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第十九讲 原电池 化学电源
1．理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
知识点一　原电池
1．概念
把________能转化为____能的装置。
2．工作原理：(以锌铜原电池为例)
电极名称 负极 正极
电极材料
电极反应
反应类型
电子流向 由Zn沿导线流向Cu
3.原电池构成条件
(1)两个____________的电极。
(2)将电极插入______________中。
(3)用导线连接电极构成____________。
(4)能自发进行的____________________。
总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：
知识点一
1．化学　电
2.
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由Zn沿导线流向Cu
3.(1)活泼性不同　(2)电解质溶液　(3)闭合回路　(4)氧化还原反应
知识点二　化学电源
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．二次电池(可充电，可多次重复使用)
如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；
总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
①用酸性电解质时：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：H2＋O2===H2O。
②用NaOH等碱性溶液时：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：H2＋O2===H2O。
(2)CH4燃料电池：电解质为KOH
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。
知识点二
1．(1)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
(2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2．Pb＋SO－2e－===PbSO4
3．(1)①H2－2e－===2H＋
O2＋2H＋＋2e－===H2O
②H2＋2OH－－2e－===2H2O
O2＋H2O＋2e－===2OH－
(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
一、原电池电极反应式的书写
1．一般电极反应式的书写步骤
2．复杂电极反应式的书写
如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为
CH4＋2O2―→CO2＋2H2O……总反应式①
____________________________……正极反应式②
______________________……负极反应式(①－②)
【疑难解析】
一、1.氧化反应　还原反应　电荷　质量　得失电子
2．总反应式　较简单一极的电极反应式　2O2＋8H＋＋8e－===4H2O　CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
【疑难探究】
二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率________。
2．比较金属活动性强弱
两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？
3．设计化学电源
(1)设计原电池的一般思维方法是什么？
(2)设计原电池时，对电解质溶液有何要求？若有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同？
(3)在电极材料的选择使用方面有何要求？电极材料必须参与化学反应吗？
【疑难解析】
二、1.加快　加快
2．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3．(1)一般思维方法：①首先将已知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(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。
③按要求画出原电池装置图。
(2)电解质溶液的要求：
电解质是使负极放电的物质。因此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选择与电极材料相同的阳离子。如在锌铜原电池中，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＋的溶液中。但H2—KOH—O2构成的电池中两个半电池中可都用KOH溶液。
(3)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反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。
【典例】1．实验室有如下材料：铜片、铁片、石墨棒、CuCl2溶液、FeCl3溶液、导线、电流表、盐桥(装有琼脂-KCl的U形管)、烧杯等。甲同学设计了如图1的原电池装置，但乙同学发现甲同学设计的原电池装置效率不高，电流在短时间内就会衰减，为解决以上问题，将原电池设计成了带盐桥的装置，如图2所示。
图1：
图2：
(1)①事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_______(填序号，下同)。
a.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH>0
b.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH＜0
c.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ΔH＜0
②甲同学设计的原电池，若将石墨棒改为铁片，则总电极反应式是否改变，若是，写出改变后总的电极反应式，若否，请写出理由：_______。
③乙同学设计的原电池电极反应与甲的相同，但电池的效率高很多。乙同学设计的原电池两电极分别为：a是_______(填“铜片”“铁片”或“石墨棒”，下同)，b是_______。负极的电极反应式为_______，正极的电极反应式为_______。
(2)关于乙同学设计的原电池，下列说法中错误的是_______。
a.实验过程中，左侧烧杯中Cl 浓度增大
b.实验过程中取出盐桥，原电池不能继续工作
c.电子通过盐桥从右侧烧杯进入左侧烧杯中
【答案】(1) b 2FeCl3+Fe=3FeCl2(或2Fe3++Fe=3Fe2+) 铜片 石墨棒 Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋
(2)c
【解析】
根据所给材料和电解质溶液，再结合图示可知，铜电极为负极，石墨棒为正极，负极铜片失去电子，形成铜离子，正极三价铁得到电子形成二价铁，以此解题。
(1)①根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c，故选b；
②若将石墨棒改为铁片，则铁的活泼性强于铜，总电极反应发生改变，为铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，故电池反应式为2FeCl3+Fe=3FeCl2(或2Fe3++Fe=3Fe2+)；
③因为乙同学设计的原电池总电极反应与甲同学的相同，均为Cu+2Fe3＋=2Fe2＋+Cu2＋，因此两电极为铜片和石墨棒，再根据电解液即可确定两电极的材料，左侧电解质为氯化铜溶液，则a为铜片，右侧电解质为氯化铁溶液，则b为石墨棒；负极应该是铜片失去电子形成铜离子，电极反应式为：Cu-2e-=Cu2＋，正极为三价铁得到电子形成二价铁，电极反应式为：2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋；
(2)a．原电池中，阴离子向负极移动，由分析可知左侧为负极，则盐桥中的Cl 向负极移动，左侧烧杯中Cl 浓度增大，a正确；
b．当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b正确；
c．电子只能通过导线传递，盐桥传递的是离子，c错误；
故选c。
【典例】2．用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐()已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe还原水体中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)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，某微生物燃料电池的工作原理如下图所示：
①在硫氧化菌作用下转化为的反应式是_______。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______。
(3)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为。
①放电过程中，向_______(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为_______。
③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成_______g Pb。
【答案】(1) Fe +8e-+10H+=+3H2O
(2) HS-+4H2O-8e-=+9H+ HS-、离子浓度之和不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子
(3) 正 Ca+2Cl--2e-=CaCl2 20.7
【解析】
(1)①由图可知，Fe失电子，故Fe为负极；
②正极上得电子转化为，N由+5价变为-3价，每个转移8个电子，正极反应为+8e-+10H+=+3H2O。
(2)由图可知，硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以将硫氢根离子氧化成硫酸根离子；
①正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为4H++O2+4e-=2H2O，负极上HS-在硫氧化菌作用下转化为，失电子发生氧化反应，电极反应式为HS-+4H2O-8e-=+9H+；
②根据图像可知，HS-和在不断循环，两种离子浓度之和不会发生变化，两种细菌可以实现HS-和的转化，故只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子，氧化过程中有电子的转移，可以持续地形成电流。
(3)①原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故Li+向正极移动；
②根据总反应可知，Ca失电子化合价升高，故Ca为负极，结合电解质和总反应可知，负极反应为Ca+2Cl--2e-=CaCl2；
③根据总反应可知，Pb由+2价变为0价，每个Pb转移2个电子，电路中转移0.2 mol电子时，生成0.1molPb，质量为0.1mol×207g/mol=20.7g。
【典例】3．回答下列问题
(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的___________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为___________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
回答下列问题：
电池中的负极为___________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为___________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为___________L。
【答案】(1) 负 NO2＋NO-e-=N2O5
(2) 甲 CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6
【解析】
(1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e-=4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO-e-=N2O5。
(2)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O-6e-=CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2=2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L。
一、原电池原理的应用
1．化学与生产、生活密切相关，下列说法正确的是
A．厨余垃圾可用于制备沼气
B．广泛使用乙醇汽油，能够减少原油的用量，但不能降低尾气中CO的排放量和改善大气环境
C．放置较久的红薯比新挖出土的甜，可能与葡萄糖的水解有关
D．火力发电的能量转化过程有化学能→热能→机械能→电能，且电能属于一次能源
【答案】A
【解析】
A．厨余垃圾多为有机物，可用于制备沼气，故A正确；
B．乙醇汽油是在汽油中加入一定比例的乙醇，其氧含量比普通汽油高，使汽油燃烧更充分，广泛使用乙醇汽油，不仅能够减少原油的用量，还能降低汽车尾气中CO的排放量，改善大气环境，故B错误；
C．葡萄糖属于单糖，葡萄糖不能水解，应与红薯中淀粉水解生成葡萄糖有关，故C错误；
D．火力发电中存在的能量转化过程有燃料化学能→热能→机械能→电能，但电能属于二次能源，故D错误；
答案选A。
2．下列各组装置中能形成原电池的是
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】
原电池的构成条件：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发进行的氧化还原反应。
A．两电极活泼性不同，能自发的发生氧化还原反应，而且形成了闭合回路，符合原电池的构成条件，能形成原电池，故A正确；
B．乙醇不是电解质，不能形成原电池，故B错误；
C．蔗糖溶液不是电解质，不能形成原电池，故C错误；
D．铂和碳都不能和氢氧化钠溶液反应，不能自发的发生氧化还原反应，不能形成原电池，故D错误；
故选A。
3．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是
A．电极I上发生还原反应，作原电池的负极
B．电极II的电极反应式为Cu2＋＋2e-=Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
【答案】C
【解析】
由电池装置图可知，该电池为原电池，左侧电极I为正极，三价铁离子得到电子变成二价铁，右侧电极II为负极，铜失去电子变成二价铜离子，据此解答。
A．由分析可知，电极 I为正极，发生还原反应，故A错误；
B．由分析可知，电极 II为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2＋，故B错误；
C．根据该电池的正负极反应可知，该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋，故C正确；
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，作用是传递离子而不是电子，故D错误；
故答案选C。
4．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的c(H＋)均减小 D．产生气泡的速率甲比乙慢
【答案】C
【解析】
A．甲烧杯中，铜、锌用导线连接，甲构成原电池，铜是正极，铜片表面有氢气产生，A错误；
B．甲烧杯中，铜、锌用导线连接，甲构成原电池，铜是正极；乙中铜、锌没有连接，不构成原电池，B错误；
C．两烧杯中都发生反应，溶液的c(H＋)均减小，C正确；
D．甲烧杯中，铜、锌用导线连接，甲构成原电池，产生气泡的速率甲比乙快，D错误；
故选C。
5．用如图所示装置探究原电池的工作原理，下列说法正确的是
A．甲图中正极上发生的反应为：
B．乙图中锌片变细，铜棒变粗
C．丙图中片上发生还原反应，溶液中的向铜电极移动
D．若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等，则两装置中还原产物的质量比为
【答案】D
【解析】
A．甲图没有形成完整的回路，不能形成原电池，A项错误；
B．乙图中活泼金属锌作负极，发生氧化反应，电极反应为：，铜为正极，电极反应为：，所以锌片变细，铜棒不变，B项错误；
C．丙图中构成原电池，活泼金属锌作负极，发生氧化反应，铜为正极，溶液中的向正极移动，C项错误；
D．乙图与丙图中负极反应相同，都为，乙图与丙图中正极上的反应分别为：、，若乙图与丙图锌片减轻的质量相等，即失去电子的物质的量相等，依据电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比2：64=1：32，D项正确；
答案选D。
6．下列关于如图所示装置的叙述中错误的是
A．铜是正极，表面有气泡产生 B．锌是负极，其质量逐渐减小
C．该装置将电能转化为化学能 D．电子从锌片经导线流向铜片
【答案】C
【解析】
该原电池锌与硫酸反应，铜与硫酸不反应，说明锌为负极，铜为正极。
A．铜是正极，铜表面是氢离子得到电子变为氢气，其表面有气泡产生，故A正确；
B．锌是负极，锌失去电子变为锌离子，其质量逐渐减小，故B正确；
C．该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C错误；
D．锌为负极，铜为正极，则电子从锌片经导线流向铜片，故D正确。
综上所述，答案为C。
7．电渗析法是海水淡化的常用方法之一、一种利用微生物对有机废水进行处理的电化学装置如图所示，该装置在废水处理的同时还可以进行海水淡化。下列说法正确的是
A．该装置工作时，化学能转化为电能，M为正极
B．X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜
C．M极电极反应式为CH3CHO+10OH--10e-=2CO2↑+7H2O
D．当有1molNa+通过离子交换膜时，N极消耗的空气体积约为26.7L
【答案】B
【解析】
A．由图可知，该装置为原电池，是将化学能转化为电能，电极N中氧气发生还原反应，作正极；电极M甲醛发生氧化反应做负极；故A项错误；
B．电极N中氧气发生还原反应，电极反应式为5O2+20 e-+10H2O =20OH-，生成阴离子，故钠离子向N极移动，Y为阳离子交换膜，电极M甲醛发生氧化反应，电极反应式为CH3CHO+3H2O-10e-=2CO2↑+10H+，X为阴离子交换膜，故B项正确；
C．电极M甲醛发生氧化反应，电极反应式为2CH3CHO+6H2O-20e-=4CO2↑+20H+，故C项错误；
D．N电极反应式为5O2+20 e-+10H2O =20OH-,当有20molNa+通过离子交换膜时,标准状况消耗氧气的体积为5；标准状况，当有1molNa+通过离子交换膜时，N极消耗的空气体积约为5,选项无标准状况这一前提，故D项错误。
故答案选B。
8．某储能电池原理如图。下列说法正确的是
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
【答案】A
【解析】
放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。
A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；
B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；
D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；
故选A。
9．下列操作能达到目的的是
选项 操作 目的
A 向10 mL0.1 mol·L-1草酸溶液中先滴加1 mL0.1 mol·L-1KMnO4溶液，再滴加1 mL 0.2 mol·L-1KMnO4溶液 探究浓度对反应速率的影响
B 分别用pH计测定0.1 mol·L-1的HOCH2COOH溶液在25 °C、45 °C时的pH(浓度变化不考虑) 探究温度对电离平衡的影响
C 将铁、铜片插入浓硝酸(常温)构成原电池，并连接电流计 验证原电池中较活泼金属为负极
D 向物质的量浓度均为1 mol·L-1的Na2CO3和Na2SO4混合液中加入等体积的过量AgNO3溶液 探究 Ag2CO3和Ag2SO4溶度积的大小
A．A B．B C．C D．D
【答案】B
【解析】
A．高锰酸钾溶液的浓度不同，颜色不同，应控制高锰酸钾溶液的浓度相同且不足，改变草酸的浓度，观察褪色的快慢来探究浓度对反应速率的影响，A项错误；
B．弱电解质电离过程吸热，测定同浓度HOCH2COOH溶液在不同温度下的pH，可以探究温度对电离平衡的影响，B项正确；
C．将铁、铜片插入浓硝酸构成原电池，铁遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，所以铜作负极，此实验不能验证较活泼金属为负极，C项错误；
D．Ag2CO3和Ag2SO4都是白色沉淀，通过观察无法确定哪一种沉淀先生成，D项错误；
答案选B。
二、原电池正、负极的判断和电极反应式的书写
10．英国科学家发明的尿素微生物电池的反应方程式为，电池装置如图所示，下列说法不正确的是
A．该电池工作的温度要适宜，不能够在高温下进行工作
B．每生成22.4L电路中转移
C．装置工作时，电池负极的反应为
D．装置工作时，电流由电极a沿导线流向电极b
【答案】B
【解析】
原电池工作时，电极上发生失电子的氧化反应生成，电极上发生得电子的还原反应生成，则是负极，是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上，正极反应为，据此解答该题。
A．该微生物在高温下发生变性，所以该装置不能够在高温下工作，故A正确；
B．气体状态未知，无法计算，故B错误；
C．由分析可知装置工作时，电池负极的反应为，故C正确；
D．由分析可知装置工作时，a为电池正极，电流由电极a沿导线流向电极b，故D正确；
故答案选B。
11．下列说法正确的是
A．麒麟9905G芯片己正式发布，其主要成分为SiO2
B．碳酸钠能与盐酸反应，可用于治疗胃酸过多
C．在船身上装有锌块，是利用了牺牲阳极的阴极保护法保护船体
D．明矾水解时产生具有吸附性的胶体粒子，可以用于饮用水的杀菌消毒
【答案】C
【解析】
A．麒麟9905G芯片己正式发布，其主要成分为Si，故A错误；
B．碳酸钠能与盐酸反应，但是碳酸钠碱性过强不可用于治疗胃酸过多，故B错误；
C．由于金属活动性: Zn>Fe，在船身上装有锌块，当与海水形成原电池时，首先被腐蚀的是Zn，船体得到了保护，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法来保护船体，故C正确；
D．明矾溶于水，电离产生的铝离子水解会生成氢氧化铝胶体，具有吸附性，能够吸附水中的杂质，因此可以用于净水，但不能用于饮用水的杀菌消毒，故D错误；
故选C。
12．实验室用锌与稀硫酸反应制氢气，下列做法能加快反应速率的是
A．选用纯度更大的金属锌 B．改用浓硫酸 C．改用粗锌(含铜、银) D．降低温度
【答案】C
【解析】
A．若金属锌中含有不如锌活泼的金属杂质，则可以形成原电池加快反应速率，选用纯度更大的金属锌会降低反应速率，A不符合题意；
B．浓硫酸与锌反应会生成SO2，不产生H2，B不符合题意；
C．铜、银不如锌活泼，反应过程中会形成原电池，锌为负极被氧化，可以加快反应速率，C符合题意；
D．降低温度会减慢反应速率，D不符合题意；
综上所述答案为C。
13．下列方案设计、现象和结论都正确的是
目的 方案设计 现象和结论
A 探究镀锌铁皮的锌镀层是否已反应完全 将镀锌铁皮放入烧杯中，加入稀硫酸，用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮，使其充分反应 若产生氢气的速率突然减小，则锌镀层已反应完全
B 探究某牙膏中是否含有甘油 取少量样品，加入适量蒸馏水，搅拌、静置，取上层清液，滴加适量新制 若有绛蓝色沉淀生成，则该产品中含有甘油
C 检验某溶液中是否含有 取少量该溶液于试管中，先加入KSCN溶液，再滴加过量酸性高锰酸钾溶液 若溶液加入KSCN溶液无现象，滴加酸性高锰酸钾溶液后变红，说明原溶液中含有
D 探究和HClO的酸性 取等浓度的和NaClO溶液，用玻璃棒蘸取后点于试纸中部，与标准比色卡比较 若溶液测得的蓝色更深，说明的酸性比HClO弱
A．A B．B C．C D．D
【答案】A
【解析】
A．将镀锌铁皮放入烧杯中，加入稀硫酸，存在原电池，原电池反应速率快。当锌消耗完，原电池不复存在，则反应速率迅速变慢，故A正确；
B．含多羟基的物质例如甘油能和新制的氢氧化铜反应生成绛蓝色溶液，故若有绛蓝色溶液生成，则该产品中含有甘油，故B错误；
C．滴加过量酸性高锰酸钾溶液，溶液必定有(紫)红色，难以证明铁离子产生，难以证明亚铁离子存在，故C错误；
D．NaClO溶液具有强氧化性、漂白性，不能用pH试纸测pH，故D错误；
答案选A。
14．用下列实验装置进行相应实验，有关说法不正确的是
A．装置①可用于演示喷泉实验
B．装置②可用于比较金属X和Zn的金属活动性强弱
C．装置③可用于实验室制备并收集NO2
D．装置④可用于制备乙酸乙酯
【答案】C
【解析】
A．SO2是酸性氧化物，容易和NaOH溶液反应，将胶头滴管里的NaOH溶液挤入圆底烧瓶中，由于SO2的溶解，使烧瓶内压强降低，打开止水夹，烧杯中的NaOH溶液就会被大气压入圆底烧瓶形成喷泉，故A正确；
B．将金属X和锌相连浸入稀硫酸中，通过观察电流表指针的偏转以及电极是否变细、哪个电极上有气体产生可以判断X和Zn的金属活动性强弱，故B正确；
C．铜和浓硝酸可以生成NO2，但NO2和水反应生成硝酸和NO，不能用排水法收集NO2，故C错误；
D．乙醇、乙酸和浓硫酸共热可以制取乙酸乙酯，用饱和碳酸钠溶液收集生成的乙酸乙酯，同时除去杂质乙酸和乙醇，用图示装置可以防止倒吸，故D正确；
故选C。
15．某原电池的总反应为，该原电池的正确构成是
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】
由题干某原电池的总反应为可知，Zn在反应中由0价转化为+2价，化合价升高，发生氧化反应，故Zn作负极，Cu2+在反应中化合价由+2价降低为0价，化合价降低，发生还原反应，故在正极上发生该反应，据此分析解题。
A．由于Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu为正极，电解质中的Cu2+被还原，A符合题意；
B．装置中没有自发的发生氧化还原反应，B不合题意；
C．装置中发生的电池总反应为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，C不合题意；
D．由于Mg比Zn活泼，故Mg作负极，Zn作正极，D不合题意；
故答案为：A。
16．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
【答案】A
【解析】
A、碱性锌锰电池属于一次电池，不属于可充电电池；
B、手机用锂电池属于可充电电池；
C、汽车用铅蓄电池属于可充电电池；
D、玩具用镍氢电池属于可充电电池；
故选A。
17．下列物质性质和用途因果关系说法不合理的是
A．干电池低汞化、无汞化，有利于减少废电池造成的土壤污染
B．KAl(SO4)2可水解生成Al(OH)3胶体，故KAl(SO4)2可用于水的杀菌和净化
C．用CO2人工合成淀粉，有利于减少农药化肥污染和促进“碳中和”
D．氨氮废水(含NH及NH3)可用化学氧化法或电化学氧化法处理后排放
【答案】B
【解析】
A．干电池低汞化、无汞化，可以减少重金属排放，有利于减少废电池造成的土壤污染，A正确；
B．胶体可以吸附水中杂质从而净水，但不能杀菌，B错误；
C．用CO2人工合成淀粉，能够消耗二氧化碳，减少农药化肥使用，有利于减少农药化肥污染和促进“碳中和”，C正确；
D．氨氮废水易引起水体富营养化，可用化学氧化法或电化学氧化法处理，将其转化为无害的氮气后排放，D正确；
综上所述答案为B。
课程标准
基础知识通关
放电
充电
规律与方法
经典例题
基础通关练
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第十九讲 原电池 化学电源
1．理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
知识点一　原电池
1．概念
把________能转化为____能的装置。
2．工作原理：(以锌铜原电池为例)
电极名称 负极 正极
电极材料
电极反应
反应类型
电子流向 由Zn沿导线流向Cu
3.原电池构成条件
(1)两个____________的电极。
(2)将电极插入______________中。
(3)用导线连接电极构成____________。
(4)能自发进行的____________________。
总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：
知识点二　化学电源
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．二次电池(可充电，可多次重复使用)
如铅蓄电池：H2SO4作电解质溶液
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；
总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
①用酸性电解质时：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：H2＋O2===H2O。
②用NaOH等碱性溶液时：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：H2＋O2===H2O。
(2)CH4燃料电池：电解质为KOH
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________；
总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。
一、原电池电极反应式的书写
1．一般电极反应式的书写步骤
2．复杂电极反应式的书写
如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为
CH4＋2O2―→CO2＋2H2O……总反应式①
____________________________……正极反应式②
______________________……负极反应式(①－②)
【疑难解析】
一、1.氧化反应　还原反应　电荷　质量　得失电子
2．总反应式　较简单一极的电极反应式　2O2＋8H＋＋8e－===4H2O　CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
【疑难探究】
二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率________。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率________。
2．比较金属活动性强弱
两种金属作原电池的两极时，其活泼性与正极、负极有什么关系？
3．设计化学电源
(1)设计原电池的一般思维方法是什么？
(2)设计原电池时，对电解质溶液有何要求？若有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同？
(3)在电极材料的选择使用方面有何要求？电极材料必须参与化学反应吗？
【疑难解析】
二、1.加快　加快
2．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3．(1)一般思维方法：①首先将已知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(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。
③按要求画出原电池装置图。
(2)电解质溶液的要求：
电解质是使负极放电的物质。因此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选择与电极材料相同的阳离子。如在锌铜原电池中，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＋的溶液中。但H2—KOH—O2构成的电池中两个半电池中可都用KOH溶液。
(3)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反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。
【典例】1．实验室有如下材料：铜片、铁片、石墨棒、CuCl2溶液、FeCl3溶液、导线、电流表、盐桥(装有琼脂-KCl的U形管)、烧杯等。甲同学设计了如图1的原电池装置，但乙同学发现甲同学设计的原电池装置效率不高，电流在短时间内就会衰减，为解决以上问题，将原电池设计成了带盐桥的装置，如图2所示。
图1：
图2：
(1)①事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_______(填序号，下同)。
a.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH>0
b.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH＜0
c.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ΔH＜0
②甲同学设计的原电池，若将石墨棒改为铁片，则总电极反应式是否改变，若是，写出改变后总的电极反应式，若否，请写出理由：_______。
③乙同学设计的原电池电极反应与甲的相同，但电池的效率高很多。乙同学设计的原电池两电极分别为：a是_______(填“铜片”“铁片”或“石墨棒”，下同)，b是_______。负极的电极反应式为_______，正极的电极反应式为_______。
(2)关于乙同学设计的原电池，下列说法中错误的是_______。
a.实验过程中，左侧烧杯中Cl 浓度增大
b.实验过程中取出盐桥，原电池不能继续工作
c.电子通过盐桥从右侧烧杯进入左侧烧杯中
【典例】2．用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐()已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe还原水体中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)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，某微生物燃料电池的工作原理如下图所示：
①在硫氧化菌作用下转化为的反应式是_______。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______。
(3)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为。
①放电过程中，向_______(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为_______。
③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成_______g Pb。
【典例】3．回答下列问题
(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的___________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为___________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：
回答下列问题：
电池中的负极为___________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为___________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为___________L。
一、原电池原理的应用
1．化学与生产、生活密切相关，下列说法正确的是
A．厨余垃圾可用于制备沼气
B．广泛使用乙醇汽油，能够减少原油的用量，但不能降低尾气中CO的排放量和改善大气环境
C．放置较久的红薯比新挖出土的甜，可能与葡萄糖的水解有关
D．火力发电的能量转化过程有化学能→热能→机械能→电能，且电能属于一次能源
2．下列各组装置中能形成原电池的是
A． B． C． D．
3．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是
A．电极I上发生还原反应，作原电池的负极
B．电极II的电极反应式为Cu2＋＋2e-=Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
4．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的c(H＋)均减小 D．产生气泡的速率甲比乙慢
5．用如图所示装置探究原电池的工作原理，下列说法正确的是
A．甲图中正极上发生的反应为：
B．乙图中锌片变细，铜棒变粗
C．丙图中片上发生还原反应，溶液中的向铜电极移动
D．若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等，则两装置中还原产物的质量比为
6．下列关于如图所示装置的叙述中错误的是
A．铜是正极，表面有气泡产生 B．锌是负极，其质量逐渐减小
C．该装置将电能转化为化学能 D．电子从锌片经导线流向铜片
7．电渗析法是海水淡化的常用方法之一、一种利用微生物对有机废水进行处理的电化学装置如图所示，该装置在废水处理的同时还可以进行海水淡化。下列说法正确的是
A．该装置工作时，化学能转化为电能，M为正极
B．X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜
C．M极电极反应式为CH3CHO+10OH--10e-=2CO2↑+7H2O
D．当有1molNa+通过离子交换膜时，N极消耗的空气体积约为26.7L
8．某储能电池原理如图。下列说法正确的是
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
9．下列操作能达到目的的是
选项 操作 目的
A 向10 mL0.1 mol·L-1草酸溶液中先滴加1 mL0.1 mol·L-1KMnO4溶液，再滴加1 mL 0.2 mol·L-1KMnO4溶液 探究浓度对反应速率的影响
B 分别用pH计测定0.1 mol·L-1的HOCH2COOH溶液在25 °C、45 °C时的pH(浓度变化不考虑) 探究温度对电离平衡的影响
C 将铁、铜片插入浓硝酸(常温)构成原电池，并连接电流计 验证原电池中较活泼金属为负极
D 向物质的量浓度均为1 mol·L-1的Na2CO3和Na2SO4混合液中加入等体积的过量AgNO3溶液 探究 Ag2CO3和Ag2SO4溶度积的大小
A．A B．B C．C D．D
二、原电池正、负极的判断和电极反应式的书写
10．英国科学家发明的尿素微生物电池的反应方程式为，电池装置如图所示，下列说法不正确的是
A．该电池工作的温度要适宜，不能够在高温下进行工作
B．每生成22.4L电路中转移
C．装置工作时，电池负极的反应为
D．装置工作时，电流由电极a沿导线流向电极b
11．下列说法正确的是
A．麒麟9905G芯片己正式发布，其主要成分为SiO2
B．碳酸钠能与盐酸反应，可用于治疗胃酸过多
C．在船身上装有锌块，是利用了牺牲阳极的阴极保护法保护船体
D．明矾水解时产生具有吸附性的胶体粒子，可以用于饮用水的杀菌消毒
12．实验室用锌与稀硫酸反应制氢气，下列做法能加快反应速率的是
A．选用纯度更大的金属锌 B．改用浓硫酸 C．改用粗锌(含铜、银) D．降低温度
13．下列方案设计、现象和结论都正确的是
目的 方案设计 现象和结论
A 探究镀锌铁皮的锌镀层是否已反应完全 将镀锌铁皮放入烧杯中，加入稀硫酸，用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮，使其充分反应 若产生氢气的速率突然减小，则锌镀层已反应完全
B 探究某牙膏中是否含有甘油 取少量样品，加入适量蒸馏水，搅拌、静置，取上层清液，滴加适量新制 若有绛蓝色沉淀生成，则该产品中含有甘油
C 检验某溶液中是否含有 取少量该溶液于试管中，先加入KSCN溶液，再滴加过量酸性高锰酸钾溶液 若溶液加入KSCN溶液无现象，滴加酸性高锰酸钾溶液后变红，说明原溶液中含有
D 探究和HClO的酸性 取等浓度的和NaClO溶液，用玻璃棒蘸取后点于试纸中部，与标准比色卡比较 若溶液测得的蓝色更深，说明的酸性比HClO弱
A．A B．B C．C D．D
14．用下列实验装置进行相应实验，有关说法不正确的是
A．装置①可用于演示喷泉实验
B．装置②可用于比较金属X和Zn的金属活动性强弱
C．装置③可用于实验室制备并收集NO2
D．装置④可用于制备乙酸乙酯
15．某原电池的总反应为，该原电池的正确构成是
A． B．
C． D．
16．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
17．下列物质性质和用途因果关系说法不合理的是
A．干电池低汞化、无汞化，有利于减少废电池造成的土壤污染
B．KAl(SO4)2可水解生成Al(OH)3胶体，故KAl(SO4)2可用于水的杀菌和净化
C．用CO2人工合成淀粉，有利于减少农药化肥污染和促进“碳中和”
D．氨氮废水(含NH及NH3)可用化学氧化法或电化学氧化法处理后排放
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