2021届一轮复习苏教版专题6第二单元　原电池　化学电源学案（江苏专用）

2021届一轮复习苏教版专题6第二单元　原电池　化学电源学案（江苏专用）

第二单元　原电池　化学电源 学习任务1　原电池及其工作原理 ‎1．概念 把化学能转化为电能的装置。‎ ‎2．构成条件 ‎(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。‎ ‎(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。‎ ‎(3)三看是否形成闭合回路 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。‎ ‎3．工作原理(以铜锌原电池为例)‎ 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 ‎(外电路)‎ 由负极沿导线流向正极 离子流向 ‎(内电路)‎ 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K＋移向正极，Cl－移向负极 电池反应(离子方程式)‎ Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 两类装置的不同点 装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋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 装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋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 ‎（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。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,①连接内电路，形成闭合回路；‎ ‎②平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ ‎4．原电池原理的应用 ‎(1)比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属做负极，而活动性弱的金属(或非金属)做正极。‎ ‎(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，加快反应的进行。‎ ‎(3)用于金属的防护 使需要保护的金属制品做原电池正极而受到保护，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，使锌做原电池的负极。‎ ‎(4)设计制作化学电源 ‎①首先将氧化还原反应分成两个半反应。‎ ‎②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。‎ ‎1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。‎ ‎(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(　　)‎ ‎(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。(　　)‎ ‎(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。(　　)‎ ‎(4)在锌铜原电池中，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。(　　)‎ ‎(5)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。(　　)‎ ‎(6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。(　　)‎ ‎(7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。(　　)‎ ‎(8)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。(　　)‎ 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√‎ ‎2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。‎ 解析：根据原电池的构成条件可知，①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且未形成闭合回路，故①③⑤⑧均不属于原电池。‎ 答案：②④⑥⑦‎ ‎3．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(SO)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.Cu做正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C.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.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。‎ 提升一　原电池的工作原理及正、负极的判断 ‎1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)‎ A．①②中Mg做负极，③④中Fe做负极 B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析：选B。①中Mg做负极；②中Al做负极；③中铜做负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu做正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎2．(2020·淮安模拟)如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Ⅰ上发生还原反应，做原电池的负极 B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋‎ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 解析：选C。该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，做原电池的正极，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。‎ ‎(1)原电池中两极材料活泼性要求：①当电极材料参加反应时，要求两极材料活泼性不同；②当电极材料只起到导电作用时，两极材料可以相同也可以不同，如燃料电池两极材料都是多孔石墨等。‎ ‎(2)在原电池反应中较活泼金属不一定做负极。原电池反应中的氧化反应与还原反应的发生与电解质溶液的组成有关。例如：铝、镁与NaOH溶液构成的原电池中铝是负极；Al和Cu、浓硝酸构成的原电池中铜是负极，因为铝在浓硝酸中易钝化。‎ ‎(3)在原电池放电过程中，在正极表面得电子的是氧化性物质(不一定是阳离子)。 ‎ 提升二　原电池原理的应用 ‎3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)‎ A．①③②④　　　　　　　　 B．①③④②‎ C．③④②① D．③①②④‎ 解析：选B。电流方向与电子流向相反，①②相连时，电流由②流向①，则金属活动性①>②；①③相连时，③为正极，则金属活动性①>③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活动性④>②；③④相连时，③的质量减少，则金属活动性③>④。综上分析，可得金属活动性顺序为①>③>④>②。‎ ‎4．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：‎ 方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ 方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。‎ 正极：______________________________；‎ 负极：______________________________。‎ 方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 用离子方程式表示其反应原理：_________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的H。‎ 方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe>Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作为电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。‎ 方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活动性。把铁片插入CuSO4溶液中，观察现象。‎ 答案：方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ 方案Ⅱ：‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑(或Cu2＋＋2e－===Cu)‎ Fe－2e－===Fe2＋‎ 方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入CuSO4溶液中，观察现象　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu ‎5．把符合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)。‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，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________。‎ ‎(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)加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，a中Zn减少，H2体积减小；(2)由于锌粉过量，H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4 溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变。‎ 答案：(1)A　(2)B　(3)C 改变Zn与H＋反应速率的方法 ‎(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少进行判断。‎ ‎(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的总量。 ‎ 学习任务2　化学电源 ‎1．碱性锌锰干电池——一次电池 负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；‎ 总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ ‎2．银锌钮扣电池——一次电池 银锌钮扣电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，结构示意图如下：‎ 负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；‎ 总反应式为 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎3．二次电池(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。‎ 铅蓄电池放电时的反应：‎ 负极(Pb)：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)，氧化反应；‎ 正极(PbO2)：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)，还原反应；‎ 总反应式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ 铅蓄电池充电时的反应：‎ 阴极(Pb)：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)，还原反应；‎ 阳极(PbO2)：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)，氧化反应；‎ 总反应式：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。‎ 铅蓄电池充电和放电的电池反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎4．燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种：‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎(1)可充电电池充电时电极与外接电源的连接顺序：‎ ‎(2)燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。 ‎ ‎1．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液做电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH将____________。(填“减小”“增大”或“不变”，下同)‎ ‎(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液做电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH将________。‎ 答案：(1)减小　减小　(2)减小　增大 ‎2．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。该电池中Mg做负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。‎ ‎1．(2017·高考全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过 0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 解析：选D。原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯做电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ 提升二　可充电电池的分析 ‎2．(2018·高考全国卷Ⅲ)一种可充电锂空气电池如图所示，当电池放电时，O2与Li＋‎ 在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，多孔碳材料电极为负极 B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移 D．充电时，电池总反应为Li2O2－x=== 2Li＋(1－)O2‎ 解析：选D。根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。‎ ‎3．如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为MH＋OH－－e－===H2O＋M D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 解析：选C。A.在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正极发生的是还原反应，分析化合价的升降，可知A选项正确；B.因为本电池为金属氢化物镍电池，又有Ni(OH)2等产生，因此可用碱性溶液做电解质溶液，B选项正确；C.该反应为放电时的负极反应，C选项错误；D.氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密度越高，D选项正确。‎ 书写原电池电极反应式的思维模式 ‎(1)一般电极反应式书写的“三步骤”‎ ‎(2)复杂电极反应式的书写 ＝－ ‎ 提升三　燃料电池的分析 ‎4．(双选)科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．电极a为电池的正极 B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．电路中每通过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2S D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区 解析：选AC。该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通入氧气的一极为正极，故电极b为电池的正极，电极a为电池的负极，A项错误；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该消耗2 mol H2S，但是题目中没有给定气体所处的状况，所以其体积不一定是44.8 L，C项错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 mol H＋经质子膜进入正极区，D项正确。‎ ‎5．(2020·扬州高三诊断)科学家设想使用惰性电极材料，以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．通入N2的电极发生的电极反应式为N2＋6e－＋8H＋=== 2NH B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸 C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极 D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl 解析：选C。N2与H2反应生成NH3，由于以稀盐酸为电解质，所以总反应为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。由“负氧正还”可知，N2在正极反应，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋=== 2NH，H2在负极反应，电极反应式为3H2－6e－===6H＋，A、B、D正确，C错误。‎ 燃料电池电极反应式的书写步骤 　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。‎ 例如：甲烷燃料电池(电解质溶液为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。‎ 　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都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只需熟记以下四种情况：‎ ‎(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－===2CO。‎ 　根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。‎ 电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，‎ 要约去正极的反应物O2。 ‎ ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．(2019·高考江苏卷)氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．(2019·高考江苏卷)常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023‎ C．(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能 D．(2016·高考江苏卷)氢氧燃料电池工作时，H2在负极上失去电子 答案：D ‎2．(2019·高考全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋‎ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3‎ D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。‎ ‎3．(2019·高考全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(　　)‎ A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的 ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)‎ C．放电时负极反应为 Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)‎ D．放电过程中 OH－ 通过隔膜从负极区移向正极区 解析：选D。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知，该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。‎ ‎4．(2019·高考天津卷)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图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)‎ 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0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 解析：选D。根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。‎ 一、单项选择题 ‎1．下列过程属于化学能转化为电能的是(　　)‎ A．行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)‎ B．智能手机电池放电 C．汽车发电机中汽油燃烧 D．氢氧化钠与盐酸反应 解析：选B。A选项，动能转化为电能，错误；B选项，化学能转化为电能，正确；C选项，化学能转化为动能，错误；D选项，化学能转化为热能，错误。‎ ‎2．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　)‎ A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 解析：选B。锌锰电池，正极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。‎ ‎3．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(SO)‎ 解析：选C。该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A.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.由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中 c(Zn2＋)逐渐增大，错误；C.由于反应不断消耗H＋，所以溶液中c(H＋)逐渐减小，正确；D.SO不参加反应，其浓度不变，错误。‎ ‎4．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)‎ A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极 B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片 C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出 D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应 解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，‎ 故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。‎ ‎5．(教材改编题)根据下图，下列判断中正确的是(　　)‎ A．烧杯a中的溶液pH降低 B．烧杯b中发生氧化反应 C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 解析：选B。据图示锌电极失去电子，该极上发生氧化反应，故B正确；烧杯a中O2得到电子，发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使pH升高，故A、C错；锌为负极，失去电子，发生反应：Zn－2e－===Zn2＋，故D错。‎ ‎6．(2020·泰州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，通入空气的一极为负极 B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物 D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液 解析：选D。A.放电时，Li电极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中不断消耗水并有LiOH生成，随着反应的进行，形成LiOH的饱和溶液，不利于Li＋的流动，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确。‎ 二、不定项选择题 ‎7．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，‎ 意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫空气质子交换膜电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本，提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋‎ B．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－===2O2－‎ C．该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极 D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1‎ 解析：选B。电池总反应是2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，Pt1为负极，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，Pt2为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A、C、D正确，B错误。‎ ‎8．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)‎ A．甲烧杯的溶液中发生还原反应 B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋‎ C．外电路的电流方向为从b到a D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯 解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为由b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。‎ ‎9．据报道，用甲酸提供氢气的燃料电池由瑞士科技工作者开发成功。燃料电池包括两个部分：甲(HYFORM)中使用钌(Ru)基催化剂从甲酸中产生氢气；乙(PEMFC)是以NaOH为电解质的氢氧燃料电池。装置的原理示意图如图。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输 B．Y室的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．X室为负极室，Y室为正极室 D．甲中消耗1 mol甲酸，乙中转移4 mol电子 解析：选BD。甲酸为液态，氢气为气态且易在空气中燃烧发生爆炸，因此该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输，A正确；Y室为原电池的正极室，发生还原反应，在碱性环境中电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B错误；通过装置图可知，X室为负极室，Y室为正极室，C正确；甲酸分解产生二氧化碳和氢气：HCOOH===CO2↑＋H2↑，反应转移2 mol电子，因此甲中消耗1 mol甲酸，乙中转移2 mol电子，D错误。‎ 三、非选择题 ‎10．(1)理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。根据氧化还原反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计的原电池如图所示，其中盐桥内装有琼脂饱和KNO3溶液。‎ 请回答下列问题：‎ ‎①电解质溶液X是______；电解质溶液Y是______。‎ ‎②写出两电极的电极反应式。‎ 铁电极：________________________________；‎ 碳电极：________________________________。‎ ‎③外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填“铁”或“碳”)‎ ‎④盐桥中向X溶液中迁移的离子是________(填字母)。‎ A．K＋　　　　　　　　　　 B．NO ‎(2)请将下列氧化还原反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O设计成原电池，在方框中画出类似(1)中的装置图，并写出相应的电极反应式。‎ 正极：___________________________________________；‎ 负极：__________________________________________。‎ 解析：(1)①根据反应，Fe做负极，C做正极，负极电解质溶液中应含有铁的阳离子且不与铁反应，所以X为含Fe2＋的电解质溶液；正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，因而Y为含Fe3＋的电解质溶液。②负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2‎ ‎＋。③外电路电子由负极(Fe)流向正极(C)。④Fe是负极，因而向X溶液中迁移的是盐桥中的阴离子，即NO。(2)见答案中的装置图及电极反应式。‎ 答案：(1)①FeCl2(或FeSO4)　FeCl3[或Fe2(SO4)3]‎ ‎②Fe－2e－===Fe2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ ‎③铁　碳　④B ‎(2)‎ NO＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O　Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎11．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。‎ Ⅰ.氢气是一种新型绿色能源，又是一种重要的化工原料。氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：‎ ‎(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。A.a电极是负极，OH－移向负极 B．b电极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．电池总反应式为2H2＋O22H2O D．电解质溶液的pH保持不变 E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 ‎(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH＝________(溶液体积变化忽略不计)。‎ Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料的电池中，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)。‎ 解析：Ⅰ.(1)C项，反应条件不是点燃，错误；D项，随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，错误。‎ ‎(2)右池为电解池，其电极反应为阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，‎ 右池中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。‎ Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝×100%≈96.6%。‎ 答案：Ⅰ.(1)CD　(2)1‎ Ⅱ.CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O　96.6%‎ ‎12．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。‎ ‎(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应：__________________(用离子方程式表示)，设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过________mol电子。‎ ‎(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为____________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：_________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式：___________________________________________________，‎ 然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变为血红色，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去。同学们对此做了多种假设，某同学的假设是“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式：___________________________。‎ ‎(3)其他条件不变，若将盐桥换成弯铜丝与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞溶液，现象是__________，电极反应式为_______________；乙装置中石墨(Ⅰ)为________极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，乙装置中与铜丝相连石墨电极上发生的反应为________________________，产物常用__________________检验，反应的离子方程式为________________________。‎ 解析：(1)负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。设导线中通过电子的物质的量为x，则负极减少的质量为56 g·mol－1×x，正极增加的质量为64 g·mol－1×x，56 g·mol－1×x＋64 g·mol－1×x＝12 g，x＝0.2 mol。‎ ‎(2)NH4Cl水解，溶液显酸性，正极上H＋得电子生成H2，负极上Fe失电子生成Fe2＋。Cl2将Fe2＋氧化为 Fe3＋，Cl2过量时，发生的反应为2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋。‎ ‎(3)将盐桥改为铜丝和石墨后，甲装置为原电池，乙装置为电解池。甲装置中Fe为负极，Cu为正极，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，滴加酚酞后变红色。乙装置中石墨(Ⅰ)为阴极，与铜丝相连的电极为阳 极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2可用湿润的淀粉KI试纸检验。‎ 答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋H2ONH3·H2O＋H＋　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋‎ ‎(3)溶液变红　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　阴 ‎2Cl－－2e－===Cl2↑　湿润的淀粉KI试纸 Cl2＋2I－===2Cl－＋I2‎