应的电极反应式为____________________________________________。 (3)反应达到平衡时，外电路导线中__________(填“有”或“无”)电流通过。 (4)平衡后向 FeCl3 溶液中加入少量 FeCl2 固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电 极变为__________(填“正”或“负”)极。 解析：(1)依据原电池原理分析，氧化还原反应中 Fe3＋在正极得电子发生还原反应，I－ 在负极失电子发生氧化反应，负极所在的电解质溶液为 KI 溶液，正极所在的电解质溶液为 FeCl3。电极材料可选取惰性电极，如石墨(碳棒)或其他不活泼金属。 (2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。 (3)反应达到平衡时，从左到右和从右到左移动的电子数目相同，故无电流产生。 (4)平衡后向 FeCl3 溶液中加入少量 FeCl2 固体，平衡 2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2 逆向移 动，此时 Fe2＋失电子，电极变成负极。 答案：(1)如图 (2)2I－－2e－ ===I2 (3)无　(4)负 知识点三　　　　　　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＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)锌银电池 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。 2．二次电池(可充电电池) 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：Pb(s)＋SO2－4 (aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。 ②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4 (aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。 ③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (2)充电时的反应 ①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4 (aq)(还原反应)。 ②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4 (aq)(氧化反应)。 ③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 3．燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。 酸性 碱性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－ ===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应式 2H2＋O2===2H2O [思考] (1)可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？ (2)氢氧燃料电池以 KOH 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度 如何变化？溶液的 pH 如何变化？当氢氧燃料电池以 H2SO4 溶液作电解质溶液时，又会如 何变化？ 提示：(1)充电时阴极连负极，阳极连正极。 (2)无论以 KOH 溶液作电解质溶液还是以 H2SO4 溶液作电解质溶液，总反应均为 2H2 ＋O2===2H2O，所以反应一段时间后，因为有 H2O 的生成而使电解质溶液的浓度均降低， 所以当 KOH 溶液作电解质溶液时 pH 减小，H2SO4 溶液作电解质溶液时 pH 增大。 [对点练习] 1．电子表和电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为 Ag2O 和 Zn，电解 质溶液为一定浓度的 KOH 溶液，放电时锌极上的电极反应式为 Zn－2e － ＋2OH － ===Zn(OH)2；氧化银电极上的反应式为 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，总反应式为 Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是(　　) A．溶液中 OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．锌是负极，氧化银是正极 D．随着电极反应的不断进行，电解质的碱性减弱 解析：选 C　A 项，原电池工作时阴离子移向负极，阳离子移向正极，错误；B 项，锌 失电子发生氧化反应，氧化银得电子发生还原反应，错误；C 项，Zn 被氧化，为原电池的 负极，正极为 Ag2O，正确；D 项，从总反应方程式分析，氢氧根离子的物质的量没变化， 但溶剂的量减少，导致氢氧根离子浓度增大，碱性增强，错误。 2．铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO2，电解质溶液为 H2SO4，工作时的电池反应为 Pb ＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是(　　) A．Pb 为正极被氧化 B．溶液的 pH 不断减小 C．SO 2－4 只向 PbO2 处移动 D．电子由 Pb 极流向 PbO2 极 解析：选 D　由 Pb―→PbSO4，可知，Pb 是负极，A 错误；由电池反应可知，H2SO4 不断被消耗，pH 不断增大，B 错误；原电池工作时，外电路中电子由 Pb 极流向 PbO2 极； 内电路中，阴离子移向 Pb 极，C 错误、D 正确。 3．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气 进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。该电池负极反应为(　　) A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：选 C　负极失去电子发生氧化反应，在酸性条件下，H2 失去电子生成 H＋，C 正 确。 [基础过关练]　 1．(2017·娄底模拟)下列说法正确的是(　　) A．构成原电池正极和负极的材料必须是金属 B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应 D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能 解析：选 C　构成原电池的电极材料可以是导电的非金属，如石墨棒，A 错误；在原电 池中，电子流出的一极失电子被氧化，B 错误；粗锌中含有杂质 Cu 可形成 Zn­Cu 原电池， 加快了 Zn 与硫酸的反应，C 正确；能量转化率不可能达 100%，D 错误。 2．(2017·梧州模拟)下列叙述与原电池无关的是(　　) A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B．镀锌铁表面有破损时也能阻止铁被氧化 C．红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层 D．铁与稀硫酸反应时，加少量 CuSO4 反应明显变快 解析：选 C　黄铜(Cu­Zn 合金)发生原电池反应时，Zn 为负极，Cu 为正极，Zn 被氧 化，铜被保护，与原电池有关；B 项，锌比铁活泼，锌、铁与外部环境一起形成原电池，锌 被氧化，铁被保护，与原电池有关；C 项，红热的铁丝与水直接反应生成 Fe3O4，与原电池 无关；D 项，铁与硫酸铜反应生成铜，铁、铜、稀硫酸形成原电池，反应加快，与原电池有 关。 3．关于铅蓄电池的说法正确的是(　　) A．在放电时，正极发生的反应是 Pb(s)＋SO2－4 (aq)－2e－===PbSO4(s) B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D．在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)＋2e－ === Pb(s)＋SO24 －(aq) 解析：选 B　A 项，放电时正极发生还原反应，此电极反应式是氧化反应，错误；B 项， 铅蓄电池的负极材料是铅板，正确；C 项，放电时硫酸浓度不断变小，充电时硫酸浓度不断 变大，错误；D 项，阳极发生的是氧化反应，此电极反应式是还原反应，错误。 4．控制适合的条件，将反应 Fe3＋＋AgFe2＋＋Ag＋设计成如图所示的原电池(盐桥 装有琼脂—硝酸钾溶液；灵敏电流计的 0 刻度居中，左右均有刻度)。已知接通后观察到电 流计指针向右偏转。下列判断正确的是(　　) A．盐桥中的 K＋移向乙烧杯 B．一段时间后，电流计指针反向偏转，越过 0 刻度，向左边偏转 C．在外电路中，电子从石墨电极流向银电极 D．电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉，电流计指针将向左偏转 解析：选 D　该原电池中，Ag 失电子作负极，石墨作正极，盐桥中 K＋移向正极(甲烧 杯)；一段时间后，原电池反应结束，电流计指针指向 0；原电池外电路电子由负极流向正 极，所以电子从银电极流向石墨电极；电流计指针居中后，往甲烧杯中加入一定量的铁粉， 由 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，c(Fe3＋)降低，c(Fe2＋)增大，该平衡向左移动，故电流计指针向左 偏转。 5.(2015·天津高考)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 (　　) 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(SO2－4 )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 解析：选 C　A 项，Cu 作正极，电极上发生还原反应，错误；B 项，电池工作过程中， SO 2－4 不参加电极反应，故甲池的 c(SO2－4 )基本不变，错误；C 项，电池工作时，甲池反应 为 Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为 Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中 Zn2＋会通过阳离子交换膜进 入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有 64 g Cu 析出，则进入乙 池的 Zn2＋为 65 g，溶液总质量略有增加，正确；D 项，由题干信息可知，阴离子不能通过 阳离子交换膜。 6．(2013·广东高考)(1)能量之间可相互转化：电解食盐水制备 Cl2 是将电能转化为化学 能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 ①完成原电池甲的装置示意图(见图)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 ②铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一 段时间后，可观察到负极________。 ③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是 ____________________________________________________________________________。 (2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在限选材料中 应选________作阳极。 解析：(1)①根据电子的流向知，左烧杯中电极为负极，右烧杯中电极为正极。②负极 可以是 Zn 或 Fe, 可以观察到负极逐渐溶解。③甲电池能更有效地将化学能转化为电能。(2) 利用牺牲阳极的阴极保护法原理，减缓铁片的腐蚀时，选择比 Fe 活泼的 Zn 作阳极。 答案：(1)①如图所示(合理即可)　②逐渐溶解(质量减少)　③甲　甲使用了盐桥，避免 负极金属直接与溶液中的铜离子反应而造成能量损失　(2)锌片 　高考研究——把握考情，方向不对努力白费　　　 考 纲 要 求 高 频 考 点 1.原电池电极反应式总反 应方程式的书写 5 年 5 考 1.理解原电池的构成、工作原理及应用。 2．能书写电极反应和总反应方程式。 3．了解常见化学电源的种类及其工作原理。 2.新型化学电源 5 年 4 考 原电池电极反应式、总反应方程式的书写 [高考这样考] 1．(2016·全国丙卷)锌­空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)2－4 。下列说法正确的是(　　) A．充电时，电解质溶液中 K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中 c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为 Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4 D．放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况) 解析：选 C　A 项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B 项，充电时 的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)2－4 ===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。 C 项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为 Zn＋4OH－ －2e－===Zn(OH)2－4 。D 项，由放电时的总反应可知，电路中通过 2 mol 电子时，消耗 0.5 mol O2，其体积为 11.2 L(标准状况)。 2．(2013·全国卷Ⅰ)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了 Ag 2S 的缘故。根据电 化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中， 一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是(　　) A．处理过程中银器一直保持恒重 B．银器为正极，Ag2S 被还原生成单质银 C．该过程中总反应为 2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色 Ag2S 转化为白色 AgCl 解析：选 B　根据信息可知在银器处理过程中运用了原电池原理，铝质容器作负极，电 极反应为 2Al－6e－===2Al3＋；银器作正极，电极反应为 3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；继而 Al3＋和 S2－发生互相促进的水解反应：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原 电池的总反应为 3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故 C 错误。黑色褪去的 原因是 Ag2S 被还原为 Ag，此过程中银器质量逐渐减小，故 A、D 错误，B 正确。 3．(2015·全国卷Ⅱ节选)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳 棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2 和 NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。回答下列问题： (1) 该 电 池 的 正 极 反 应 式 为 ______________________ ， 电 池 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 (2)维持电流强度为 0.5 A，电池工作 5 分钟，理论上消耗锌________g。(已知 F＝96 500 C·mol－1) 解析：(1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生 MnOOH， 则正极反应式为 MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌作负极，发生氧化反应生成 Zn2＋， 则负极反应式为 Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为 2MnO2＋2H＋＋ Zn===2MnOOH＋Zn2＋。 (2)电流强度为 I＝0.5 A，时间为 t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为 Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知 F＝96 500 C·mol－1，故通过电子的物质的量为 150 C 96 500 C·mol－1≈0.001 6 mol，则理论上消耗 Zn 的质量为 65 g·mol－1×0.001 6 mol×1 2 ≈0.05 g。 答案：(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋ [注：式中 Zn2＋可写为 Zn(NH3)2＋4 ，Zn(NH3)2Cl2 等，H＋可写为 NH＋4 ] (2)0.05 [师说高考] 知考情 电极反应式及总反应方程式的书写是每年高考必考内容，选择题和填空题中 都会出现，常结合新型化学电源进行考查 明考向 根据原电池电极反应的特点，从氧化还原反应的基本原理入手，结合得失电 子守恒，书写出两极反应框架，再结合电荷守恒或反应物的酸碱性，在方程 式左边或右边补充 H＋、OH－或 H2O 等，进行配平即可，也可灵活应用“加 减法”书写 [备考这样办] 突破点 1　一般电极反应式的书写 1．书写步骤 2．常见介质 常见介质 注意事项 中性溶液 反应物若是 H＋得电子或 OH－失电子，则 H＋或 OH－均来自于水的电离 酸性溶液 反应物或生成物中均没有 OH－ 碱性溶液 反应物或生成物中均没有 H＋ 水溶液 不能出现 O2－ [对点训练] 1．(2016·四川高考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为 Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为 LixC6－xe－===xLi＋＋C6 C．充电时，若转移 1 mol e－，石墨(C6)电极将增重 7x g D．充电时，阳极的电极反应式为 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ 解析：选 C　A．原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B.放电时，负极发生氧化 反应，电极反应式为 LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正确；C.充电时，若转移 1 mol 电子，石墨 电极质量将增重 7 g，错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为 LiCoO2－xe－===Li1 －xCoO2＋xLi＋，正确。 2．(2016·北京高考节选)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO －3 )已成为环境修复研究 的热点之一。 Fe 还原水体中 NO －3 的反应原理如图所示。 (1)作负极的物质是________。 (2)正极的电极反应式是____________________________________________。 解析：(1)根据反应原理的图示可知，Fe 作负极，正极上 NO －3 得电子生成 NH＋4 ，结合 电荷守恒和原子守恒写出电极反应式为 NO－3 ＋8e－＋10H＋===NH＋4 ＋3H2O。 答案：(1)Fe (2)NO－3 ＋8e－＋10H＋===NH＋4 ＋3H2O 3．NOx 是汽车尾气中的主要污染物之一。通过 NOx 传感器可监测 NOx 的含量，其工 作原理示意图如下： (1)Pt 电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。 (2)写出 NiO 电极的电极反应式：_______________________________________。 答案：(1)还原　(2)NO＋O2－－2e－===NO2 4．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂 (LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6C＋xLi＋＋ xe－===LixC6。充放电过程中，发生 LiCoO2 与 Li1－xCoO2 之间的转化，写出放电时电池反 应方程式_________________________________________________________________。 解析：由充电时阴极(题目中锂离子电池的负极)的电极反应式知，放电时 LixC6 是反应 物、Li＋是生成物，锂的价态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是 Li1－ xCoO2，相应的反应方程式为 LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。 答案：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C 5．与 MnO2­Zn 电池类似，K2FeO4­Zn 也可以组成碱性电池，K2FeO4 在电池中作为正 极材料，其电极反应式为________________________________，该电池总反应的离子方程 式为________________________________________________________________________。 解析：根据题意可写出题给原电池的负极反应式为 Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，总 反应式为 3Zn＋2FeO2－4 ＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－。用总反应式减去负极反 应式可得正极反应式为 FeO2－4 ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－。 答案：FeO2－4 ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 3Zn＋2FeO2－4 ＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－ 6．铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有 Cr2O 2－7 的酸性废水通过铁炭混 合 物 ， 在 微 电 池 正 极 上 Cr2O 2－7 转 化 为 Cr3 ＋ ， 其 电 极 反 应 式 为 ____________________________。 解析：由题意知，正极上 Cr2O 2－7 得电子生成 Cr3＋，其电极反应式为 Cr2O2－7 ＋6e－＋ 14H＋===2Cr3＋＋7H2O。 答案：Cr2O2－7 ＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O 突破点 2　3 步突破燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后 的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为 CH4＋2O2===CO2＋2H2O　① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　② ①式＋②式得燃料电池总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是 O2，随着电解质溶液的不 同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况： (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O； (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－； (3)固体电解质(高温下能传导 O2－)环境下电极反应式： O2＋4e－===2O2－； (4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式： O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3 。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为 O2 不是负极反应物， 因此两个反应式相减时要彻底消除 O2。 [对点训练] 7．(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法 正确的是(　　) A．反应 CH4＋H2O =====催化剂 △ 3H2＋CO，每消耗 1 mol CH4 转移 12 mol 电子 B．电极 A 上 H2 参与的电极反应为 H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO 2－3 向电极 B 移动 D．电极 B 上发生的电极反应为 O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3 解析：选 D　A 选项，甲烷中的 C 为－4 价，一氧化碳中的 C 为＋2 价，每个碳原子失 去 6 个电子，因此每消耗 1 mol 甲烷失去 6 mol 电子，错误；B 选项，熔融盐中没有氢氧根 离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为 H2＋CO＋2CO2－3 －4e－===3CO2 ＋H2O，错误；C 选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极 A 移动，错误；D 选项，电 极 B 上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，正确。 8．写出甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式及总反应式。 (1)固体电解质(高温下能传导 O2－) 负极：______________________________________________________________； 正极：_______________________________________________________________； 总反应式：_________________________________________________________________。 (2)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下 负极：______________________________________________________________； 正极：______________________________________________________________； 总反应式：__________________________________________________________。 答案：(1)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)CH4－8e－＋4CO2－3 ===5CO2＋2H2O 2O2＋8e－＋4CO2===4CO2－3 CH4＋2O2===CO2＋2H2O 9．(1)(2013·全国卷Ⅰ节选)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密 度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg －1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极 反 应 为 _______________________ ， 一 个 二 甲 醚 分 子 经 过 电 化 学 氧 化 ， 可 以 产 生 ________________ 个 电 子 的 电 量 ； 该 电 池 的 理 论 输 出 电 压 为 1.20 V ， 能 量 密 度 E ＝ ________________(列式计算。能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3.6×10 6 J)。 (2)(2011·全国卷节选)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的 反 应 式 为 ________________________________________________________________________、 正极的反应式为________________。理想状态下，该燃料电池消耗 1 mol 甲醇所能产 生的最大电能为 702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指 电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，用醇的燃烧热 ΔH＝－ 726.5 kJ·mol－1)。 解析：(1)酸性电解质中，二甲醚燃烧方程式为 CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O，正极 反应式为 3O2＋12e －＋12H ＋===6H2O，由总反应式减去正极反应式得负极反应式为 CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋。 (2)酸性电解质中，甲醇燃烧反应方程式为 CH3OH＋3 2O2===CO2＋2H2O，正极反应式 为 3 2O2＋6e－＋6H＋===3H2O，由燃烧反应方程式减去正极反应式得负极反应式 CH3OH－6e －＋H2O===CO2＋6H＋。根据理论效率的计算方法，该燃料电池的理论效率为：702.1 kJ 726.5 kJ ×100%≈96.6%。 答案：(1)CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋　12 1.20 V × 1 000 g 46 g·mol－1 × 12 × 96 500 C·mol－1 1 kg ÷(3.6×106J·kW－1·h－1)＝8.39 kW·h·kg －1 (2)CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ 3 2O2＋6H＋＋6e－===3H2O　96.6% 新型化学电源 [高考这样考] 1．(2016·全国甲卷)Mg­AgCl 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－===Mg2＋ 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＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ 解析：选 B　Mg­AgCl 电池的电极反应：负极 Mg－2e －===Mg2＋，正极 2AgCl＋2e－ ===2Ag＋2Cl－，A 项正确，B 项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离 子移向负极，C 项正确。Mg 是活泼金属，能和 H2O 发生反应生成 Mg(OH)2 和 H2，D 项正 确。 2．(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其 工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　) A．正极反应中有 CO2 生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O 解析：选 A　图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应， 因为有质子通过，故正极电极反应式为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6 在微生物的作用 下发生氧化反应，电极反应式为 C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有 CO2 产 生，故 A 不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微 生物促进了反应中电子的转移，故 B 正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区， 故 C 正确。D.正极的电极反应式为 6O2＋24e－＋24H＋12H2O，负极的电极反应式为 C6H12O6 －24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O， 故 D 正确。 3．(2014·全国卷Ⅱ)2013 年 3 月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。 下列叙述错误的是(　　) A．a 为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a 极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中 Li＋从 b 向 a 迁移 解析：选 C　图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池 原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即 b 为负极，a 为正极，故正确。B.电池充电时 为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C.放电时，a 极为原电池的正极，发生 还原反应的是 Mn 元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D.放电时为原电池，锂离子 为阳离子，应向正极(a 极)迁移，故正确。 4．(2013·全国卷Ⅱ)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔 Ni/NiCl 2 和金属 钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　) A．电池反应中有 NaCl 生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为 NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 解析：选 B　该电池总反应为 2Na＋NiCl2===2NaCl＋Ni，因此有 NaCl 生成，A 项正 确；电池总反应为 Na 还原 Ni2＋，B 项错误；正极为 NiCl2 发生还原反应：NiCl2＋2e－===Ni ＋2Cl－，C 项正确；钠离子通过钠离子导体由负极移向正极，D 项正确。 [师说高考] 知考情 新型化学电源几乎是高考每年必考，题目往往与生产、生活及新科技等相联 系，题材广、信息新、陌生度大，考查考生阅读相关材料、提炼关键信息或 结合图示等综合分析的能力、知识迁移的能力，具有一定的难度 明考向 复习时，必须熟练掌握原电池正负极的判断、电极产物的判断、溶液 pH 变 化、离子移动方向的判断等知识，熟练书写电极反应式并能灵活运用得失电 子守恒原理进行相关计算 [备考这样办] 1．正、负极的判断 负极材料 元素化合价升高的物质；发生氧化反应的物质 正极材料 元素化合价降低的物质；发生还原反应的物质 2．“放电”时正极、负极电极反应式的书写 (1)分析物质得失电子的情况。 (2)考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 (3)对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应式－较简单一极的电极反应式＝较复 杂一极的电极反应式”的方法解答。 3．“充电”时阴极、阳极的判断 (1)明确原电池放电时的正、负极。 (2)根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。 (3)电极反应式，放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互 逆。 4．充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断 分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。 (1)首先应分清电池是放电还是充电。 (2)再判断出正、负极或阴、阳极。 放电：阳离子→正极，阴离子→负极； 充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极； 总之：阳离子→发生还原反应的电极； 阴离子→发生氧化反应的电极。 [过关这样练] 1．某电池以 K2FeO4 和 Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解质溶液。下列说法正确的是 (　　) A．Zn 为电池的正极 B．正极反应式为 2FeO2－4 ＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时 OH－向负极迁移 解析：选 D　A．根据化合价升降判断，Zn 化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4 为正极材料，错误；B.KOH 溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为 2FeO2－4 ＋6e－＋8H2O ===2Fe(OH)3＋10OH－，错误；C.由电池总反应式 3Zn＋2K 2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋ 2Fe(OH)3＋4KOH 可得，电解质溶液浓度变大，错误；D.电池工作时阴离子 OH－向负极迁 移，正确。 2．(2016·浙江高考)金属(M)­空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望 成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为 4M＋nO 2 ＋ 2nH2O===4M(OH)n 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下 列说法不正确的是(　　) A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电 极表面 B．比较 Mg、Al、Zn 三种金属­空气电池，Al­空气电池的理论比能量最高 C．M­空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n D．在 Mg­空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交 换膜 解析：选 C　金属 M 失电子作负极，由总反应式 4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n 推出 正极反应物是 O2。多孔石墨电极主要是增大接触面积，有利于气体的扩散与反应，A 项正 确；单位质量释放电能最大也就是转移电子数最多，转移相同电子数所需 Al 的质量最小， 也就是理论比能量最高，B 项正确；中间是阴离子交换膜，所以 Mn＋不会转移到正极参与 反应，正极反应式应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C 项错误；Mg­空气电池中，容易在负 极生成 Mg(OH)2 沉淀，采用阳离子交换膜，则 Mg2＋转移到正极反应生成沉淀，同时负极 区不能显碱性，D 项正确。 3．某原电池装置如图所示，电池总反应为 2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是(　　) A．正极反应为 AgCl＋e－===Ag＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用 NaCl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移 0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子 解析：选 D　在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知， 负极反应为：2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl，正极反应为：Cl2＋2e－===2Cl－，A 项错误；由 于电解质溶液中含有大量 Cl－，故放电时，Ag＋在交换膜左侧即与 Cl－反应生成 AgCl 沉淀， B 项错误；用 NaCl 溶液代替盐酸，电池总反应不变，C 项错误；电路中转移 0.01 mol e－时， 交换膜左侧溶液有 0.01 mol Cl－参与反应生成 AgCl 沉淀，还有 0.01 mol H＋通过阳离子交 换膜进入右侧溶液，故 D 项正确。 [课堂巩固落实练]　 1．(2017·昆明测试)直接供氨式固态氧化物燃料电池的结构如图所示。下列有关该电池 的说法正确的是(　　) A．通入氧气的电极是正极，氧气发生氧化反应 B．正极的电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．该燃料电池可直接将化学能全部转化为电能 D．负极的电极反应式为 2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O 解析：选 D　通入 O2 的电极是正极，O2 发生还原反应，A 错误；该电池的电解质是固 态氧化物，其中自由移动的阴离子是 O2－，正极的电极反应式应为 O2＋4e－===2O2－，B 错 误；该燃料电池的能量转化效率较高，但不能将化学能全部转化为电能，C 错误；在负极 NH3 发生氧化反应生成 N2 和水，D 正确。 2．如图所示为以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图。关于该电池的叙述不 正确的是(　　) A．该电池不能在高温下工作 B．电池的负极反应为 C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移 1 mol，便有 1 mol H＋从阳极室进入阴 极室 D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相容性等 优点，值得研究与推广 解析：选 C　高温条件下微生物会死亡，电池不能正常工作，A 正确；电池的负极上燃 料，发生氧化反应，即葡萄糖失电子生成 CO2 气体，B 正确；放电过程中，电子从负极沿 导线移向正极，C 错误；结合题给条件分析，D 正确。 3.(2017·宁波模拟)肼(N 2H4)空气燃料电池是一种碱性燃料电 池，电解质溶液是 20%～30%的 KOH 溶液。下列说法中，不正 确的是(　　) A．该电池放电时，通入肼的一极为负极 B．电池每释放 1 mol N2 转移的电子数为 4NA C．通入空气的一极的电极反应式是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．电池工作一段时间后，电解质溶液的 pH 将不变 解析：选 D　该电池中肼是燃料，在负极通入，A 正确；肼中氮元素的化合价是－2 价， 氧化产物是 N2，负极反应为 N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，所以每释放 1 mol N2 转 移的电子数为 4NA ，B 正确；通入空气的一极为正极，正极上 O2 发生还原反应，反应式是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C 正确；电池总反应为 N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反应生成水， 溶液浓度降低，电解质溶液的 pH 将降低，D 错误。 4．(2017·衡水模拟)某充电宝锂离子电池的总反应为 nLi＋Li 1 － nMn2O4 放电 充电 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为 NiOOH＋MH 放电 充电 M＋Ni(OH)2(M 为储氢金属或 合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是(　　) A．锂离子电池放电时 Li＋向正极迁移 B．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4－ne－===Li1－nMn2O4＋nLi C．如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电 D．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ 解析：选 B　A 项，电池放电时阳离子移向正极，所以 Li＋向正极移动，正确；B 项， 锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li＋＋e－===Li，错误；C 项，充电时，正极接正 极，负极接负极，正确；D 项，放电时，正极发生还原反应，电极反应式为 NiOOH＋e－＋ H2O===Ni(OH)2＋OH－，正确。 5．(2017·焦作模拟)LiFePO4 电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电 动汽车。电池反应为 FePO4＋Li 放电 充电 LiFePO4，电池的正极材料是 LiFePO4，负极材料 是石墨，含 Li＋导电固体为电解质。下列有关 LiFePO4 电池说法正确的是(　　) A．可加入硫酸以提高电解质的导电性 B．放电时电池内部 Li＋向负极移动 C．充电过程中，电池正极材料的质量增多 D．放电时电池正极反应为 FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 解析：选 D　放电时，负极：Li－e—===Li＋，正极：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4；充 电时，阳极：LiFePO4－e—===FePO4＋Li＋，阴极：Li＋＋e—===Li，D 正确。负极反应物为 Li，若加入硫酸，与 Li 单质(固体)发生反应，A 错误；放电时，Li＋向正极移动，B 错误； 充电过程中，正极材料参加了反应，质量减少，C 错误。 6．(2017·成都模拟)某种聚合物锂离子电池放电时的反应为 Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋ LiCoO2，其电池如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．放电时，LixC6 发生氧化反应 B．充电时，Li＋通过阳离子交换膜从左向右移动 C．充电时，将电池的负极与外接电源的负极相连 D．放电时，电池的正极反应为 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 解析：选 B　反应时，Li1－xCoO2 中 Co 元素化合价降低，发生还原反应，作正极，LixC6 作负极，发生氧化反应，A 正确；充电时，电池负极作电解池的阴极，阳离子向阴极移动， Li＋应从右向左移动，B 错误；充电时，电池的负极与外接电源的负极相连，C 正确；放电 时，负极反应为 LixC6－xe－===xLi＋＋6C，由电池反应减去负极反应得正极反应为 Li1－ xCoO2＋xe－＋xLi===LiCoO2，D 正确。 [课下高考达标练]　 [本节过关达标练] 1．某原电池总反应为 Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　) 选项 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 解析：选 D　由题意知，Cu 为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于 Cu，其中 B、D 项符合该条件；由 Fe3＋得电子生成 Fe2＋知，电解质溶液中必须含有 Fe3＋，同时符合 上述两条件的只有 D 项。 2．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成 H2 的总量， 可采取的措施是(　　) A．加入少量稀 NaOH 溶液 B．加入少量 CH3COONa 固体 C．加入少量 NH4HSO4 固体 D．加入少量 CuSO4 溶液 解析：选 D　A 中加入 NaOH 溶液，消耗盐酸，氢气的生成量减少，错误；B 中加入 CH3COONa，CH3COO－会结合 H＋，生成醋酸，减慢反应速率，错误；C 中加入 NH4HSO4 固体，增加了 H＋的量，生成的氢气增多，错误；D 中加入少量 CuSO4 溶液，Zn 置换出少 量 Cu 附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且没有影响氢气的生成量，正确。 3.(2017·聊城模拟)将镁片、铝片平行插入一定浓度的 NaOH 溶液中，用导线连接成闭 合回路，该装置在工作时，下列叙述正确的是(　　) A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成 Mg2＋ B．铝是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成 C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成电流 D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可以不必处理 解析：选 D　铝、镁在 NaOH 溶液中构成原电池，Mg 不反应，铝与 NaOH 溶液反应， 镁为正极，铝为负极，负极反应 Al－3e－＋4OH－===AlO－2 ＋2H2O，开始工作时溶液中没有 白色沉淀生成，A、B 错误；电子从铝极流出经导线流向镁极，溶液中阴离子移向负极，阳 离子向正极移动，C 错误；氧化铝溶于氢氧化钠溶液，D 正确。 4.(2017·开封模拟)如图，在盛有稀 H2SO4 的烧杯中放入用导线连接的电 极 X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　) A．溶液中的 SO 2－4 向 Y 极移动 B．若两电极分别为铁和碳棒，则 X 为碳棒，Y 为铁 C．X 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应 D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为 X>Y 解析：选 D　A 项，根据电子流向知，X 是负极、Y 是正极，溶液中的 SO2－4 移向负极， 即 X 极，错误；B 项，因为 X 是负极、Y 是正极，所以若两电极分别为铁和碳棒，则 X 为 铁，Y 为碳棒，错误；C 项，负极 X 上发生氧化反应、正极 Y 上发生还原反应，错误；D 项，原电池中，活泼的金属作负极，若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为 X＞Y，正 确。 5．(2017·潍坊二模)某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO 4 ＋10FeSO 4 ＋ 8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O 设计如下原电池，盐桥中装有饱和 K2SO4 溶液。下列说法正确的是(　　) A．b 电极上发生还原反应 B．外电路电子的流向是从 a 到 b C．电池工作时，盐桥中的 SO 2－4 移向甲烧杯 D．a 电极上发生的反应为 MnO－4 ＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O 解析：选 D　根据化学方程式和图示判断，b 极是 FeSO4 发生氧化反应，为负极，A 错 误；b 为负极，a 为正极，电子从 b 流向 a，B 错误；盐桥中的 SO 2－4 移向乙烧杯，C 错误； a 极上发生还原反应，Mn 元素的化合价降低，电极反应为 MnO－4 ＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋ 4H2O，D 正确。 6．(2016·上海高考)图 1 是铜锌原电池示意图。图 2 中，x 轴表示实验时流入正极的电 子的物质的量，y 轴表示(　　) A．铜棒的质量　　　　　 　B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO2－4 ) 解析：选 C　该原电池装置中，Zn 是负极，Cu 是正极。A 项，在正极 Cu 上，溶液中 的 H＋获得电子变为氢气，Cu 棒的质量不变，错误；B 项，由于 Zn 是负极，不断发生反应 Zn－2e－===Zn2＋，溶液中 c(Zn2＋)增大，错误；C 项，由于反应不断消耗 H＋，溶液的 c(H ＋)逐渐降低，正确；D 项，SO 2－4 不参加反应，其浓度不变，错误。 7．(2017·日照模拟)利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，下图就是一个用废 旧材料制作的可用于驱动玩具的电池示意图。当电池工作时，有关说法正确的是(　　) A．铝罐将逐渐被腐蚀 B．该电池驱动电动玩具时，石墨棒应与玩具电机的负极相连 C．石墨棒上发生的反应为 O2－4e－＋2H2O===4OH－ D．该电池工作一段时间后石墨棒的质量会减轻 解析：选 A　该电池中铝是负极，则铝罐逐渐被腐蚀，A 正确；铝作负极，石墨作正极， 石 墨 棒 应 与 玩 具 电 机 正 极 相 连 ， B 错 误 ； 正 极 石 墨 棒 上 发 生 的 反 应 为 O2 ＋ 4e － ＋ 2H2O===4OH－，C 错误；石墨棒不参与电极反应，其质量不变，D 错误。 8.(2017·漳州模拟)一种微生物燃料电池的结构示意图如图所 示，关于该电池的叙述正确的是(　　) A．电池工作时，电子由 a 流向 b B．微生物所在电极区放电时发生还原反应 C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区 D．正极反应式为 MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O 解析：选 D　由 a 极上 MnO2―→Mn2＋知，a 极上发生还原反应，a 作正极，b 作负极， 电池工作时电子由 b 极经外电路流向 a 极，A 项错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反 应，B 项错误；H＋向正极移动，C 项错误；放电时正极发生还原反应，D 项正确。 9．(2017·江西重点中学联考)以熔融 Li 2CO3 和 K2CO3 为电解质，天然气经重整催化作 用提供反应气的燃料电池如下图。下列说法正确的是(　　) A．以此电池为电源电解精炼铜，当有 0.1 mol e－转移时，有 3.2 g 铜溶解 B．若以甲烷为燃料气时负极反应式：CH4＋5O2－－8e－===CO2－3 ＋2H2O C．该电池使用过程中需补充 Li2CO3 和 K2CO3 D．空气极发生的电极反应式为 O2＋4e－＋2CO2===2CO2－3 解析：选 D　因为电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中的 Zn、Fe 等活泼金属均失电子， 所以溶解的铜小于 0.05 mol，质量小于 3.2 g，A 错误；若以甲烷为燃料气时，因为电解质 中无 O2－，O2－不参加反应，CO 2－3 参加反应，正确的负极反应式为 CH4＋4CO2－3 －8e－ ===5CO2＋2H2O，正极反应式为 O2＋4e－＋2CO2===2CO2－3 ，反应中没有消耗 Li2CO3 和 K2CO3，不需要补充，B、C 错误，D 正确。 10．(2017·孝感模拟)我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次 电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为 V2O5＋xLi  放电 充电 LixV2O5。下列说法中正确的是(　　) A．电池在放电时，Li＋向负极移动 B．锂在放电时作正极，充电时作阳极 C．该电池充电时阳极的反应为 LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋ D．V2O5 只是锂发生反应的载体，不参与电池反应 解析：选 C　电池在放电时，Li＋向正极移动，A 错误；锂在放电时作负极，充电时作 阴极，B 错误；该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是 LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi ＋，C 正确；V2O5 参与电池反应，D 错误。 11．(1)Fe 和 KClO4 反应放出的热量，能为熔融盐电池提供 550～660 ℃的温度，使低 熔点盐熔化导电，从而激活电池，这类电池称为热电池。Li/FeS2 热电池工作时，Li 转变为 硫化锂，FeS2 转变为铁，该电池工作时，电池总反应为_________________________________。 (2)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。 ①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为________________________。 ②已知图中甲、乙两池的总反应式均为 Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧电极(指 均在“左电极”或“右电极”)产生 H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。 (3)用铅蓄电池电解苦卤水(含 Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如图所示(a、b 为石墨电 极)。下列说法中正确的是________(填字母)。 A．铅蓄电池负极的反应式为 Pb－2e－===Pb2＋ B．铅蓄电池放电时，B 极质量减轻，A 极质量增加 C．铅蓄电池充电时，A 极应与外电源负极相连 D．电解苦卤水时，a 电极首先放电的是 Br－ 解析：(1)依据题意可知，反应物为 FeS2、Li，生成物为 Fe、Li2S，反应的化学方程式 为 FeS2＋4Li===Fe＋2Li2S。(2)①原电池中 Fe 作负极，石墨棒作正极，右侧烧杯中电极反 应为 2H＋＋2e－===H2↑。②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生 H2，同时根据电池的总反 应式可知 Fe 只能作阳极(左侧)。由已知条件知在装置甲中，Fe 作原电池的负极，在左侧，C 作原电池的正极，在右侧。(3)负极 Pb 失电子生成 PbSO4，B 极质量增大，A、B 选项错误； A 极为正极，充电时应与电源正极相连，C 选项错误；a 电极与电源正极相连为电解池阳极， 阴离子失电子，因还原性 Br－>Cl－，则 Br－首先放电，D 选项正确。 答案：(1)FeS2＋4Li===Fe＋2Li2S (2)①2H＋＋2e－===H2↑ ②甲中：左—Fe，右—C　乙中：左—Fe，右—C (3)D 12.(2017·深圳模拟)如图所示，是原电池的装置图。请回答： (1)若 C 为稀 H2SO4 溶液，电流表指针发生偏转，B 电极材料为 Fe 且 作负极，则 A 电极上发生的电极反应式为____________________；反应进 行一段时间后溶液 C 的 pH 将______(填“升高”“降低”或“基本不变”)。 (2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则 A(负 极)极材料为__________，B(正极)极材料为________，溶液 C 为________。 (3)若 C 为 CuCl2 溶液，Zn 是____________极，Cu 极发生________反应，电极反应为 ________________________________________________________________________。 反应过程溶液中 c(Cu2＋)__________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)CO 与 H2 反应还可制备 CH3OH，CH3OH 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＋3O2===2CO2＋4H2O，则 c 电极是________(填“正极”或“负 极”)，c 电极的反应方程式为__________________________________________。 若线路中转移 2 mol 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。 解析：(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，正极反应是 H＋得 电子生成 H2，电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑；溶液中 H＋放电，导致溶液中 c(H＋)减小， pH 升高。 (2)把反应 Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中 物质发生的反应类型判断，Cu 发生氧化反应，作原电池的负极，所以 A 材料是 Cu，B 极 材料是比 Cu 不活泼的导电物质如石墨、Ag 等即可。溶液 C 中含有 Fe3＋，如 FeCl3 溶液。 (3)Zn 比较活泼，在原电池中作负极，Cu 作正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得 到电子变成 Cu，电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了反应，则 c(Cu2＋)变小。 (4)根据图中的电子流向知 c 是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2 ＋6H＋，线路中转移 2 mol 电子时消耗氧气 0.5 mol，标准状况下体积为 11.2 L。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高 (2)Cu　石墨　FeCl3 溶液 (3)负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小 (4)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2 [已学知识回顾练] 13．按要求回答下列问题： (1)已知在常温常压下： ①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 275.6 kJ·mol－1 ②H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1 写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式_______________________________________。 (2)已知：CH3OH(g)＋1 2O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)ΔH1＝－192.9 kJ·mol－1 H2(g)＋1 2O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－120.9 kJ·mol－1 则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变 ΔH3＝____________________________。 (3)苯乙烯是重要的基础有机原料。工业中用乙苯(C6H5—CH2CH3)为原料，采用催化脱 氢的方法制取苯乙烯(C6H5—CH===CH2)的反应方程式为 C6H5—CH2CH3(g)―→C6H5—CH===CH2(g)＋H2(g)　ΔH1 已知：3C2H2(g)―→C6H6(g)　ΔH2 C6H6(g)＋C2H4(g)―→C6H5—CH2CH3(g)　ΔH3 则反应 3C2H2(g)＋C2H4(g)―→C6H5—CH===CH2(g)＋H2(g)的 ΔH＝______________。 (4)氨的合成是最重要的化工生产之一。 工业上合成氨用的 H2 有多种制取的方法： ①用焦炭跟水反应： C(s)＋H2O(g) =====高温 CO(g)＋H2(g)； ②用天然气跟水蒸气反应： CH4(g)＋H2O(g) =====高温 催化剂 CO(g)＋3H2(g) 已知有关反应的能量变化如图所示，则方法②中反应的 ΔH＝________________。 (5)甲醇是一种用途广泛的化工原料。 工业上常用下列两种反应制备甲醇： ①CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1 ②CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH2 已知：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.1 kJ·mol－1 H2O(l)===H2O(g)　ΔH4＝＋44.0 kJ·mol－1 则 ΔH2＝________________。 答案：(1)CH3OH(l)＋3 2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－725.8 kJ·mol－1 (2)－72.0 kJ·mol－1　(3)ΔH1＋ΔH2＋ΔH3 (4)(a＋3b－c)kJ·mol－1　(5)－93.0 kJ·mol－1