2019届一轮复习人教版原电池和化学电源学案

2019届一轮复习人教版原电池和化学电源学案

原电池和化学电源 ‎【考纲要求】 　 1．了解原电池的工作原理。‎ ‎2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。‎ ‎3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。‎ ‎4．能根据原电池原理进行简单计算。‎ ‎5．熟悉常见的化学电源（一次电池、二次电池和燃料电池），能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。‎ ‎【考点梳理】‎ 考点一、原电池的概念 ‎1．能量的转化 原电池：将化学能转变为电能的装置。‎ 电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。‎ ‎2．工作原理 设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。‎ 电子从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属或碳棒），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。‎ 电极 电极材料 反应类型 电子流动方向 负极 还原性较强的金属 氧化反应 负极向外电路提供电子 正极 还原性较弱的金属 还原反应 正极从外电路得到电子 以下是锌铜原电池装置示意图：‎ 要点诠释：盐桥的作用 ‎ a．组成：将热的饱和KCl或NH4NO3琼胶溶液倒入U形管中(不能产生裂隙)，即可得到盐桥。将冷却后的U形管浸泡在KCl饱和溶液或NH4NO3饱和溶液中备用。‎ ‎ b．作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。‎ 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。‎ ‎ 由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。‎ ‎3．原电池的组成条件 ‎ (1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。‎ ‎(2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。‎ ‎(3)导线将两电极连接，形成闭合回路。‎ ‎（4）有能自发进行的氧化还原反应。‎ ‎4．原电池的判断方法 ‎（1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。‎ ‎（2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。‎ ‎5．原电池的正负极的判断方法 判断依据 负极 正极 电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 阴离子移向的负极 阳离子移向的正极 电解质溶液中离子定向移动方向 发生的反应 氧化反应 还原反应 反应现象 溶解的极 增重或有气泡放出的极 ‎6．原电池中带电粒子的移动方向 在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线上流入正极；在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体情况见图：‎ ‎ ‎ 考点二、原电池原理的应用 ‎1．加快氧化还原反应的速率 例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。‎ ‎2．比较金属活动性强弱 例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。‎ ‎3．用于金属的防护 将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。‎ ‎4．原电池的设计 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：‎ ‎（1）首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应；‎ ‎（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。‎ ‎①电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。‎ ‎②电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。‎ ‎（3）按要求画出原电池装置图。‎ 考点三、几种常见的电池 ‎（一）电池的评价 比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。‎ 比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。‎ 质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。‎ ‎（二）实用电池的特点 ‎(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流；‎ ‎(2)安全、耐用且便于携带，易于维护；‎ ‎(3)能够适用于各种环境；‎ ‎(4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；‎ ‎(5)能量转换率高。‎ ‎（三）几种常见的电池 ‎1、一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。‎ 干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。‎ 碱性锌锰电池 ‎ 构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH 负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2；‎ 正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－‎ 总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2‎ 特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。‎ ‎2、二次电池 ‎①铅蓄电池 放电电极反应：‎ 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)； ‎ 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)‎ 总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)‎ 充电电极反应：‎ 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；‎ 阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)‎ 总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)‎ 总反应方程式：‎ Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)‎ 说明：‎ a负极阴极 正极阳极 b 电池的正负极分别和电源的正负极相连 c各极的pH变化看各电极反应，电池的pH变化看电池总反应 ‎②镍一镉碱性蓄电池 负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；‎ 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－‎ 总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 ‎ ‎3、燃料电池 电池 电极 反应 酸性电解质 碱性电解质 氢氧燃料电池 负极 ‎2H2－4e－＝4H+‎ ‎2H2+4OH－－4e－＝4H2O 正极 O2+4H++4e－＝2H2O O2+2H2O+4e－＝4OH－‎ 总反应 ‎2H2+O2＝2H2O ‎2H2+O2＝2H2O 甲烷燃料电池 负极 CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+‎ CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 正极 ‎2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O ‎2O2+4H2O+8e－=8OH－‎ 总反应 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 甲醇燃料电池 负极 ‎2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+‎ ‎2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－+12H2O 正极 ‎3O2 +12H+ +12e－＝6H2O ‎3O2+6H2O+12e－=12OH－‎ 总反应 ‎2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O ‎2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O 除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。‎ 燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。‎ ‎（四）正确书写电极反应式 ‎(1)列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。‎ ‎(2)标明电子的得失。‎ ‎(3)使质量守恒。‎ 电极反应式书写时注意：‎ ‎①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式；‎ ‎②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式，且生成物为OH－；若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为H2O。‎ ‎③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。‎ ‎(4)正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。注意相加减时电子得失数目要相等。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：原电池原理 例1．铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是( )‎ A．正极反应为：Zn—2e-=Zn2+ ‎ ‎ B．电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu ‎ ‎ C．在外电路中，电子从负极流向正极 ‎ ‎ D．盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 ‎ ‎【答案】BC ‎【解析】Zn是负极，故A错；电池总反应和没有形成 原电池的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子往正极移动，故D错误。‎ ‎【总结升华】一定要记住：原电池工作时，电子沿导线从负极流向正极， 在溶液中阴离子向负极移动。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3‎ 的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )‎ ‎①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ‎②正极反应为：Ag++e-=Ag ‎③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ‎④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．①② B．②③ C．②④ D．③④‎ ‎【答案】C ‎【变式2】右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是( )‎ A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为： ‎ O2+2H2O+4e－＝4OH－‎ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 ‎【答案】C ‎【解析】本题主要考查的是电化学知识。A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H2 -2e- + 2OH- = 2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料（H2）和氧化剂（O2）的再生；D项，在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。‎ ‎【变式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↑‎ ‎【答案】B ‎【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能与NaOH溶液反应失去电子，是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑，负极电极反应式为2Al+8OH――6e―==2AlO2―+4H2O，二者相减得到正极电极反应式为：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。‎ 例2．某同学根据离子反应方程式2Fe3++Fe==3Fe2+来设计原电池。下列设计方案中可行的是( )‎ A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液 ‎ B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 ‎ C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液 ‎ D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液 ‎【答案】B ‎【解析】由离子反应方程式可知，设计的原电池中Fe为负极，不与电解质溶液反应的导体为正极，含Fe3+的溶液为电解质溶液，故B项可行。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】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。‎ ‎ ‎ ‎ 请回答下列问题：‎ ‎ (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________；‎ ‎ (2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为________；X电极上发生的电极反应为________；‎ ‎ (3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。‎ ‎ 【答案】(1)Cu AgNO3溶液 (2)正 Ag++e－==Ag Cu－2e－==Cu2+ (3)X Ag ‎ 【解析】由氧化还原反应：2Ag+ (aq)+Cu (s)==Cu2+ (aq)+2Ag (s)可知，可以选用Cu (s)—Ag (s)—AgNO3‎ ‎ (aq)构成简易的原电池，因此上图中电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是AgNO3溶液，正极为Ag，正极上发生的反应为Ag++e－==Ag，负极为Cu，负极上发生的反应为Cu－2e－==Cu2+，在外电路电子由负极流向正极，即从X电极流向Ag电极。‎ 类型二：金属活动性强弱比较 例3．根据下列实验事实：‎ ‎(1) X+Y2+ = X2+ + Y ‎(2) Z + 2H2O（冷水）=Z(OH)2 + H2↑‎ ‎(3)Z2+离子的氧化性比X2+弱 ‎(4)由Y、W作电极组成的原电池负极反应为：Y—2e－=Y2+，‎ 由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )‎ A．X > Y > Z > W B．Y > X > W > Z C．Z > X > Y > W D．Z > Y > X > W ‎【答案】C ‎【解析】(1)X能将Y2+还原说明X的还原性强于Y。(2)Z能与冷水作用，说明Z一定为活泼性很强的金属。(3)Z2+氧化性比X2+弱说明Z的金属性强于X。(4)在原电池中Y做负极，故Y的活泼性强于W。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活泼性顺序是( )‎ A．X＞Z＞W＞Y B．Z＞X＞Y＞W C．W＞X＞Y＞Z D．Y＞W＞Z＞X ‎【答案】A ‎【解析】在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子，发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子，发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向)。因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活泼性W＞Y。综上所述，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。‎ 类型三：干电池 例4．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：‎ Zn (s)+2MnO2 (s)+2H2O (1)==Zn(OH)2 (s)+2MnOOH (s)‎ 下列说法错误的是( )‎ A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为：2MnO2 (s)+2H2O (1)+2e－==2MnOOH (s)+2OH－ (aq)‎ ‎ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 ‎ D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g ‎【答案】C ‎【解析】该电池工作时，Zn应为负极，失去电子，故A正确。原电池正极发生得电子反应，即还原反应，故B正确。电子应由原电池的负极流出，通过外电路流向正极，故C错误。由于Zn失去2 mol电子时，自身消耗的质量为65 g，则失去0.2 mol电子，理论上消耗6.5 g，故D正确。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。‎ ‎（1）该电池的负极材料是　　　　。电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负极”）。‎ ‎（2）若ZnCl2-NH4Cl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　　　　。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。‎ a.NaOH b.Zn　　　　c.Fe d.NH3·H2O ‎(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是　　　　。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为　　　　。‎ ‎【答案】（1）Zn 正极 ‎ ‎（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b ‎ ‎（3）2H++2e-=H2↑ ，87g ‎【解析】（1）负极发生氧化反应，Zn失电子，做负极。电子由负极经外电路流向正极。（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2+ 置换为单质而除去。（3）阴极上得电子，发生还原反应，H+得电子生成氢气。因为MnSO4～MnO2～2 e-，通过2mol电子产生1mol MnO2，质量为87g。‎ ‎【变式2】锂电池是新一代高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li+MnO2==LiMnO2，下列说法正确的是（ ）‎ A．Li是正极，电极反应为：Li－e－==Li+‎ ‎ B．Li是负极，电极反应为：Li－e－==Li+‎ ‎ C．MnO2是负极，电极反应为：MnO2+e－==MnO2－‎ ‎ D．Li是负极，电极反应为：Li－2e－==Li2+‎ ‎【答案】B ‎【解析】分析电池的总反应式Li+MnO2==LiMnO2，可以知道Li失去电子，发生氧化反应，所以Li是负极，电极反应为Li－e－==Li+；MnO2是正极，发生还原反应，电极反应为MnO2+e－==MnO2－。‎ 类型四：蓄电池 例5．锂离子电池的总反应为：LixC+Li1﹣xCoO2 C+LiCoO2；‎ 锂硫电池的总反应为：2Li+S Li2S。有关上述两种电池说法正确的是( )‎ A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．图中表示用锂离子电池给锂硫电池充电 ‎【思路点拨】电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、充电是电解的过程，解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。‎ ‎【答案】B ‎【解析】A、原电池中阳离子向正极移动，则锂离子电池放电时，Li+向正极迁移，故A错误；‎ B、锂硫电池充电时，锂电极与外接电源的负极相连，锂电极上Li+得电子发生还原反应，故B正确；‎ C、比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，锂硫电池放电时负极为Li，锂离子电池放电时负极为LixC，两种电池的负极材料不同，所以比能量不同，故C错误；‎ D、用锂离子电池给锂硫电池充电时，Li为阴极，应与负极C相连，S为阳极应与正极LiCoO2相连，故D错误；‎ 故选B。‎ ‎【总结升华】原电池中应注意的3个“方向”：‎ ‎(1)外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极；‎ ‎(2)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极；‎ ‎(3)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K+→正极，Cl-→负极。‎ 举一反三： 【变式1】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：‎ ‎2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 ‎ 下列对铅蓄电池的说法中错误的是( )‎ A．需要定期补充硫酸 ‎ B．工作时Pb是负极，PbO2是正极 ‎ c．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－+SO42－==PbSO4‎ ‎ D．工作时电解质溶液的密度减小 ‎【答案】A ‎【解析】铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+，而Pb2+又与溶液中的SO42－生成PbSO4沉淀；放电时消耗硫酸的量与充电时生成硫酸的量相等，说明H2SO4不用补充；工作时（即放电时），H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的越浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。‎ ‎【变式2】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 　　3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，下列叙述不正确的是( )‎ A．放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化 B．充电时阳极反应为：2Fe(OH)3－6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O C．放电时负极反应为：3Zn－6e－ +6OH－= 3Zn(OH)2‎ ‎ D．放电时正极附近溶液的碱性增强 【答案】A 【解析】A项中放电时正极应被还原，D项中放电时正极：2FeO42－+6e－+ 8H2O=2Fe(OH)3+ 10 OH－，故溶液的碱性增强。启示：分析问题要先定性后定量，注意关键字词。‎ ‎【变式3】镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。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 －e— + OH- == 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 ‎【答案】A 【解析】由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH溶液，所以阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O；Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd作负极，Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，Cd周围的c(OH－)下降，OH－向负极移动。 【变式4】蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2‎ 下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )‎ A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极 ‎ B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中 ‎ C．放电时，负极上的电极反应为：Fe+2OH－－2e－==Fe(OH)2‎ ‎ D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 ‎【答案】BD ‎【解析】蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属Fe，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+。由于负极（Fe）的附近聚集较多的Fe2+，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：‎ ‎ 放电：负极，Fe－2e－+2OH－==Fe(OH)2；‎ ‎ 正极，NiO2+2e－+2H2O==Ni(OH)2+2OH－。‎ ‎ 充电：阴极，Fe(OH)2+2e－==Fe+2OH－；‎ ‎ 阳极，Ni(OH)2－2e－+2OH－==NiO2+2H2O。‎ 可见以上反应都是在碱性溶液中进行的，B不正确，C正确。‎ ‎【变式5】Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是( )‎ A．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价 B．该电池的电池反应式为：2Li+FeS＝Li2S+Fe C．负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+‎ D．充电时，阴极发生的电极反应式为：‎ ‎【答案】B ‎【解析】本题形式较新颖，车载电池的两极材料需要根据信息来判断。根据给出的正极得电子的电极反应式，可知正极是FeS被还原，可以判断出原电池的负极应是Li被氧化，电极反应式为Li-e－=Li+。A选项中Li的化合价为0价；B选项是正确的；C选项应为Li-e-=Li+；D选项中阴极发生的应当是还原反应Li＋+e－=Li，D项错误。‎ 类型五：燃料电池 例6．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：‎ ‎2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是( )‎ A．电子通过外电路从b极流向a极 B．b极上的电极反应式为：‎ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－‎ C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2‎ D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极 ‎【答案】D ‎【解析】该氢氧燃料电池的a极通入H2，故为负极，b极通入O2，为正极。这样电子通过外电路应由a极流向b极，故A选项错误；酸性电解质存在下，B选项中b极上的电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O ；C选项没有说明是标准状况下；D选项是正确的，H2在a极失电子变成H+，由固体酸电解质传递至b极。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】有人设计出利用CH4和O2反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧的反应，则下列说法中正确的是( )‎ ‎ ①每消耗l mol CH4可以向外电路提供8 mol e－‎ ‎ ②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O ‎ ③负极上O2获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e－==4OH－‎ ‎ ④电池放电时，溶液pH不断升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④‎ ‎【答案】A ‎【解析】CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4→CO2，严格地讲生成的CO2还与KOH溶液反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，作电池的负极，电极反应式为CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O，1 mol CH4参加反应有8 mol e－发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e－==4OH－。虽然正极产生OH－，负极消耗OH－，但从总反应CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O可看出反应消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH不断下降，故①②正确，③④错误。‎ ‎【变式2】一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )‎ A．CH3OH (g) —2e―+O2 (g)==H2O (l)+CO2 (g)+2H+(aq)‎ B．O2 (g)+4H+(aq)+4e―==2H2O (l)‎ C．CH3OH (g)+H2O (l) —6e―==CO2 (g)+6H+(aq) ‎ D．O2 (g)+2H2O (l)+4e―==4OH―‎ ‎【答案】C ‎ ‎【解析】甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故B、D错误；A项不是电极反应式。‎ ‎【变式3】肼（N2H4）－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4＋O2＝N2↑＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是( )‎ A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e－＝4H2O＋N2↑ ‎ B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O ‎ C．溶液中阴离子向正极移动 D．溶液中阴离子物质的量基本不变 ‎ ‎【答案】AD 类型六：其它电池 例7．某燃料电池所用的原料为H2和空气(含一定量的CO2)，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+CO32－-2e－= H2O+CO2。下列说法中正确的是( )‎ A．正极反应为：4OH－＋4e－=2H2O+O2↑ ‎ B．电池放电时，电解质中CO32-的物质的量将减小 C．放电时，电解质中CO32－向负极移动 D．电池工作时，电子从正极经外电路流向负极 ‎【答案】C 【解析】A项中正极反应应为：O2+4e－+2 CO2＝2CO32－，B项中CO32-的物质的量应不变，D项中电池工作时，电子应从负极经外电路流向正极。 【总结升华】要注意电解质为熔融的K2CO3而不是水溶液。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如下图所示：‎ 负载 电极a 电极b ‎ A ‎ B X Y Y Y 熔融盐Z e－‎ e－‎ ‎（1）电极b是该燃料电池的（填“正”或“负”）________极。‎ ‎（2）若以氢气为燃料，则A是（填化学式） ，Y是（填化学式） ；‎ CO32－的移动方向是移向（填“电极a”或“电极b”） ；电极b的电极反应是 。‎ ‎【答案】（1）正 （2）H2 CO2 电极a O2 +4e－+2CO2＝2CO32－ ‎ ‎【变式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1molCH4转移12mol 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，CO32-向电极B移动 ‎ D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e-=2CO32-‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ A：1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子。‎ B：电解质为熔融碳酸盐，其电极反应式：CO＋H2＋2CO32--4e-=3CO2＋H2O。‎ C：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。‎ D：根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2＋2CO2＋4e-=2CO32-。‎ 故选：D