第六章 第2讲 原电池(课件+ 学案 +练习,共3份打包)2026届高考化学人教版一轮复习

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第六章 第2讲 原电池(课件+ 学案 +练习,共3份打包)2026届高考化学人教版一轮复习

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第2讲 原电池
【复习目标】
1.理解原电池的构成、工作原理及应用,并能利用相关信息分析化学电源的组成及工作
原理。
2.能正确判断原电池的两极,能书写电极反应和总反应。
3.了解常见化学电源的种类及其工作原理;了解燃料电池的应用。
考点一 原电池的工作原理及应用
1.原电池的概念及构成条件
(1)概念:将    能转化为    能的装置叫做原电池。
(2)反应的实质是分开进行的      反应。
(3)构成条件。
两电极 均能导电
两反应 负极:氧化反应; 正极:还原反应
两导体   导体(导线、电极材料)与  导体(电解质溶液、熔融电解质等)
一回路 ①两电极连接(通过导线或直接接触); ②两电极插入离子导体
2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)原电池的两种形式。
(2)工作原理。
项目 普通原电池 盐桥原电池
电极材料 负极:  片 正极:  片
电极反应 负极:  ; 正极:
反应类型 负极:  反应 正极:  反应
电子流向 由  片沿导线流向  片
离子移 动方向 电解质溶液中,阴离子向  迁移,阳离子向  迁移 盐桥中含有饱和KCl溶液,  移向正极区,  移向负极区
电池总 反应              
两类装置 的不同点 Zn与Cu2+直接接触,会有部分化学能直接转化为热能,电池效率降低 Zn与Cu2+不直接接触,仅有化学能转化为电能,电池效率较高
3.原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱:原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)增大化学反应速率:氧化还原反应形成原电池时,反应速率增大。
(3)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的    而受到保护。
(4)设计原电池。
[理解·辨析] 判断正误
(1)原电池工作时,电子从负极流出经导线流入正极,然后通过电解质溶液流回负极。(  )
(2)原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极,阳离子一定移向正极。(  )
(3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,较活泼的金属一定作负极。(  )
(4)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数。(  )
一、原电池的工作原理
1.LiFeS2电池是目前电池中综合性能非常好的一种电池,其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li+FeS2Fe+2Li2S。下列说法不正确的是(  )
[A] Li为电池的负极,发生氧化反应
[B] 电池工作时,Li+向正极移动
[C] 正极的电极反应为FeS2+4e-Fe+2S2-
[D] 将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液,电池性能更好
2.(2024·浙江宁波二模)利用如图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知:电池装置中,盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)(如下表)应尽可能地相近;两烧杯中溶液体积相等。
离子 u∞×108/[m2/(s·V)]
Li+ 4.07
Na+ 5.19
Ca2+ 6.59
K+ 7.62
HC 4.61
N 7.40
Cl- 7.91
S 8.27
下列说法正确的是(  )
[A] 根据上表数据,盐桥中应选择KNO3作为电解质
[B] 石墨电极上对应的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+
[C] 反应一段时间后,当右池中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=3∶2时,左池中c(Fe2+)=0.15 mol·
[D] 盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
二、原电池原理的应用
3.如图所示可判断出下列离子方程式中错误的是(  )
[A] 2Ag(s)+Cd2+(aq)2Ag+(aq)+Cd(s)
[B] Co2+(aq)+Cd(s)Co(s)+Cd2+(aq)
[C] 2Ag+(aq)+Cd(s)2Ag(s)+Cd2+(aq)
[D] 2Ag+(aq)+Co(s)2Ag(s)+Co2+(aq)
4.可利用氧化还原反应设计原电池。控制合适的条件,使反应2Fe3++2I-2Fe2++I2向不同的方向进行,改变电极反应。
(1)反应开始时,乙中石墨电极的名称为    ,反应类型为      ;甲中发生    (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为            。
(2)一段时间后,电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,则乙中的石墨作    (填“正”或“负”)极,该电极的电极反应为        。
三、原电池电极反应的书写
5.有如图所示的四个装置,回答下列问题。
(1)图①中,Mg作     极。
(2)图②中,Mg作     极,负极反应为                ,正极反应为         ,总反应的离子方程式为            。
(3)图③中,Fe作     极,负极反应为            ,正极反应为                ,总反应的化学方程式为  。
(4)图④装置能否构成原电池     (填“能”或“否”),若能构成原电池,正极为    ,电极反应为  (若不能构成原电池,后两问不用回答)。
电极反应书写的一般方法
考点二 常见化学电源
常见化学电源 电极反应
一次电池 碱性锌锰电池 总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2; 负极:  ; 正极:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-
锌银纽扣电池 总反应:  ; 负极:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O; 正极:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
二次电池 铅酸蓄电池(放电、充电过程互为逆过程) 总反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
放电 负极:  ; 正极:
充电 阴极:  ; 阳极:
燃料电池 氢氧燃料电池 酸性 总反应:  ; 负极:  ; 正极:
碱性 总反应:  ; 负极:  ; 正极:
[注意] ①充电时电极的连接:负接负后作阳极,正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,在充电与放电时,形式上恰好是相反的;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反;二次电池的充、放电并不是可逆反应(条件不同)。
[示例] 写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应及总反应。
(1)酸性介质(如H2SO4)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(2)碱性介质(如KOH)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
[注意] 解答燃料电池题目的几个关键点:
①注意介质:是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。O2-在水溶液中不能稳定存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-;若非水溶液(如熔融盐介质),则一般不出现H+、OH-。
②通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气或空气等。
③通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
[理解·辨析] 判断正误
(1)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(  )
(2)二次电池充电时,二次电池的阴极连接电源的负极,发生还原反应。(  )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加。(  )
一、一次电池
1.(2024·北京卷,3)酸性锌锰干电池的构造示意图如图所示。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(  )
[A] 石墨作电池的负极材料
[B] 电池工作时,N向负极方向移动
[C] MnO2发生氧化反应
[D] 锌筒发生的电极反应为Zn-2e-Zn2+
2.(2024·江苏卷,8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH),电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(  )
[A] 电池工作时,MnO2发生氧化反应
[B] 电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
[C] 环境温度过低,不利于电池放电
[D] 反应中每生成1 mol MnO(OH),转移电子数为 2×6.02×1023
3.(2024·北京西城区模拟)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池,装置示意图如图。
下列说法不正确的是(  )
[A] 电极a是正极
[B] 电极b的电极反应式:N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O
[C] 每生成1 mol N2,有2 mol NaCl发生迁移
[D] 离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
二、二次电池
4.(2024·江苏徐州模拟)铅酸蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] 放电时,N为负极,其电极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O
[B] 放电时,c(H2SO4)不变,两极的质量增加
[C] 充电时,阳极的电极反应式为PbSO4+2e-Pb+S
[D] 充电时,若N连电源正极,则该极生成PbO2
5.(2025·四川高考适应性考试)我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池,其工作示意图如图。
下列说法错误的是(  )
[A] 放电时,K+从负极向正极迁移
[B] 放电时,[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性
[C] 充电时,电池总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2Zn+S4+4OH-
[D] 充电时,若生成1.0 mol S4,则有4.0 mol K+穿过离子交换膜
三、燃料电池
6.肼(N2H4)碱性燃料电池的原理示意图如图所示,电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O。下列说法错误的是(  )
[A] 电极b发生还原反应
[B] 电流由电极a流出经用电器流入电极b
[C] 物质Y是NaOH溶液
[D] 电极a的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
7.熔融碳酸盐燃料电池装置如图所示,下列关于该电池的说法正确的是(  )
[A] 电极M上发生的电极反应为CO+H2-4e-+2C3CO2+H2O
[B] 脱水操作可以减少能量损失,从而实现化学能向电能的完全转化
[C] 每消耗1 mol CH4,理论上外电路中转移8 mol 电子
[D] 电极M电势高于电极N电势,电池工作时,Na+向电极N移动
8.(2024·安徽阶段检测)某沉积物—微生物燃料电池可以把含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2)回收处理并利用,工作原理如图所示。下列说法错误的是(  )
[A] 电子的移动方向:碳棒b→用电器→碳棒a
[B] 碳棒b上S生成S的电极反应式:S-6e-+4H2OS+8H+
[C] 每生成1 mol S,理论上消耗33.6 L O2(标准状况下)
[D] 工作一段时间后溶液酸性增强,硫氧化菌失去活性,电池效率降低
新型燃料电池的分析模板
1.(2024·新课标卷,12)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时,下列叙述错误的是(  )
[A] 电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7
[B] b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
[C] 消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入
[D] 两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
2.(2023·辽宁卷,11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] 放电时负极质量减小
[B] 储能过程中电能转变为化学能
[C] 放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
[D] 充电总反应:Pb+S+2Fe3+PbSO4+2Fe2+
3.(2024·全国甲卷,12)科学家使用δMnO2研制了一种MnO2Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(  )
[A] 充电时,Zn2+向阳极方向迁移
[B] 充电时,会发生反应Zn+2MnO2ZnMn2O4
[C] 放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-
[D] 放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnO(OH)
4.(2024·安徽卷,11)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如图。该电池分别以ZnTCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(  )
[A] 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
[B] 电池总反应为+ZnZn2++3I-
[C] 充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自 ZnTCPP
[D] 放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
5.(2024·江西卷,11)我国学者发明了一种新型多功能甲醛—硝酸盐电池,可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是(  )
[A] CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-2HCOO-+H2↑+2OH-
[B] CuRu电极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-
[C] 放电过程中,OH-通过质子交换膜从左室传递到右室
[D] 处理废水过程中溶液pH不变,无需补加KOH
6.(2023·新课标卷,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池,其示意图如图所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(  )
[A] 放电时V2O5为正极
[B] 放电时Zn2+由负极向正极迁移
[C] 充电总反应:xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O
[D] 充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-xZn2++V2O5+nH2O
第2讲 原电池
考点一 原电池的工作原理及应用
必备知识整合
1.(1)化学 电 (2)氧化还原 (3)电子 离子
2.(2)锌 铜 Zn-2e-Z C+2e-Cu 氧化
还原 锌 铜 负极 正极 K+ Cl- Zn+CZ+Cu
3.(3)正极
[理解·辨析] (1)× (2)√ (3)× (4)√
关键能力提升
1.D A项,由→S发生氧化反应,可知Li为电池负极,正确;B项,电池工作时,阳离子(Li+)移向正极,正确;D项,由于发生反应2Li+2H2O2LiOH+H2↑,故不能将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液,错误。
2.C 由题意,结合题图知,铁电极为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,石墨电极为正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+。Fe2+、Fe3+能与HC反应,Ca2+与S不能大量共存,FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐,水溶液呈酸性,酸性条件下N能与Fe2+反应,根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”,盐桥中阴离子不可以选择HC、N,阳离子不可以选择Ca2+,盐桥中阴、阳离子的电迁移率(u∞)应尽可能地相近,根据表中数据,盐桥中应选择KCl作为电解质,A错误;石墨电极为正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,B错误;由题图可知,右池中原c(Fe2+)∶c(Fe3+)=0.05∶0.20,发生反应 Fe3++e-Fe2+,现c(Fe2+)∶c(Fe3+)=3∶2,即 c(Fe2+)∶c(Fe3+)=0.15∶0.10,在此过程中 c(Fe2+)增加了
0.10 mol·L-1,则由负极的电极反应式Fe-2e-Fe2+知,左池中c(Fe2+)增加了 0.05 mol·L-1,即左池中 c(Fe2+)=0.15 mol·,C正确;盐桥中的阴离子流向负极,即进入铁电极一侧溶液中,D错误。
3.A 由左侧原电池装置中正、负极的标注可知,在反应过程中Cd失去电子,Co2+得到电子,则Cd的金属性强于Co;由右侧原电池装置中正、负极的标注可知,在反应过程中Co失去电子,Ag+得到电子,说明Co的金属性强于Ag。综上分析可知三者的金属性强弱顺序为Cd>Co>Ag,再根据在氧化还原反应中,活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知,A项错误。
4.(1)负极 氧化反应 还原 Fe3++e-Fe2+
(2)正 I2+2e-2I-
5.(1)负
(2)正 Al+4OH--3e-[Al(OH)4]- 2H2O+2e-2OH-+H2↑ 2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)正 Cu-2e-Cu2+ N+2H++e-NO2↑+H2O Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(4)能 Cu O2+4e-+2H2O4OH-
考点二 常见化学电源
必备知识整合
Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 Zn+Ag2OZnO+2Ag Pb+S-2e-PbSO4 PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O PbSO4+2e-Pb+S 
PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S 2H2+O22H2O H2-2e-2H+ O2+4e-+4H+2H2O
2H2+O22H2O H2+2OH--2e-2H2O O2+2H2O+4e-4OH-
[示例] (1)CH4+2O2CO2+2H2O
CH4-8e-+2H2OCO2+8H+
O2+4e-+4H+2H2O
(2)CH4+2O2+2OH-C+3H2O
CH4-8e-+10OH-C+7H2O
O2+4e-+2H2O4OH-
(3)CH4+2O2CO2+2H2O
CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O
O2+4e-2O2-
(4)CH4+2O2CO2+2H2O
CH4-8e-+4C5CO2+2H2O
O2+4e-+2CO22C
[理解·辨析] (1)× (2)√ (3)×
关键能力提升
1.D 酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,故A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,故B错误;MnO2发生得电子的还原反应,故C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应,电极反应为Zn-2e-Zn2+,故D正确。
2.C Zn为负极,电极反应为Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O,MnO2为正极,电极反应为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-。电池工作时,MnO2为正极,得到电子,发生还原反应,故A错误;电池工作时,OH-通过隔膜向负极移动,故B错误;环境温度过低,化学反应速率减小,不利于电池放电,故C正确;由正极电极反应可知,反应中每生成1 mol MnO(OH),转移电子数为6.02×1023,故D错误。
3.C 题给装置为原电池,电极a上H+得电子生成H2,则电极a为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,电极b上N2H4在碱性条件下失去电子生成N2,电极b为负极,电极反应式为N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O,根据原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,则Na+经c膜移向左侧(电极a区),Cl-经d膜移向右侧(电极b区),c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜,A、B、D正确;根据 N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O,每生成 1 mol N2,转移
4 mol电子,根据电荷守恒,有 4 mol NaCl发生迁移,C 错误。
4.D 放电时,是原电池,N作正极,A不正确;放电时,正、负极均消耗硫酸,c(H2SO4)减小,B不正确;充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为 PbSO4-2e-+2H2OPbO2+S+4H+,C不正确;充电时,若N连电源正极,则该极为阳极,电极反应产物为PbO2,D正确。
5.D 放电时为原电池,原电池中阳离子(K+)向正极移动,A正确;碱性环境中有[Zn(OH)4]2-生成说明Zn(OH)2能与碱反应,可知其既能与酸反应又能与碱反应,说明Zn(OH)2具有两性,B正确;充电时为电解池,总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2Zn+4OH-+S4,C正确;充电时,多孔碳电极为阳极,其电极反应为2S2-2e-S4,生成1 mol S4转移电子的物质的量为2 mol,应有2 mol K+穿过离子交换膜,D错误。
6.B 该燃料电池中,通入燃料肼的电极为负极,通入氧气的电极为正极,电解质溶液呈碱性,则负极的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,正极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-。该燃料电池中通入氧气的电极b为正极,正极上O2得电子,发生还原反应,故A正确;电极a为负极,电极b为正极,电流从正极(电极b)经用电器流入负极(电极a),故B错误;电极b上生成氢氧根离子,钠离子通过阳离子交换膜进入右侧,所以物质Y为NaOH溶液,故C正确;电极a上肼失电子,发生氧化反应,电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,故D正确。
7.C CH4和H2O发生催化重整反应CH4+H2OCO+3H2。电极M上CO、H2失电子生成H2O、CO2,电极M是负极;电极N上O2得电子生成C,电极N是正极。电极M上参与反应的CO和H2的物质的量之比为1∶3,发生的电极反应为CO+3H2-8e-+4C5CO2+3H2O,故A错误;燃料电池放电时,只有一部分能量转化为电能,所以该电池中,化学能转化为电能的转化率不可能达100%,故B错误;CH4最终生成CO2、H2O,碳元素由-4价升高为+4价,根据原电池工作原理,每消耗 1 mol CH4,理论上外电路中转移8 mol 电子,故C正确;电极M是负极、电极N是正极,电极M电势低于电极N电势,故D错误。
8.C 燃料电池为原电池,根据图中反应可知FeS2在碳棒b的表面反应生成S,而后生成S,因此碳棒b为负极,生成水的碳棒a是正极。碳棒b上发生氧化反应,碳棒b为原电池的负极,碳棒a为原电池的正极,在外电路,电子从负极移到正极,A项正确;碳棒b(负极)上S生成S的电极反应式为S-6e-+4H2OS+8H+,B项正确;负极上每生成1 mol S,电路中转移7 mol电子,理论上消耗 mol×22.4 L·mol-1=39.2 L O2(标准状况下),C项错误;根据负极上S生成S的电极反应式结合题图可以判断,工作一段时间后,生成了H2SO4,溶液酸性增强,硫氧化菌失去活性,电池效率降低,D项正确。
真题验收
1.C 由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应为Cu2O-2e-+2OH-2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7,A正确;b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸,本身被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据反应2C6H12O6+O22C6H12O7可知,1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子,18 mg C6H12O6的物质的量为 0.1 mmol,则消耗18 mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C错误;原电池中阳离子从负极向正极迁移,故Na+迁移方向为b→a,D正确。
2.B 该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和硫酸。放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;放电时,多孔碳电极为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+Pb+S+2Fe3+,D错误。
3.C Zn具有比较强的还原性,MnO2具有比较强的氧化性,自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间,所以MnO2电极为正极,Zn电极为负极,则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。充电时该装置为电解池,电解池中阳离子向阴极迁移,即Zn2+向阴极方向迁移,A不正确;充电时,会发生反应ZnMn2O42MnO2+Zn,B不正确;放电时MnO2电极为正极,正极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4,则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-,C正确;放电时,Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.010 mol),电路中转移0.020 mol电子,由正极的主要反应为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-可知,若正极上只有MnO(OH)生成,则生成MnO(OH)的物质的量为 0.020 mol,但是正极上还有ZnMn2O4生成,因此,生成MnO(OH)的物质的量小于 0.020 mol,D不正确。
4.C 标注框内所示结构属于配合物,配位体中存在共价键,N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成配位键,A正确;由题图信息可知,该新型水系锌电池的负极是锌,正极是超分子材料,负极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,正极的电极反应式为+2e-3I-,该电池总反应为+ZnZn2++3I-,B正确;充电时,阴极的电极反应式为Zn2++2e-Zn,被还原的Zn2+主要来自电解质溶液,C错误;放电时,负极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,因此消耗0.65 g Zn(物质的量为 0.01 mol),理论上转移 0.02 mol 电子,D正确。
5.B 由原电池中电子移动方向可知,CuAg电极为负极,HCHO失去电子生成HCOO-和H2,电极反应为 2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,CuRu电极为正极,N得到电子生成NH3,电极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-,A错误,B正确;质子交换膜只允许H+通过,C错误;由正、负极电极反应可得总反应为8HCHO+N+7OH-NH3↑+8HCOO-+4H2↑+2H2O,处理废水过程中消耗OH-,溶液pH减小,需补加KOH,D错误。
6.C 由题给信息可知,该电池中Zn为负极、V2O5为正极,电池的总反应为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O。由题给信息可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A正确;放电时Zn为负极,Zn失去电子变为Zn2+,阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+由负极向正极迁移,B正确;电池在放电时的总反应为 xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O,则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2OxZn+V2O5+nH2O,C不正确;充电时阳极上 ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-xZn2++V2O5+nH2O,D正确。
(

13

)(共97张PPT)
原电池
第2讲
1.理解原电池的构成、工作原理及应用,并能利用相关信息分析化学电源的组成及工作原理。
2.能正确判断原电池的两极,能书写电极反应和总反应。
3.了解常见化学电源的种类及其工作原理;了解燃料电池的应用。
1.原电池的概念及构成条件
(1)概念:将 能转化为 能的装置叫做原电池。
(2)反应的实质是分开进行的 反应。
化学

氧化还原
(3)构成条件。
构成条件 两电极 均能导电
两反应 负极:氧化反应;
正极:还原反应
两导体 导体(导线、电极材料)与 导体(电解质溶液、熔融电解质等)
一回路 ①两电极连接(通过导线或直接接触);
②两电极插入离子导体
电子
离子
2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
(1)原电池的两种形式。
(2)工作原理。
项目 普通原电池 盐桥原电池
电极材料 负极: 片 正极: 片
电极反应 负极: ; 正极:
反应类型 负极: 反应 正极: 反应
电子流向 由 片沿导线流向 片


氧化
还原


离子移 动方向 电解质溶液中,阴离子向 迁移,阳离子向 迁移 盐桥中含有饱和KCl溶液, 移向正极区, 移向负极区
电池总 反应
两类装置 的不同点 Zn与Cu2+直接接触,会有部分化学能直接转化为热能,电池效率降低 Zn与Cu2+不直接接触,仅有化学能转化为电能,电池效率较高
负极
正极
K+
Cl-
3.原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱:原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)增大化学反应速率:氧化还原反应形成原电池时,反应速率增大。
(3)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的 而受到保护。
(4)设计原电池。
正极
[理解·辨析] 判断正误
(1)原电池工作时,电子从负极流出经导线流入正极,然后通过电解质溶液流回负极。(   )
(2)原电池内部电解质中的阴离子一定移向负极,阳离子一定移向正极。
(   )
(3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,较活泼的金属一定作负极。
(   )
(4)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数。(   )
×

×

一、原电池的工作原理
D
2.(2024·浙江宁波二模)利用如图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知:电池装置中,盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)(如下表)应尽可能地相近;两烧杯中溶液体积相等。
下列说法正确的是(  )
[A] 根据上表数据,盐桥中应选择KNO3作为电解质
[B] 石墨电极上对应的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+
[C] 反应一段时间后,当右池中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=3∶2时,左池中c(Fe2+)=
0.15 mol·L-1
[D] 盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
C
二、原电池原理的应用
3.如图所示可判断出下列离子方程式中错误的是(  )
A
【解析】 由左侧原电池装置中正、负极的标注可知,在反应过程中Cd失去电子,Co2+得到电子,则Cd的金属性强于Co;由右侧原电池装置中正、负极的标注可知,在反应过程中Co失去电子,Ag+得到电子,说明Co的金属性强于Ag。综上分析可知三者的金属性强弱顺序为Cd>Co>Ag,再根据在氧化还原反应中,活泼性强的金属能将活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律可知,A项错误。
(1)反应开始时,乙中石墨电极的名称为   ,反应类型为      ;
甲中发生   (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为         。
(2)一段时间后,电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,则乙中的石墨作
   (填“正”或“负”)极,该电极的电极反应为  。
负极
氧化反应
还原

三、原电池电极反应的书写
5.有如图所示的四个装置,回答下列问题。

(1)图①中,Mg作    极。
(2)图②中,Mg作   极,负极反应为              ,正极反应为                ,总反应的离子方程式为             。

(3)图③中,Fe作     极,负极反应为         ,正极反应为              ,总反应的化学方程式为  。
(4)图④装置能否构成原电池   (填“能”或“否”),若能构成原电池,正极为   ,电极反应为  (若不能构成原电池,后两问不用回答)。


Cu
电极反应书写的一般方法
归纳总结
[注意] ①充电时电极的连接:负接负后作阴极,正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,在充电与放电时,形式上恰好是相反的;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反;二次电池的充、放电并不是可逆反应(条件不同)。
[示例] 写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应及总反应。
(1)酸性介质(如H2SO4)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(2)碱性介质(如KOH)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)。
总反应:  。
负极反应:  。
正极反应:  。
[注意] 解答燃料电池题目的几个关键点:
①注意介质:是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。O2-在水溶液中不能稳定存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-;若非水溶液(如熔融盐介质),则一般不出现H+、OH-。
②通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气或空气等。
③通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
[理解·辨析] 判断正误
(1)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(   )
(2)二次电池充电时,二次电池的阴极连接电源的负极,发生还原反应。
(   )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加。(   )
×

×
一、一次电池
1.(2024·北京卷,3)酸性锌锰干电池的构造示意图如图所示。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(  )
D
[A] 电池工作时,MnO2发生氧化反应
[B] 电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
[C] 环境温度过低,不利于电池放电
[D] 反应中每生成1 mol MnO(OH),转移电子数为 2×6.02×1023
C
3.(2024·北京西城区模拟)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池,装置示意图如图。
下列说法不正确的是(  )
[A] 电极a是正极
[B] 电极b的电极反应式:N2H4-4e-+4OH- N2↑+4H2O
[C] 每生成1 mol N2,有2 mol NaCl发生迁移
[D] 离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
C
二、二次电池
4.(2024·江苏徐州模拟)铅酸蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是
(  )
D
5.(2025·四川高考适应性考试)我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池,其工作示意图如图。
下列说法错误的是(  )
[A] 放电时,K+从负极向正极迁移
[B] 放电时,[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性
D
思维建模
三、燃料电池
B
7.熔融碳酸盐燃料电池装置如图所示,下列关于该电池的说法正确的是(  )
[B] 脱水操作可以减少能量损失,从而实现化学能向电能的完全转化
[C] 每消耗1 mol CH4,理论上外电路中转移8 mol 电子
[D] 电极M电势高于电极N电势,电池工作时,Na+向电极N移动
C
8.(2024·安徽阶段检测)某沉积物—微生物燃料电池可以把含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2)回收处理并利用,工作原理如图所示。下列说法错误的是(  )
C
新型燃料电池的分析模板
思维建模
1.(2024·新课标卷,12)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
C
电池工作时,下列叙述错误的是(  )
[B] b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
[C] 消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入
[D] 两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
2.(2023·辽宁卷,11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是
(  )
[A] 放电时负极质量减小
[B] 储能过程中电能转变为化学能
[C] 放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
B
3.(2024·全国甲卷,12)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(  )
[A] 充电时,Zn2+向阳极方向迁移
C
4.(2024·安徽卷,11)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(  )
[A] 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
[C] 充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自 Zn-TCPP
[D] 放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
C
5.(2024·江西卷,11)我国学者发明了一种新型多功能甲醛—硝酸盐电池,可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是(  )
B
6.(2023·新课标卷,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池,其示意图如图所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(  )
[A] 放电时V2O5为正极
[B] 放电时Zn2+由负极向正极迁移
C
课时作业29 原电池 化学电源
(时间:30分钟 满分:60分)
一、选择题(共8小题,每小题4分,共32分)
1.我国科学家发明了一种新型电池,该电池以碳纳米管为正极、锌为负极,放电时消耗二氧化碳,同时生成天然气。下列说法正确的是(  )
[A] 碳纳米管参与电极反应
[B] 负极发生还原反应
[C] 阳离子由正极移向负极
[D] 正极产物为CH4
D
【解析】 由题给信息可知,放电时消耗CO2,生成天然气(CH4),CO2转化为天然气(CH4),碳元素由+4价降低为-4价,发生还原反应,故CO2在正极得电子生成甲烷,碳纳米管不参与电极反应,正极产物为CH4,A项错误,D项正确;负极发生氧化反应,B项错误;原电池中,阳离子向正极移动,C项错误。
2.(2023·海南卷,8)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] b电极为电池正极
[B] 电池工作时,海水中的Na+向a电极移动
[C] 电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性
[D] 每消耗1 kg Al,电池最多向外提供37 mol电子的电量
A
D
3.用如图装置进行实验,电流计指针偏转。下列说法不正确的是(  )
[A] 该装置将化学能转化为电能
[B] K+从a极经阳离子交换膜移向b极
[C] 工作一段时间,a极附近溶液pH会减小
[D] 该装置的总反应为H2+Cl2 2HCl
4.某同学利用下列电池装置探究Fe2+的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,石墨电极上未见Fe析出,下列分析不正确的是(  )
[A] 盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
[B] 一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大
[C] 当两烧杯溶液中c(Fe2+)相等时,电流表指针不发生偏转
[D] 由A、B项中的现象可知,Fe2+还原性小于Fe、氧化性小于Fe3+
C
5.镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(  )
[A] 放电时a极为负极
[B] 放电时a极的反应:Cd+2e-+2OH- Cd(OH)2
[C] 充电时b极接外接电源正极
[D] 用该电池电解足量的饱和食盐水,电路中通过0.2 mol e-,阴极生成0.2 g H2
B
6.直接H2O2-H2O2燃料电池是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。电池放电时,下列说法不正确的是(  )
C
7.某液态金属储能电池的示意图如图所示,放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(  )
B
8.利用电化学原理,可将H2、CO2转化为C2H5OH,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] 电极1的电势低于电极2
[B] H+由左侧通过质子交换膜移向右侧
[C] 该装置工作时电能转化为化学能
[D] 电极1上电极反应为2CO2+12e-+12H+ C2H5OH+3H2O
D
二、非选择题(共2小题,共28分)
9.(14分,每空2分)运用电化学原理,回答下列问题。
(1)甲、乙、丙三个装置中,负极反应物化学性质上的共同特点是
         。
失电子被氧化,具有还原性
(2)甲装置中电流计指针偏移时,盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动的方向是  。
K+移向CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液
【解析】 (2)原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,甲装置中,盐桥中的K+移向 CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液。
(3)乙装置中正极反应为     ;若将H2换成CH4,则负极反应为    。
(4)丙装置中铅酸蓄电池放电一段时间后,进行充电时,要将外接电源的负极与铅酸蓄电池   极相连接。

【解析】 (4)丙装置中铅酸蓄电池放电一段时间后,进行充电时,要将外接电源的负极与电解池的阴极相连,即与铅酸蓄电池负极连接。
(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。如图丁连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应),进行实验:
ⅰ.K闭合时,电流表指针偏移,放置一段时间后,电流表指针偏移减小。
ⅱ.随后向U形管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液,发现电流表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。
①实验ⅰ中银作    极。

【解析】 (5)①亚铁离子发生氧化反应,所以石墨是负极,银是正极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象,得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是   。
10.(14分,每空2分)(1)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
①a电极的电极反应是           。
②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释,原因是
   。
电池的总
(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液呈酸性,示意图如图所示:
①该电池中外电路电子的流动方向为    (填“从A到B”或“从B到A”)。
从A到B
【解析】 (2)①甲醇失去电子,在电池的负极上发生氧化反应,所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。
②工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将    (填“增大”“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。
不变
【解析】 ②B电极上O2得电子消耗H+,同时溶液中的H+移向B电极室,故B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为  。
①作负极的物质是    (填名称)。

【解析】 (3)①Fe失电子,则作负极的物质是铁。
②正极的电极反应是  。 课时作业29 原电池 化学电源
(时间:30分钟 满分:60分)
一、选择题(共8小题,每小题4分,共32分)
1.我国科学家发明了一种新型电池,该电池以碳纳米管为正极、锌为负极,放电时消耗二氧化碳,同时生成天然气。下列说法正确的是(  )
[A] 碳纳米管参与电极反应
[B] 负极发生还原反应
[C] 阳离子由正极移向负极
[D] 正极产物为CH4
2.(2023·海南卷,8)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] b电极为电池正极
[B] 电池工作时,海水中的Na+向a电极移动
[C] 电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性
[D] 每消耗1 kg Al,电池最多向外提供37 mol电子的电量
3.用如图装置进行实验,电流计指针偏转。下列说法不正确的是(  )
[A] 该装置将化学能转化为电能
[B] K+从a极经阳离子交换膜移向b极
[C] 工作一段时间,a极附近溶液pH会减小
[D] 该装置的总反应为H2+Cl22HCl
4.某同学利用下列电池装置探究Fe2+的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,石墨电极上未见Fe析出,下列分析不正确的是(  )
[A] 盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
[B] 一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大
[C] 当两烧杯溶液中c(Fe2+)相等时,电流表指针不发生偏转
[D] 由A、B项中的现象可知,Fe2+还原性小于Fe、氧化性小于Fe3+
5.镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(  )
[A] 放电时a极为负极
[B] 放电时a极的反应:Cd+2e-+2OH-Cd(OH)2
[C] 充电时b极接外接电源正极
[D] 用该电池电解足量的饱和食盐水,电路中通过0.2 mol e-,阴极生成0.2 g H2
6.直接H2O2H2O2燃料电池是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。电池放电时,下列说法不正确的是(  )
[A] 电池工作时,电极Ⅰ电势低
[B] 电极Ⅱ的电极反应为H2O2+2e-+2H+2H2O
[C] 电池总反应为2H2O2O2↑+2H2O
[D] 当电路中转移0.1 mol 电子时,通过阳离子交换膜的K+为3.9 g
7.某液态金属储能电池的示意图如图所示,放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(  )
[A] 放电时,M极反应为Ni-2e-Ni2+
[B] 放电时,Li+由M极向N极移动
[C] 充电时,M极的质量减小
[D] 充电时,N极反应为Li3Bi+3e-3Li++Bi
8.利用电化学原理,可将H2、CO2转化为C2H5OH,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(  )
[A] 电极1的电势低于电极2
[B] H+由左侧通过质子交换膜移向右侧
[C] 该装置工作时电能转化为化学能
[D] 电极1上电极反应为2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O
二、非选择题(共2小题,共28分)
9.(14分,每空2分)运用电化学原理,回答下列问题。
(1)甲、乙、丙三个装置中,负极反应物化学性质上的共同特点是
        。
(2)甲装置中电流计指针偏移时,盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动的方向是
 。
(3)乙装置中正极反应为     ;若将H2换成CH4,则负极反应为   。
(4)丙装置中铅酸蓄电池放电一段时间后,进行充电时,要将外接电源的负极与铅酸蓄电池
     极相连接。
(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。如图丁连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应),进行实验:
ⅰ.K闭合时,电流表指针偏移,放置一段时间后,电流表指针偏移减小。
ⅱ.随后向U形管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液,发现电流表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。
①实验ⅰ中银作    极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象,得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是  。
10.(14分,每空2分)(1)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
①a电极的电极反应是         。
②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释,原因是  。
(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液呈酸性,示意图如图所示:
①该电池中外电路电子的流动方向为    (填“从A到B”或“从B到A”)。
②工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将    (填“增大”“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为  。
(3)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中N的反应原理如图所示。
①作负极的物质是    (填名称)。
②正极的电极反应是  。
课时作业29 原电池 化学电源
1.D 由题给信息可知,放电时消耗CO2,生成天然气(CH4),CO2转化为天然气(CH4),碳元素由+4价降低为-4价,发生还原反应,故CO2在正极得电子生成甲烷,碳纳米管不参与电极反应,正极产物为CH4,A项错误,D项正确;负极发生氧化反应,B项错误;原电池中,阳离子向正极移动,C项错误。
2.A 铝为活泼金属,发生氧化反应,a电极为负极,则b电极(石墨)为正极,A正确;电池工作时,阳离子向正极移动,故海水中的Na+向b电极移动,B错误;电池工作时,a电极上铝失去电子生成铝离子,Al-3e-Al3+,铝离子水解使紧邻a电极区域的海水呈酸性,C错误;每消耗1 kg Al(物质的量为 mol),电池最多向外提供 mol×3= mol电子的电量,D错误。
3.D 该装置为原电池,可将化学能转化为电能,故A正确;由题图分析可知,a极为负极,b极为正极,原电池中阳离子从负极移向正极,因此K+从a极经阳离子交换膜移向b极,故B正确;a极电极反应为H2-2e-+2OH-2H2O,OH-被消耗且有H2O生成,因此a极附近溶液pH会减小,故C正确;a极为负极,b极为正极,K+从a极经阳离子交换膜移向b极,与生成的Cl-形成KCl,总反应是H2+Cl2+2OH-2Cl-+2H2O,故D错误。
4.C 该电池的总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,铁电极为负极,铁单质失电子生成亚铁离子,石墨电极为正极,铁离子得电子生成亚铁离子。由分析可知,铁电极为负极,石墨电极为正极,阳离子从负极向正极移动,故盐桥中阳离子进入右侧烧杯溶液中,A正确;负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为Fe3++e-Fe2+,两侧均反应生成亚铁离子,故一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大,B正确;负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为Fe3++e-Fe2+,设两烧杯中均为1 L溶液,一段时间后转移电子为2x mol 时两烧杯溶液中亚铁离子浓度相等,则0.10+x=2x+0.05,解得x=0.05,则右侧烧杯中消耗铁离子的物质的量为 0.1 mol<0.2 mol,则反应仍能继续进行,故电流表指针会发生偏转,C错误;该电池的总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,反应中氧化剂为Fe3+,还原剂为Fe,Fe2+既是氧化产物又是还原产物,故Fe2+还原性小于Fe,氧化性小于Fe3+,D正确。
5.B 放电时,a极为电子流出的电极,故a极为负极,故A正确;放电时,a极为负极,电极反应为 Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,故B错误;充电时,b极为阳极,接外接电源正极,故C正确;电解饱和食盐水,阴极电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,电路中通过0.2 mol e-,阴极生成氢气 0.1 mol×2 g/mol=0.2 g,故D正确。
6.C 电池放电时,电子从负极流向正极,负极的电极反应为H2O2-2e-+2OH-O2↑+2H2O,正极的电极反应为H2O2+2e-+2H+2H2O,故电极Ⅰ为负极,电极Ⅱ为正极。电池工作时,电势低的是负极,故电极Ⅰ电势低,A正确;电极Ⅱ为正极,电极反应为H2O2+2e-+2H+2H2O,B正确;电池总反应为2H2O2+2KOH+H2SO4O2↑+K2SO4+4H2O,C错误;当电路中转移0.1 mol 电子时,通过阳离子交换膜的K+为0.1 mol,即 3.9 g,D正确。
7.B 放电时,M极上的Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极为负极,电极反应为Li-e-Li+,N极为正极,电极反应为3Li++3e-+BiLi3Bi,Li+由M极向N极移动,A错误,B正确;由可充电电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,故充电时,M极的电极反应为Li++e-Li,M极的质量增大,N极的电极反应为Li3Bi-3e-3Li++Bi,C、D错误。
8.D 根据装置工作原理可知,电极1上CO2得电子生成C2H5OH,电极2上H2失电子,故电极1为正极,电极2为负极,正极的电势高于负极,故A错误;根据A项分析可知,H+由右侧通过质子交换膜移向左侧,故B错误;该装置为原电池装置,工作时化学能转化为电能,故C错误;电极1上电极反应为2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O,故D正确。
9.【答案】 (1)失电子被氧化,具有还原性
(2)K+移向CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液
(3)O2+4e-+2H2O4OH- CH4-8e-+10OH-C+7H2O
(4)负
(5)①正 ②Fe2++Ag+Fe3++Ag
【解析】 (2)原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,甲装置中,盐桥中的K+移向 CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液。
(3)乙装置中正极上氧气得电子发生还原反应,生成氢氧根离子,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,若将H2换成CH4,则负极反应为CH4-8e-+10OH-C+7H2O。
(4)丙装置中铅酸蓄电池放电一段时间后,进行充电时,要将外接电源的负极与电解池的阴极相连,即与铅酸蓄电池负极连接。
(5)①亚铁离子发生氧化反应,所以石墨是负极,银是正极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象,得出Ag+和Fe2+的反应可逆,离子方程式是Fe2++Ag+Fe3++Ag。
10.【答案】 (1)①2NH3+6OH--6e-N2+6H2O ②电池的总反应为4NH3+3O22N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,要补充KOH
(2)①从A到B ②不变 ③CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑
(3)①铁 ②N+10H++8e-N+3H2O
【解析】 (1)①a电极是通入NH3的电极,NH3失去电子发生氧化反应,故a电极作负极,电极反应是2NH3+6OH--6e-N2+6H2O。②电池的总反应为4NH3+3O22N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,一段时间后要补充KOH。
(2)①甲醇失去电子,在电池的负极上发生氧化反应,所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②B电极上O2得电子消耗H+,同时溶液中的H+移向B电极室,故B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。③CH3OH失电子生成CO2和H+,根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应为CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑。
(3)①Fe失电子,则作负极的物质是铁。②N在正极得电子生成N,电极反应为N+10H++8e-N+3H2O。
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