2019届二轮复习原电池化学电源学案

2019届二轮复习原电池化学电源学案

原电池 化学电源 ‎[考纲导航]‎ 知识条目 加试要求 核心素养 ‎(1)原电池的概念 a ‎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作出正确的价值判断。‎ ‎(2)铜－锌原电池的原理及电极反应式 b ‎(3)原电池的构成条件 b ‎(4)常见化学电源 c ‎(5)原电池的构造与工作原理，盐桥的作用 b ‎(6)判断与设计简单的原电池 c ‎(7)原电池的电极反应式及电池反应方程式 b ‎(8)原电池的正、负极和电子流向的判断 c ‎(9)银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值 b 考点1　原电池的工作原理及其应用 ‎[主干精讲]‎ ‎1.概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。‎ ‎2.原电池的构成条件 ‎(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。‎ ‎(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中。‎ ‎3.原电池的工作原理 ‎(1)装置图 ‎(2)原理归纳 ‎4.原电池中的三个方向 ‎(1)电子方向：电子从电源负极流出经外电路流入正极。‎ ‎(2)电流方向：电流从电源正极流出经外电路流入负极。‎ ‎(3)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极区迁移，阳离子向正极区迁移。‎ ‎5.盐桥原电池 ‎(1)盐桥的构成 盐桥里的物质一般是强电解质而且不与两池中电解质反应，教材中常使用装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，离子可以在其中自由移动，这样溶液是不致流出来的。‎ ‎(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。‎ ‎(3)单池原电池和盐桥原电池的对比 图1和图2两装置的比较 相同点 正负极、电极反应、总反应、反应现象 负极：Zn－2e－===Zn2＋‎ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋‎ 不同点 图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长 关键点 盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区 ‎6.原电池原理的应用 ‎(1)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增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)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。‎ ‎[速检速测]‎ ‎1.[明辨是非]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)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极(　　)‎ ‎(3)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(　　)‎ ‎(4)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　)‎ ‎(5)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　)‎ ‎(6)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(　　)‎ ‎(7)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(　　)‎ ‎(8)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(　　)‎ ‎(9)CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能(　　)‎ ‎(10)在内电路中，电子由正极流向负极(　　)‎ ‎(11)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液(　　)‎ 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)×　(11)×‎ ‎2.原电池正负极的判断方法 ‎(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是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。电流由 极流向 极；电子由 极流向 极。‎ ‎(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向 极，阴离子移向 极。‎ ‎(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的 极失电子发生氧化反应，其 极得电子发生还原反应。‎ ‎(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。‎ 解析　判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况，例如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。‎ 答案　(1)负　正　(2)正　负　负　正　(3)正　负　(4)负　正　(5)负　正 ‎[模拟题组]‎ 原电池工作原理 ‎1.下面装置中，能构成原电池的是 (填序号)。‎ 答案　②④⑥⑦⑨‎ ‎2.某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.铜片上的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu B.外电路中电子由铜片经导线流向锌片 C.电池工作时电能直接转化为化学能 D.该电池工作时，若有13克锌被溶解，则铜片上产生标况下4.48 L H2‎ 解析　A项，在该装置图中，Zn、Cu及电解质溶液构成原电池。由于金属活动性：Zn>Cu，所以Zn为负极，失去电子，Cu为正极，在正极上溶液中的H＋得到电子，生成H2‎ ‎，错误；B项，外电路中电子由负极Zn片经导线流向Cu片，错误；C项，电池工作时，将化学能转化为电能，错误；D项，该电池工作时，若有13克锌被溶解，n(Zn)＝m÷M＝13 g÷65 g/mol＝0.2 mol，则由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铜片上产生标况下V(H2)＝nVm＝0.2 mol ×22.4 L/mol＝4.48 L，正确。‎ 答案　D ‎“盐桥”原电池 ‎3.(2019·太原市第一中学高三模拟)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　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。‎ 答案　B ‎4.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 (填化学式)。‎ ‎(2)银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ‎ ‎ 。‎ ‎(3)盐桥中的NO移向 溶液。‎ 答案　(1)Cu　AgNO3　(2)正　Ag＋＋e－===Ag ‎(3)Cu(NO3)2‎ 原电池工作原理应用 ‎5.有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：‎ ‎(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性 。‎ ‎(2)C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性 。‎ ‎(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性 。‎ ‎(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性 。‎ ‎(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性 。‎ 综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为 。‎ 答案　(1)A>B　(2)C>D　(3)A>C　(4)D>B　(5)B>E　A>C>D>B>E ‎6.(2018·3月温州选考模拟)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S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　本题要注意运用“电化学原理”这个关键词，由题干信息中Ag、Al、食盐溶液构成原电池的条件，Ag2S 是氧化剂，作正极，发生还原反应，B项正确。C项忽视了Al2S3在水溶液中发生完全的双水解反应，正确的方程式应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑。D项中黑色褪去的原因是Ag2S被还原成了Ag。‎ 答案　B ‎[真题对接]‎ ‎1.(2015·浙江10月选考)如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　)‎ A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能 C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转 D.装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋‎ 解析　A项，装置甲的锌片与稀硫酸反应生成氢气，装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池，在铜片产生气泡，正确；B项，甲装置把化学能转化为热能，乙装置把化学能转化为电能，不正确；C项，装置乙形成原电池，正确；D项，装置乙形成原电池，锌为负极，电极反应式Zn－2e－===Zn2＋，正确。‎ 答案　B ‎2.(2016·浙江理综，11)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＋nO2＋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　A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B项，单位质量的Mg、Al、Zn释放的电子分别为 ‎ mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比Mg、Zn高，正确；C项，电池放电过程正极O2得电子生成OH－，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成M(OH)n，反应式应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，为避免OH－移至负极而生成Mg(OH)2，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止OH－，正确。‎ 答案　C 考点2　化学电源 ‎[主干精讲]‎ ‎1.一次电池 ‎(1)碱性锌锰干电池(图一)‎ 图一 负极材料：Zn 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ 正极材料：碳棒 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2‎ ‎(2)锌银电池(图二)‎ 图二 负极材料：Zn 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ 正极材料：Ag2O 电极反应：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。电解质是H2SO4。‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；‎ ‎②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。‎ ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；‎ ‎②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。‎ 总反应：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。‎ ‎3.燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：‎ 种类 酸性 碱性 负极反 应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎[速检速测]‎ ‎1.[明辨是非]正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　)‎ ‎(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　　)‎ ‎(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料(　　)‎ ‎(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(　　)‎ ‎(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(　　)‎ ‎(6)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)×‎ ‎2.甲烷燃料电池 以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。‎ ‎(1)酸性介质(如H2SO4)‎ 负极： ；‎ 正极： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎(2)碱性介质(如KOH)‎ 负极： ；‎ 正极： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)‎ 负极： ；‎ 正极： ；‎ 总反应式： 。‎ ‎(4)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－＋2H2O===CO2＋8H＋‎ ‎2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎(2)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎2O2＋8e－＋4H2O===8OH－‎ CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O ‎(3)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ‎2O2＋8e－===4O2－‎ CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎(4)CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O ‎2O2＋8e－＋4CO2===4CO CH4＋2O2===CO2＋2H2O ‎[模拟题组]‎ 燃料电池 ‎1.(2019·湖南郴州一模)乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是(　　)‎ A.电池工作时，质子向电池的负极迁移 B.电池工作时，电子由b极沿导线流向a极 C.a极上发生的电极反应：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋‎ D.b极上发生的电极反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O 答案　D ‎2.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.反应CH4＋H2O3H2＋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向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析　根据化学反应方程式，每有1 mol甲烷参与反应转移电子为6 mol，A项错误；因为电解质为熔融态的碳酸盐，所以电极A上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO===H2O＋CO2，B项错误；根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，碳酸根离子向负极(A电极)移动，C项错误；电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子，因此电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，D项正确。‎ 答案　D 可充电电池 ‎3.镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现在生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B.充电过程是化学能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 解析　放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。‎ 答案　A ‎4.一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液是6 mol·L－1的KOH溶液。‎ ‎(1)写出放电时的正、负极电极反应式。‎ 负极： 。‎ 正极： 。‎ ‎(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。‎ 阴极： 。‎ 阳极： 。‎ 答案　(1)H2－2e－＋2OH－===2H2O ‎2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－‎ ‎(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O ‎[真题对接]‎ ‎1.(2018·11月浙江选考)最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.右边吸附层中发生了还原反应 B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O C.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O D.电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动 解析　根据装置图中电子的流向，通H2的一极为负极，出H2的一极为正极，电极反应式为：‎ 负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ A项，正极上发生还原反应；C项，电池总反应式为H＋＋OH－===H2O；D项，由于在负极区消耗OH－，所以Na＋向右移动，而ClO向左移动。‎ 答案　C ‎2.(2014·浙江理综，11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：‎ Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列说法正确的是 (　　)‎ A.NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ B.充电过程中OH－ 离子从阳极向阴极迁移 ‎ C.充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－ ，H2O中的H被M还原 D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 解析　A项，由NiMH充电的总反应方程式知，其逆反应为放电时的总反应，正极发生还原反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正确；B项，充电时相当于电解池，阴离子(OH－)向阳极移动，错误；C项，由于MH中M与H均为0价，反应前后M的化合价没有变化，故H2O中的H是由于电解而被还原，并不是被M还原，错误；D项，由信息可知NiOOH与KOH溶液、氨水反应，故电解质溶液不能用KOH溶液、氨水，错误。‎ 答案　A 学科核心素养提升(六)　新型电源及电极反应式的书写 素养说明：随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。‎ ‎1.电池类型——负极材料、正极材料和电解质 ‎2.电极反应式书写方法和步骤 ‎(1)确定正负极电极反应物和电极产物 ‎①利用总反应方程式确定 如：‎ ‎②利用得失电子确定电极反应和利用共存原则确定电极产物 a.失电子的物质为负极反应物(得电子的物质为正极反应物)。‎ b.利用共存原则，确定电极产物 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。‎ ‎(2)利用化合价变化确定得失电子数 依据负极(或正极)反应物和产物化合价的变化，计算出负极反应失电子数和正极反应得电子数。‎ ‎(3)利用电解质中的微粒调整电极反应两侧电荷相等，用电解质中的阳离子或阴离子调整电荷守恒的关键有三点。‎ 第一：选准离子、酸性溶液选H＋、碱性溶液选OH－、熔融氧化物选O2－、熔融碳酸盐选CO、锂电池选Li＋。‎ 第二：确定离子在电极反应式中的位置。‎ 第三：确定离子的数目。‎ ‎(4)利用守恒配平其它物质系数。‎ ‎[模拟题组]‎ ‎1.(2018·杭州联考)干电池模拟实验装置如图。下列说法不正确的是(　　)‎ A.锌片作负极，碳棒作正极 B.电子从锌片流向碳棒，电流方向则相反 C.NH4Cl是电解质，在锌片逐渐消耗过程中MnO2不断被氧化 D.该电池是一次性电池，该废旧电池中锌可回收 解析　A.锌是活泼金属，则锌片作负极，碳棒作正极，A项正确；B.原电池中电子从负极沿导线流向正极，电流从正极流向负极，电流从碳棒流到锌上，B项正确；C.以糊状NH4Cl作电解质，其中加入MnO2氧化吸收H2，C项错误；D.该电池是一次性电池，该废旧电池中锌可回收，D项正确；答案选C。‎ 答案　C ‎2.(2018·金华一中高三月考)‎ 美国G－TEC燃料电池以利用民用燃气为原料气，其结构如下图，有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A.电池工作时，电流由负荷的a流向b B.电池工作一段时间后，电解质物质的量理论上保持不变 C.通入空气的一极的电极反应式是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D.外电路中每通过0.2 mol电子，所消耗的燃料体积不小于2.24 L(标况下)‎ 解析　外电路中电流由电池的正极流向负极，A项正确；电解质仅为传导作用，没有变化，B项正确；通入空气的一极是O2得到电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，C项错误；因2H2＋O2===2H2O，2CO＋O2===2CO2，故外电路中每通过0.2 mol电子时，需消耗的标况下的氢气或一氧化碳均为2.24 L，D项正确。‎ 答案　C ‎3.(1)[2016·北京理综，26(1)]用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO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 。‎ ‎(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：‎ ‎①Pt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)①铁　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O　(2)①还原　②NO＋O2－－2e－===NO2‎ ‎[真题对接]‎ ‎1.(2017·11月浙江选考，17)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－＋2H2O===4OH－‎ D.电池反应2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2‎ 解析　金属(M)－空气电池中M失电子做负极，故A正确；根据传递M2＋和OH－，可知电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；空气得电子做正极，电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C正确；电池总反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正确。‎ 答案　B ‎2.(2017·课标Ⅲ，11)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　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极反应式为：Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。‎ 答案　D ‎3.(2018·课标全国Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)‎ A.放电时，ClO向负极移动 B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2‎ C.放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C D.充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na 解析　电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。‎ 答案　D 课时训练 一、选择题 ‎1.下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　)‎ 答案　B ‎2.如图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是(　　)‎ A.阳极 B.正极 ‎ C.阴极 D.负极 解析　铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，构成了原电池，活泼金属作负极，金属Zn的活泼性大于Cu，所以锌片为负极。‎ 答案　D ‎3.干电池原理示意图如下，电池总反应为：Zn＋2NH===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是(　　)‎ A.碳为电池的正极 B.Zn极上发生还原反应 ‎ C.Zn2＋移向该电池的负极 D.反应2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑在负极上发生 解析　根据题意可知，C为正极，A项正确；Zn为负极，发生氧化反应，B项错误；溶液中Zn2＋向电池的正极移动，C项错误；正极(C)上发生的反应为2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑，D项错。‎ 答案　A ‎4.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电池。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质为无水LiCl—KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池的总反应方程式为：PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。‎ 下列有关说法正确的是(　　)‎ A.正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2‎ B.放电过程中，Li＋向钙电极移动 C.外电路中，电子由硫酸铅电极经导线流向钙电极 D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转 解析　该电池的负极为钙电极，正极为硫酸铅电极，电解质为无水LiCl—KCl混合物，电池工作时，负极Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，外电路中，电子由钙电极经导线流向硫酸铅电极，电解质中的Li＋向正极(硫酸铅电极)移动，常温下LiCl—KCl混合物未熔融，电池不工作。‎ 答案　D ‎5.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　A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，则有Cu2＋→Zn2＋，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋‎ ‎)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，放电过程中Zn2＋通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。‎ 答案　C ‎6.(2017·温州市高三第二次选考模拟)有一种新型的固体氧化物型燃料电池，装置如图所示，在两极上分别通入甲烷和空气，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体。在高温熔融状态下能传导O2－。下列说法正确的是(　　)‎ A.a处通入的是甲烷 B.工作时，在熔融电解质中，O2－移向d电极 C.c电极为正极，发生氧化反应 D.d电极的电极反应式：O2＋4e－===2O2－‎ 解析　依据装置图中电流流向分析，c为正极，氧气得到电子发生还原反应，d为负极，甲烷失电子发生氧化反应。a处通入的是空气，A错误；原电池中阴离子向负极移动，所以工作时，在熔融电解质中，O2－移向负极，即移向d电极，B正确；c电极为正极，发生还原反应，C错误；d电极为电池负极，甲烷失电子发生氧化反应，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导正极生成的O2－，负极电极反应为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O，D错误；答案选B。‎ 答案　B ‎7.用NO2和NH3作原电池的投料，能将氮氧化物转化为N2，减轻环境污染，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.电子从A电极流出，A电极上发生氧化反应 B.B电极的电极反应式为2NO2＋8e－＋8H＋===N2＋4H2O C.一段时间后，A电极附近的溶液pH增大 D.当消耗4.48 L(标准状况)NH3时，转移电子的物质的量为1.6 mol 解析　根据图示可知，A电极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，B电极的电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O===N2＋8OH－，B项错误；电子从A电极流出，A电极上发生氧化反应，A项正确；A电极消耗氢氧根离子，附近溶液的pH减小，C项错误；当消耗4.48 L(标准状况)NH3时，转移电子的物质的量为0.6 mol，D项错误。‎ 答案　A ‎8.(2016·4月浙江学考)Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是(　　)‎ A.石墨电极是该电池的正极 B.石墨电极上发生还原反应 C.Mg电极的电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋‎ D.电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极 解析　根据Mg－H2O2电池示意图得出，镁为负极，石墨为正极。A项，石墨电极是该电池的正极，A项正确；B项，石墨为正极，电极上发生还原反应，B项正确；C项，Mg电极为负极，电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋，C项正确；D项，电子不能通过电解质溶液，溶液中为离子导电，D项不正确。‎ 答案　D ‎9.近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A.碳极发生的反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B.有机电解质和水溶液不可以互换区域 C.标准状况下产生22.4 L的氢气时，正极消耗锂的质量为14 g D.该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气 解析　根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，应该是正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B正确；金属Li和水发生反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，标准状况下产生22.4 L的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为14 g，C错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，还得到清洁的氢气，D正确。‎ 答案　C ‎10.(2018·课标全国Ⅲ，11)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＋O2‎ 解析　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。‎ 答案　D ‎11.NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　)‎ A.放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移 B.石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e－===NO C.电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5‎ D.当外电路通过4 mol e－，负极上共产生2 mol N2O5‎ 解析　以NO2、O2和熔融KNO3制作的燃料电池，在使用过程中，O2通入石墨Ⅱ电极，则石墨Ⅱ电极为原电池的正极，石墨Ⅰ电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素的化合价升高，故生成的氧化物Y为N2O5。放电时，NO向负极移动，即向石墨Ⅰ电极迁移，A错误；由装置图可知，O2和N2O5(Y)在石墨Ⅱ电极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，B错误；电池的负极反应式为4NO2＋4NO－4e－===4N2O5，故电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5，C正确；当外电路中通过4 mol e－时，负极上产生4 mol N2O5，D错误。‎ 答案　C ‎12.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为电池的负极 B.正极反应式为：2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C.该电池放电过程中电解质溶液的浓度不变 D.电池工作时OH－向正极迁移 解析　以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液的电池中，Zn为负极，发生反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，K2FeO4为正极，发生反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，电池总反应：3Zn＋2FeO＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－，放电过程中有OH－生成，则电解质溶液的浓度增大，OH－向负极迁移，故A正确。‎ 答案　A 二、非选择题 ‎13.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作 极，表面发生的电极反应为 。‎ ‎(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。‎ ‎①X为 极，Y极反应式为 ‎ ‎ 。‎ ‎②Y极生成1 mol Cl2时， mol Li＋移向 (填“X”或“Y”)极。‎ ‎(3)一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH作电解质。‎ 负极反应式为 ；‎ 正极反应式为 。‎ 解析　(1)从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。(2)根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。(3)根据装置可知N2H4→N2为氧化反应，在负极上反应。‎ 答案　(1)正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH ‎(2)①正　2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎②2　X ‎(3)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎14.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：‎ ‎(1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl ‎①该电池的负极反应式是 ；‎ ‎②在电池中，Na＋不断移动到“水”电池的 极(填“正”或“负”)；‎ ‎③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是 。‎ ‎(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。‎ ‎①该电池工作时，b口通入的物质为 。‎ ‎②该电池负极的电极反应式 ‎ ‎ 。‎ ‎③工作一段时间后，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有 NA个电子转移。‎ ‎(3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式： ‎ ‎ 。‎ 解析　(1)①根据电池总反应：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极反应式为：Ag＋Cl－－e－===AgCl。②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动。③根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合价共降低了2价，所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，则外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。(2)①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇。②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。③根据2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋知，由甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量＝×6＝1.2 mol，则转移电子个数为1.2NA。(3)电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为Ag2O2＋4e－＋2H2O===2Ag＋4OH－‎ ‎，负极电极反应式为2Zn－4e－＋8OH－===2[Zn(OH)]，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn(OH)4＋2Ag。‎ 答案　(1)①Ag－e－＋Cl－===AgCl　②正　③2 mol ‎ ‎(2)①CH3OH　②CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋　③1.2‎ ‎(3)Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn(OH)4＋2Ag