2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《原电池与化学电源》

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2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《原电池与化学电源》 【知识梳理】 一、原电池 概念 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 构成条件 能自发发生的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 般是活泼性不同的两电极(金属或非金属) 形成闭合回路需三个条件：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 工作原理 反应原理 负极 正极 锌片 铜片 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 氧化反应 还原反应 电子由 Zn 片沿导线流向 Cu 片 电流由 Cu 片沿导线流向 Zn 片 盐桥含饱和 KCl 溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 盐桥的作用 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既构成了闭合回路，又能阻止反应物的直接 接触，使能量利用转化更高效 电极的确定 对于金属、金属电极，通常较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极，如原电池： Zn—Cu—CuSO4 中，Zn 作负极，Cu 作正极，Al—Mg——KOH 中，Al 作负极，Mg 作正 极；对于金属、非金属电极，金属作负极，非金属作正极；对于金属、化合物电极，金属 作负极，化合物作正极 原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应 若不电极断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，通常为原电池的负极，若原电池 电极上有气体生成、电极质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，通常为原 电池的正极 电子流动方向是由负极流向正极,电子流出的一极为负极，流入的一极为正极；电流是由正 极流向负极，电流流出的一极为正极，流入的一极为负极；在原电池的电解质溶液内，阳 离子移向正极，阴离子移向是负极 原理的应用 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 的反应速率加快 两种金属分别作原电池的两极，一般作负极的金属比作正极的金属活泼 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁 等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源，设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要 合理都可以，电解质溶液一般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) 例题1、下列说法正确的是 。 ①电池工作时，负极失去的电子均通过溶液转移到正极上 ②在原电池中失去电子的一极是阴极，发生的是还原反应 ③原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 ④铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀 ⑤将铝片和镁片用导线连接后，插入盛有 NaOH 溶液，铝作负极 ⑥电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 ⑦原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应 ⑧锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有 6.5 g 锌溶解，正极上就有 0.1 g 氢气生成 ⑨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 ⑩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，电池工作一段时间后，乙池 溶液的总质量增加 ⑪盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 ⑫原电池装置 中，电极Ⅰ上发生还原反应作原电池的负极 [指点迷津]原电池基础知识的易错点： (1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。 (2)忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如 Al 负极，在酸性溶液中生成 Al3＋，在 碱性溶液中生成 AlO－ 2 。 (3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。 (4)用总电池反应式减去一极的电极反应式时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。 二、化学电源 1.化学电源的类型 一次电池 碱性锌锰电池 正极反应式：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH +2OH－ 负极反应式：Zn+2OH－—2e—= Zn(OH)2 总反应方程式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 锌银电池 正极反应式：Ag2O + H2O+ 2e－ = 2Ag + 2OH－ 负极反应式：Zn+2OH－—2e—= Zn(OH)2 总反应方程式：Zn＋Ag2O＋H2O = ZnOH2＋2Ag 二次电池 放电 正极反应式：PbO2＋4H+＋SO42－＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O 负极反应式：Pb＋SO42－－2e ＝PbSO4↓ 充电 阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋SO42－ 阴极反应式：PbSO4＋2e ＝Pb＋SO42－ 总反应方程式 PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O 燃料电池 酸性环境 正极反应式：O2+4H++4e-=2H2O 负极反应式：2H2-4e-=4H+ 碱性环境 正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH- 负极反应式：2H2-4e-+4OH-=4H2O 固体电解质 （能传导 O2－） 正极反应式：O2＋4e－===2O2－ 负极反应式：2H2-4e-+2O2－=4H2O 熔融碳酸盐 (熔融 K2CO3) 正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－ 3 负极反应式：2H2-4e-+2 CO2－ 3 =4H2O＋2CO2 总反应方程式 2H2+O2=2H2O 2.电极反应式书写 写总反应式 CH3OCH3(二甲醚)酸性．．燃料电池中总反应方程式：CH3OCH3＋3O2 ===2CO2＋3H2O 确定正负极 在正极上发生还原反应的物质是氧化剂，在负极上发生氧化反应的物质是还原剂 写电极反应式 负极反应式：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ 正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 书写技巧 若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反 应式，即可得出较难写的电极反应式 例题 2、写出下列反应的电极反应式。 （1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有 Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正 极上 Cr2 O72－转化为 Cr3+，其电极反应式为 。 (2) 下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图 (a、b 均为多孔性 Pt 电极)。b 电极是 (填“正” 或“负”)极, a 电极上的电极反应式为 。 (3) 开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称 DMFC)由于结构简单、能量转化 率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC 工作原理如下图所示,通入 a 气体 的电极是原电池的 极(填“正”或“负”),其电极反应式为 。 (4) 以 Al 和 NiO(OH)为电极,NaOH 溶液为电解液组成一种新型电池,放电时 NiO(OH)转化为 Ni(OH)2,该电池 反应的化学方程式是 。 (5) 与 MnO2-Zn 电池类似,K2FeO4-Zn 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 。 (6) 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，H2O2在石墨电 极上发生的电极反应式为 。 (7) 铝电池性能优越，Al-AgO 电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。该电池反应的化学方程式 为 。 (8)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化 物Y，则该电极的电极反应式为 。 (9)近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理 的示意图如下, Pt(a)电极是电池的 极,电极反应式为 ,Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反 应,电极反应式为 ,电池的总反应式为 。 (10) 下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图, 电极 a 附近发生的反应是 。 【课时练习】 1．2019 年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池领域做出巨大贡献的三位科学家。某锂离子电池 6C Li 为负极， 1-x 2Li MO 为正极，锂盐有机溶液作电解质溶液，电池反应为 1-x 2 2 6 1-xLi MO LiMO +C Li放电 充电 则下列有 关说法正确的是 A．金属锂的密度、熔点和硬度均比同族的碱金属低 B．该锂离子电池可用乙醇作有机溶剂 C．电池放电时，Li+从正极流向负极 D．电池充电时，阳极的电极反应式为 -+ 2 1-x 2LiMO -xe =xLi +Li MO 2．据报道，最近某手机公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现 在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH + 3O2 + 4OH- 充电 放电 2CO 2- 3 + 6H2O，则下列说法错误的是 （ ） A．放电时 CH3OH 参与反应的电极为正极 B．充电时电解质溶液的 pH 逐渐增大 C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e-＋8OH-=CO +6H2O D．充电时每生成 1 mol CH3OH 转移 6 mol 电子 3．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是 A．a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋+2e-= Cu C．无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a 和 b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 4．近年来电池研发领域涌现出的纸电池像纸一样轻薄柔软，在制作方法和应用范围上与传统电池相比均有 很大的突破，下图为纸电池的结构示意图。据此，现在用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜， 用铜片分别与锌片和另一种银白色金属片，先后制作了两个简易电池。在用电流表测试这两个电池时，发 现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。则另一种银白色金属片可能是下列的哪种金属 A．Ag B．Fe C．Al D．Mg 5．如图为一氧化碳气体传感器工作原理示意图。图中电流方向已示。电极 A、B 外覆盖一层聚四氟乙烯纳 米纤维膜，可以让气体透过。下列相关叙述，正确的是 A．该传感器运用了原电池原理，正极反应为 CO-2e-+H2O=CO2+2H+ B．当外电路中流过 0.002mol 电子时，电池正极消耗 0.00lmol 氧气 C．该传感器工作时，接触到的 CO 浓度增大，输出的电流强度也相应增大 D．给传感器充电时，传感器内部 H+将由 B 极向 A 极迁移 6．利用反应 23 226NO8NH7NH O12 构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物 的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是( ) A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．电极 A 极反应式为 322NH6eN6H C．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 D．当有 24.48L NO 被处理时，转移电子数为 A0.8N 7．NO2、O2 和熔融 KNO3 可作燃料电池，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 - 3 向石墨Ⅱ电极迁移 B．电池总反应式为 4NO2＋O2===2N2O5 C．石墨Ⅱ附近发生的反应为 NO＋O2＋e- ===NO - 3 D．当外电路通过 4 mol e-，负极上共产生 2 mol N2O5 8．可充电钠-CO2 电池示意图如下，放电时电池总反应为： 4Na+3CO2=2Na2CO3+C．下列说法正确的是 A．该电池也可用水作溶剂 B．放电时，正极的电极反应为：4Na++ 3CO2+ 4e- = 2Na2CO3+C C．充电时，钠箔与外接电源的正极相连 D．每吸收 1molCO2，理论上电路中转移 4 mol e- 9．瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害之一，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时， 通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图所示，其中的固体电解质 是 Y2O3—Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是 A．电极 b 的反应式为 O2+4e－=2O2－ B．瓦斯分析仪工作时,将电能转化成化学能 C．瓦斯分析仪工作时，固体电解质中 O2－由电极 a 流向电极 b D．当 b 极有 22.4LO2 参加反应时，转移电子的数目为 4NA 10．锂一铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生 电力，其中放电过程为 2Li+Cu2O+H2O==2Cu+2Li＋+2OH－，下列说法不正确的是 A．放电时，正极的电极反应式为 Cu2O+H2O+2e－=2OH－+2Cu B．放电时，电子透过固体电解质向 Li 极移动 C．通空气时，铜电极被腐蚀，表面产生 Cu2O D．整个反应过程中，氧化剂为 O2 11．我国学者最近研发一种新型铝—石墨烯电池，其负极是金属铝，正极是石墨烯(Cn)薄膜，电解质为阳离 子(EMI+)与阴离子( 4A l C l  )组成的离子液体，该电池的工作原理如图。已知能量密度是指一定质量物质中储 存能量的大小。下列说法错误的是 A．该铝电极电池比锂电极电池的能量密度低 B．石墨烯电极的比表面积大，充放电性能优于石墨电极 C．充电时，有机阳离子(EMI+)向铝电极移动 D．放电时，负极的电极反应式为 2Al+7Clˉ-6eˉ=Al2Cl - 7 12．一种新型电池的工作原理如图所示。该电池工作时，下列说法错误的是 A．Pt/C 电极为负极，质子通过交换膜从负极区移向正极区 B．理论上，当消耗 22.4L（标准状况下）H2 时，会消耗 1molO2 C．反应池中发生总反应 4NO+3O2+2H2O=4HNO3，实现 HNO3 再生 D．正极的电极反应为 NO3 －＋4H＋＋3e－=NO↑＋2H2O 13．氢氧燃料电池是将 H2 通入负极，O2 通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高。 （1）若电解质溶液为硫酸，其正极反应式为____________________，负极反应式为___________________; 若在常温下转移 2mol 电子，可产生水质量为_________g。 （2）若用氢氧燃料电池电解由 NaCl 和 CuSO4 组成的混合溶液，其中 c（Na+）=3c（Cu2+）=3mol·L—1，取 该混合液 100mL 用石墨做电极进行电解，通电一段时间后，在阴极收集到 1.12L（标准状况）气体。此时 氢氧燃料电池中消耗 H2 的质量是_______，混合溶液中 NaOH 的物质的量浓度是__________mol·L-1。 （3）已知可逆反应：AsO43-＋2I－＋2H＋ AsO33-＋I2＋H2O。如图所示，C1 棒和 C2 棒都是石墨电极。 (Ⅰ)若向 B 中逐滴加入浓盐酸，上述反应向右进行，发现检流计指针向左偏转。 (Ⅱ)若改用向 B 中滴加 40%的 NaOH 溶液，发现检流计指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。 试回答问题： 操作(Ⅰ)中，C1 棒上的反应式为_____________________________。 操作(Ⅱ)中，C2 棒上的反应式为______________________________。 14．为了探究 KI 与 FeCl3 的反应为可逆反应，且有一定的限度，某化学小组进行了两组实验： (1)请写出 KI 溶液与 FeCl3 溶液反应的离子反应方程式：______； 实验 I：探究 KI 与 FeCl3 的反应为可逆反应 步骤 1：设计如下图原电池．．．装置，接通灵敏电流计，指针向左偏转(注：灵敏电流计指针总是偏向电源正极)， 随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。 步骤 2：当指针读数变零后，向甲中加入少量 FeCl2 固体，向乙中加入少量碘固体； (2)若灵敏电流计出现_________(答现象)，则证明该反应为可逆反应。实验结论：该反应为可逆反应。 (3)根据以上实验结论解释步骤 1 中“最后读数变为零”的原因_______； (4)加入 FeCl2 和碘固体后，正极的电极反应式为______； 实验 II：证明 KI 与 FeCl3 的反应有一定限度。 步骤 3：取 5 mL 0.1 mol/L 的 KI 溶液于试管，滴加 0.1 mol/L 的 FeCl3 溶液 2 mL，振荡； 步骤 4：取少量反应后的溶液，向其中加入几滴淀粉溶液，充分振荡； (5)观察到的现象是________； 步骤 5：另取少量反应后的溶液，滴加 0.1 mol/L 的 AgNO3 溶液，振荡，产生黄色沉淀，则证明该反应有一 定限度。 (6)但有同学认为步骤 5 现象不能证明得出的结论，原因是______，修正实验方案后得到结论：该反应有一 定的限度。 15．某兴趣小组探究溶液的 pH 对 KI 与 O2 反应的影响，实验如下。 装置 烧杯中的液体 现象 ① 2 mL 1 mol/L KI 溶液＋5 滴淀粉 5 分钟后无明显变化 ② 2 mL 1 mol/L KI 溶液＋5 滴淀粉＋2 mL 0.2 mol/L HCl 溶 液 5 分钟后溶液变蓝 ③ 2 mL 1 mol/L KI 溶液＋5 滴淀粉＋2 mL 0.2 mol/L KCl 溶 液 5 分钟后无明显变化 ④ 2 mL pH＝8.5 混有 KOH 的 1 mol/L KI 溶液＋5 滴淀粉 5 小时后溶液才略变 蓝 ⑤ 2 mL pH＝10 混有 KOH 的 1 mol/L KI 溶液＋5 滴淀粉 5 小时后无明显变化 (1)实验①中无现象，可能的原因是：i.KI 与 O2 不反应，ii._____。 (2)若放置 5 小时后，实验①中的溶液变蓝，则反应的离子方程式是_____。 (3)去掉实验③，对该探究过程_____(填“有”或“没有”)影响。 (4)对比实验②和实验④，可以得出的结论是_____。 (5)对于实验⑤的现象，甲同学提出猜想“pH=10 时 O2 不能氧化 I-”，设计了下列装置进行实验⑥，验证猜想。 i.烧杯 a 中的溶液为_____。 ii. 实验结果是 b 中溶液变蓝，此猜想不成立。通入 O2 后，a 中的电极反应式是_____。 iii.实验⑥的结果说明实验⑤中“无明显现象的原因”是_____。 16．常温下，某化学小组探究硝酸银溶液的性质。 装置 实验序 号 实验操作 实验现象 实验 I 向试管中滴加 2%氨水并不断 振荡 产生棕褐色沉淀，继续滴 加沉淀消失 实验 II 1.向试管中加入 0.1mol·L-lNaOH 溶液 1mL 2.继续滴加 3%H2O2 至过量 1.产生棕褐色沉淀 2.产生大量无色无味气体， 有黑色沉淀生成 实验 III 1.向试管中滴加 1mL0.1mol•L-1KI 溶液 2.取少量上层清液于试管甲中， 1.产生黄色沉淀 2.溶液无明显变化 加入淀粉溶液 已知：AgOH 是一种白色固体，常温下极不稳定，易分解为棕褐色难溶于水的氧化银固体 （1）常温下，0.1mo1•L-1AgNO3 溶液 pH 约为 4，请用离子方程式解释原因___。 （2）实验 I 中，反应的化学方程式是___。 （3）实验 II 中，经检验，黑色沉淀的成分为 Ag。有 Ag 产生的化学方程式是___。经测定，实验产生的气 体体积远远大于该反应的理论值，可能的原因是___。 （4）实验中，产生黄色沉淀的离子方程式是___。有同学猜想，I-有还原性，Ag+有氧化性，AgNO3 溶液与 KI 溶液应该可以发生氧化还原反应。他设计了如图原电池，做实验 IV 证明了猜想成立。其中，在 A 烧杯中， 石墨电极表面变亮，经检测这种光亮的物质为银单质。乙溶液是___，检验B烧杯中产物的操作及现象是___， 该氧化还原反应的离子方程式是__。 （5）对比实验 III 和实验 IV，实验 III 无 I2 生成的可能原因是___（写出两条）。 参考答案 例题1、④⑤⑩ 【解析】电子是通过导线转移到正极的，①错误；失去电子的一极是负极，发生氧化反应，②错误；原电 池的两极可以是两种不同的金属，也可以是金属和非金属、非金属和非金属，还可以都是金属铂但必须导 电，③错误；铝制品表面易形成致密的氧化膜，隔绝了铝与空气的接触，故铝制品比铁制品在空气中耐腐 蚀，④正确；由于镁与 NaOH 溶液不反应而铝能，铝片作负极，⑤正确；电池工作时，电子通过外电路从 负极流向正极，⑥错误；原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，⑦错误；锌、铜和 盐酸构成的原电池工作时，锌片上有 6.5 g 锌溶解，正极上有 0.2 g 氢气生成，⑧错误；原电池工作时，溶 液中的阳离子向正极移动，盐桥中的阳离子向正极移动，⑨错误；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，⑩正确；盐 桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子，⑪错误；该原电池的总反应为 2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。 电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，⑫错误。 例题 2、(1) Cr2O72－+6e-+14H+=2Cr3++7H2O (2)正 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ (3) 负 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ (4) Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2 (5) FeO4 2-+3e-+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH- 2FeO4 2-+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH- (6) H2O2+2e-=2OH- (7) 2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O (8) NO2+ NO32－-e-=N2O5 (9) 负 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+还原 O2+4H++4e-=2H2O 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O （10）C6H6O-28e-+11H2O 6CO2↑+28H+ 【解析】（1）在正极上Cr2 O72 － 得电子生成Cr3+的同时与H+ 反应生成H2O，电极反应式为Cr2 O72 － +6e-+14H+=2Cr3++7H2O。(2) 二甲醚是燃料,所以a极是负极,b极是正极。a电极上发生氧化反应,由图可知是酸 性电池,由二甲醚燃烧化学方程式可知反应转移12个电子,产物为二氧化碳,由电荷守恒得出电极反应式。(3) 根据甲醇燃料电池的工作原理图可知,电子由通入a气体的电极流出,所以通入a气体的电极是负极,甲醇在负 极失电子生成CO2 ,则电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。(4) 利用题中信息可知放电时NiO(OH)作正 极,发生还原反应,则Al作负极,因电解质溶液为NaOH,则放电时Al极发生氧化反应生成NaAlO2,由此容易写出 电池总反应式。(5) 正极发生还原反应,K2FeO4被还原为Fe3+,由于是碱性环境,故生成Fe(OH)3,电极反应式为 FeO4 2-+3e-+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH-;负极发生氧化反应,由于是碱性环境,Zn被氧化生成 Zn(OH)2,电极反应式为 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。两电极反应式相加得 2FeO4 2-+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。(6) 石墨电极为正极，H2O2发生还原反应生成OH-，电极反 应式为H2O2+2e-=2OH-。(7) 铝作负极，失电子被氧化，在碱性溶液中生成NaAlO2，AgO作正极，得电子被 还原为Ag，电解质溶液为NaOH溶液，所以其电池反应式为 2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O。(8) 因为石墨电极Ⅱ上通入的O2得电子，故在石墨电极Ⅰ上NO2失 电子，与迁移过来的N结合生成+5价N O32－的氧化物N2O5，电极反应式为NO2+ NO32－-e-=N2O5。(9) 从示意 图 中 可 以 看 出 电 极 Pt(a) 上 CH3OH 转化为CO2, 发 生 氧 化 反 应 , 为负极, 酸 性 介 质 中 电 极 反 应 式 为 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;Pt(b)电极上O2得电子发生还原反应,为正极,电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。 （10）燃料电池是原电池,可将化学能转化为电能,A正确;燃料电池中通入氧气的一极发生还原反应,是正极, 加燃料的一极发生氧化反应,是负极,电极b发生的反应为4H++O2+4e- 2H2O,氢离子被消耗,pH增大,C错误; 电极a是苯酚被氧化生成CO2和H+,电极反应式为C6H6O-28e-+11H2O 6CO2↑+28H+。 课时练习 1．D【解析】根据题干信息，结合电池反应可知，电池放电时作原电池，C6Li 为负极，失去电子发生氧化 反应，Li1-xMO2 为正极，得到电子发生还原反应；电池充电时为电解池，原电池的负极与外接电源负极相连 作电解池的阴极，则 C6Li1-x 为阴极，原电池的正极与外接电源正极相连作电解池的阳极，则 LiMO2 作阳极。 A．碱金属元素从上到下对应单质的熔沸点逐渐降低，故金属锂的熔点均比同族的碱金属高，A 错误； B．乙醇的氧化还原电位太低，容易被氧化，不能作该锂离子电池的有机溶剂，B 错误； C．电池放电时，为原电池，阳离子(Li+)从负极向正极移动，C 错误； D．由上述分析可知，电池充电时，LiMO2 作阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为 LiMO2-xe-=xLi++Li1-xMO2，D 正确； 答案选 D。 2．A【解析】电池反应：2CH3OH + 3O2+ 4OH- 充电 放电 2CO 2- 3 + 6H2O，放电时 CH3OH 作还原剂，放电时 甲醇作负极，氧气在正极参加反应，充电时，1 个 CO 得 6 个电子生成 1 分子甲醇，反应从右向左进行， 氢氧根离子浓度增大。 A．放电时 CH3OH 作还原剂，CH3OH 参与反应的电极为负极，故 A 选； B．充电时，反应从右向左进行，氢氧根离子浓度增大，pH 增大，故 B 不选； C．放电时负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以负极是甲醇被氧化生成碳酸根离子，故 C 不选； D．充电时，1 个 CO 得 6 个电子生成 1 分子甲醇，所以每生成 1 mol CH3OH 转移 6 mol 电子，故 D 不选； 故选 A。 3．D【解析】A．a 和 b 不连接时，铁和铜离子发生置换反应，所以铁片上有铜析出，故 A 正确； B．a 和 b 连接时，该装置构成原电池，铁作负极，铜作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反 应式为 Cu2++2e-═Cu，故 B 正确； C．无论 a 和 b 是否连接，铁都失电子发生氧化反应，所以铁都溶解，故 C 正确； D．a 和 b 分别连接直流电源正、负极，在电解池中阳离子向负极移动，铜离子向铁电极移动，故 D 错误； 故选 D。 4．A【解析】根据现象，用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反， 说明 Cu 在两组电池中的作用不同；Cu 和 Zn、NaCl 溶液构成原电池时，Cu 作正极，Zn 作负极，则铜与另 一种银白色的金属构成原电池时，Cu 作负极，另一种银白色的金属作正极，其金属活动性小于 Cu，A 选项 中的 Ag 的活动性小于 Cu，符合题意；答案选 A。 5．C【解析】A. 该传感器运用了原电池原理，O2 在正极上发生还原反应，电极反应式为 O2+4e-+4H+= 2H2O， A 叙述不正确； B. 由 A 中分析可知，当外电路中流过 0.002mol 电子时，电池正极消耗 0.0005mol 氧气，B 叙述不正确； C. 该传感器工作时，接触到的 CO 浓度增大，则化学反应速率加快，单位时间内化学能转化的电能增多， 输出的电流强度也相应增大，C 叙述正确； D. 给传感器充电时，A 电极变为阳极，B 变为阴极，传感器内部 H+将由 A 极向 B 极迁移，D 叙述不正确。 本题选 C。 6．C【解析】由反应 23 226NO8NH7NH O12 可知，在该反应中， 3NH 是还原剂， 2NO 是氧化剂， 故电极 A 为负极，电极 B 为正极。 A. 外电路中电流从正极流向负极，故电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，A 说法不正确； B. 电极 A 极反应式为 - 322 +6O2NH6eN H 6H O ，B 说法不正确； C. A 极反应式为 3 2 2+6OH2NH 6e N 6H O   ，B 极电极反应式为 222+4H O2NO +8e N 8OH ， 因此，负极消耗 OH  ，而正极生成 ，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，C 说法 正确； D. 没有指明温度和压强，无法根据气体摩尔体积计算 24.48L NO 的物质的量，故无法计算转移的电子数， D 说法不正确； 本题选 C。 7．B【解析】石墨Ⅱ通入 O2，则此电极为原电池的正极，则石墨Ⅰ为负极。依据电极原料，可确定发生的 反应为 4NO2+O2==2N2O5，则负极反应为 4NO2-4e-+4NO3-==4N2O5，正极反应为 O2+4e-+2N2O5==4NO3-。 A．由以上分析知，放电时，石墨Ⅰ为负极，则 NO - 3 向石墨Ⅰ电极迁移，A 不正确； B．电池放电时，依据以上分析，电池总反应式为 4NO2＋O2==2N2O5，B 正确； C．石墨Ⅱ附近发生的反应为 O2+4e-+2N2O5==4NO3-，C 不正确； D．负极反应为 4NO2-4e-+4NO3-==4N2O5，当外电路通过 4 mol e-，负极上共产生 4mol N2O5，D 不正确； 故选 B。 8．B【解析】由电池总方程式可知，钠元素化合价升高被氧化，钠箔为原电池的负极，碳元素化合价降低 被还原，多壁碳纳米管为原电池的正极。 A.钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，则该电池不能用水作溶剂，应选择有机溶剂，故 A 错误； B.放电时，多壁碳纳米管为原电池的正极，二氧化碳在正极上得到电子生成碳和碳酸钠，电极反应式为 4Na++ 3CO2+ 4e-= 2Na2CO3+C，故 B 正确； C.放电时，钠箔为原电池的负极，则充电时，钠箔与外接电源的负极相连，故 C 错误； D.由电池总方程式可知，每吸收 3molCO2，理论上电路中转移 4 mol e-，故 D 错误； 故选 B。 9．A【解析】A．正极上氧气得电子被还原，电极 b 的反应式为 O2+4e－=2O2－，故 A 正确； B．瓦斯分析仪工作时，将化学能转化成电能，通入甲烷的一极是负极，故 B 错误； C．原电池内部，阴离子移向负极，瓦斯分析仪工作时，固体电解质中 O2－由 b 电极流向电极 a，故 C 错误； D．当 b 极有 22.4LO2 参加反应时，气体的状态没有注明，无法计算转移电子的数目，故 D 错误； 故选 A。 10．B【解析】A．放电过程为 2Li+Cu2O+H2O═2Cu+2Li++2OH-，正极上 Cu2O 反应，碱性条件下通空气时， 铜被氧化表面产生 Cu2O，故 A 正确；B．放电时，阳离子向正极移动，则 Li+透过固体电解质向 Cu 极移动， 但电子不能在电解质在流动，故 B 错误；C．放电过程为 2Li+Cu2O+H2O═2Cu+2Li++2OH-，正极上 Cu2O 反 应，碱性条件下通空气时，铜被氧化表面产生 Cu2O，故 C 正确；D．通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu2O， 放电时 Cu2O 转化为 Cu，则整个反应过程中氧化剂为 O2，故 D 正确；答案为 B。 11．D【解析】A．1gAl 的物质的量为 1 27 mol，可转移电子 1 9 mol，1gLi 的物质的量为 1 7 mol，可转移电子 mol， mol＞ mol，单位质量的物质转移的电子数越多，放出的能量越多，所以该铝电极电池比锂电极电 池的能量密度低，故 A 正确； B．石墨烯的表面积大，吸附的离子多，充放电性能优于石墨电极，故 B 正确； C．放电时 Al 为负极发生氧化反应，则充电时 Al 电极发生还原反应为阴极，电解池中阳离子流向阴极，所 以充电时，有机阳离子(EMI+)向铝电极移动，故 C 正确； D．放电时 Al 为负极发生氧化反应，据图可知电极反应式为 Al+7AlCl 4 - -3eˉ=4Al2Cl - 7 ，故 D 错误； 答案为 D。 12．B【解析】A．由示意图知，碳毡电极上硝酸转变为 NO 发生了还原反应，则碳毡电极为正极，Pt/C 电 极为负极，质子通过交换膜从负极区移向正极区，A 正确，不符合题意； B．理论上，当消耗 22.4L（标准状况下）H2 时，转移 2mol 电子，会消耗 0.5molO2，B 错误，符合题意； C．由图知，反应池中发生总反应 4NO+3O2+2H2O=4HNO3，实现 HNO3 再生，C 正确，不符合题意； D．由示意图知，碳毡电极上硝酸转变为 NO 发生了还原反应，则正极的电极反应为 NO3 －＋4H＋＋3e－=NO↑ ＋2H2O，D 正确，不符合题意； 答案选 B。 13．（ 1）O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O、2H2 - 4e- = 4 H+；18（2）0.3g；1（3）C1 棒； 2I- - 2e- = I2；C2 棒；AsO33- - 2e- + 2OH- = AsO43-＋H2O 【解析】（1）H2、O2 燃料电池，电解质溶液为硫酸，正极氧气得电子与氢离子反应生成水，负极氢气失电 子生成氢离子，电极反应式分别为 O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O、2H2 - 4e- = 4H+；常温下转移 2mol 电子，可生成 1mol 水，即 18g； （2）电解由 NaCl 和 CuSO4 组成的混合溶液，阴极：Cu2++2e- =Cu，2H2O+ 2e-=2OH- +H2  ，c（Cu2+）=1mol/L， 溶液为 100mL，需要 0.2mol 电子；生成标准状况 1.12L 氢气，需要 0.1mol 电子，合计 0.3mol，则电池的负 极消耗 0.15mol 氢气，即 0.3g；阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 ，n（Cl-）=0.3mol，则阳极生成 n（OH-）=0.1mol， 则 c（NaOH）=1mol/L； （3）向 B 中逐滴加入浓盐酸，溶液中氢离子浓度增大，平衡正向进行 AsO43-＋2e－＋2H＋ AsO33-＋H2O， 则 C1 棒上的反应式为 2I- - 2e- = I2；向 B 中滴加 40%的 NaOH 溶液，平衡逆向移动，C2 棒发生 AsO33-＋2OH- -2e－ AsO43-＋H2O。 14．（ 1）2Fe3++2I-=2Fe2++I2（2）电流计指针偏向右侧（3）该反应达到了平衡状态（4）I2+2e-=2I-（5）溶液 变蓝（6）I-过量，造成溶液中仍有残留 【解析】KI 溶液与 FeCl3 溶液反应的离子反应方程式：2Fe3++2I- 2Fe2++I2，实验 I：为探究 KI 与 FeCl3 的反应为可逆反应，设计带盐桥的原电池实验进行验证，改变生成物浓度，看电流计的指针否逆向偏转， 如能逆向偏转，随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零，说明反应是可逆反应；实验 II：证明 KI 与 FeCl3 的反应有一定限度。取 5 mL 0.1 mol/L 的 KI 溶液于试管，滴加 0.1 mol/L 的 FeCl3 溶液 2 mL，反 应后碘离子过量（5 mL× 0.1 mol·L－1-2×0.1 mol/L×2 mL）=1mmol，要增加 FeCl3 溶液量，确保铁离子过量， 再检验碘离子才正确。 (1)KI 溶液与 FeCl3 溶液反应的离子反应方程式：2Fe3++2I-=2Fe2++I2；故答案为：2Fe3++2I-=2Fe2++I2； (2)当指针读数变零后，向甲中加入少量 FeCl2 固体，向乙中加入少量碘固体，若灵敏电流计出现电流计指针 偏向右侧，说明反应逆向进行，则证明该反应为可逆反应。实验结论：该反应为可逆反应。故答案为：电 流计指针偏向右侧； (3)改变亚铁离子浓度后，旧平衡被破坏，平衡逆向移动，步骤 1 中“最后读数变为零”的原因该反应重新达 到了平衡状态；故答案为：该反应达到了平衡状态； (4)加入 FeCl2 和碘固体后，平衡逆向进行，负极亚铁离子失电子，发生氧化反应，正极是碘作氧化剂，得电 子发生还原反应，正极的电极反应式为 I2+2e-=2I-；故答案为：I2+2e-=2I-； (5)取 5 mL 0.1 mol/L 的 KI 溶液于试管，滴加 0.1 mol/L 的 FeCl3 溶液 2 mL，振荡，发生 2Fe3++2I-=2Fe2++I2， 有碘单质生成，遇淀粉溶液变蓝，观察到的现象是溶液变蓝；故答案为：溶液变蓝； (6)步骤 3：取 5 mL 0.1 mol/L 的 KI 溶液于试管，滴加 0.1 mol/L 的 FeCl3 溶液 2 mL，反应后碘离子过量（5 mL× 0.1 mol·L－1-2×0.1 mol/L×2 mL）=1mmol，步骤 5：另取少量反应后的溶液，滴加 0.1 mol/L 的 AgNO3 溶液， 振荡，产生黄色沉淀，步骤 5 现象不能得出反应有限度的结论，原因是 I-过量，造成溶液中仍有残留，要增 加 FeCl3 溶液量，确保铁离子过量，再检验碘离子才正确，修正实验方案后得到结论：该反应有一定的限度。 故答案为：I-过量，造成溶液中仍有残留。 15．（ 1）KI 与 O2 反应速率慢（2）4I－+O2+2H2O=I2+4OH－（3）有（4）KI 与 O2 反应在酸性条件下反应 速率比碱性条件下快（5）pH=10 的 KOH 溶液；O2+2H2O+4e－= 4OH－；生成的 I2 与 OH－反应 【解析】 (1) 实验①中 5 分钟后无明显变化可能是反应并没有发生，也可能是反应速率太慢，时间太短不 足以观察到现象，故答案为：KI 与 O2 反应速率慢； (2)若放置 5 小时后，实验①中的溶液变蓝，是因为碘离子能被氧气氧化成 I2，反应离子方程式为：4I－ +O2+2H2O=I2+4OH－；故答案为：4I－+O2+2H2O=I2+4OH－； (3) 对比实验②和实验③可以排除氯离子对反应的影响，如果去掉实验③则不能说明氯离子对反应是否有影 响，故答案为：有； (4) 对比实验②和实验④，一个酸性条件下反应，一个是碱性条件下反应，可以判断溶液酸碱性对反应速率 的影响，由现象可知 KI 与 O2 反应在酸性条件下反应速率比碱性条件下快； 故答案为：KI 与 O2 反应在酸性条件下反应速率比碱性条件下快 (5)i：因甲同学提出猜想“pH=10 时 O2 不能氧化 I-”，所以通氧气的一侧烧杯中应加 pH=10 的 KOH 溶液， 故答案为: pH=10 的 KOH 溶液; ii. 实验结果是 b 中溶液变蓝，说明 pH=10 时，氧气可以氧化碘离子，从而说明猜想不成立。通入 O2 后，a 中的电极反应式是 O2+2H2O+4e－= 4OH－，故答案为：O2+2H2O+4e－= 4OH－； iii.实验⑥的结果说明 pH=10 时，氧气可以氧化碘离子，而实验⑤中“无明显现象的原因”只能是产生的碘单 质被碱消耗导致，即生成的 I2 与 OH－反应，故答案为：生成的 I2 与 OH－反应； 16．（ 1）Ag++H2O AgOH+H+（2）AgNO3+3NH3·H 2O=Ag(NH3)2OH+NH4NO3+2H2O（3） Ag2O+H2O2=2Ag+O2+H2O；Ag2O 有催化作用，可以催化 H2O2 的分解，导致气体体积增大（4）Ag++I-=AgI↓； 0.1mol•L-1KI 溶液；取少量反应后 B 烧杯中溶液，滴加淀粉溶液，有蓝色出现；2Ag++2I-=2Ag↓+I2（5）Ag+ 与 I-发生氧化还原反应的速率慢于发生沉淀反应的速率；物质的氧化性还原性受浓度影响，溶液中离子浓度 较小时，氧化还原反应不易发生 【解析】（1）AgNO3 为强酸弱碱盐，Ag+水解，溶液呈酸性，Ag++H2O AgOH+H+，故答案为：Ag++H2O AgOH+H+； （2）AgNO3 溶液中加氨水，发生复分解反应，产生 AgOH 的白色沉淀，AgNO3+NH3·H 2O=AgOH↓+NH4NO3， AgOH 极不稳定，易分解为棕褐色难溶于水的 Ag2O 固体，2AgOH=Ag₂O+H₂O，继续加氨水，AgOH 与氨 水反应生成银氨溶液，沉淀消失，AgOH+2NH3·H 2O=[Ag(NH3)2]OH+2H2O，则实验 I 中，发生的反应的化 学方程式为：AgNO3+3NH3·H 2O=Ag(NH3)2OH+NH4NO3+2H2O，故答案为： AgNO3+3NH3·H 2O=Ag(NH3)2OH+NH4NO3+2H2O； （3）AgNO3 溶液中加入 NaOH 溶液，发生复分解反应，产生 AgOH 的白色沉淀， AgNO3+NaOH=AgOH↓+NaNO3，AgOH 极不稳定，易分解为棕褐色难溶于水的 Ag2O 固体， 2AgOH=Ag₂O+H₂O，继续滴加 H2O2 至过量，Ag₂O 被 H2O2 还原生成 Ag 单质，其化学反应方程式为： Ag2O+H2O2=2Ag+O2+H2O；Ag2O 具有催化作用，可以催化 H2O2 分解生成 H2O 和 O2，导致气体体积增大， 故答案为：Ag2O+H2O2=2Ag+O2+H2O；Ag2O 有催化作用，可以催化 H2O2 的分解，导致气体体积增大； （4）AgNO3 溶液中滴加 KI 溶液，发生复分解反应，产生 AgI 的黄色沉淀，其离子反应方程式为：Ag++I-=AgI↓； 在 A 烧杯中，石墨电极表面变亮，经检测这种光亮的物质为银单质，则 A 烧杯中发生的反应为：Ag++e-=Ag↓， 甲溶液为 0.1mol•L-1AgNO3 溶液，则 B 烧杯中发生的反应为：2I--2e-=I2，乙溶液是 0.1mol•L-1KI 溶液；检验 B 烧杯中产物：取少量反应后 B 烧杯中溶液于试管中，滴加淀粉溶液，若有蓝色出现，则证明产物为 I2； 该氧化还原反应的离子方程式为：2Ag++2I-=2Ag↓+I2，故答案为：Ag++I-=AgI↓；0.1mol•L-1KI 溶液；取少量 反应后 B 烧杯中溶液，滴加淀粉溶液，有蓝色出现；2Ag++2I-=2Ag↓+I2； （5）对比实验 III 和实验 IV，实验 III 中，Ag+与 I-发生氧化还原反应的速率慢于发生沉淀反应的速率；物 质的氧化性与还原性受浓度影响，溶液中离子浓度较小时，氧化还原反应不易发生，故答案为：Ag+与 I-发 生氧化还原反应的速率慢于发生沉淀反应的速率；物质的氧化性与还原性受浓度影响，溶液中离子浓度较 小时，氧化还原反应不易发生。