2024高考化學課件 第24講 原電池　化學電源

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化學反應(yīng)與能量第24講

原電池化學電源考點一原電池的工作原理考點二化學電源經(jīng)典真題·明考向作業(yè)手冊考點一原電池的工作原理知識梳理

夯實必備知識|提升關(guān)鍵能力夯實必備知識1.原電池及組成條件氧化還原電極名稱負極正極電極材料

片

片

電極反應(yīng)Zn-2e-

=Zn2+Cu2++2e-

=Cu電極質(zhì)量變化

反應(yīng)類型

反應(yīng)

反應(yīng)

2.兩種原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)夯實必備知識鋅銅減小增大氧化還原電極名稱負極正極電子流向由

極沿導線流向

極

鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液,K+移向

極,Cl-移向

極

裝置差異比較原電池Ⅰ:隨反應(yīng)的進行,溫度升高,化學能轉(zhuǎn)化為電能和熱能,兩極反應(yīng)在相同區(qū)域,部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;原電池Ⅱ:隨反應(yīng)的進行,溫度不變,化學能只轉(zhuǎn)化為

,兩極反應(yīng)在不同區(qū)域,Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定

夯實必備知識負正正負電能[微點撥]鹽橋的組成和作用(1)鹽橋中裝有含飽和KCl(或KNO3)溶液的瓊膠。(2)原電池裝置中鹽橋連接兩個“半電池裝置”,其中鹽橋的作用有三種:①連接內(nèi)電路,通過離子的定向移動,構(gòu)成閉合回路;②隔絕正、負極反應(yīng)物,避免直接接觸,導致電流不穩(wěn)定;③維持電極區(qū)溶液的電荷平衡。3.原電池中的三個移動方向(1)電子方向:從

極流出沿導線流入

極。

(2)電流方向:從

極沿導線流向

極。

(3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向

極遷移,陽離子向

極遷移。

夯實必備知識負正負正負正4.原電池原理的四大應(yīng)用(1)比較金屬的活動性強弱原電池中,活動性較強的金屬一般作

,活動性較弱的金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?一般作

。

(2)加快化學反應(yīng)速率氧化還原反應(yīng)形成原電池時,反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護將需要保護的金屬制品作原電池的

而受到保護。如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道不被腐蝕,可用導線將其與一塊

相連,

作原電池的負極。夯實必備知識負極正極正極比鐵活潑的常見金屬如鋅塊鋅塊(4)設(shè)計制作原電池裝置夯實必備知識負極正極電極材料如根據(jù)Cu+2Ag+

=Cu2++2Ag設(shè)計原電池:夯實必備知識AgNO3CuSO4[解析]鐵在濃硝酸中會發(fā)生鈍化,失去與硝酸反應(yīng)的機會,不能作負極,而活動性弱的銅可與濃硝酸發(fā)生反應(yīng),銅作負極。(3)在原電池中,正極本身一定不參加電極反應(yīng),負極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)(

)[解析]燃料電池中正、負極(如Pt電極)不參加反應(yīng),而是燃料參加反應(yīng)。夯實必備知識1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)常溫下CuO+H2SO4

=CuSO4+H2O能自發(fā)進行,故可以設(shè)計成原電池(

)(2)因為鐵的活動性強于銅,所以將鐵、銅用導線連接后放入濃硝酸中組成原電池,必是鐵作負極、銅作正極(

)×××[解析]原電池工作時,電解質(zhì)溶液中的陰離子向負極移動。(6)某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3

=2Ag+Cu(NO3)2,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含瓊脂的飽和KCl溶液(

)[解析]鹽橋中的離子不能與電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。夯實必備知識(4)實驗室制備H2時,用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與稀硫酸反應(yīng)效果更佳(

)(5)原電池工作時,溶液中的陽離子向負極移動,鹽橋中的陽離子向正極移動(

)√××夯實必備知識2.在如圖所示的4個裝置中,不能形成原電池的是

(填序號),并指出原因:

。①④①中酒精是非電解質(zhì);④中未形成閉合回路1.用如圖所示裝置探究原電池的工作原理,下列說法錯誤的是

(

)A.甲圖中鋅片質(zhì)量減輕,銅棒上有氣體產(chǎn)生B.乙圖中正極上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-

=H2↑C.丙圖中Zn片上發(fā)生氧化反應(yīng),溶液中的Cu2+向銅電極移動D.若乙圖與丙圖中鋅片減輕的質(zhì)量相等,則兩裝置中還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為1∶32提升關(guān)鍵能力題組一

原電池的組成及工作原理A[解析]甲圖中沒有形成完整的回路,不能形成原電池,鋅與稀硫酸發(fā)生反應(yīng),鋅的質(zhì)量減輕,鋅片上有氣泡產(chǎn)生,A錯誤;乙圖中構(gòu)成原電池,銅為正極,溶液中的氫離子在正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑,B正確;丙圖中構(gòu)成原電池,活潑金屬鋅作負極,發(fā)生氧化反應(yīng),銅為正極,溶液中的Cu2+向正極移動,C正確;提升關(guān)鍵能力乙圖與丙圖中負極反應(yīng)相同,都為Zn-2e-

=Zn2+,乙圖與丙圖中正極上的反應(yīng)分別為2H++2e-

=H2↑、Cu2++2e-

=Cu,若乙圖與丙圖鋅片減輕的質(zhì)量相等,即失去電子的物質(zhì)的量相等,依據(jù)得失電子守恒計算乙圖與丙圖中還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為2∶64=1∶32,D正確。提升關(guān)鍵能力2.[2023·廣州天河區(qū)模擬]如圖所示為鋅銅原電池。下列敘述中正確的是(

)A.鹽橋的作用是傳導離子B.外電路電子由銅片流向鋅片C.鋅片上的電極反應(yīng)式為Zn2++2e-

=ZnD.外電路中有0.2mol電子通過時,銅片表面質(zhì)量增加約3.2g提升關(guān)鍵能力A[解析]“雙液”原電池中,鹽橋連接左、右兩個燒杯中的溶液,傳導離子,起到導電作用,A正確;鋅的活潑性強于銅,則鋅片作負極,銅片作正極,在外電路中,電子由負極流向正極,則電子由鋅片流向銅片,B錯誤;鋅片是負極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn-2e-

=Zn2+,C錯誤;銅片是正極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-

=Cu,外電路中通過0.2mol電子時,銅片上析出0.1molCu,其質(zhì)量為0.1mol×64g·mol-1=6.4g,D錯誤。提升關(guān)鍵能力[規(guī)律小結(jié)]判斷原電池正、負極的五種方法 (1)在原電池中,把發(fā)生氧化反

應(yīng)的電極稱為負極,把發(fā)生還

原反應(yīng)的電極稱為正極。 (2)原電池的正極和負極與電

極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解

質(zhì)溶液有關(guān),不要形成“活潑

電極一定作負極”的思維定式。提升關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力題組二原電池原理的應(yīng)用1.有a、b、c、d四個金屬電極,有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:由此可判斷這四種金屬的活動性順序是

(

)A.a>b>c>d

B.b>c>d>a

C.d>a>b>c

D.a>b>d>cC實驗裝置部分實驗現(xiàn)象

a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加

b極有氣體產(chǎn)生;c極無變化

d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極[解析]把四個實驗從左到右分別編號為①②③④,則由實驗①可知,a作原電池負極,b作原電池正極,金屬活動性:a>b;由實驗②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無變化,則活動性:b>c;由實驗③可知,d極溶解,則d作原電池負極,c作正極,活動性:d>c;由實驗④可知,電流從a極流向d極,則d極為原電池負極,a極為原電池正極,活動性:d>a。綜上所述可知活動性:d>a>b>c。提升關(guān)鍵能力實驗裝置部分實驗現(xiàn)象

a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加

b極有氣體產(chǎn)生;c極無變化

d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極[解析]根據(jù)反應(yīng)原理:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X應(yīng)為銅電極,而Y應(yīng)為硝酸銀溶液。由于反應(yīng)中銅元素化合價升高,而銀元素的化合價降低,則銀電極為正極,銅電極為負極。

提升關(guān)鍵能力CuAgNO3正Ag++e-

=AgCu(NO3)2[易錯警示]

1.原電池的工作原理2.原電池中電極反應(yīng)式的書寫提升關(guān)鍵能力考點二化學電源知識梳理

夯實必備知識|提升關(guān)鍵能力夯實必備知識1.一次電池(放電后不可再充電)堿性鋅錳干電池負極反應(yīng):

;

正極反應(yīng):

;

總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2銀鋅紐扣電池負極反應(yīng):

。

正極反應(yīng):

;

總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-

=2Ag+2OH-夯實必備知識2.二次電池(放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生,重復使用)鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其正極材料為PbO2,負極材料為Pb,電解質(zhì)溶液為30%的稀H2SO4溶液。總反應(yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2H2O(l)+2PbSO4(s)夯實必備知識二次電池,放電時電池的負極,在充電時,連接外接電源的負極;放電時電池的正極,在充電時,連接外接電源的正極。

酸性堿性負極反應(yīng)式

正極反應(yīng)式

電池總反應(yīng)式

特點燃料電池的電極作催化劑,燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應(yīng)夯實必備知識3.燃料電池(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿性兩種。2H2-4e-

=4H+2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+4H++4e-

=2H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-2H2+O2

=2H2O電解質(zhì)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式①酸性介質(zhì)正極

負極

總反應(yīng)

②堿性介質(zhì)正極

負極

總反應(yīng)

夯實必備知識(2)以CO為燃料氣,請分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式(填入表格中)。O2+4e-+4H+

=2H2O2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+2CO+O2

=2CO2O2+4e-+2H2O=4OH-

電解質(zhì)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式③固體氧化物

(其中O2-可以在固體介質(zhì)中自由移動)正極

負極

總反應(yīng)

正極

負極

總反應(yīng)

夯實必備知識(2)以CO為燃料氣,請分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式(填入表格中)。O2+4e-=2O2-2CO-4e-+2O2-

=2CO22CO+O2

=2CO2

2CO+O2

=2CO2(2)若使反應(yīng)Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原電池方式進行,可用鋅、鐵作電極材料(

)[解析]反應(yīng)Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原電池方式進行,若鋅、鐵作電極材料,則發(fā)生的反應(yīng)不再是原反應(yīng),而是反應(yīng)Zn+2Fe3+

=2Fe2++Zn2+。[解析]燃料電池工作時,并不是燃料在電池中燃燒,而是化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。夯實必備知識1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒,然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(

)××[解析]堿性條件下負極反應(yīng)為2H2-4e-+4OH-

=4H2O。

夯實必備知識(3)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負極反應(yīng)為2H2-4e-

=4H+(

)√××√2.

[2022·湖南常德模擬]最近,我國科研人員發(fā)明了一種新型的鋅離子熱充電電池,可以利用人體產(chǎn)生的低熱量充電。該電池以Zn和VO2-PC為電極材料,實現(xiàn)了低熱量發(fā)電。放電時,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.分離器可以為陰離子交換膜B.充電時,陽極電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O+2xe-

=VO2+xZn2++yH2OC.放電時,電流從Zn極流向VO2-PC極D.充電時,鋅離子從較高溫一側(cè)移至低溫一側(cè)夯實必備知識D[解析]放電時,Zn為負極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-

=Zn2+,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,說明Zn2+從負極移向正極,則分離器可以是陽離子交換膜,但不能是陰離子交換膜,A錯誤;充電時,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O-2xe-

=VO2+xZn2++yH2O,B錯誤;放電時,電流由正極流向負極,即電流從VO2-PC極流向Zn極,C錯誤;充電時,Zn2+由較高溫區(qū)向左側(cè)低溫區(qū)遷移,并在Zn電極得電子被還原為Zn,D正確。夯實必備知識1.化學電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法不正確的是

(

)A.甲:Zn2+向Cu電極方向移動,Cu電極附近溶液中H+濃度增加B.乙:正極的電極反應(yīng)式為Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-C.丙:鋅筒作負極,發(fā)生氧化反應(yīng),鋅筒會變薄D.丁:使用一段時間后,電解質(zhì)溶液的酸性減弱,導電能力下降提升關(guān)鍵能力題組一一次電池A[解析]Zn比Cu活潑,形成原電池時,Zn作負極,電極反應(yīng)為Zn-2e-

=Zn2+;Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑,故Cu電極附近溶液中H+濃度減小。提升關(guān)鍵能力2.[2021·河北卷]K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖,a和b為兩個電極,其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池,下列說法錯誤的是 (

)A.隔膜允許K+通過,不允許O2通過B.放電時,電流由b電極沿導線流向a電極;充電時,b電極為陽極C.產(chǎn)生1Ah電量時,生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗3.9g鉀時,鉛酸蓄電池消耗0.9g水提升關(guān)鍵能力D提升關(guān)鍵能力[解析]由圖可知,a電極為原電池的負極,單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鉀離子,電極反應(yīng)式為K-e-

=K+,b電極為正極,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成超氧化鉀;金屬性強的金屬鉀易與氧氣反應(yīng),為防止鉀與氧氣反應(yīng),電池所選擇隔膜應(yīng)允許K+通過,不允許O2通過,故A正確。由分析可知,放電時,a為負極,b為正極,電流由b電極沿導線流向a電極;充電時,b電極應(yīng)與直流電源的正極相連,作電解池的陽極,故B正確。提升關(guān)鍵能力

[方法技巧]化學電源中電極反應(yīng)式的書寫方法(1)拆分法①寫出原電池的總反應(yīng),如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng),注明正、負極,并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及得失電子守恒配平兩個半反應(yīng):正極:2Fe3++2e-

=2Fe2+;負極:Cu-2e-

=Cu2+。(2)加減法①寫出總反應(yīng),如xLi+Li1-xMn2O4

=LiMn2O4。②寫出其中容易寫出的一個半反應(yīng)(正極或負極)。如xLi-xe-

=xLi+(負極)。③利用總反應(yīng)與上述的一極反應(yīng)式相減,得到另一個電極的反應(yīng)式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-

=LiMn2O4(正極)。提升關(guān)鍵能力提升關(guān)鍵能力題組二新型可充電電池1.

[2022·全國乙卷]Li-O2電池比能量高,在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。近年來,科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時,光催化電極產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li++e-

=Li)和陽極反應(yīng)(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(yīng)為Li2O2

=2Li+O2B.充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)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(yīng)O2+2Li++2e-

=Li2O2C提升關(guān)鍵能力[解析]充電時光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li++e-

=Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2+2h+

=2Li++O2),則充電時總反應(yīng)為Li2O2

=2Li+O2,結(jié)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。由上述分析,充電時電池的總反應(yīng)為Li2O2

=2Li+O2,A正確;提升關(guān)鍵能力充電時,光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,陰極反應(yīng)與電子有關(guān),陽極反應(yīng)與空穴有關(guān),故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān),B正確;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;放電時總反應(yīng)為2Li+O2

=Li2O2,正極反應(yīng)為O2+2Li++2e-

=Li2O2,D正確。

提升關(guān)鍵能力D提升關(guān)鍵能力

提升關(guān)鍵能力題組三

燃料電池

D提升關(guān)鍵能力

提升關(guān)鍵能力題目中未指明消耗11.2L氧氣是否處于標準狀況,不能計算,C錯誤;電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時,生成0.5molK2SO4,其質(zhì)量為0.5mol×174g·mol-1=87g,D正確。2.(1)甲烷燃料電池有多種,請寫出在不同環(huán)境下的電極反應(yīng)式。①固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2-)時的負極、正極反應(yīng)式:

、

。

②熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下的負極、正極反應(yīng)式:

、

。

(2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧氣中燃燒生成氮氣和水,利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池,請寫出該電池的負極、正極反應(yīng)式:

、

。

提升關(guān)鍵能力CH4-8e-+4O2-

=CO2+2H2O2O2+8e-

=4O2-

N2H4-4e-+4OH-

=4H2O+N2↑O2+4e-+2H2O=4OH-(3)化學家正在研究尿素動力燃料電池,用這種電池直接去除城市廢水中的尿素,既能產(chǎn)生凈化的水,又能發(fā)電。尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示,寫出該電池的負極反應(yīng)式:

。

提升關(guān)鍵能力CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+

提升關(guān)鍵能力經(jīng)典真題·明考向知識梳理

1.

[2022·湖南卷]海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注,一種鋰-海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是(

)A.海水起電解質(zhì)溶液作用B.N極僅發(fā)生的電極反應(yīng):2H2O+2e-

=2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D.該鋰-海水電池屬于一次電池B[解析]

M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),則M極為負極,電極反應(yīng)式為Li-e-

=Li+,N極為正極,發(fā)生還原反應(yīng),據(jù)此分析解答。海水中含有豐富的電解質(zhì),如氯化鈉、氯化鎂等,可作電解質(zhì)溶液,A正確;海水呈弱堿性,有溶解氧,發(fā)生的電極反應(yīng)可能為O2+2H2O+4e-

=4OH-,B錯誤;Li是活潑金屬,易與水反應(yīng),玻璃陶瓷可防止水和Li接觸,且玻璃陶瓷也可傳導Li+,使M極產(chǎn)生的Li+向正極移動,形成閉合回路,C正確;該電池不可充電,屬于一次電池,D正確。2.

[2022·廣東卷]科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì),發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲能設(shè)備(如圖)。充電時電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-

=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(

)A.充電時電極b是陰極B.放電時NaCl溶液的pH減小C.放電時NaCl溶液的濃度增大D.每生成1molCl2,電極a質(zhì)量理論上增加23gC[解析]據(jù)題中已知信息可知,充電時,電極b的反應(yīng)式為2Cl--2e-

=Cl2,則充電時電極b為陽極,A錯誤;由充電時的電極反應(yīng)式可知,充電、放電過程溶液的pH沒有發(fā)生變化,B錯誤;由充電時的電極反應(yīng)式可知,放電時的總反應(yīng)式為Na3Ti2(PO4)3+Cl2

=2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,顯然NaCl溶液的濃度增大,C正確;每生成1molCl2,轉(zhuǎn)移2mol電子,電極a有1mol

NaTi2(PO4)3轉(zhuǎn)化為Na3Ti2(PO4)3,故電極a理論上增加的質(zhì)量為2mol×23g·mol-1=46g,D錯誤。3.

[2022·遼寧卷]某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是 (

)A.放電時負極反應(yīng):Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+B.放電時Cl-透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C.放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子,理論上CCl4吸收0.5molCl2D.充電過程中,NaCl溶液濃度增大A[解析]放電時,負極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+,A正確;放電時,陰離子移向負極,故Cl-透過多孔活性炭電極向NaCl溶液中遷移,B錯誤;放電時正極反應(yīng)為Cl2+2e-

=2Cl-,轉(zhuǎn)移1mol電子,理論上CCl4釋放出0.5molCl2,C錯誤;充電過程中,陽極反應(yīng)為2Cl--2e-

=Cl2,消耗Cl-離子,陰極消耗Na+,NaCl溶液濃度減小,D錯誤。

C

5.

[2021·遼寧卷]如圖,某液態(tài)金屬儲能電池放電時產(chǎn)生金屬間化合物Li3Bi。下列說法正確的是(

)A.放電時,M電極反應(yīng)為Ni-2e-

=Ni2+B.放電時,Li+由M電極向N電極移動C.充電時,M電極的質(zhì)量減小D.充電時,N電極反應(yīng)為Li3Bi+3e-

=3Li++BiB[解析]由題干信息可知,放電時,M極由于Li比Ni更活潑,也比N極上的Sb、Bi、Sn更活潑,故M極作負極,電極反應(yīng)式為Li-e-

=Li+,N極為正極,電極反應(yīng)式為3Li++3e-+Bi=Li3Bi。由分析可知,放電時,M電極反應(yīng)為Li-e-

=Li+,A項錯誤;由分析可知,放電時,M極為負極,N極為正極,故Li+由M電極向N極移動,B項正確;由二次電池的原理可知,充電時和放電時同一電極上發(fā)生的反應(yīng)互為逆過程,M電極的電極反應(yīng)為Li++e-

=Li,故電極質(zhì)量增大,C項錯誤;充電時,N電極反應(yīng)為Li3Bi-3e-

=3Li++Bi,D項錯誤。1.[2021·湖南卷]鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池,廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是 (

)A.放電時,N極為正極B.放電時,左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C.充電時,M極的電極反應(yīng)式為Zn2++2e-

=ZnD.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過備用習題B備用習題[解析]由圖可知,放電時N極作正極,電極反應(yīng)式為Br2+2e-

=2Br-,A正確;放電時,M極作負極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-

=Zn2+,鋅離子的濃度增大,ZnBr2的濃度增大,B錯誤;充電時M極作陰極,電極反應(yīng)式為Zn2++2e-

=Zn,C正確;由電池工作原理圖可知,隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過,D正確。備用習題2.

微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置,利用微生物處理有機廢水獲得電能,同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用如圖所示裝置處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是(

)A.負極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-

=2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時間后,正、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1B備用習題[解析]CH3COO-轉(zhuǎn)化為CO2的反應(yīng)是氧化反應(yīng),為負極反應(yīng),CH3COO-中碳的平均化合價為0,負極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-

=2CO2↑+7H+,A項正確;該過程中可以起到淡化海水的作用,則Na+移向正極(b極)、Cl-移向負極(a極),所以隔膜1、2分別是陰離子交換膜、陽離子交換膜,B項錯誤;根據(jù)通過電路的電量相等,電路中轉(zhuǎn)移1mol電子,通過離子交換膜的Na+、Cl-也分別是1mol,即可除鹽58.5g,C項正確;酸性條件下,正極的電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑,根據(jù)得失電子守恒,正、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1,D項正確。備用習題3.鋰/氟化碳(Li/CFx)電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是 (

)A.電子由a極經(jīng)用電器流向b極B.有機溶劑可能是羥基乙酸(HOCH2COOH)C.正極上的電極反應(yīng)式:CFx+xe-

=C+xF-D.14.0gLi參與反應(yīng)理論上轉(zhuǎn)移2mol電子B備用習題

備用習題

B備用習題[解析]本題考查了原電池裝置的分析與判斷。根據(jù)題中所給的VB2電極上的反應(yīng)式可知,該原電池中VB2電極為負極,復合碳電極為正極。正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-。根據(jù)電子守恒可知,當負載通過0.04mol電子時,正極參加反應(yīng)的氧氣為0.01mol,在標準狀況下的體積為0.224L,A項正確;根據(jù)正、負極的電極反應(yīng)式可知,負極消耗OH-,pH降低,而正極區(qū)生成OH-,pH升高,B項錯誤;備用習題

備用習題3.CO2/HCOOH循環(huán)在氫能的儲存、釋放、燃料電池等方面具有重要應(yīng)用。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示,兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過的半透膜隔開。(1)電池負極電極反應(yīng)式為

;放電過程中需補充的物質(zhì)A為

(填化學式)。

H2SO4備用習題

備用習題3.CO2/HCOOH循環(huán)在氫能的儲存、釋放、燃料電池等方面具有重要應(yīng)用。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示,兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過的半透膜隔開。(2)如圖所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過HCOOH與O2的反應(yīng),將化學能轉(zhuǎn)化為電能,其反應(yīng)的離子方程式為

。

1234567891011121314151617C考點一

原電池原理及應(yīng)用

12345678910111213141516172.某化學興趣小組利用反應(yīng)Zn+2FeCl3

=ZnCl2+2FeCl2,設(shè)計了如圖所示的裝置,下列說法正確的是(

)A.Zn為負極,發(fā)生還原反應(yīng)B.石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為Fe3++e-

=Fe2+C.電子流動方向為石墨電極→電流表→鋅電極D.鹽橋中K+向ZnCl2溶液移動,Cl-向FeCl3溶液移動B1234567891011121314151617[解析]由電池總反應(yīng)可知,Zn發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnCl2,則Zn為負極,A錯誤;石墨電極是正極,Fe3+發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe2+,電極反應(yīng)式為Fe3++e-

=Fe2+,B正確;原電池中電子由負極流出經(jīng)導線流向正極,則電子流動方向為鋅電極→電流表→石墨電極,C錯誤;電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極,陰離子移向負極,故鹽橋中K+向FeCl3溶液移動,Cl-向ZnCl2溶液移動,D錯誤。12345678910111213141516173.研究小組進行如下表所示的原電池實驗:1234567891011121314151617實驗編號①②實驗裝置實驗現(xiàn)象連接好裝置5min后,靈敏電流計指針向左偏轉(zhuǎn),兩側(cè)銅片表面均無明顯現(xiàn)象連接好裝置,開始時左側(cè)鐵片表面持續(xù)產(chǎn)生氣泡,5min后,靈敏電流計指針向右偏轉(zhuǎn),右側(cè)鐵片表面無明顯現(xiàn)象下列關(guān)于該實驗的敘述中,正確的是(

)A.兩裝置的鹽橋中,陽離子均向右側(cè)移動B.實驗①中,左側(cè)的銅被腐蝕C.實驗②中,連接裝置5min后,左側(cè)電極的電極反應(yīng)式為2H++2e-

=H2↑D.實驗①和實驗②中,均有O2得電子的反應(yīng)發(fā)生D1234567891011121314151617[解析]實驗①中電子移動的方向:從負極經(jīng)導線流向正極,即左側(cè)銅為正極,右側(cè)銅為負極,根據(jù)原電池工作原理,陽離子向正極移動,即向左側(cè)移動;實驗②5min后,靈敏電流計指針向右偏轉(zhuǎn),說明左側(cè)鐵作負極,右側(cè)鐵作正極,根據(jù)原電池的工作原理,陽離子向正極移動,即向右側(cè)移動,A項錯誤。根據(jù)A選項分析,實驗①中左側(cè)銅沒有被腐蝕,右側(cè)銅被腐蝕,B項錯誤。實驗②中連接好裝置,5min后,靈敏電流計指針向右偏轉(zhuǎn),說明左側(cè)鐵作負極,右側(cè)鐵作正極,即左側(cè)電極反應(yīng)式為Fe-2e-

=Fe2+,C項錯誤。實驗①左側(cè)電極反應(yīng)式為O2+4H++4e-

=2H2O,實驗②5min后,右側(cè)鐵片電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-

=4OH-,均是吸氧腐蝕,D項正確。12345678910111213141516174.根據(jù)化學反應(yīng)設(shè)計原電池(選用相同的鹽橋)時,下列各項中合理的是

(

)B1234567891011121314151617選項正極(金屬/電解質(zhì)溶液)負極(金屬/電解質(zhì)溶液)AZn/ZnSO4溶液Fe/稀H2SO4溶液BFe/FeCl2溶液Zn/ZnSO4溶液CZn/稀H2SO4溶液Fe/FeCl2溶液DFe/ZnSO4溶液Zn/FeCl2溶液[解析]原電池中,負極金屬的活動性一般強于正極金屬,Zn比Fe活潑,形成原電池時Zn作負極,A、C均錯誤;使用鹽橋,形成雙液原電池時,為得到穩(wěn)定電流,正極、負極半電池中電解質(zhì)溶液一般是電極金屬材料形成的鹽溶液,D錯誤,B正確。12345678910111213141516175.[2022·湖北黃岡調(diào)研]NO是一種有毒氣體,一種測量空氣中NO含量的電化學裝置如圖所示,下列說法錯誤的是(

)A.Pt電極為正極,發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-

=2O2-B.NiO電極上發(fā)生的是還原反應(yīng)C.電子流動方向:NiO電極→外電路→Pt電極D.兩支電極均起到催化作用B1234567891011121314151617考點二

一次電池[解析]原電池中,NO在負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2,電子從負極流出,電子沿著導線流向正極,正極上O2得到電子發(fā)生還原反應(yīng),內(nèi)電路中陰離子移向負極、陽離子移向正極,據(jù)此回答。O2在Pt電極上得電子轉(zhuǎn)化為O2-,Pt電極為正極,發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-

=2O2-,A正確;NiO電極上,NO失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2,B錯誤;1234567891011121314151617據(jù)分析:NiO電極為負極、Pt電極為正極,電子流動方向:NiO電極→外電路→Pt電極,C正確;由裝置可知,在兩支電極及固體電解質(zhì)參與下,負極電極反應(yīng)為2NO-4e-+2O2-

=2NO2、正極電極反應(yīng)為O2+4e-

=2O2-,實現(xiàn)了2NO+O2

=2NO2的快速轉(zhuǎn)化,則兩支電極均起到催化作用,D正確。12345678910111213141516176.科學家對新型Li-CO2電化學系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn),用碳化鉬(Mo2C)作Li極催化劑時CO2的放電產(chǎn)物為Li2C2O4,裝置如圖所示,下列說法不正確的是(

)A.該電化學儲能系統(tǒng)Li極作為負極B.該電池最好選用Li2C2O4水溶液作為電解質(zhì)溶液C.CO2放電的電極反應(yīng)式為2CO2+2e-+2Li+

=Li2C2O4D.電池“吸入”CO2時將化學能轉(zhuǎn)化為電能B1234567891011121314151617[解析]由圖可知,用碳化鉬(Mo2C)作Li極催化劑時CO2的放電產(chǎn)物為Li2C2O4,Li價態(tài)升高,Li極為負極,CO2通入一極為正極。由分析可知,Li極作負極,故A正確;Li能與水反應(yīng),不能選擇水溶液作電解質(zhì)溶液,故B錯誤;根據(jù)上述分析,CO2通入一極作正極,得到電子發(fā)生還原反應(yīng),則CO2放電的電極反應(yīng)式為2CO2+2e-+2Li+

=Li2C2O4,故C正確;根據(jù)原電池原理分析,電池“吸入”CO2時即CO2放電參加反應(yīng),將化學能轉(zhuǎn)化為電能,故D正確。1234567891011121314151617

D1234567891011121314151617

12345678910111213141516178.

[2021·山東卷]以KOH溶液為離子導體,分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池,下列說法正確的是(

)A.放電過程中,K+均向負極移動B.放電過程中,KOH物質(zhì)的量均減小C.消耗等質(zhì)量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時,理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2LC1234567891011121314151617考點三

燃料電池[解析]堿性環(huán)境下,甲醇燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4+O2

=N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合價均為-2價,H元素化合價為+1價,所以根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O。放電過程為原電池工作原理,所以鉀離子均向正極移動,A錯誤;根據(jù)上述分析可知,N2H4-O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水,其總反應(yīng)中未消耗KOH,所以KOH的物質(zhì)的量不變,其他兩種燃料電池中KOH的物質(zhì)的量減小,B錯誤;1234567891011121314151617

12345678910111213141516179.2022年北京冬奧會賽區(qū)內(nèi)使用氫燃料清潔能源車輛,某氫氧燃料電池工作示意圖如下。下列說法中,不正確的是(

)A.電極a為電池的負極B.電極b表面反應(yīng)為O2+4e?+2H2O=4OH?C.電池工作過程中OH?向正極遷移D.氫氧燃料電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率高于火力發(fā)電,提高了能源利用率C1234567891011121314151617[解析]H2通入電極a,發(fā)生氧化反應(yīng),則電極a是負極,A正確;電極b為正極,O2在正極被還原,電解質(zhì)溶液為KOH溶液,則正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-,B正確;燃料電池工作時,陰離子移向負極,則OH-向負極(電極a)遷移,C錯誤;氫氧燃料電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能,能源利用率較高,其能量轉(zhuǎn)化率高于火力發(fā)電,D正確。123456789101112131415161710.[2023·江西南昌模擬]NaBH4-H2O2

燃料電池有望成為低溫環(huán)境下工作的便攜式燃料電池,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)NaBH4-H2O2

燃料電池的說法錯誤的是(

)A.b為正極,電極反應(yīng)為H2O2+2e-

=2OH-B.放電過程中,a極區(qū)B元素被氧化C.放電過程中,b極區(qū)NaOH濃度增大D.電池中的離子交換膜為陽離子交換膜B1234567891011121314151617[解析]NaBH4-H2O2

燃料電池中,H2O2

是氧化劑,在正極得到電子被還原,b為正極,電極反應(yīng)為H2O2+2e-

=2OH-,A正確;NaBH4為還原劑,在負極失去電子,呈-1的H被氧化,B不正確;放電過程中,b極區(qū)產(chǎn)生氫氧根離子,鈉離子透過離子交換膜向正極移動,則b極區(qū)NaOH濃度增大,C正確;左側(cè)鈉離子進料量大于出料量,右側(cè)鈉離子出料量大于進料量,鈉元素守恒,則電池中的離子交換膜為陽離子交換膜,D正確。123456789101112131415161711.[2022·浙江衢州、麗水、湖州二模]CO2氣敏電極結(jié)構(gòu)如圖所示,當CO2由氣體滲透膜進入時,H+指示電極響應(yīng),H+濃度變化而發(fā)生氧化反應(yīng),通過測出電動勢E就可以計算CO2的含量。下列說法不正確的是(

)A.CO2氣敏電極工作時,化學能轉(zhuǎn)化為電能B.CO2氣敏電極工作時,H+向參比電極遷移C.CO2氣敏電極工作時的總反應(yīng)為Ag(正極)+AgCl(負極)=Ag(負極)+AgCl(正極)D.將NaHCO3溶液換成NH4Cl溶液,更換氣體滲透膜,可改造成NH3氣敏電極C1234567891011121314151617[解析]該電池工作原理是測出電動勢,則該電池為原電池,CO2氣敏電極工作時將化學能轉(zhuǎn)化為電能,A項正確;CO2氣敏電極工作時,CO2由氣體滲透膜進入時,H+指示電極響應(yīng),H+濃度變化而發(fā)生氧化反應(yīng),此時H+指示電極為負極,參比電極為正極,H+向參比電極移動,B項正確;1234567891011121314151617

123456789101112131415161712.[2022·湖北部分重點中學聯(lián)考]鋰離子電池應(yīng)用廣泛,某課題組使用納米Si-C復合顆粒直接與鋰接觸,形成LixSi,將鋰鹽溶于三乙二醇二甲醚(TEGDME)作為電解液,與O2/C電極匹配組成如圖所示原電池。該電池的總反應(yīng)為xO2+2LixSi

xLi2O2+2Si,下列說法正確的是(

)A.該電池放電時,a為正極B.充電和放電過程,電解液中Li+濃度都會改變C.放電時,當負極質(zhì)量減小14g時,電解液中轉(zhuǎn)移1molLi+D.電池充電時,陽極的電極反應(yīng)為Li2O2-2e-

=O2↑+2Li+D1234567891011121314151617考點