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高考总复习 原电池和化学电源

【考纲要求】　 1．了解原电池的工作原理。
2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。
3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。
4．能根据原电池原理进行简单计算。
5．熟悉常见的化学电源（一次电池、二次电池和燃料电池），能分析常见化学电池工作原理，了解废旧电池回收的意义。
【考点梳理】
考点一、原电池的概念
1．能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。
电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。
2．工作原理
设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。
电子从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属或碳棒），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
电极
电极材料
反应类型
电子流动方向
负极
还原性较强的金属
氧化反应
负极向外电路提供电子
正极
还原性较弱的金属
还原反应
正极从外电路得到电子
以下是锌铜原电池装置示意图：
3．原电池的组成条件
(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。
(2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路。
(3)导线将两电极连接，形成闭合回路。
（4）有能自发进行的氧化还原反应。
4．原电池的判断方法
（1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。
（2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。
5．原电池的正负极的判断方法
判断依据
负极
正极
电极材料
活泼性较强的金属
活泼性较弱的金属或能导电的非金属
电子流动方向
电子流出极
电子流入极
电解质溶液中离子定向移动方向
阴离子移向的负极
阳离子移向的正极
发生的反应
氧化反应
还原反应
反应现象
溶解的极
增重或有气泡放出的极
6．原电池中带电粒子的移动方向
在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线上流入正极；在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体情况见图：

考点二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性强弱
例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。
3．用于金属的防护
将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。
4．原电池的设计
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：
（1）首先将已知的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、负极材料及电解质溶液。
①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或其中溶解的物质反应。
②电解质溶液的选择
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应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，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+的电解质溶液中。
（3）按要求画出原电池装置图。
考点三、几种常见的电池
（一）电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。
（二）实用电池的特点
(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流；
(2)安全、耐用且便于携带，易于维护；
(3)能够适用于各种环境；
(4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；
(5)能量转换率高。
（三）几种常见的电池
1、一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。
碱性锌锰电池
构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH
负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2；
正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－
总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
2、二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)
总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；
阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
总反应方程式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)
说明：
a负极阴极 正极阳极
b
电池的正负极分别和电源的正负极相连
c各极的pH变化看各电极反应，电池的pH变化看电池总反应
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
3、燃料电池
电池
电极
反应
酸性电解质
碱性电解质
氢氧燃料电池
负极
2H2－4e－＝4H+
2H2+4OH－－4e－＝4H2O
正极
O2+4H++4e－＝2H2O
O2+2H2O+4e－＝4OH－
总反应
2H2+O2＝2H2O
2H2+O2＝2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+
CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O
正极
2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O
2O2+4H2O+8e－=8OH－
总反应
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
甲醇燃料电池
负极
2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+
2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－+12H2O
正极
3O2 +12H+ +12e－＝6H2O
3O2+6H2O+12e－=12OH－
总反应
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O
2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O
除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
（四）正确书写电极反应式
(1)列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。
(2)标明电子的得失。
(3)使质量守恒。
电极反应式书写时注意：
①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式；
②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式，且生成物为OH－；若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为H2O。
③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。
(4)正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。注意相加减时电子得失数目要相等。
【典型例题】
类型一：原电池原理
例1．（2019高考?天津卷）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（　　）
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
【思路点拨】阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，不允许SO42－穿过。
【答案】C
【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
A．Zn比Cu活泼，则Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，故A错误；
B．阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则两池中c(SO42－)不会改变，故B错误；
C．甲池中电极反应式为Zn-2e-→Zn2+，乙池中电极反应式为Cu2++2e-→Cu，Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中，由于Zn的摩尔质量比Cu大，则乙池溶液的总质量增加，故C正确；
D．由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，则阴离子并不能通过交换膜，故D错误；
故选C。
【总结升华】原电池工作时，活泼金属作负极， 在溶液中阴离子一般向负极移动，但本题例外，阴离子不能通过阳离子交换膜。
举一反三：
【变式1】用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为：Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A. ①② B.②③ C.②④ D.③④
【答案】C
【变式2】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pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
【答案】C
【解析】图甲是一个原电池装置，负极：Zn－2e－==Zn2+，正极(Cu)：2H++2e－==H2↑，形成的原电池能加快产生氢气的速率；图乙中，Zn直接与稀硫酸反应生成H2：Zn+2H+==Zn2++H2↑，甲、乙两烧杯中H2SO4均被消耗，溶液的pH均增大。

【变式3】右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e－＝4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
【答案】C
【解析】本题主要考查的是电化学知识。A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H2 -2e- + 2OH- = 2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料（H2）和氧化剂（O2）的再生；D项，在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。
例2．某同学根据离子反应方程式2Fe3++Fe==3Fe2+来设计原电池。下列设计方案中可行的是（ ）
A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液
B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液
D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
【答案】B
【解析】由离子反应方程式可知，设计的原电池中Fe为负极，不与电解质溶液反应的导体为正极，含Fe3+的溶液为电解质溶液，故B项可行。
举一反三：
【变式1】依据氧化还原反应：2Ag+ (aq)+Cu (s)==Cu2+ (aq)+2Ag (s)设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________；
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为________；X电极上发生的电极反应为________；
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
【答案】(1)Cu AgNO3溶液 (2)正 Ag++e－==Ag Cu－2e－==Cu2+ (3)X Ag
【解析】由氧化还原反应：2Ag+ (aq)+Cu (s)==Cu2+ (aq)+2Ag (s)可知，可以选用Cu (s)—Ag (s)—AgNO3 (aq)构成简易的原电池，因此上图中电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是AgNO3溶液，正极为Ag，正极上发生的反应为Ag++e－==Ag，负极为Cu，负极上发生的反应为Cu－2e－==Cu2+，在外电路电子由负极流向正极，即从X电极流向Ag电极。
类型二：金属活动性强弱比较
例3．X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活泼性顺序是( )
A．X＞Z＞W＞Y B．Z＞X＞Y＞W C．W＞X＞Y＞Z D．Y＞W＞Z＞X
【答案】A
【解析】在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子，发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子，发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向)。因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活泼性W＞Y。综上所述，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。
举一反三：
【变式1】根据下列实验事实：
(1) X+Y2+ = X2+ + Y
(2) Z + 2H2O（冷水）=Z(OH)2 + H2↑
(3)Z2+离子的氧化性比X2+弱
(4)由Y、W作电极组成的原电池负极反应为：Y—2e－=Y2+，
由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是
A．X > Y > Z > W B．Y > X > W > Z
C．Z > X > Y > W D．Z > Y > X > W
【答案】C
【解析】(1)X能将Y2+还原说明X的还原性强于Y。(2)Z能与冷水作用，说明Z一定为活泼性很强的金属。(3)Z2+氧化性比X2+弱说明Z的金属性强于X。(4)在原电池中Y做负极，故Y的活泼性强于W。
类型三：干电池
例4．Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。
（1）该电池的负极材料是　　　　。电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负极”）。
（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是　　　　。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。
a.NaOH b.Zn　　　　c.Fe d.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是　　　　。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为　　　　。
【答案】（1）Zn 正极
（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b
（3）2H++2e-=H2↑，87g
【解析】（1）负极发生氧化反应，Zn失电子，做负极。电子由负极经外电路流向正极。（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2+ 置换为单质而除去。（3）阴极上得电子，发生还原反应，H+得电子生成氢气。因为MnSO4～MnO2～2 e-，通过2mol电子产生1mol MnO2，质量为87g。
举一反三：

【变式1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn (s)+2MnO2 (s)+2H2O (1)==Zn(OH)2 (s)+2MnOOH (s)
下列说法错误的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2 (s)+2H2O (1)+2e－==2MnOOH (s)+2OH－ (aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g
【答案】C
【解析】该电池工作时，Zn应为负极，失去电子，故A正确。原电池正极发生得电子反应，即还原反应，故B正确。电子应由原电池的负极流出，通过外电路流向正极，故C错误。由于Zn失去2 mol电子时，自身消耗的质量为65 g，则失去0.2 mol电子，理论上消耗6.5 g，故D正确。
类型四：蓄电池
例5．一种充电电池放电时的电极反应为：　　H2+2OH--2e-=2H2O；　　　　 NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-　　当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是　　A. H2O的还原　　　　　　　 B. NiO(OH)的还原　　C. H2的氧化　　　　　　　 　D. NiO(OH) 2的氧化 【答案】D
【解析】由题中给出的电极反应可判断出做原电池时，H2是还原剂被氧化、NiO(OH)是氧化剂被还原，则充电时H2是还原产物、NiO(OH)是氧化产物，与正极相连的是阳极发生氧化反应，所以D选项正确。　　【总结升华】本题考查二次电池中的氧化还原问题。原电池放电时，先要分析氧化剂与还原剂，氧化剂被还原、还原剂被氧化；充电时（电解池），将原电池负极反应式反着写为还原过程，发生在阴极，原电池中的正极反应反着写为氧化过程，发生在阳极。举一反三：【变式1】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法中错误的是( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时Pb是负极，PbO2是正极
c．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－+SO42－==PbSO4
D．工作时电解质溶液的密度减小
【答案】A
【解析】铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+，而Pb2+又与溶液中的SO42－生成PbSO4沉淀；放电时消耗硫酸的量与充电时生成硫酸的量相等，说明H2SO4不用补充；工作时（即放电时），H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的越浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
【变式2】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 ：　　3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，下列叙述不正确的是　　　　　　 　　A．放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化　　B．充电时阳极反应为：2Fe(OH)3－6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O　　C．放电时负极反应为：3Zn－6e－ +6OH－= 3Zn(OH)2　　D．放电时正极附近溶液的碱性增强 【答案】A 【解析】A项中放电时正极应被还原，D项中放电时正极：2FeO42－+6e－+ 8H2O=2Fe(OH)3+ 10 OH－，故溶液的碱性增强。启示：分析问题要先定性后定量，注意关键字词。
【变式3】镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：
Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2 －e— + OH- == NiOOH + H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
【答案】A　　【解析】由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH溶液，所以阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O；Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd作负极，Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，Cd周围的c(OH－)下降，OH－向负极移动。
类型五：燃料电池

例6．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：
2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
【答案】D
【解析】该氢氧燃料电池的a极通入H2，故为负极，b极通入O2，为正极。这样电子通过外电路应由a极流向b极，故A选项错误；酸性电解质存在下，B选项中b极上的电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O ；C选项没有说明是标准状况下；D选项是正确的，H2在a极失电子变成H+，由固体酸电解质传递至b极。
举一反三：
【变式1】用二根铂丝作电极插入KOH溶液中，分别向两极通入甲烷和氧气，可作为一种燃料电池的模拟装置。试判断下列说法正确的是 ( )
A．通氧气的铂极为负极 B．此电池反应为CH4+2O2 = CO2+2H2O
C．此电池放电时，KOH浓度减小 D．此电池放电时，KOH浓度不变
【答案】C
【变式2】（2019 北京丰台一模）如图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图，下列说法不正确的是（　　）

A．该装置可将化学能转化为电能
B．溶液中H+由a极移向b极
C．电极b附近的pH降低
D．电极a附近发生的反应是：C6H6O﹣28e﹣+11H2O6CO2+28H+
【答案】C
【解析】A项，该装置没有外接电源，是原电池，是将化学能转化为电能装置，故A正确；B项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，根据电子流向知，a是负极、b是正极，所以溶液中H+由a极移向b极，故B正确；C项，b电极氧气得电子和氢离子反应生成水，导致溶液中氢离子浓度降低，溶液的pH升高，故C错误；D项，a电极上苯酚失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H6O﹣28e﹣+11H2O6CO2+28H+，故D正确。故选C。
【变式3】一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（ ）
A．CH3OH (g) —2e―+O2 (g)==H2O (l)+CO2 (g)+2H+(aq)
B．O2 (g)+4H+(aq)+4e―==2H2O (l)
C．CH3OH (g)+H2O (l) —6e―==CO2 (g)+6H+(aq)
D．O2 (g)+2H2O (l)+4e―==4OH―
【答案】C
【解析】甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故B、D错误；A项不是电极反应式。
类型六：其它电池

例7．某燃料电池所用的原料为H2和空气(含一定量的CO2)，电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+CO32－-2e－= H2O+CO2。下列说法中正确的是
A．正极反应为：4OH－＋4e－=2H2O+O2↑
B．电池放电时，电解质中CO32-的物质的量将减小
C．放电时，电解质中CO32－向负极移动
D．电池工作时，电子从正极经外电路流向负极
【答案】C　　【解析】A项中正极反应应为：O2+4e－+2 CO2＝2CO32－，B项中CO32-的物质的量应不变，D项中电池工作时，电子应从负极经外电路流向正极。　　【总结升华】要注意电解质为熔融的K2CO3而不是水溶液。
举一反三：
【变式1】熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如下图所示：

（1）电极b是该燃料电池的（填“正”或“负”）________极。
（2）若以氢气为燃料，则A是（填化学式） ，Y是（填化学式） ；
CO32－的移动方向是移向（填“电极a”或“电极b”） ；电极b的电极反应是 。
【答案】（1）正 （2）H2 CO2 电极a O2 +4e－+2CO2＝2CO32－
【变式2】2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4═Li1﹣xMn2O4+xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li+从b向a迁移
【答案】C
【解析】A、锂离子电池中，b电极为Li，放电时，Li失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以a为电池的正极，故A正确；
B、充电时，Li+在阴极得电子，Li1﹣xMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为
LiMn2O4=Li1﹣xMn2O4+xLi，故B正确；
C、放电时，a为正极，正极上LiMn2O4中Mn元素得电子，所以锂的化合价不变，故C错误；
D、放电时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中Li+从b向a迁移，故D正确；
故选C。
【巩固练习】
一、选择题：（每题只有1个选项符合题意）
1．下列反应不可用于设计成原电池的是（ ）
A．CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
B．2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O
C．Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑
D．4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3
2．下图中能组成原电池产生电流的是 ( )

3．（2019 新课标II）Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是（ ）
A.负极反应式为Mg-2e-=Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-=Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
4．把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b .> d D．b > d > c > a
5．100 mL浓度为2 mol／L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量6 mol／L的盐酸 B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的NaCl溶液
6．将等质量的两份锌粒a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量CuSO4溶液，下列各图为产生氢气体积V与时间t的关系，其中正确的是（ ）

7.将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH4+10OH――8e-=CO32－+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是：O2+2H2O+4e=4OH－，下列叙述不正确的是
A．通入CH4的电极为负极?
B．正极发生氧化反应?
C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动?
D．该电池使用一段时间后应补充KOH
8．（2019 福建漳州3月质检）一种微生物燃料电池的结构示意图如下所示，关于该电池的叙述正确的是（ ）
A．电池工作时，电子由a流向b
B．微生物所在电极区放电时发生还原反应
C．放电过程中，H+从正极区移向负极区
D．正极反应式为：MnO2+4H++2e－==Mn2++2H2O
9．镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：
Ni(OH)2 + M = NiOOH + MH
已知：6NiOOH + NH3 + H2O + OH－=6 Ni(OH)2 + NO2－
下列说法正确的是
NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－
充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移
充电过程中阴极的电极反应式：H2O + M + e－= MH + OH-，H2O中的H被M还原
NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液。
10．某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说法正确的是
A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应
B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e－=Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应
D．充电时，阳极反应为：Li++e-=Li
11．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：
Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH +Zn(OH)2。则下列对该电池的电极反应书写正确的是( )
A．负极反应为Zn－2e－==Zn2+
B．负极反应为Zn+2H2O－2e－==Zn(OH)2+H+
C．正极反应为2MnO2+2H++2e－==2MnOOH
D．正极反应为2MnO2+2H2O+2e－==2MnOOH+2OH－
12．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O==Fe(OH)2+2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是（ ）
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O2、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe+2OH－－2e－==Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH－－2e－==Ni2O3+3H2O
13．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3，下列说法不正确的是（ ）
A．正极反应为：O2+2H2O+4e－==4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
14．研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是（ ）
　　A．正极反应式：Ag＋Cl-－e-=AgCl
　　B．每生成1mol Na2Mn5O10转移2mol电子
　　C．Na+不断向“水”电池的负极移动
　　D．AgCl是还原产物
15．（2019河北正定模拟）镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的焦点。其中一种镁原电池的反应为：Mg+Mo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是（ ）
A．放电时Mg2+向正极迁移 B．充电时阳极反应为：Mo3S42x－－2xe－==Mo3S4
C．充电时Mo3S4发生氧化反应 D．放电时负极反应为：xMg－2xe－==xMg2+
16．（2019 新课标III）锌–空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH–+2H2O=2Zn(OH)。下列说法正确的是（ ）
A．充电时，电解质溶液中K+向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中逐渐减小
C．放电时，负极反应为：Zn+4OH–-2e–===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

17．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是（ ）
A．水既是氧化剂又是溶剂 B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH―向正极移动 D．总反应为：2Li+2H2O==2LiOH+H2↑
18．下列各项正确的是（ ）
电极反应式
出现环境
A
O2+2H2O+4e—=4OH—
碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应
B
4OH——4e—=O2↑+2H2O
弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀
C
2H++2e—=H2↑
用Cu作电极电解NaOH溶液的阴极反应
D
H2—2e—=2H+
用惰性电极电解H2SO4的阳极反应
二、填空题
19．已知原电池总反应式为：CH4+2O2==CO2+2H2O，分别写出在下列环境中该原电池的电极反应式。
(1)电解质溶液为KOH溶液
负极：____________；正极：____________。
(2)电解质溶液为稀硫酸
负极：____________；正极：____________。
【答案与解析】
一、选择题
1．A
【解析】要把一个反应设计成原电池，该反应必须是自发氧化还原反应。但是A的反应为非氧化还原反应，所以不能设计成原电池。
2． B
【解析】A、D两项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池。B项符合构成原电池的条件，且Zn能与H2SO4溶液反应，两电极发生的反应分别是Zn－2e－==Zn2+，2H++2e－==H2↑。C项中酒精不是电解质，且与Cu不能反应。
3．B
【解析】根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D项正确；故选B。
4．B
5．B
【解析】加入适量6 mol／L的盐酸，增大了溶液中c (H+)和n (H+)，反应速率加快，产生H2的量也增多，所以A不符合题意；加入适量蒸馏水或加入适量的NaCl溶液后，溶液中c (H+)降低，反应速率减慢；加入几滴CuCl2溶液，锌置换出少量铜，锌、铜在盐酸中构成原电池，加快了反应速率，但不影响产生H2的量，故B正确。
6．A
【解析】向a中加入少量的CuSO4溶液，则有Zn+Cu2+==Zn2++Cu，消耗一部分Zn而使产生的H2总量减少，但生成的Cu附于Zn表面上形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，因此曲线a的斜率大于曲线b的斜率。
7.B
8．D 因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm(H2O)。失电子生成CO2，所以电池工作时电子由b经外电路流向a极，A项错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B项错误；放电时阳离子向正极移动，C项错误；放电时正极发生还原反应，D项正确。
9．A
【解析】C错在H被M还原，在H2O + M + e－= MH + OH-中H的化合价没变。
10．B
【解析】A项，放电时，LiMn2O4发生还原反应； C项，充电时，应为Li2Mn2O4发生氧化反应；D项，充电时，应为阴极反应：Li++e-==Li 。注意：放电时负极被氧化，充电时阴极被还原。
11．D
【解析】由于所给电池的电解质溶液为氢氧化钾溶液，所以该电池为碱性电池。在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H+，因此立即排除B、C。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH－结合为Zn(OH)2，因此A错误。
12．C
【解析】由放电时的反应可以得出铁作还原剂失去电子，Ni2O3作氧化剂得到电子，因此选项A、B均正确；充电可以看做是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，因为电池放电时，负极反应为：Fe+2OH――2e―==Fe(OH)2，所以电池充电过程中阴极反应为Fe(OH)2+2e―==Fe+2OH―，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，选项C不正确；同理分析选项D正确。
13．B
【解析】此电池在工作时，电子由铝电极沿导线流向铂电极，电流方向是电子流动方向的反方向，即由铂电极沿导线流向铝电极。
14．B
【解析】由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物，即银做负极，产物AgCl是氧化产物，A、D都不正确；在原电池中阳离子在正极得电子发生还原反应，所以阳离子向电池的正极移动，C错误；化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是+18/5价，所以每生成1mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(4－18/5)×5＝2mol，因此选项B正确。
15．C
A项，放电时阳离子向正极移动，正确；B项，充电时阳极发生氧化反应，故Mo3S42x－失去电子生成Mo3S4，正确；C项，充电时Mo3S4是生成物，错误；D项，放电时负极发生氧化反应，Mg失去电子成为Mg2+，正确。
16．C
【解析】A项充电时阳离子向阴极移动，故A错误；B项放电时总反应为：2Zn+O2+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4,，则充电时生成氢氧化钾，溶液中的氢氧根离子浓度增大，故B错误；C项放电时，锌在负极失去电子，故C正确；D项标准状况下22.4L氧气的物质的量为1mol，对应转移4mol电子，故D错误。故选C。
17．C
【解析】C项是错误的，因为原电池放电时OH―是向负极移动的。这种电池名称叫锂水电池，可推测其总反应为：2Li+2H2O==2LiOH+H2↑。再写出其电极反应如下：
（―）2Li―2e―==2Li+
（+）2H2O+2e―==2OH―+H2↑
结合选项分析A、B、D项都是正确的。
18．C
二、填空题
19． (1)负极：CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e－==8OH－
(2)负极：CH4+2H2O－8e－==CO2+8H+ 正极：2O2+8H++8e－==4H2O
【解析】根据总反应式可知，甲烷在反应中被氧化，因此应在负极上反应；氧气在反应中被还原，应在正极上反应。然后根据电解质溶液的酸碱性可知，电解质溶液为碱性溶液时，在电极反应式中不能有H+参加或生成，也不能有酸性物质生成；电解质溶液为酸性溶液时，在电极反应式中不能有OH－参加或生成，也不能有碱性物质生成。最后，根据反应中转移电子数守恒、电荷守恒和元素守恒等原则，写出电极反应式并配平。

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