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知识点1 原电池的工作原理
（一） 原电池的工作原理
1、铜锌原电池实验探究
(1)实验装置
(2)实验现象
检流计指针 电极表面变化情况
(a) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加
(b) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加
(3)电极材料及电极反应
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
电池反应 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
电子流向 由锌极通过导线流向铜极
离子移向 阳离子移向正极，阴离子移向负极
盐桥作用 构成闭合回路，使离子通过，传导电流
2、原电池的工作原理
(1)原电池
①定义：能把化学能转化为电能的装置。
②电极名称及电极反应。
负极：电子流出的一极，发生氧化反应；
正极：电子流入的一极，发生还原反应。
③原电池的构成条件。
a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种金属和一种能导电的非金属)。
b．将电极插入电解质溶液。
c．构成闭合回路。
d．能自发发生的氧化还原反应。
(2)工作原理
外电路中电子由负极流向正极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。
3、原电池的正负极判断
【易错提醒】
外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。
（二） 原电池工作原理的应用
1、增大氧化还原反应速率
原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减小，反应速率增大
实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反应速率
2、比较金属的活动性强弱
原理 一般原电池中，活泼金属为负极，发生氧化反应，较不活泼金属为正极，发生还原反应
实例 两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b
3、设计原电池
(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(2)设计示例
设计思路 示例
以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋ 还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂 电解质溶液：FeCl3溶液
画出示意图
（三）原电池的电极反应式书写和注意事项
1、原电池电极反应式书写的一般步骤
—
—
—
2、原电池电极反应式在书写时应注意的问题
(1)电极反应常用“=”而不用“”连接。
(2)电极反应中若有气体生成，需加“↑”，弱电解质或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。
(3)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。
(4)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一)；反之，总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。
角度1 原电池的组成
1.如图所示的装置能够组成原电池的是（ ）
A B C D
【答案】B
【解析】A不能自发进行氧化还原反应；C没有形成闭合回路；乙醇为非电解质。
【解题技巧】构成条件
（1）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应
（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。
（3）三看是否形成闭合回路
①有电解质溶液或熔融的电解质
②两电极直接或间接接触
③两电极插入电解质溶液中。
下图所示各种装置中能构成原电池的是（ ）
A．①⑥ B．③⑥ C．①③⑥ D．①⑤⑥
【答案】C
【解析】原电池的构成条件是：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能自发的进行氧化还原反应。装置①③⑥具备这四个条件，为原电池；②中电极相同，不能构成原电池；④中酒精是非电解质，不能构成原电池，⑤中没有形成闭合回路，不能构成原电池。C项正确。
下列装置能形成原电池的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】原电池的构成一般条件：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形成闭合回路，④有自发进行的氧化还原反应。酒精为非电解质，不能导电，不能形成闭合回路，不满足原电池构成条件②③，A不符合题意；由图示知，两个电极相同，不满足原电池构成条件①，B不符合题意；选项所给装置满足原电池的构成条件，C符合题意；图示两个烧杯未连通，不能形成闭合回路，不满足原电池构成条件③，D不符合题意。
角度2 原电池的工作原理
下列说法正确的是( )
A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应
B．原电池中，电流的方向是负极－导线－正极
C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替
D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
【答案】D
【解析】A项，负极上发生氧化反应；B项，电流的方向应是正极－导线－负极；C项，盐桥不能用导线代替。
【解题技巧】以铜锌原电池为例分析：
下列关于如图所示转置的叙述中，正确的是（ ）
A．该装置将电能转变为化学能 B．在铜片表面被氧化
C．电子从片经导线流向片 D．为原电池的负极
【答案】D
【解析】锌和铜插在稀硫酸的电解质溶液中构成原电池，锌作负极发生氧化反应，铜作正极发生还原反应。该装置是将化学能转化为电能的原电池，A项错误；氢离子在铜片表面被还原生成氢气，B项错误；电子从负极锌片经导线流向正极铜片，C项错误；锌为原电池负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，D项正确。
如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法不正确的是（ ）

A．锌片为负极，其附近的溶液有Zn2＋产生
B．溶液中的H+向锌电极移动，SO向铜电极移动
C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不改变
【答案】B
【解析】锌活泼性比铜强，电解液为硫酸，则锌片为负极，锌失去电子变为锌离子，因此其附近的溶液有Zn2＋产生，A项正确；根据原电池“同性相吸”，则溶液中的SO向锌电极移动，H+向铜电极移动，B项错误；原电池是化学能变为电能，LED灯发光，则电能变为光能，其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”，C项正确；如果将锌片换成铁片，铁片为负极，铜为正极，和图中正负极一致，则电路中的电流方向不改变，D项正确。
角度3 原电池正负极的判断
如图装置中，电流表指针发生偏转且作原电池负极的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】酒精溶液不是电解质溶液，电流表指针不偏转，A项错误；该装置中铁作负极，石墨作正极，电解质溶液为稀硝酸，B项正确；锌比铁活泼，锌作负极，C项错误；电极材料相同，无电流产生，电流表指针不偏转，D项错误。
【解题技巧】原电池正负极的判断方法：
“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子
C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动
【答案】B
【解析】镁为活泼金属，失去电子作为负极，石墨为正极。镁为活泼金属，做电池的负极，失去电子发生氧化反应，A项错误；溶解在食盐水中的氧气在石墨电极得到电子，发生还原反应，B项正确；原电池将化学能转化为电能，小汽车将电能通过发动机转化为动能，C项错误；溶液中的阴离子向原电池中负极镁片移动，D项错误。
将转化为人类使用的能源有利于实现“碳达峰”，某电池利用和获取工作原理如图所示。下列说法错误的是 （ ）
A．该电池中电极b作负极
B．工作时，电极a产生的电极反应式为
C．工作时质子向电极a迁移
D．当消耗时，理论上电极b消耗
【答案】D
【解析】由图可知，二氧化碳发生还原反应、氢气发生氧化反应生成甲烷和CO混合气，则a为正极、b为负极。由分析可知，该电池中电极b作负极，A项正确；工作时，电极a上二氧化碳得到电子发生还原反应产生，电极反应式为，B项正确；原电池工作时，阳离子质子向正极电极a迁移，C项正确；部分二氧化碳转化为CO，生成CO和CH4的各自物质的量是多少不知道，故不能判断消耗时，理论上电极b消耗氢气的物质的量，D项错误。
角度4 原电池的应用
有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
【答案】C
【解析】由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a＞b，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性b＞c，第三个装置的金属活动性d＞c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d＞a。
【解题技巧】原电池工作原理的应用：
1、加快化学反应速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。
2、比较金属的活动性强弱：对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。
3、设计原电池：（1）理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。
（2）外电路，负极—还原性较强的物质被氧化；正极—氧化性较强的物质被还原。
（3）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。
2. 某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是( )
正极 负极 电解质溶液
A Cu Fe FeCl3溶液
B C Fe Fe(NO3)2溶液
C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液
D Ag Fe CuSO4溶液
【答案】A
【解析】能实现反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋的原电池应符合以下条件：①负极为Fe，正极材料的活泼性比Fe差；②电解质溶液应为含Fe3＋的溶液，B、D两项电解质溶液选错；C项负极材料选错。
3. 根据下图，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)
【答案】A
【解析】根据原电池知识，金属活动性：负极＞正极，可得三种金属的活动性顺序应为Cd＞Co＞Ag，则选项中符合此关系的置换反应成立。
角度5 原电池的设计
设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。
负极：________，电极反应：______________________________________________。
正极：________，电极反应：________________________________________________。
【答案】(答案合理即可) Zn Zn－2e－===Zn2＋ Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
【解析】由题意知所要求设计的装置图中有盐桥，分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。
【解题技巧】原电池的设计方法——“两极一液一连线”：
（1）根据电池总反应式写出电极反应式。
（2）电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般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，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。
（3）电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。
（4）形成闭合回路。
2. 一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池正确组合是( )
选项 A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
【答案】C
【解析】该原电池负极为Zn，正极为比Zn不活泼的金属或石墨等，电解质溶液中含有Cu2＋，C项正确。
3. 下列组合中，不能使装置中的电流表指针发生偏转的是（ ）
选项 a b 试剂X
A C 溶液
B 蔗糖溶液
C 稀硫酸
D 稀盐酸
A．A B．B C．C D．D
【答案】B
【解析】电流表指针不能发生偏转，说明不能构成原电池；Fe、C是不同的电极，Fe和溶液反应生成硫酸亚铁和铜，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故A不符合题意；蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能形成闭合回路，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，B符合题意；Zn的金属活泼性比Fe强，Zn和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，C不符合题意；铜、锌是不同的电极，盐酸溶液与锌的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，D不符合题意。
命题点2 化学电池
(一) 化学电源及其分类 一次电池
1、化学电源的分类
（1）电源的分类
原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类：
①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。
②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。
③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
（2）判断电池优劣的主要标准
①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
③电池可储存时间的长短。
（3）化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。
（4）化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。
2、一次电池（锌锰干电池）
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾
工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
（二） 二次电池
1、铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。
(2)放电反应原理
①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。
2、锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
（三） 燃料电池
1、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。
2、氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 2H2＋O2===2H2O
【易错提醒】
燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。
3、书写燃料电池电极反应式的三步骤
——
——
——
4、常见的四种典型燃料电池
名称 电解质 电极反应和总反应
氢氧 燃料 电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 总反应：2H2＋O2===2H2O
H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋ 总反应：2H2＋O2===2H2O
甲烷 燃料 电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
甲醇 燃料 电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O
肼燃 料电 池 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O
5、燃料电池注意事项
(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。
(2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。
(3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋。
(4)酸溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。
(5)碱溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO。
角度1 一次电池
如图为锌锰干电池构造示意图。锌锰电池的总反应方程式为：，下列说法不正确的是（ ）
A．氯化铵糊作电解质溶液 B．是负极反应物
C．电子由锌筒通过导电流向石墨棒 D．随着电池的使用锌筒会逐渐变薄
【答案】B
【解析】锌锰干电池为原电池装置，属于一次电池，其中锌筒作负极，石墨棒作正极，氯化铵糊为电解质溶液。根据分析，氯化铵糊作电解质溶液，A项正确；发生还原反应生成，因此是正极反应物，B项错误；电子由负极沿导线流向正极，即由锌筒通过导线流向石墨棒，C项正确；锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应，使用一段时间锌筒会变薄，D项正确。
【解题技巧】一次电池就是放电后不可再充电的电池，例如普通锌锰电池，碱性锌锰电池、银锌电池等。
下列电池属于一次电池的是( )
A．锌锰干电池 B．铅蓄电池 C．锂电池 D．氢氧燃料电池
【答案】A
【解析】铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。
锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2NH4+(aq)===Zn2＋(aq)＋Mn2O3(s)＋2NH3(g)＋H2O(l)，在如图所示装置中，电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A．Zn B．碳 C．MnO2和NH4+ D．Zn2＋和NH3
【答案】C
【解析】Zn在负极上被氧化得到Zn2＋；MnO2、NH4+在正极上被还原得到Mn2O3、NH3。
角度2 二次电池
LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4＋LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是( )
A．该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液
B．该电池放电时，电池内部的Li＋向负极移动
C．该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
D．在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少
【答案】C
【解析】H2SO4溶液作电解质溶液时，将会与Li发生反应，A项错误；该电池放电时，阳离子Li＋移向正极，B项错误；该电池充电时，阳极发生的是失去电子的氧化反应，C项正确；在该电池的放电过程中，正极上不断有LiFePO4生成，正极的质量逐渐增大，D项错误。
【解题技巧】
（1）二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。
（2）当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。
（3）充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程：
。
已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“－”的接线柱，下列说法正确的是( )
A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极
C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极
【答案】C
【解析】“－”接线柱放电时为原电池的负极，失去电子发生氧化反应，充电时与外接电源负极相连，作电解池的阴极，得到电子发生还原反应，C项正确。
为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
【答案】D
【解析】三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，A项正确；，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B项正确；二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，D项错误。
角度3 燃料电池
（1）直接以甲烷为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为_______________________；正极反应式为______________________________。
（2）熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO＋2CO32—－4e－===4CO2，阴极反应式：________________________；电池总反应式：_____________________。
【答案】（1）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
（2）O2＋2CO2＋4e－===2CO32— 2CO＋O2===2CO2
【解析】（2）本题中电池中的电解质是熔融物，而不是电解质溶液，但有自由移动的离子CO32—存在。原电池的反应原理实质是氧化还原反应中的电子转移，燃料电池总反应实质是一个燃烧反应。故阳极CO失去电子，而阴极应为O2得到电子，再与阴极助燃气CO2反应生成电解质阴离子CO32—。
【解题技巧】（1）一般电极反应式的书写：
（2）复杂电极反应式的书写：:复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式
2. 氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是( )
A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极
B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极
C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大
D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大
【答案】B
【解析】根据电池总反应可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，负极区附近溶液中OH－浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。
3. 镁-次氯酸盐燃料电池，具有比能量高、安全方便等优点。该电池正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池中镁为负极，发生还原反应
B．电池工作时，OH－向正极移动
C．该电池的总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－
D．电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小
【答案】C
【解析】次氯酸盐在正极发生反应，则Mg为负极，发生氧化反应，A项错误；电池工作时，阴离子向负极移动，B项错误；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓，将正、负极反应式相加可得总反应，C项正确；根据正极反应式可知，电池工作时，正极周围溶液的c(OH－)增大，pH将增大，D项错误。
1．（10-11高三上·浙江绍兴·期末）某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是
选项 A B C D
电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
A．A B．B C．C D．D
【答案】D
【分析】原电池总反应为Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋，反应中铜失去电子，铁离子得到电子，则铜是负极，比铜不活泼的金属或能导电的非金属作正极，含有铁离子的可溶性盐作电解质，据此解答。
【详解】A、金属锌比金属铜活泼，锌作负极，发生的反应为Zn+2Fe3+＝Zn2++2Fe2+，A错误；
B、金属铜和亚铁盐不反应，没有自发的氧化还原反应，B错误；
C、锌比铁活泼，锌作负极，电池反应为Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，C错误；
D、铜比银活泼，金属铜做原电池的负极，电池反应为Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋，D正确；
答案选D。
2．（25-26高二上·山东·期中）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是
A．二者均属于一次电池
B．二者分别消耗锌，都将转移电子
C．二者的正极反应式均为：
D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池比能量高
【答案】C
【详解】A．一次电池是放电后不能充电重复使用的电池，酸性和碱性锌锰电池均为一次性电池，A正确；
B．锌的物质的量为，锌作为负极失电子，无论酸性还是碱性条件，Zn均失去2个电子生成，所以0.1 mol Zn转移0.2 mol电子，B正确；
C．酸性锌锰电池电解液为（酸性），正极MnO2在酸性条件下的反应式为：，C错误；
D．电池的比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小。碱性锌锰电池的电极材料分别采用锌粉、MnO2，而酸性锌锰电池采用锌筒、MnO2和石墨，所以前者比能量高，D正确；
故选C。
3．（22-23高三上·广东深圳·期中）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，如图所示为两种常见的化学电源示意图，下列有关说法不正确的是
A．锌锰干电池属于一次电池，铅酸蓄电池属于二次电池
B．锌锰干电池中的带铜帽的石墨棒为负极，锌筒为正极
C．铅酸蓄电池供电时Pb电极上的反应为
D．铅酸蓄电池供电时电子由Pb电极经外电路流向电极
【答案】B
【分析】锌锰电池属于一次电池，锌筒为负极。铅酸电池属于二次电池，电池的总反应PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O，其中Pb为负极，反应式为：Pb-2e-+=PbSO4，PbO2为正极，反应式为PbO2+4H++2e-+=PbSO4+2H2O，据此分析。
【详解】A．锌锰电池是不可充电电池属于一次电池，铅酸电池属于可充电电池是二次电池，A正确；
B．锌是活泼金属失电子发生氧化反应，锌筒为负极，带铜帽的石墨棒为正极，B错误；
C．铅酸蓄电池供电时Pb电极是负极，发生氧化反应，失去电子，电极反应式为：，C正确；
D．原电池中电子由负极经过外电路流向正极，Pb是负极，PbO2为正极，电子由Pb电极经外电路流向电极，D正确；
答案选B。
4．（9-10高二上·吉林·期末）氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池，穿过浸入20%—40%的KOH溶液的多孔碳电极，其电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O和O2+H2O+2e-=2OH-，则下列叙述正确的是
A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极
B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极
C．工作一段时间后电解质溶液的pH增大
D．工作时负极区附近pH增大
【答案】B
【分析】氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，产物为水。
【详解】根据电极反应式可知，H2作负极，O2作正极；发生的原电池反应是H2+O2= H2O，氢氧化钾未消耗，但反应生成了水，所以工作一段时间后氢氧化钾浓度降低、电解质溶液的pH减小；根据电极方程式可知，负极区消耗氢氧根，故工作时负极区附近pH减小；
选B。
5．（25-26高三上·山东·期中）我国某科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是
A．放电时，电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极
B．放电一段时间后，溶液的 pH几乎不变
C．放电时，NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-
D．外电路中每转移2mole ，理论上电极a上消耗22.4 L H2
【答案】D
【分析】由图可知，放电时，电极a为负极，电极反应式为H2+2OH--2e-═2H2O，电极b为正极，电极反应式为NiOOH+H2O+e-═Ni(OH)2+OH-，阴离子移向负极，电池的总反应式为：H2+2NiOOH2Ni(OH)2，据此分析作答。
【详解】A．由分析可知，放电时，a电极为负极，b电极为正极，故电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极，A正确；
B．电池的总反应式为：H2+2NiOOH2Ni(OH)2，故放电一段时间后，KOH溶液的浓度不变，溶液的 pH几乎不变，B正确；
C．由分析可知，放电时，电极b为正极，该电极反应式为：NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-，C正确；
D．题干未告知气体所处的状态为标准状况，故无法计算气体的体积，D错误；
故答案为：D。
6．（21-22高二上·重庆渝中·期末）下列有关图示原电池装置的叙述正确的是
A．图1盐桥中的阳离子移向溶液
B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应
C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加
D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为：
【答案】D
【详解】A．图1为铜锌原电池，Zn为负极（锌失电子），Cu为正极（Cu2+得电子），盐桥中阳离子移向正极区CuSO4溶液、阴离子移向负极区溶液，A错误；
B．图2为锌锰干电池，Zn为负极，发生氧化反应，为正极，发生还原反应，B错误；
C．图3为铅蓄电池，放电时负极反应为（质量增加），正极反应为（质量增加），正、负极质量均增大，C错误；
D．图4为氢氧燃料电池，酸性电解质中，正极氧气得电子发生还原反应与氢离子结合生成水，正极反应为，D正确；
故选D。
7．（25-26高二上·山东·月考）利用如图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能。下列说法错误的是
A．多孔电极的电极反应式为
B．工作一段时间后，右室电解质溶液的pH不变
C．理论上，相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同
D．工作一段时间后，左室不需要补充Fe2(SO4)3溶液
【答案】A
【分析】如图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能，则此装置为原电池。在左侧多孔电极，Fe2+-e-=Fe3+，则此电极为负极；右侧光催化电极，2H++2e-=H2↑，则此电极为正极。
【详解】A．由分析可知，左侧多孔电极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+，左室溶液中，发生反应为SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2+++4H+，A错误；
B．电池工作时，右侧光催化电极发生反应为2H++2e-=H2↑，左室溶液中的部分H+，透过质子交换膜进入右室溶液中，根据电子得失守恒，最终左室转移入右室的H+与右室消耗的H+的物质的量相等，使右室溶液中H+的物质的量不变，所以工作一段时间后，右室电解质溶液的pH不变，B正确；
C．在同一原电池中，两电极得失电子的总数相等，则理论上，n(SO2)=n(H2)，相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同，C正确；
D．工作一段时间后，左室硫酸铁与二氧化硫转化成硫酸亚铁，硫酸亚铁在电极上失去电子转化为硫酸铁，所以不需要补充Fe2(SO4)3溶液，D正确；
故选A。
8．（23-24高二上·新疆和田·期末）某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。
按照实验步骤依次回答下列问题：
(1)锌电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 ；铜电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 。
(2)导线中电子流向由 流向 (用a、b表示)。
(3)若装置中铜电极的质量增加0.64g，则导线中转移的电子的物质的量为 ；
(4)若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2+，会加速Zn电极的腐蚀、还可能导致电流在较短时间内衰减。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________(填代号)。
A．NaOH B．Zn C．Fe D．H2SO4
(5)反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度是 (填增大，减小或不变)。
【答案】(1) 负 氧化 正 还原
(2) a b
(3)0.02mol
(4)B
(5)减小
【详解】（1）由图知，该原电池为双液原电池，锌电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为，铜电极为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为；
（2）导线中电子流向由负极流向正极，即a流向b；
（3）由电极反应式知，铜电极的质量增加0.64g，，则导线中转移的电子的物质的量为0.02mol；
（4）A．NaOH不仅能沉淀Cu2+、也能沉淀Zn2+，A不符合题意；
B．Zn与Cu2+发生置换反应生成Cu和Zn2+，经过滤可以除去，B符合题意；
C．Fe与Cu2+发生置换反应生成Cu和Fe2+，引入新杂质，C不符合题意；
D．硫酸不能除去Cu2+，D不符合题意；
答案选B；
（5）铜电极的电极反应式为，反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度将减小。
9．（24-25高一下·山东德州·期末）电解法是目前处理含氮废水常用方法。以—空气燃料电池处理某含氮废水(主要含)的原理如下图所示：
(1)电极Pt(a)为 (填“正极”、“负极”)，电极(c)反应式为 。
(2)该燃料电池工作过程中Pt(b)区溶液pH (填“增大”、“减小”或“不变”)，若该燃料电池Pt(a)极消耗1.6g甲醇，则电极(d)产生标准状况下 L。
(3)研究表明，若废水中加入适量氯化钠，则在阳极放电生成，氧化，从而提高处理效率，氧化反应离子方程式为 。
(4)实验测得：溶液初始浓度和pH对氨氮去除速率与能耗的影响关系如图1和图2所示。(已知：比更易吸附在电极表面被氧化。)
图1 浓度对氨氮去除速率、能耗的影响 图2 初始pH对氨氮去除速率、能耗的影响
①处理氨氮废水的最佳条件是 。
②由图2分析，随pH从2增大到6时，氨氮去除率增大原因 。
③图1中浓度较低时、图2中pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，其原因可能是 。
【答案】(1) 负极
(2) 增大 3.36
(3)
(4) 浓度为700mmol/L、pH=6 pH升高促进，更易被氧化 浓度过低，浓度过高，造成阳极能力大于，产生大量氧气，消耗电能所致
【分析】甲醇燃烧后生成二氧化碳，碳元素化合价升高，做还原剂，发生氧化反应，则Pt(a)做负极，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，根据原理图可知，Pt(b)做负极，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；电极c与Pt(b)相连，做阳极，电极d与Pt(a)相连，做阴极。
【详解】（1）根据分析可知，电极a做负极；电极c做阳极，发生氧化反应，NH被氧化成N2，半极反应式为2NH 6e =N2+8H+。
（2）根据分析可知，Pt(b)为燃料电池的正极，正极上O得电子发生还原反应，O2+4e-+4H+=2H2O，反应消耗H+，所以Pt(b)区溶液的pH增大 ；Pt(a)做负极，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，1.6gCH3OH的物质的量为n(CH3OH)==0.05mol，则负极转移电子的物质的量为n(e-)=0.05mol×6=0.3mol，电极d为电解池的阴极，H+得电子生成H2，电极反应式为2H++2e-= H2，根据电子守恒可知d电极转移电子也为0.3mol，则n(H2)==0.15mol，H2的体积为0.15mol×22.4mol/L=3.36L。
（3）Cl2把NH氧化成N2，氧化反应离子方程式为3Cl2+2NH=N2↑+6Cl +8H+。
（4）根据图2可知，pH=6时，氨氮去除率高，能耗低， Cl 浓度大于700mmol/L时氨氮去除率几乎不变，故700m mol/L、pH=6时效果最佳；随pH从2增大到6时，随着pH升高，促进了NH→NH3 H2O，NH3 H2O更易被氧化；图1中Cl 浓度较低时、图2中pH达到12时， OH 浓度高于Cl 浓度，造成阳极OH 能力大于Cl ，产生大量氧气，消耗电能所致，导致氨氮去除速率变低。
10．（24-25高一下·山东枣庄·期中）研究化学反应时，既要关注物质变化，又要关注能量变化。回答下列问题：
(1)下列化学反应中能量变化与如图一致的是_______(填序号)。
A．碘晶体升华 B．碳酸氢钠与柠檬酸反应
C．镁与稀盐酸反应 D．硫酸与氢氧化钠溶液反应
(2)汽车发动机工作时会引发和反应，生成的会污染大气。如图是和反应生成的能量变化。①图中三种分子最稳定的是 (写化学式)。②若反应生成气体，则 (填“吸收”或“放出”) 的能量。
(3)如图氢氧燃料电池的装置图。通入氧气的电极名称为 极；离子移向通入 气体的电极；燃料电池的总反应式为 。
(4)合成氨反应的能量变化及微观历程的示意图如图。
其他条件相同，使用催化剂放出的能量 (填“大于”“等于”“小于”)不使用催化剂放出的能量；反应③→④的过程表示为 (用*表示物质吸附在催化剂表面形态)。
【答案】(1)B
(2) N2 吸收 90
(3) 正 氢气或H2
(4) 等于
【详解】（1）根据图中信息可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，因此该化学反应为吸热反应，
A．碘晶体的升华是吸热过程，但其是物理变化，A不符合题意；
B．碳酸氢钠与柠檬酸反应可生成二氧化碳，属于吸热反应，B符合题意；
C．镁与稀盐酸反应，是活泼金属与酸的反应，是常见放热反应，C不符合题意；
D．硫酸与氢氧化钠反应是中和反应，是常见的放热反应，D不符合题意；
故答案为B。
（2）①键能越大，分子越稳定，N2的键能最大，N2最稳定；
②断键吸收热量，成键放出热量，1molN2和1molO2反应生成2 mol NO气体，反应吸收的热量为(946+498)kJ -2×632kJ =180kJ，若反应生成气体，则吸收90的能量。
（3）碱式氢氧燃料电池的电解质溶液是溶液，燃料作负极，氧化剂为正极，因此通入氧气的电极名称为正极；原电池中，阴离子向负极移动，因此离子移向通入气体的电极；氢气与氧气燃烧生成水，因此氢氧燃料电池的总反应式为：。
（4）根据图1，其它条件相同，催化剂不能改变反应物和生成物的能量，因此使用催化剂与不使用催化剂放出的热量相同；根据图示③→④是吸附状态的N原子、H原子形成吸附状态的NH3分子，该过程可表示为：。
11．（24-25高一下·山东枣庄·期中）碳中和作为一种新型环保形式可推动全社会绿色发展。下图为科学家正在研究建立的一种二氧化碳新循环体系。回答下列问题：
(1)过程Ⅰ的原理：，能正确表示该过程能量变化的示意图是___________。
A． B．
C． D．
(2)过程Ⅱ的原理：，某温度下，在体积为的密闭容器中，充入和，测得的物质的量随时间变化如图：
①末时的 ，末时的 末时的(填“>”“<”或“=”)。
②时间段内，的平均反应速率= 。
③恒温、恒容的条件下，能说明反应已达平衡状态的 。
A．体积分数保持不变 B．容器中与物质的量相等
C．容器内气体的密度不再变化 D．的生成速率与的生成速率相等
(3)利用过程Ⅲ的反应设计的一种原电池，工作原理如图所示：
①c是 (填“正”或“负”)极，d的电极反应式为 。
②若线路中转移电子，则该电池理论上消耗的在标准状况下的体积为 L。
(4)过程Ⅳ的目的是 。
【答案】(1)C
(2) > > AD
(3) 负 5.6
(4)实现二氧化碳的循环使用
【分析】水在光和催化剂的作用下分解为氢气和氧气，氢气和二氧化碳在复合催化剂的作用下转化为甲醇，甲醇燃烧转化为二氧化碳，二氧化碳可以进入混合气重复利用，据此回答。
【详解】（1）化学键断裂吸热，形成化学键放热，水分解形成氢气和氧气吸热，故答案为C；
（2）①末时反应未达到平衡，CO2的物质的量减少、CH3OH的物质的量增加，则反应正向进行，v正>v逆；用CH3OH的生成速率表示正反应速率，即、，则；
②时间段内，，则；
③A．CO2体积分数保持不变，说明CO2浓度不变，反应一定达到平衡状态，故A正确；
B．容器中CH3OH与H2O物质的量相等，CH3OH的物质的量可能还发生改变，反应不一定平衡，故B错误；
C．各物质均为气体，容积保持不变，容器中气体密度不再变化，不能判断反应达到平衡，故C错误；
D．的生成速率为逆反应速率，的生成速率为正反应速率，正、逆速率相同可判断反应达到平衡，故D正确；
故答案为AD；
（3）①该过程为甲醇燃料电池，原电池中阳离子向正极移动，则根据氢离子移动方向，c是负极，d为正极，正极氧气得到电子，电极反应式为：；
②根据，若线路中转移1mol电子，则该电池理论上消耗的在标准状况下的体积为；
（4）由于二氧化碳可以进入混合气重复利用，则过程Ⅳ的目的是实现二氧化碳的循环使用。
12．（24-25高一下·山东潍坊·期中）物质在发生化学变化的同时，还在发生能量的变化。工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为： (反应I)，该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力，已知这两种物质燃烧的热化学方程式为：
(反应II)
(反应III)
请回答下列问题：
(1)CH3OH(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为：
(2)根据构成原电池的本质判断，下列反应可以设计成原电池的是(填序号)。
A．CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(aq) B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
C．2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) D．Fe(s)+2FeCl3(aq)=3FeCl2(aq)
II．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：。
(3)放电时负极反应为 。
(4)放电时正极附近溶液的碱性 (填“增强”或“减弱”或“不变”)。
III．回答下列问题：
(5)中国科学技术大学开发了一种高性能的水系锰基锌电池。其工作原理如图所示，已知该装置工作一段时间后，K2SO4溶液的浓度增大。
正极的电极反应式为 。a膜为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
【答案】(1)
(2)CD
(3)
(4)增强
(5) 阴离子
【详解】（1）根据盖斯定律，反应III×2+反应II-反应I可得目标方程式：，；CH3OH(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为： ；
（2）自发的氧化还原反应可以设计成原电池；
A．CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(aq)是非氧化还原反应，A错误；
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) 是非氧化还原反应，B错误；
C．2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) 为自发氧化还原反应，可以设计成原电池，C正确；
D．Fe(s)+2FeCl3(aq)=3FeCl2(aq)为自发氧化还原反应，可以设计成原电池，D正确；
故选CD；
（3）放电时锌在负极发生氧化反应，负极反应为；
（4）放电时正极反应为，可知附近溶液的碱性增强；
（5）水系锰基锌电池中Zn电极为负极，发生氧化反应，MnO2电极为正极，发生还原反应生成锰离子，正极的电极反应式为；正极区消耗氢离子，为保持电荷守恒，硫酸根通过a膜向右移动，则a膜为阴离子交换膜。
13．（24-25高一下·山东聊城·期中）能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化。
(1)已知断裂1mol化学键需要的能量如下表所示：
化学键
能量/kJ 436 391 946
①工业合成氨反应中，若完全反应，能量变化为 （填数值）kJ。下图能正确反映该反应能量变化的是 。（填“A”或“B”）
②下列反应的能量变化符合上图B的是 。（填编号）
a．酸碱中和反应 b．二氧化碳通过炽热的碳 c．食物因氧化而腐败
d．盐酸与碳酸钠的反应 e．铁粉与稀盐酸反应 f．盐酸与碳酸氢钠的反应
(2)氮氧化物能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。某科研机构设计方案利用原电池原理处理NO，其原理如图所示。
电极B发生的电极反应为 ，该电池放电时溶液中的向 极移动。（填“A”、”B”）
(3)化学反应均涉及能量变化，为探究这些能量变化，某同学设计了如图两个实验，已知两个实验除了是否有导线连接两个金属棒外，其余均相同。
①下列有关反应一段时间后的实验现象，说法正确的是 。（填字母）
A．图1中温度传感器的示数高于图2的示数
B．图1和图2中电解质溶液中的离子均发生定向移动
C．图1和图2的气泡均产生于锌棒表面
D．图2中产生气体的速率比图1慢
②已知图2装置中两电极质量相同，若将电解质溶液换为硫酸铜溶液，当电路中有2mol电子通过时，则两电极质量相差 g。
【答案】(1) 46 A bf
(2) B
(3) A 129
【详解】（1）①断键吸热，形成化学键放热，当3molH2完全反应时，断键吸收的能量为=2254kJ，成键释放的热量为=2346kJ，放出的热量为2346kJ-2254kJ=92kJ，若完全反应，放出的热量为46kJ；能正确反映该反应能量变化的是A；
②a．酸碱中和反应属于放热反应；b．二氧化碳通过炽热的碳虽然是化合反应，但属于吸热反应；c．食物因氧化而腐败是缓慢的放热反应；d．盐酸与碳酸钠的反应属于放热反应； e．铁粉与稀盐酸反应属于放热反应f．盐酸与碳酸氢钠的反应属于吸热反应；故选bf；
（2）由图可知，A极氨气失去电子发生氧化反应生成氮气，为负极，电极反应为；B极NO得到电子发生还原反应生成氮气，为正极，电极反应；原电池中阳离子向正极迁移，故H+通过质子交换膜由A极向B极移动；
（3）①A．图1中化学能只转化为热能，而图2中化学能大部分转化为电能，只有很少一部分能量转化为热能，所以根据能量守恒可知：图1中温度计的示数高于图2的示数，A正确；
B．图1未形成闭合回路，电解质溶液中的离子不能发生定向移动，图2形成闭合回路，电解质溶液中的离子发生定向移动，B错误；
C．图1中未构成原电池，Zn棒上产生气泡，而图2构成了原电池，在铜棒上产生气泡，C错误；
D．原电池反应能够加快反应速率。使金属与酸反应放出氢气的速率比不构成原电池快，故图2中产生气体的速率比图1快，D错误；
故选A；
②由于金属活动性Zn＞Cu，所以在构成的原电池反应中，Zn为负极，Cu为正极。负极上Zn失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，在正极Cu上溶液中的Cu2+得到电子发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。总反应方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑，当电路中有2mol电子通过时，负极有1molZn参加反应，同时在正极有1molCu生成，质量差为65g+64g=129g。
14．（25-26高三上·山东烟台·期中）某理论研究认为：燃料电池(图甲)的电极I和II上所发生反应的催化机理示意图分别如图乙和图丙，其中获得第一个电子的过程最慢。理论上下列说法错误的是
A．电极I为燃料电池的负极
B．电池工作过程中，电解质溶液的pH保持不变
C．图丙中，①②③④过程的活化能最高的是①
D．相同时间内电极上的催化循环完成次数：电极I是电极II的2倍
【答案】B
【详解】A．电极 I上氢气被氧化生成 H+和电子，故电极 I 为负极，故A正确；
B．由于负、正两极的总反应为 2H2 + O2= 2H2O，产生水，相当于稀释溶液，故电解质溶液的pH发生改变，故B错误；
C．根据题干“O2获得第一个电子的过程最慢”可知①活化能最高，故C 正确；
D．H2氧化只产生2 电子，而O2还原需4 电子，相同时间内负极的催化循环数正好是正极的2 倍，故D正确；
故选B。
15．（24-25高一下·山东青岛·期中）回答下列问题：
(1)双阴极微生物燃料电池处理-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。
①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②II室中除了，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。
③生成3.5g ，理论上需要消耗 g 。
(2)西北工业大学的张健教授德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如图：
①阴极的电极反应式为： 。
②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a mol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。
(3)已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。几种共价键的键能如表：
共价键 S—S F—F S—F
键能E/() a 159 327
(g)和(g)迅速反应可生成(g)，已知 ，则 [已知(g)的结构]。
(4)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。
已知：流程中的△H为生成或消耗1mol Fe(s)、生成或消耗mol (s)时的能量变化。
以生成1mol (g)为基准，上述流程总反应的焓变 。(用含，，的代数式表示)。
【答案】(1) 阳 26
(2)
(3)266
(4)
【详解】（1）①双阴极微生物燃料电池处理 - N废水的工作原理如图(a)所示，Ⅲ中O2得电子生成H2O，电极方程式为：，则II中CH3COO-转化为CO2生成的H+需要进行Ⅲ，说明Y是阳离子交换膜；
②由图b可知，Ⅲ中反应后的溶液进入I中反应，而I中的反应是，说明III中转化为了，该过程的离子方程式为：；
③I中的反应是，电极方程式为：，Ⅲ中发生反应：、，3.5 g N2的物质的量为，消耗，转移电子1.25mol电子，则理论上需要消耗O2的物质的量为，质量为0.8125mol×32g/mol=26g。
（2）①在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将C2H2还原为C2H4，则阴极为上层电极，反应为乙炔得到电子发生还原反应生成乙烯，反应为：；
②由图可知，阳极水发生氧化反应生成氧气，总反应为2C2H2+ 2H2O = 2C2H4+ O2；同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为amol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，设C2H2转化率为y，则反应乙炔为aymol、剩余乙炔（(a-ay)mol，由总反应可知生成气体总量为1.5aymol, 反应后总气体为（(1.5ay+a-ay)mol，则，解得y=。
（3）由的结构式可知，其中含有8个S-S键，反应热等于断裂化学键的总键能与形成化学键的总键能之差，即S8(g)+24F2(g)=8SF6(g) ΔH=(a×8+24×159-327×48)kJ mol-1=-9752kJ mol-1，解得a=266。
（4）由图可知，①CO(g)+Fe2O3(s)=Fe(s)+CO2(g) 、②Fe(s)+H2O(g)=H2(g)+Fe3O4(s) 、③Fe3O4(s)+O2(g)=Fe2O3(s) ；由盖斯定律可知，可得总反应，则总反应的焓变。
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第1页，共2页知识点1 原电池的工作原理
（一） 原电池的工作原理
1、铜锌原电池实验探究
(1)实验装置
(2)实验现象
检流计指针 电极表面变化情况
(a) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加
(b) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加
(3)电极材料及电极反应
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
电池反应 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
电子流向 由锌极通过导线流向铜极
离子移向 阳离子移向正极，阴离子移向负极
盐桥作用 构成闭合回路，使离子通过，传导电流
2、原电池的工作原理
(1)原电池
①定义：能把化学能转化为电能的装置。
②电极名称及电极反应。
负极：电子流出的一极，发生氧化反应；
正极：电子流入的一极，发生还原反应。
③原电池的构成条件。
a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种金属和一种能导电的非金属)。
b．将电极插入电解质溶液。
c．构成闭合回路。
d．能自发发生的氧化还原反应。
(2)工作原理
外电路中电子由负极流向正极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。
3、原电池的正负极判断
【易错提醒】
外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。
（二） 原电池工作原理的应用
1、增大氧化还原反应速率
原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减小，反应速率增大
实例 实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反应速率
2、比较金属的活动性强弱
原理 一般原电池中，活泼金属为负极，发生氧化反应，较不活泼金属为正极，发生还原反应
实例 两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b
3、设计原电池
(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(2)设计示例
设计思路 示例
以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋ 还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂 电解质溶液：FeCl3溶液
画出示意图
（三）原电池的电极反应式书写和注意事项
1、原电池电极反应式书写的一般步骤
—
—
—
2、原电池电极反应式在书写时应注意的问题
(1)电极反应常用“=”而不用“”连接。
(2)电极反应中若有气体生成，需加“↑”，弱电解质或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。
(3)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。
(4)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一)；反之，总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。
角度1 原电池的组成
1.如图所示的装置能够组成原电池的是（ ）
A B C D
【解题技巧】构成条件
（1）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应
（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。
（3）三看是否形成闭合回路
①有电解质溶液或熔融的电解质
②两电极直接或间接接触
③两电极插入电解质溶液中。
下图所示各种装置中能构成原电池的是（ ）
A．①⑥ B．③⑥ C．①③⑥ D．①⑤⑥
下列装置能形成原电池的是（ ）
A． B． C． D．
角度2 原电池的工作原理
下列说法正确的是( )
A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应
B．原电池中，电流的方向是负极－导线－正极
C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替
D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
【解题技巧】以铜锌原电池为例分析：
下列关于如图所示转置的叙述中，正确的是（ ）
该装置将电能转变为化学能
在铜片表面被氧化
电子从片经导线流向片
为原电池的负极
如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法不正确的是（ ）
A．锌片为负极，其附近的溶液有Zn2＋产生
B．溶液中的H+向锌电极移动，SO向铜电极移动
C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不改变
角度3 原电池正负极的判断
如图装置中，电流表指针发生偏转且作原电池负极的是（ ）
A． B． C． D．
【解题技巧】原电池正负极的判断方法：
“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子
C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动
将转化为人类使用的能源有利于实现“碳达峰”，某电池利用和获取工作原理如图所示。下列说法错误的是 （ ）
A．该电池中电极b作负极
B．工作时，电极a产生的电极反应式为
C．工作时质子向电极a迁移
D．当消耗时，理论上电极b消耗
角度4 原电池的应用
有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减小； b极质量增加 b极有气体产生； c极无变化 d极溶解； c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
【解题技巧】原电池工作原理的应用：
1、加快化学反应速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。
2、比较金属的活动性强弱：对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。
3、设计原电池：（1）理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。
（2）外电路，负极—还原性较强的物质被氧化；正极—氧化性较强的物质被还原。
（3）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。
2. 某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是( )
正极 负极 电解质溶液
A Cu Fe FeCl3溶液
B C Fe Fe(NO3)2溶液
C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液
D Ag Fe CuSO4溶液
3. 根据下图，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)
角度5 原电池的设计
设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。
负极：________，电极反应：______________________________________________。
正极：________，电极反应：________________________________________________。
【解题技巧】原电池的设计方法——“两极一液一连线”：
（1）根据电池总反应式写出电极反应式。
（2）电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般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，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。
（3）电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。
（4）形成闭合回路。
2. 一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池正确组合是( )
选项 A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
3. 下列组合中，不能使装置中的电流表指针发生偏转的是（ ）
选项 a b 试剂X
A C 溶液
B 蔗糖溶液
C 稀硫酸
D 稀盐酸
A．A B．B C．C D．D
命题点2 化学电池
(一) 化学电源及其分类 一次电池
1、化学电源的分类
（1）电源的分类
原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类：
①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。
②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。
③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
（2）判断电池优劣的主要标准
①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
③电池可储存时间的长短。
（3）化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。
（4）化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。
2、一次电池（锌锰干电池）
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾
工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
（二） 二次电池
1、铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。
(2)放电反应原理
①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。
2、锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy
反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
（三） 燃料电池
1、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。
2、氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 2H2＋O2===2H2O
【易错提醒】
燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。
3、书写燃料电池电极反应式的三步骤
——
——
——
4、常见的四种典型燃料电池
名称 电解质 电极反应和总反应
氢氧燃料电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 总反应：2H2＋O2===2H2O
H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋ 总反应：2H2＋O2===2H2O
甲烷燃料电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
甲醇燃料电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O
肼燃料电池 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O
5、燃料电池注意事项
(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。
(2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。
(3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋。
(4)酸溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。
(5)碱溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO。
角度1 一次电池
如图为锌锰干电池构造示意图。锌锰电池的总反应方程式为：，下列说法不正确的是（ ）
氯化铵糊作电解质溶液
是负极反应物
电子由锌筒通过导电流向石墨棒
随着电池的使用锌筒会逐渐变薄
【解题技巧】一次电池就是放电后不可再充电的电池，例如普通锌锰电池，碱性锌锰电池、银锌电池等。
下列电池属于一次电池的是（ ）
A．锌锰干电池 B．铅蓄电池 C．锂电池 D．氢氧燃料电池
锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2NH4+(aq)===Zn2＋(aq)＋Mn2O3(s)＋2NH3(g)＋H2O(l)，在如图所示装置中，电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A．Zn B．碳 C．MnO2和NH4+ D．Zn2＋和NH3
角度2 二次电池
LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4＋LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是( )
A．该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液
B．该电池放电时，电池内部的Li＋向负极移动
C．该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
D．在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少
【解题技巧】
（1）二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。
（2）当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。
（3）充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程：
。
已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“－”的接线柱，下列说法正确的是( )
A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极
C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极
为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
角度3 燃料电池
（1）直接以甲烷为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为_______________________；正极反应式为______________________________。
（2）熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO＋2CO32—－4e－===4CO2，阴极反应式：________________________；电池总反应式：_____________________。
【解题技巧】（1）一般电极反应式的书写：
（2）复杂电极反应式的书写：:复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式
2. 氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是( )
A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极
B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极
C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大
D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大
3. 镁-次氯酸盐燃料电池，具有比能量高、安全方便等优点。该电池正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池中镁为负极，发生还原反应
B．电池工作时，OH－向正极移动
C．该电池的总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－
D．电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小
1．（10-11高三上·浙江绍兴·期末）某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是（ ）
选项 A B C D
电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag
电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3
A．A B．B C．C D．D
2．（25-26高二上·山东·期中）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是（ ）
A．二者均属于一次电池
B．二者分别消耗锌，都将转移电子
C．二者的正极反应式均为：
D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池比能量高
3．（22-23高三上·广东深圳·期中）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，如图所示为两种常见的化学电源示意图，下列有关说法不正确的是（ ）
A．锌锰干电池属于一次电池，铅酸蓄电池属于二次电池
B．锌锰干电池中的带铜帽的石墨棒为负极，锌筒为正极
C．铅酸蓄电池供电时Pb电极上的反应为
D．铅酸蓄电池供电时电子由Pb电极经外电路流向电极
4．（9-10高二上·吉林·期末）氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池，穿过浸入20%—40%的KOH溶液的多孔碳电极，其电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O和O2+H2O+2e-=2OH-，则下列叙述正确的是（ ）
A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极
B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极
C．工作一段时间后电解质溶液的pH增大
D．工作时负极区附近pH增大
5．（25-26高三上·山东·期中）我国某科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．放电时，电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极
B．放电一段时间后，溶液的 pH几乎不变
C．放电时，NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-
D．外电路中每转移2mole ，理论上电极a上消耗22.4 L H2
6．（21-22高二上·重庆渝中·期末）下列有关图示原电池装置的叙述正确的是（ ）
A．图1盐桥中的阳离子移向溶液
B．图2中Zn发生还原反应，发生氧化反应
C．图3中电池放电时，负极质量减小，正极质量增加
D．图4电解质溶液采用稀硫酸时，正极反应为：
7．（25-26高二上·山东·月考）利用如图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能。下列说法错误的是（ ）
A．多孔电极的电极反应式为
B．工作一段时间后，右室电解质溶液的pH不变
C．理论上，相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同
D．工作一段时间后，左室不需要补充Fe2(SO4)3溶液
8．（23-24高二上·新疆和田·期末）某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。
按照实验步骤依次回答下列问题：
(1)锌电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 ；铜电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 。
(2)导线中电子流向由 流向 (用a、b表示)。
(3)若装置中铜电极的质量增加0.64g，则导线中转移的电子的物质的量为 ；
(4)若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2+，会加速Zn电极的腐蚀、还可能导致电流在较短时间内衰减。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________(填代号)。
A．NaOH B．Zn C．Fe D．H2SO4
(5)反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度是 (填增大，减小或不变)。
9．（24-25高一下·山东德州·期末）电解法是目前处理含氮废水常用方法。以—空气燃料电池处理某含氮废水(主要含)的原理如下图所示：
(1)电极Pt(a)为 (填“正极”、“负极”)，电极(c)反应式为 。
(2)该燃料电池工作过程中Pt(b)区溶液pH (填“增大”、“减小”或“不变”)，若该燃料电池Pt(a)极消耗1.6g甲醇，则电极(d)产生标准状况下 L。
(3)研究表明，若废水中加入适量氯化钠，则在阳极放电生成，氧化，从而提高处理效率，氧化反应离子方程式为 。
(4)实验测得：溶液初始浓度和pH对氨氮去除速率与能耗的影响关系如图1和图2所示。(已知：比更易吸附在电极表面被氧化。)
图1 浓度对氨氮去除速率、能耗的影响 图2 初始pH对氨氮去除速率、能耗的影响
①处理氨氮废水的最佳条件是 。
②由图2分析，随pH从2增大到6时，氨氮去除率增大原因 。
③图1中浓度较低时、图2中pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，其原因可能是 。
10．（24-25高一下·山东枣庄·期中）研究化学反应时，既要关注物质变化，又要关注能量变化。回答下列问题：
(1)下列化学反应中能量变化与如图一致的是_______(填序号)。
A．碘晶体升华 B．碳酸氢钠与柠檬酸反应
C．镁与稀盐酸反应 D．硫酸与氢氧化钠溶液反应
(2)汽车发动机工作时会引发和反应，生成的会污染大气。如图是和反应生成的能量变化。①图中三种分子最稳定的是 (写化学式)。②若反应生成气体，则 (填“吸收”或“放出”) 的能量。
(3)如图氢氧燃料电池的装置图。通入氧气的电极名称为 极；离子移向通入 气体的电极；燃料电池的总反应式为 。
(4)合成氨反应的能量变化及微观历程的示意图如图。
其他条件相同，使用催化剂放出的能量 (填“大于”“等于”“小于”)不使用催化剂放出的能量；反应③→④的过程表示为 (用*表示物质吸附在催化剂表面形态)。
11．（24-25高一下·山东枣庄·期中）碳中和作为一种新型环保形式可推动全社会绿色发展。下图为科学家正在研究建立的一种二氧化碳新循环体系。回答下列问题：
(1)过程Ⅰ的原理：，能正确表示该过程能量变化的示意图是___________。
B． C． D．
(2)过程Ⅱ的原理：，某温度下，在体积为的密闭容器中，充入和，测得的物质的量随时间变化如图：
①末时的 ，末时的 末时的(填“>”“<”或“=”)。
②时间段内，的平均反应速率= 。
③恒温、恒容的条件下，能说明反应已达平衡状态的 。
A．体积分数保持不变 B．容器中与物质的量相等
C．容器内气体的密度不再变化 D．的生成速率与的生成速率相等
(3)利用过程Ⅲ的反应设计的一种原电池，工作原理如图所示：
①c是 (填“正”或“负”)极，d的电极反应式为 。
②若线路中转移电子，则该电池理论上消耗的在标准状况下的体积为 L。
(4)过程Ⅳ的目的是 。
12．（24-25高一下·山东潍坊·期中）物质在发生化学变化的同时，还在发生能量的变化。工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为： (反应I)，该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力，已知这两种物质燃烧的热化学方程式为：
(反应II)
(反应III)
请回答下列问题：
CH3OH(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为：
(2)根据构成原电池的本质判断，下列反应可以设计成原电池的是(填序号)。
A．CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(aq) B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
C．2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) D．Fe(s)+2FeCl3(aq)=3FeCl2(aq)
II．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：。
(3)放电时负极反应为 。
(4)放电时正极附近溶液的碱性 (填“增强”或“减弱”或“不变”)。
III．回答下列问题：
(5)中国科学技术大学开发了一种高性能的水系锰基锌电池。其工作原理如图所示，已知该装置工作一段时间后，K2SO4溶液的浓度增大。
正极的电极反应式为 。a膜为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
13．（24-25高一下·山东聊城·期中）能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化。
(1)已知断裂1mol化学键需要的能量如下表所示：
化学键
能量/kJ 436 391 946
①工业合成氨反应中，若完全反应，能量变化为 （填数值）kJ。下图能正确反映该反应能量变化的是 。（填“A”或“B”）
②下列反应的能量变化符合上图B的是 。（填编号）
a．酸碱中和反应 b．二氧化碳通过炽热的碳 c．食物因氧化而腐败
d．盐酸与碳酸钠的反应 e．铁粉与稀盐酸反应 f．盐酸与碳酸氢钠的反应
(2)氮氧化物能引起雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题。某科研机构设计方案利用原电池原理处理NO，其原理如图所示。
电极B发生的电极反应为 ，该电池放电时溶液中的向 极移动。（填“A”、”B”）
(3)化学反应均涉及能量变化，为探究这些能量变化，某同学设计了如图两个实验，已知两个实验除了是否有导线连接两个金属棒外，其余均相同。
①下列有关反应一段时间后的实验现象，说法正确的是 。（填字母）
A．图1中温度传感器的示数高于图2的示数
B．图1和图2中电解质溶液中的离子均发生定向移动
C．图1和图2的气泡均产生于锌棒表面
D．图2中产生气体的速率比图1慢
②已知图2装置中两电极质量相同，若将电解质溶液换为硫酸铜溶液，当电路中有2mol电子通过时，则两电极质量相差 g。
14．（25-26高三上·山东烟台·期中）某理论研究认为：燃料电池(图甲)的电极I和II上所发生反应的催化机理示意图分别如图乙和图丙，其中获得第一个电子的过程最慢。理论上下列说法错误的是（ ）
A．电极I为燃料电池的负极
B．电池工作过程中，电解质溶液的pH保持不变
C．图丙中，①②③④过程的活化能最高的是①
D．相同时间内电极上的催化循环完成次数：电极I是电极II的2倍
15．（24-25高一下·山东青岛·期中）回答下列问题：
(1)双阴极微生物燃料电池处理-N废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。
①Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②II室中除了，主要发生的反应还有 (用离子方程式表示)。
③生成3.5g ，理论上需要消耗 g 。
(2)西北工业大学的张健教授德累斯顿工业大学的冯新亮院士等人报道了一种电催化半氢化策略，在室温条件下，水溶液介质中可选择性地将还原为，其原理示意图如图：
①阴极的电极反应式为： 。
②同温同压下，相同时间内，若进口处气体物质的量为a mol，出口处气体的总体积为进口处的x倍，则转化率为 。
(3)已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。几种共价键的键能如表：
共价键 S—S F—F S—F
键能E/() a 159 327
(g)和(g)迅速反应可生成(g)，已知 ，则 [已知(g)的结构]。
(4)利用铁及其氧化物循环制氢，原理如图所示。
已知：流程中的△H为生成或消耗1mol Fe(s)、生成或消耗mol (s)时的能量变化。
以生成1mol (g)为基准，上述流程总反应的焓变 。(用含，，的代数式表示)。
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