第17講-原電池-化學電源(講義)(解析版)

第17第17講原電池化學電源考綱要求：考綱要求：1．理解原電池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。2．了解常見化學電源的種類及其工作原理?？键c一原電池及其工作原理1．原電池(1)概念：原電池是把化學能轉化為eq\a\vs4\al(電)能的裝置。(2)構成條件①能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活動性強的金屬與電解質溶液反應)。②活動性不同的兩電極(金屬或石墨)。③形成閉合回路。形成閉合回路需三個條件：電解質溶液；兩電極直接或間接接觸；兩電極插入電解質溶液中。2．原電池的工作原理圖甲和圖乙是銅鋅原電池裝置示意圖。說明：裝置乙鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊脂制成的凍膠。(1)原理分析。電極名稱負極正極電極材料Zn片Cu片電極反應Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn片沿導線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，K＋移向正極，Cl－移向負極電池反應方程式Zu＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu鹽橋作用①連接內電路形成閉合回路②平衡電荷，使原電池能持續(xù)產生電流裝置差異比較原電池Ⅰ：溫度升高，化學能轉化為電能和熱能，兩極反應在相同區(qū)域，部分Zn與Cu2＋直接反應，使電池效率降低原電池Ⅱ：溫度不變，化學能只轉化為電能，兩極反應在不同區(qū)域，Zn與Cu2＋隔離，電池效率提高，電流穩(wěn)定3．原電池中的三個移動方向電子方向從負極流出沿導線流入正極電流方向從正極沿導線流向負極離子遷移方向電解質溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移4．原電池工作時導電粒子流向(如圖)5．一般電極反應式的書寫eq\x(\a\al(列物質,標得失))——eq\x(\a\al(按照負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，判斷出電極反應產物，,找出得失電子的數量))?eq\x(\a\al(看環(huán)境,配守恒))——eq\x(\a\al(電極產物在電解質溶液中應能穩(wěn)定存在，如堿性介質中不會生成H＋。,配平后的電極反應式要遵循電荷守恒、質量守恒和得失電子守恒))?eq\x(\a\al(兩式加,驗總式))——eq\x(在得、失電子相等時，將兩電極反應式相加，與總反應式對照驗證)1．概念和6．原電池原理的應用(1)加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。(2)比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。(3)設計制作化學電源①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。②根據原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液?；A通關練基礎通關練1．圖為某原電池裝置，其總反應為Fe+Cu2+=Fe2++Cu。有關說法不正確的是A．能將化學能轉化為電能 B．Cu為原電池的負極C．電子從Fe經導線流向Cu D．Cu電極上有固體析出【答案】B【解析】Fe的化合價由0價變成+2價，Cu的化合價有+2價變成0價，故Fe是負極，Cu是正極。A．根據題干信息可知，該裝置是原電池，將化學能轉化為電能，A正確；B．由以上分析可知，銅是原電池的正極，B錯誤；C．鐵是負極，失去電子，電子經過導線流向銅，C正確；D．正極Cu2+變成Cu，故Cu電極上有固體析出，D正確；故選B。2．下列各組裝置中能形成原電池的是A． B． C． D．【答案】A【解析】原電池的構成條件：①有兩個活潑性不同的電極，②將電極插入電解質溶液中，③兩電極間構成閉合回路，④能自發(fā)進行的氧化還原反應。A．兩電極活潑性不同，能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應，而且形成了閉合回路，符合原電池的構成條件，能形成原電池，故A正確；B．乙醇不是電解質，不能形成原電池，故B錯誤；C．蔗糖溶液不是電解質，不能形成原電池，故C錯誤；D．鉑和碳都不能和氫氧化鈉溶液反應，不能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應，不能形成原電池，故D錯誤；故選A。3．下列關于如圖所示裝置的敘述中錯誤的是A．銅是正極，表面有氣泡產生 B．鋅是負極，其質量逐漸減小C．該裝置將電能轉化為化學能 D．電子從鋅片經導線流向銅片【答案】C【解析】該原電池鋅與硫酸反應，銅與硫酸不反應，說明鋅為負極，銅為正極。A．銅是正極，銅表面是氫離子得到電子變?yōu)闅錃?，其表面有氣泡產生，故A正確；B．鋅是負極，鋅失去電子變?yōu)殇\離子，其質量逐漸減小，故B正確；C．該裝置是原電池，將化學能轉化為電能，故C錯誤；D．鋅為負極，銅為正極，則電子從鋅片經導線流向銅片，故D正確。綜上所述，答案為C。4．2021年我國科學家研究設計了可充電電池，其工作原理示意圖如下所示，圖中虛線箭頭、實線箭頭分別表示放電、充電過程。下列說法錯誤的是A．該電池可選用水溶液作電解液B．充電時，電極b應連接電源的正極C．放電時，電子通過外電路由電極a流向電極bD．放電時，電極b的電極反應式為【答案】A【解析】由題意虛線箭頭、實線箭頭分別表示放電、充電過程，則放電時電極b上二氧化碳得電子，作正極，電極反應式為，電極a為負極，電極反應式為KSn-e-=K++Sn。A．該電池的負極為合金KSn，K是活潑金屬，會和水劇烈反應，故電解液不可以含水，A錯誤；B．放電時b為正極，則充電時，電極b應連接電源的正極，B正確；C．原電池放電時，電子經導線從負極流向正極，則放電時，電子通過外電路由電極a流向電極b，C正確；D．由分析可知放電時，電極b的電極反應式為，D正確；答案選A。（1）只有自發(fā)進行的氧化還原反應才能設計成原電池。（2）在原電池中活潑性強的金屬不一定作負極，但負極一定發(fā)生氧化反應。（3）電子不能通過電解質溶液，溶液中的離子不能通過鹽橋。（4）負極失去的電子總數一定等于正極得到的電子總數。（5）同一氧化還原反應，設計成原電池反應的速率一定比直接發(fā)生氧化還原反應的速率快。（6）電極產物在電解質溶液的環(huán)境中，應能穩(wěn)定存在，如堿性介質中生成的H＋應結合OH－生成水。電極反應式要遵守電荷守恒、質量守恒及電子得失守恒。（7）原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極相接觸。（8）電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。（9）無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。（10）注意鹽橋不能用一根導線連接，因為導線是不能傳遞陰陽離子的。用導線連接后相當于一個是原電池，一個是電解池。查缺補漏練查缺補漏練5．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生 B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C．兩燒杯中溶液的c(H＋)均減小 D．產生氣泡的速率甲比乙慢【答案】C【解析】A．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構成原電池，銅是正極，銅片表面有氫氣產生，A錯誤；B．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構成原電池，銅是正極；乙中銅、鋅沒有連接，不構成原電池，B錯誤；C．兩燒杯中都發(fā)生反應，溶液的c(H＋)均減小，C正確；D．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構成原電池，產生氣泡的速率甲比乙快，D錯誤；故選C。6．一些常見反應的熱化學反應方程式如下：①

②

③

④

欲利用以上反應設計原電池裝置，下列說法正確的是A．①不可以設計成原電池裝置 B．②不可以設計成原電池裝置C．③可以設計成原電池裝置 D．④中反應物只有接觸才能形成原電池裝置【答案】B【解析】只有自發(fā)的放熱的氧化還原反應才可以設計成原電池。A．①是自發(fā)的氧化還原反應可以設計成燃料電池，故A錯誤；B．②不是氧化還原反應，不能設計成原電池，故B正確；C．③是吸熱反應，不能設計成原電池，故C錯誤；D．將鐵放入FeCl2溶液中，將FeCl3放入另一個裝置中，兩個裝置之間用鹽橋連接，反應物不直接接觸，④也可形成原電池，故D錯誤；故選B。7．利用如圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是A．a管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕B．一段時間后，a管液面高于b管液面C．a處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小D．a、b兩處具有相同的電極反應式：Fe-2e-=Fe2+【答案】C【解析】A．U型管左邊裝置是中性溶液，所以發(fā)生吸氧腐蝕，右邊裝置是酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕，故A正確；B．左邊裝置發(fā)生吸氧腐蝕時，消耗氧氣導致氣體壓強減小，右邊裝置發(fā)生析氫腐蝕，生成氫氣導致氣體壓強增大，所以右邊的液體向左邊移動，所以一段時間后，a管液面高于b管液面，故B正確；C．a處鐵失電子生成亞鐵離子，氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵沉淀，所以a處pH不變；b處溶液變成硫酸亞鐵溶液，溶液的pH值變大，故C錯誤；D．a、b兩處構成的原電池中，鐵都作負極，所以負極上具有相同的電極反應式：Fe-2e-=Fe2+，故D正確；故答案選C。8．如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是A．電極I上發(fā)生還原反應，作原電池的負極B．電極II的電極反應式為Cu2＋＋2e-=CuC．該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子【答案】C【解析】由電池裝置圖可知，該電池為原電池，左側電極I為正極，三價鐵離子得到電子變成二價鐵，右側電極II為負極，銅失去電子變成二價銅離子，據此解答。A．由分析可知，電極I為正極，發(fā)生還原反應，故A錯誤；B．由分析可知，電極II為負極，電極反應式為Cu-2e-=Cu2＋，故B錯誤；C．根據該電池的正負極反應可知，該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋，故C正確；D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，作用是傳遞離子而不是電子，故D錯誤；故答案選C。一、原電池中正、負極的確定方法1．一般情況下，常采用以下方法判斷原電池的正極和負極判斷方法負極正極①電極材料較活潑金屬較不活潑金屬或石墨②通入物通入還原劑的電極通入氧化劑的電極③兩極反應類型發(fā)生氧化反應的電極發(fā)生還原反應的電極④電子流向(或電流方向)電子流出的電極(或電流流入的電極)電子流入的電極(或電流流出的電極)⑤離子流向陰離子流向的電極陽離子流向的電極⑥電極質量變化質量減小的電極質量增加的電極⑦有無氣泡—有氣泡產生的電極2．特殊情況(1)金屬的活動性受所處環(huán)境的影響。如Mg、Al的活動性：在中性或酸性溶液中活動性Mg>Al；而在堿性溶液中，Al可以與OH－反應，而Mg不反應，所以Mg與Al用導線連接后放入NaOH溶液中，Al是負極，Mg是正極。(2)Fe、Cu相連，浸入稀HNO3中，Fe作負極；浸在濃HNO3中，Cu作負極(Fe發(fā)生鈍化)。二、原電池電極反應式的書寫1．一般電極反應式的書寫(1)書寫步驟(2)常見介質常見介質注意事項中性溶液反應物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來自于水的電離酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH－堿性溶液反應物或生成物中均沒有H＋水溶液不能出現O2－2．用總反應式書寫電極反應式(1)書寫三步驟步驟一：寫出電池總反應式，標出電子轉移的方向和數目(ne－)。步驟二：找出正、負極，失電子的電極為負極；確定溶液的酸堿性。步驟三：寫電極反應式。負極反應：還原劑－ne－=氧化產物正極反應：氧化劑＋ne－=還原產物(2)書寫技巧若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易的電極反應式，然后根據得失電子守恒，用總反應式減去較易的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。三、原電池設計程序在設計原電池裝置時，首先要書寫出總氧化還原反應的離子方程式，確定原電池的正、負極，再把總反應的離子方程式拆寫成氧化反應(負極反應)和還原反應(正極反應)。鹽橋的組成及在原電池中的作用組成：鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍鹽橋中的離子流向：鹽橋中的陽離子(K＋)向正極區(qū)移動，陰離子(Cl－或NOeq\o\al(－,3))向負極區(qū)移動作用：連接內電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產生電流[若沒有鹽橋，當反應進行到一定時間后，負極的正電荷增多而導致電子(負電荷)難以流出，正極負電荷增多也會導致電子流入困難，從而電池電流減弱]能力提升練能力提升練9．某一次性電池原理如圖。該電池放電時，有關分析錯誤的是A．正極的電極反應式：O2＋4e-＋2H2O→4OH-B．電子由鎂電極流向多孔活性炭材料電極C．理論上，外電路中流過2mol電子時，負極質量增加58gD．電池反應產物Mg(OH)2經過灼燒與還原可實現鎂的循環(huán)利用【答案】C【解析】由圖可知Mg電極作負極，電極反應式為Mg-2e-+2OH-→Mg(OH)2，多孔活性炭材料電極作正極，電極反應式為O2＋4e-＋2H2O→4OH-。A．由分析可知多孔活性炭材料電極作正極，電極反應式為O2＋4e-＋2H2O→4OH-，A正確；B．原電池裝置中電子由負極經負載流向正極，故電子由鎂電極流向多孔活性炭材料電極，B正確；C．由負極電極反應式Mg-2e-+2OH-→Mg(OH)2可知當外電路中流過2mol電子時，產生1molMg(OH)2，負極材料增重2molOH-的質量即34g，C錯誤；D．Mg(OH)2經過灼燒可得MgO，再經過還原得到Mg，可實現鎂的循環(huán)利用，D正確；答案選C。10．一種利用CH4消除NOx污染的工作原理如圖所示，裝置均用惰性電極，兩側電解質溶液為同濃度的鹽酸。下列說法正確的是A．NO2發(fā)生氧化反應B．負極：CH4＋2H2O-8e→CO2＋8H+C．轉移0.8mol電子，有0.4molH+通過離子交換膜D．工作一段時間，兩側電極室中溶液pH均減小【答案】B【解析】CH4生成CO2是氧化反應，通入的一極是電源的負極，電極反應式：CH4＋2H2O-8e→CO2＋8H+，H+通過陽離子交換膜進入電源的正極，與得電子后的NO2生成N2和H2O。A．據分析，NO2反應生成了N2，得到電子，發(fā)生還原反應，A錯誤；B．據分析，負極：CH4＋2H2O-8e→CO2＋8H+，B正確；C．該電源的外電路是電子移動，內電路是H+移動，二者都帶一個單位電荷，根據得失電子數相等，轉移0.8mol電子，則有0.8molH+通過離子交換膜，C錯誤；D．據分析，負極生成了H+，pH減小，正極消耗H+生成H2O，pH值增大，D錯誤；故選B。11．下列關于Fe、Cu、Mg、Al四種金屬元素的說法中不正確的是A．四種元素的單質只有三種能和鹽酸反應，生成相應的鹽和氫氣B．制備AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用將溶液直接蒸干的方法C．將Mg棒和Al棒作為原電池的兩個電極插入NaOH溶液中，Mg棒上發(fā)生氧化反應D．鐵銹的主要成分是氧化鐵，銅銹的主要成分是堿式碳酸銅【答案】C【解析】A．Cu單質不與鹽酸反應，只有Fe、Mg、Al能和鹽酸反應，生成相應的鹽和氫氣，A正確；B．AlCl3、FeCl3、CuCl2加熱時水解程度增大，且生成的氯化氫容易揮發(fā)，加熱蒸干得到對應的氫氧化物，因此不能采用將溶液直接蒸干的方法制備AlCl3、FeCl3、CuCl2，B正確；C．電解質溶液為NaOH溶液時，Mg不與NaOH溶液反應，而Al與NaOH溶液反應，所以Al棒作負極，發(fā)生氧化反應，C錯誤；D．鐵單質發(fā)生電化學腐蝕或化學腐蝕最終生成鐵銹，主要成分為氧化鐵；銅與空氣中的水、氧氣、二氧化碳共同作用得到銅銹，主要成分為堿式碳酸銅，D正確；綜上所述答案為C。12．氟離子電池是新型電池中的一匹黑馬，其理論比能量高于鋰電池。一種氟離子電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．放電時，b極是電源的正極B．放電時，a極的電極反應為LaSrMnO4F2+2e-=LaSrMnO4+2F-C．充電時，電極a接外電源的負極D．放電時，電子由b極經負載流向a極，再經電解質溶液流回b極【答案】B【解析】由于Mg是活潑金屬、Mg2+氧化性弱，所以該電池工作時Mg失去電子結合F-生成MgF2，即b電極為負極，電極反應式為Mg+2F--2e-=MgF2，則a為正極，正極上LaSrMnO4F2+2e-=LaSrMnO4+2F-；充電時，電解池的陽極、陰極與原電池的正極、負極對應，即電解池的陽極為原電池的正極、陰極為原電池的負極，電極反應與原電池的電極反應相反，所以電解池的陽極電極反應式為LaSrMnO4+2F--2e-=LaSrMnO4F2，陰極反應式為MgF2+2e-=Mg+2F-，據此解答。A．由于Mg是活潑金屬、Mg2+氧化性弱，所以原電池放電時，Mg失去電子、作負極，即b為負極，則a為正極，A錯誤；B．a為正極，正極上LaSrMnO4F2得電子發(fā)生還原反應，電極反應方程式為LaSrMnO4F2+2e-=LaSrMnO4+2F-，B正確；C．充電時電解池的陽極、陰極分別與原電池的正、負極連接，所以a接外電源的正極，C錯誤；D．電子不經過電解質溶液，在外電路中移動，D錯誤；故合理選項是B。考點二新型化學電源1．一次電池只能使用一次，不能充電復原繼續(xù)使用。(1)普通鋅錳干電池總反應：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl=ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O負極：__Zn－2e－=Zn2＋__。正極：2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=2NH3＋H2↑、2MnO2＋H2=2MnOOH(2)堿性鋅錳干電池負極(Zn)，電極反應式：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極(MnO2)，電極反應式：MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnOOH(3)鋅銀電池(圖二)圖二負極材料：Zn電極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極材料：Ag2O電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－總反應：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag2．二次電池(以鉛蓄電池為例)：放電后能充電復原繼續(xù)使用(1)放電時的反應：(原電池)①負極反應：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)②正極反應：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)③總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)充電時的反應：(電解池)①陰極反應：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)②陽極反應：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)③總反應：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(通電))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放電時原電池的負極作充電時電解池的陰極?！疽族e警示】：(1)(1)可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應。(2)燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用。(3)可充電電池在充電時，其負極連接外接電源的負極，正極連接外接電源的正極。3．燃料電池(1)氫氧燃料電池是將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的裝置，目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。酸性堿性負極反應式__2H2－4e－=4H＋____2H2－4e－＋4OH－=4H2O__正極反應式__O2＋4e－＋4H＋=2H2O____O2＋4e－＋2H2O=4OH－__總反應式2H2＋O2=2H2O(2)燃料電池的電極本身不參與反應，燃料和氧化劑連續(xù)地由__外部__供給。對于燃料電池要注意燃料在負極反應，O2在正極反應，要注意電解質溶液或傳導介質的影響，如堿性條件下，CO2以COeq\o\al(2－,3)形式存在。【易錯警示】：(1)(1)熔融的金屬氧化物作介質傳導O2－負極：H2－2e－＋O2－=H2O；正極：O2＋4e－=2O2－。(2)碳酸鹽作介質負極：H2－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=H2O＋CO2；正極：O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)。(3)復雜電極反應式的書寫總體思路：eq\x(\a\al(復雜電極,反應式))＝eq\x(總反應式)－eq\x(\a\al(較簡單一極,電極反應式))遵循原理，信息優(yōu)先，用守恒直接書寫?；A通關練基礎通關練1．微型紐扣電池在現代生活中有廣泛應用，有種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應式為：Zn＋2OH--2e-=ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e-=2Ag＋2OH-，總反應式為：Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag。根據上述反應式，判斷下列敘述中正確的是A．在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH增大B．在使用過程中，電子由Ag2O經外電路流向Zn極C．Zn是負極，Ag2O是正極D．Zn極發(fā)生還原反應，Ag2O極發(fā)生氧化反應【答案】C【解析】A．根據元素化合價變化知，Zn失電子而作負極，負極上OH-參加反應導致其濃度減小，溶液的堿性降低，pH減小，故A錯誤；B．該原電池中，Zn是負極、Ag2O是正極，電子從負極Zn沿導線流向正極Ag2O，故B錯誤；C．電池反應中Zn元素化合價由0價變?yōu)?2價、Ag元素化合價由+1價變?yōu)?價，所以Zn是負極、Ag2O是正極，負極上發(fā)生氧化反應、正極上發(fā)生還原反應，故C正確；D．Zn失電子發(fā)生氧化反應、Ag2O得電子發(fā)生還原反應，故D錯誤；故選：C。2．電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來科學家研究了一種光照充電電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子和空穴，驅動陰極反應和陽極反應(Li2O2+2h+=2Li++O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是A．充電時，電池的總反應B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關C．放電時，Li+從正極穿過離子交換膜向負極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應【答案】C【解析】充電時光照光催化電極產生電子和空穴，驅動陰極反應（Li++e-=Li+）和陽極反應（Li2O2+2h+=2Li++O2），則充電時總反應為Li2O2=2Li+O2，結合圖示，充電時金屬Li電極為陰極，光催化電極為陽極；則放電時金屬Li電極為負極，光催化電極為正極；據此作答。A．光照時，光催化電極產生電子和空穴，驅動陰極反應和陽極反應對電池進行充電，結合陰極反應和陽極反應，充電時電池的總反應為Li2O2=2Li+O2，A正確；B．充電時，光照光催化電極產生電子和空穴，陰極反應與電子有關，陽極反應與空穴有關，故充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，B正確；C．放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li+從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；D．放電時總反應為2Li+O2=Li2O2，正極反應為O2+2Li++2e-=Li2O2，D正確；答案選C。3．某科研小組用堿性甲烷燃料電池制備，其工作原理如圖所示(已知電解裝置的電極材料分別為金屬鈷和不銹鋼)：下列有關說法錯誤的是A．N電極為不銹鋼B．電極n處電極反應式為：C．電解一段時間后，N極區(qū)溶液增大D．膜a、膜c均為陽離子交換膜【答案】B【解析】根據圖示，M電極所在為陽極室，M電極為陽極，N電極為陰極，則堿性甲烷燃料電池中m電極為正極，n電極為負極；據此分析作答。A．該裝置用于制備Co(H2PO2)2，M電極為陽極，則M電極為金屬Co，M電極的電極反應為Co-2e-=Co2+，N電極為不銹鋼，A正確；B．n電極為堿性甲烷燃料電池的負極，n電極通入CH4，電極反應式為CH4-8e-+10OH-=+7H2O，B錯誤；C．N電極為陰極，N電極電極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，電解一段時間后，N極區(qū)堿性增強，溶液的pH增大，C正確；D．陽極室中的Co2+通過膜a進入產品室，膜a為陽離子交換膜，原料室中通過膜b進入產品室，膜b為陰離子交換膜，則原料室中Na+通過膜c進入陰極室，膜c為陽離子交換膜，D正確；答案選B。4．已知蓄電池在充電時作電解池，放電時作原電池．如圖是鉛蓄電池的工作示意圖，其反應原理為：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O下列說法中錯誤的是()A．b電極放電后轉化為c電極B．電極a和d都發(fā)生還原反應C．b的電極反應式：Pb+SO42﹣﹣2e-→PbSO4D．放電后硫酸溶液的pH增大【答案】B【解析】A．b是蓄電池負極，放電時負極反應為Pb+SO42﹣﹣2e﹣=PbSO4，b電極放電后轉化為PbSO4電極，故A正確；B．a是蓄電池的正極，a發(fā)生還原反應，d是電解池陽極，陽極發(fā)生氧化反應，d極發(fā)生氧化反應，故B錯誤；C．b為蓄電池負極，負極反應式為：Pb+SO42﹣﹣2e﹣=PbSO4，故C正確；D．放電時總反應為PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，消耗硫酸，氫離子濃度降低，溶液pH增大，故D正確；選B?？沙潆婋姵爻？疾閮热?1)充、放電時電極的判斷。(2)充、放電時電極反應及反應類型的判斷。(3)充、放電時離子(外電路中電子的移動方向的判斷)。(4)充、放電時電解質溶液離子濃度的變化，特別是酸、堿性的變化。原電池中電流方向：外電路中由電池正極流向負極；電池內部，由負極流回正極。原電池中電子移動方向：外電路中由電池負極流向電池正極，內電路電解質溶液中無電子通過。查缺補漏練查缺補漏練5．第三代混合動力車目前一般使用鎳氫電池（M表示儲包合金)，電池總反應式為H2+2NiOOH2Ni(OH)2。汽車上坡或加速時，電動機提供推動力：下坡或剎車時，電池處于充電狀態(tài)。下列說法中正確的是A．放電時甲為負極，充電時為陽極B．汽車上坡時發(fā)生圖中虛線所示的過程C．汽車下坡電流的方向為：甲電極→發(fā)動機→乙電極D．汽車下坡時，甲電極周圍溶液的pH減小【答案】C【解析】鎳氫電池總反應H2+2NiOOH2Ni(OH)2，放電過程（原電池原理：化學能轉化為電能）乙中NiOOH得電子發(fā)生還原反應作正極：NiOOH+eˉ+H2O=Ni(OH)2+OHˉ。甲中H2（以MHn形式）發(fā)生氧化反應作負極：H2-2eˉ+2OHˉ=2H2O。充電過程（電解池原理：電能轉化為化學能）乙作陽極，Ni(OH)2失電子發(fā)生氧化，甲作陰極，水中的氫離子得電子發(fā)生還原反應。據此解答。A.根據分析，放電時甲電極H2（以MHn形式）失去電子發(fā)生氧化反應作負極，充電時甲電極2H2O+2eˉ=H2↑+2OHˉ，發(fā)生還原反應作陰極，A項錯誤；B.汽車上坡或加速時，電動機提供推動力，發(fā)生原電池原理，發(fā)生圖中實線所示的過程。下坡或剎車時，電池處于充電狀態(tài)，發(fā)生電解池原理，發(fā)生虛線所示過程，B說法錯誤；C.汽車下坡電池處于充電狀態(tài)，甲作陰極乙作陽極，電流從電源的正極流向陽極，陰極流向電源負極，不經過內電路，故電流方向為：甲電極→發(fā)動機→乙電極，C項正確；D.汽車下坡時電池處于充電狀態(tài)，甲電極為陰極：2H2O+2eˉ=H2↑+2OHˉ，周圍溶液堿性增強，pH增大，D項錯誤；答案選C。6．鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2。下列有關該電池的說法不正確的是A．放電時，溶液中OH-移向負極B．放電時，負極反應為Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2C．充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D．充電時，陽極反應為2Ni(OH)2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O【答案】C【解析】根據放電時總反應Fe+Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2可知，放電時，Fe做負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Fe+2OH--2e-=Fe（OH）2，Ni2O3做正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為：Ni2O3+3H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-；充電時，Fe電極做陰極，陰極電極反應式為：Fe（OH）2+2e-=Fe+2OH-，Ni2O3做陽極，陽極電極反應式為：2Ni（OH）2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O。A項、放電時，陰離子向負極移動，溶液中OH-移向負極，故A正確；B項、放電時，Fe做負極，發(fā)生氧化反應生成Fe（OH）2，電極反應式為：Fe+2OH--2e-=Fe（OH）2，故B正確；C項、充電時，Fe電極做陰極，陰極電極反應式為：Fe（OH）2+2e-=Fe+2OH-，陰極附近溶液的pH會升高，故C錯誤；D項、充電時，Ni2O3做陽極，陽極電極反應式為：2Ni（OH）2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O，故D正確。故選C。7．下圖是Zn-空氣二次電池(鋅和鋁的某些性質相似)，電池內聚丙烯酸鈉吸收了KOH溶液形成導電凝膠。下列說法錯誤的是A．放電時，K+向PVC-RuO2電極移動B．放電時，鋅電極發(fā)生反應為Zn-2e-+4OH-=ZnO+2H2OC．充電時，陽極附近pH減小D．充電時，導線中每通過4mol電子，陰極產生22.4L(標況下)O2【答案】D【解析】根據題干信息可知，Zn-二次電池中，放電時，負極反應式為Zn-2e-+4OH-=ZnO+2H2O（Zn與Al性質相似，在堿性條件下以ZnO存在），正極氧氣得電子生成氫氧根離子，其電極反應式為：O2＋4e-＋2H2O=4OH-；充電時，電極反應式相反，利用原電池與電解池工作原理分析解答。A．放電式Zn極為負極，PVC-RuO2電極為正極，所以K+向PVC-RuO2電極移動，A正確；B．放電時，鋅電極發(fā)生失電子的氧化反應，根據上述分析可知，其電極反應式為Zn-2e-+4OH-=ZnO+2H2O，B正確；C．充電時，陽極區(qū)的電極反應式為：，消耗氫氧根離子的同時生成水，所以陽極附近pH減小，C正確；D．充電時，導線中每通過4mol電子，陽極產生氧氣的物質的量為1mol，所以標況下其體積為=22.4L，D錯誤；故選D。8．某甲醇燃料電池裝置如圖所示，下列說法錯誤的是A．乙池負極反應為：CH3OH-6e-+3CO=4CO2↑+2H2OB．乙池中電池工作時，CO不斷移向負極C．甲池中Cu電極發(fā)生的反應為2Cl--2e-=Cl2↑D．甲池中Cu電極發(fā)生的反應為2Cl-消耗時，C極上放出氣體體積(標準狀況下)為67.2L【答案】C【解析】乙為甲醇燃料電池，通入甲醇的一極負極、通入氧氣的一極為正極；甲池為電解池，銅與電源正極相連，銅為陰極，C與電源負極相連，C為陰極。A．乙池為原電池，乙醇在負極失電子生成二氧化碳，反應式為CH3OH-6e-+3CO=4CO2↑+2H2O，故A正確；B．原電池中陰離子移向負極，乙池是原電池，電池工作時，CO不斷移向負極，故B正確；C．甲是電解池，銅與電源正極相連，銅是陽極，Cu電極發(fā)生的反應為Cu-2e-=Cu2+，故C錯誤；D．根據乙池中反應CH3OH-6e-+3CO=4CO2↑+2H2O，當32g甲醇被消耗時，轉移電子，C極是電解池陰極，發(fā)生反應2H++2e-=H2↑，根據電子守恒，放出3mol氫氣，體積(標準狀況下)為67.2L，故D正確；選C。一、燃料電池中電極反應式的書寫第一步：寫出電池總反應式燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加和后的反應。如甲烷燃料電池(電解質為NaOH溶液)的反應式為CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料電池總反應式為CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步：寫出電池的正極反應式根據燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應式有所不同，大致有以下四種情況：(1)酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(2)堿性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)環(huán)境下電極反應式：O2＋4e－=2O2－。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步：根據電池總反應式和正極反應式寫出負極反應式電池反應的總反應式－電池正極反應式＝電池負極反應式。因為O2不是負極反應物，因此兩個反應式相減時要徹底消除O2。二、二次電池的解題思路能力提升練能力提升練9．研究人員設計出新型固體氧化物燃料電池(如圖)，利用該燃料電池在高溫下可實現乙烷脫氫制乙烯，并產生電能，下列敘述錯誤的是A．C2H6→C2H4發(fā)生氧化反應B．1molC2H6轉化為C2H4時轉移電子數為2NAC．N極為正極，電極反應為：O2+4e-+2H2O=4OH-D．該電池工作時電子從M電極經導線流向N電極【答案】C【解析】A．C2H6→C2H4變化過程中C的化合價從-3到-2價，失電子發(fā)生氧化反應，故A正確；B．1molC2H6→C2H4轉移電子為1×2×1mol=2mol，即1molC2H6轉化為C2H4時轉移電子數為2NA，故B正確；C．電解質中有H+，則正極反應為O2在酸性介質中的反應，電極反應式為：O2+4H++4e-=2H2O，故C錯誤；D．該電池的M極為負極，N極為正極，電子由負極流出，經導線流向正極，故D正確；故選：C。10．在固態(tài)金屬氧化物燃料電池中，以H2-CO

混合氣體為燃料,基本原理如圖所示。下列說法不正確的是A．X極是原電池的負極,發(fā)生氧化反應B．負極的電極反應式為H2+O2－-2e－===H2O、CO+O2－-2e－===CO2C．Y極每消耗16gO2,電路中有2mol電子通過D．同溫同壓下兩極消耗的氣體體積之比是1:1【答案】D【解析】A項，X電極上的變化為H2→H2O、CO→CO2，該過程為氧化反應，X為負極，正確；B項，負極的電極反應式為：H2+O2--2e-=H2O、CO+O2--2e-=CO2，正確；C項，n（O2）==0.5mol，Y極為正極，Y極電極反應式為O2+4e-=2O2-，每消耗16gO2電路中通過電子物質的量為0.5mol4=2mol，正確；D項，根據正負極得失電子數相等，同溫同壓下正負極消耗的氣體體積之比為1:2，錯誤；答案選D。點睛：燃料電池中，通入O2的一極為正極，通入燃料的一極為負極；燃料電池的電池反應一般與燃燒反應相同（注意：堿性條件下不生成CO2，生成CO32-）；書寫燃料電池的電極反應式一般要熟記正極的電極反應式，酸性條件下正極電極反應式為：4H++O2+4e-=2H2O，堿性條件下正極電極反應式為：2H2O+O2+4e-=4OH-，熔融氧化物中正極電極反應式為：O2+4e-=2O2-，熔融碳酸鹽中正極電極反應式為：O2+4e-+2CO2=2CO32-，負極電極反應式由電池總反應減去正極電極反應式消去O2得到。11．一種大型蓄電系統(tǒng)的工作原理如圖所示。左右兩側為電解質儲罐，中央為電池，電解質通過泵不斷在儲罐和電池間循環(huán)；電池中間為僅允許通過的離子選擇性膜；放電前，被膜隔開的電解質為和NaBr3，放電時左側電極電勢較高，放電后，分別變?yōu)楹蚇aBr。下列說法錯誤的是A．左側儲罐中的電解質為NaBr3/NaBrB．電池放電時，1molNaBr3失去2mol電子C．電池充電時，陰極的反應式為D．充電過程中，通過離子選擇性膜從左向右遷移【答案】B【解析】放電時左側電極電勢較高，左側為正極；放電時→，NaBr3→NaBr；由題中所給信息分析可知該電源工作的總反應為。A．放電時左側電極電勢較高，左側為正極，正極發(fā)生還原反應，可知發(fā)生反應為NaBr3→NaBr，則左側儲罐中的電解質為，故A正確；B．電池放電時，正極1mol轉化為3molNaBr，得到2mol電子，故B錯誤；C．電池充電時，陰極上轉化為，電極反應式為，故C正確；D．放電時，左側為正極、右側為負極，充電時，左側為陽極、右側為陰極，通過離子選擇性膜從左向右遷移，故D正確；選B。12．Ph表示苯基，三苯基胺(Ph3N)在一定條件下可失去一個電子形成Ph3N+。一種鋁胺電池工作原理示意圖如下。下列說法錯誤的是A．放電時電子由Al電極流出B．離子交換膜為陽離子交換膜C．充電時陰極的電極反應式為4Al2Cl+3e－=Al+7AlClD．理論上每生成1molPh3N，外電路通過1mol電子【答案】B【解析】A．Al是活潑的金屬，放電時作負極，因此放電時電子由Al電極流出，故A正確；B．放電時，負極上Al失電子和AlCl反應生成Al2Cl，電極反應式為Al-3e－+7AlCl=Al2Cl，因此離子交換膜為陰離子交換膜，故B錯誤；C．充電時陰極的電極反應式為放電時負極反應是的逆反應，則為4Al2Cl+3e－=Al+7AlCl，故C正確；D．充電時Ph3N失電子生成Ph3N+，則生成1個Ph3N轉移1個電子，所以理論上每生成1molPh3N，外電路通過1mol電子，故D正確；故選B。1．可充電電池(1)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。(2)放電時的負極反應和充電時的陰極反應互為逆反應，放電時的正極反應和充電時的陽極反應互為逆反應。將負(正)極反應式變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應式。(3)充、放電時電解質溶液中離子移動方向的判斷分析電池工作過程中電解質溶液的變化時，要結合電池總反應進行分析。①首先應分清電池是放電還是充電。②再判斷出正、負極或陰、陽極。放電：陽離子→正極，陰離子→負極；充電：陽離子→陰極，陰離子→陽極；總之：陽離子→發(fā)生還原反應的電極；陰離子→發(fā)生氧化反應的電極。2．離子交換膜電池離子交換膜是一種含離子基團的，對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。(1)膜的功能：使陰、陽離子選擇性定向移動，使電解質溶液的電荷守恒。(2)類型：①陽離子交換膜：只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過。②陰離子交換膜：只允許陰離子通過，阻止陽離子和氣體通過。③質子交換膜：只允許質子(H＋)通過。(3)作用：隔離某些物質，防止副反應，常用于物質的制備、分離和提純。3．判斷原電池正負極的六種方法電極材料、電極現象、電子移動方向、離子移動方向、得失電子、電解質溶液。(1)負極：較活潑金屬、氧化反應、電子流出、電流流入、陰離子移向的一極、不斷溶解。(2)正極：不活潑金屬或非金屬、還原反應、電子流入、電流流出、陽離子移向的一極、電極增重。4．書寫電極反應式的三個原則(1)共存原則因為物質得失電子后在不同介質中的存在形式不同，所以電極反應式的書寫必須考慮介質環(huán)境。當電解質溶液呈酸性時，不可能有OH－參加反應；堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋參加反應。(2)得氧失氧原則得氧時，在反應物中加H2O(電解質溶液為酸性時)或OH－(電解質溶液為堿性或中性時)；失氧時，在反應中加H2O(電解質溶液為堿性或中性時)或H＋(電解質溶液為酸性時)。(3)中性吸氧反應成堿原則在中性電解質溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應，其反應的產物是堿。5．氫氧燃料電池在四種常見介質中的電極反應總結負極eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(H2－2e－=2H＋酸作介質,H2－2e－＋2OH－=2H2O堿作介質,H2－2e－＋O2－=H2O熔融金屬氧化物作介質,H2－2e－＋CO\o\al(2－,3)=H2O＋CO2熔融碳酸鹽,作介質))正極eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2＋4e－＋4H＋=2H2O