2018届一轮复习人教版原电池化学电源学案(4) 24页

第23讲　原电池　化学电源 考纲要求 ‎1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。‎ ‎2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ 考点一　原电池及其工作原理 ‎1．概念 把化学能转化为电能的装置。‎ ‎2．工作原理(以铜锌原电池为例)‎ ‎(1)原理分析 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 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 ‎(2)两种装置比较 ‎①盐桥作用：a.连接内电路形成闭合回路。b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。‎ ‎②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低；装置Ⅱ中使Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定。‎ ‎3．构成条件 ‎(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。‎ ‎(2)二看两电极：一般是金属活动性不同的两电极。‎ ‎(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。‎ ‎4．三个移动方向 电子方向 从负极流出沿导线流入正极 电流方向 从正极沿导线流向负极 离子迁移方向 电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 　‎ ‎(1)只有氧化还原反应才能设计成原电池。‎ ‎(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。‎ ‎(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。‎ ‎(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。‎ ‎(5)原电池反应速率一定比直接发生的氧化还原反应快。‎ ‎1．(RJ必修2·P42“实践活动”改编)如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是 (　　)‎ A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2‎ B．水果电池的化学能转化为电能 C．此水果发电的原理是电磁感应 D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片 答案：　C ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　)‎ ‎(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(　　)‎ ‎(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(　　)‎ ‎(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(　　)‎ ‎(5)在“锌硫酸铜溶液铜”原电池中，锌为负极，发生还原反应(　　)‎ ‎(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(　　)‎ ‎(7)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(　　)‎ ‎(8)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×‎ ‎(7)×　(8)×‎ ‎3．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。‎ 答案：　②④⑥⑦‎ 考向一　原电池的工作原理 ‎1．(2016·福建龙岩期末)某些电子手表安装的纽扣电池由锌和氧化银、KOH溶液构成。放电时，电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列说法中正确的是(　　)‎ A．锌为正极，电极上发生了氧化反应 B．溶液中的OH－向正极移动，K＋和H＋向负极移动 C．放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 D．常温下，该电池总反应为非自发的氧化还原反应 解析：　Zn为负极，电极上发生氧化反应，A错误；原电池中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，B错误；由所给的电极反应式可知，负极消耗氢氧根离子，而正极上产生等量的氢氧根离子，所以氢氧根离子的浓度基本不变，则电解质溶液的酸碱性基本保持不变，C正确；任何原电池的反应必须是自发的氧化还原反应，所以该反应在常温下是自发的氧化还原反应，D错误。‎ 答案：　C ‎2．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　)‎ M N P A Zn Cu 稀H2SO4‎ B Cu Fe 稀HCl C Ag Zn AgNO3溶液 D Zn Fe Fe(NO3)3溶液 解析：　在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项正确。‎ 答案：　C ‎3．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)‎ A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ 答案：　B 原电池正、负极判断方法 说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。 ‎ 考向二　盐桥原电池 ‎4．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　)‎ A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低 B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高 C．当杠杆为导体时，A端低B端高 D．当杠杆为导体时，A端高B端低 解析：　当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极Fe－2e－===Fe2＋，正极Cu2＋＋2e－===Cu，铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A低B高。‎ 答案：　C ‎5．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)‎ A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 解析：　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。‎ 答案：　D 当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。 ‎ 考点二　原电池原理的“四个应用”‎ 应用一　加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4，反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。 ‎ ‎1．把适合题意的图象填在横线上(用A、B、C、D表示)‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t (min)的关系是____________。‎ ‎(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是____________。‎ ‎(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图象是____________。‎ 解析：　加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。‎ 答案：　(1)A　(2)B　(3)C 应用二　设计原电池 ‎(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。‎ ‎(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。‎ ‎(3)设计实例(将反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计成原电池)‎ ‎2．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极 ‎________________________________________________________________________，‎ 正极 ‎________________________________________________________________________，‎ 并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。‎ 答案：　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ ‎3．某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：‎ ‎(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。‎ ‎(2)发生氧化反应的电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。‎ ‎(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。‎ 解析：　(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，变成负极。‎ 答案：　(1)如右图：‎ ‎(2)2I－－2e－===I2　(3)无　(4)负 原电池装置图4个常见出错点 ‎(1)不注明电极材料名称或元素符号。‎ ‎(2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。‎ ‎(3)误把盐桥画成导线。‎ ‎(4)不能连成闭合回路。 ‎ 应用三　比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。‎ ‎4．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是 (　　)‎ A．A>B>C>D>E　　 B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 答案：　B 比较金属活泼性的“3”种方法 ‎(1)根据原电池：一般情况下，负极大于正极。‎ ‎(2)根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。‎ ‎(3)根据金属活动性顺序表。 ‎ 应用四　金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极，而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。‎ ‎5．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________。‎ 解析：　铁被保护，可以是做原电池的正极，或者电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处。Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。‎ 答案：　N　牺牲阳极的阴极保护法 考点三　化学电源 ‎1．一次电池(碱性锌锰干电池)‎ 碱性锌锰干电池的工作原理如图：‎ 负极(Zn)，电极反应式：‎ Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ 正极(MnO2)，电极反应式：‎ ‎2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－‎ 总反应：‎ Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH ‎2．二次电池(以铅蓄电池为例)‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4‎ ‎②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ‎③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO ‎②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ‎③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4‎ ‎3．燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。‎ 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－=== 4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－=== 4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－=== 2H2O O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎1．(RJ选修4·P84,3改编)镍镉(NiCd)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．放电时负极附近溶液的碱性不变 B．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 C．放电时正极反应：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－‎ D．放电时Cd在正极上放电 答案：　C ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)燃料电池中通入燃料的一极为负极 (　　)‎ ‎(2)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O(　　)‎ ‎(3)原电池中的电解液一定参与反应 (　　)‎ ‎(4)碱性锌锰电池属于二次电池(　　)‎ ‎(5)二次电池充电时，电池负极接电源的正极 (　　)‎ ‎(6)氢氧燃料电池分为酸性和碱性两种，其总反应是相同的(　　)‎ ‎(7)甲烷燃料电池在碱性条件下也能得到CO2气体(　　)‎ ‎(8)新型化学电源是将化学能转化为电能的装置(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√‎ ‎(7)×　(8)√‎ ‎3．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？‎ 答案：　可充电电池充电时的电极接法为：‎ 考向一　燃料电池电极反应式的书写 ‎1．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：‎ ‎(1)酸性条件 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①‎ 燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②‎ 负极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)碱性条件 燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①‎ 燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②‎ 负极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)‎ 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①‎ 燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②‎ 负极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①‎ 正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO②‎ 电池负极反应式： 　。‎ 解析：　(1)酸性条件：①－②×2即得负极反应式。‎ ‎(2)碱性条件：①－②×2即得负极反应式。‎ ‎(3)①－②×2得负极反应式。‎ ‎(4)①－②×2得负极反应式。‎ 答案：　(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋‎ ‎(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ‎(3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O ‎(4)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O ‎“3步”突破燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出电池的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。‎ 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH4＋2O2===CO2＋2H2O①‎ CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②‎ ‎①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。‎ 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：‎ ‎(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O；‎ ‎(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－；‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：‎ O2＋4e－===2O2－；‎ ‎(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：‎ O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。 因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 ‎ 考向二　可充电电池 ‎2．(2016·全国卷Ⅲ，11)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c(OH－)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2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)‎ 解析：　A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大；C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。‎ 答案：　C ‎3．(2016·河北邯郸期末)已知：锂离子电池的总反应为：LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2‎ 锂硫电池的总反应为：2Li＋SLi2S 有关上述两种电池说法正确的是(　　)‎ A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．如下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 解析：　锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋向正极移动，A错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和S，应为充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程，D错误。‎ 答案：　B ‎(1)电极的连接方法。‎ ‎(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。 ‎ 考向三　新型化学电池 ‎4．(2016·全国卷Ⅱ，11)MgAgCl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↑‎ 解析：　MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。‎ 答案：　B ‎5．(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)‎ A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 解析：　负极发生氧化反应，生成CO2气体，A项错误；微生物电池中的化学反应速率较快，即微生物促进了反应中电子的转移，B项正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O，D项正确。‎ 答案：　A ‎6．(2016·惠州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如图，下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，空气极为负极 B．放电时，电池反应为：4Li＋O2===2Li2O C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物 D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液 解析：　A．放电时，Li极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中有沉淀生成，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确，所以选D。‎ 答案：　D ‎“加减法”书写新型化学电源电极反应式 若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。‎ 示例：‎ ‎(1)总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。‎ ‎(2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。‎ 如Li－e－===Li＋(负极)。‎ ‎(3)利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。 ‎ ‎[海南高考题]新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。‎ ‎ ‎ ‎[高考还可以这样考]‎ ‎(1)通入甲烷的一极作原电池的________极(填“正”或“负”，下同)，通入O2的一极作原电池的________极。‎ ‎(2)该甲烷燃料电池中，负极反应式为____________________，正极反应式为______________________。‎ ‎(3)电池工作时，燃料电池中OH－向哪一极移动？________。K＋向哪一极移动？________。‎ ‎(4)甲烷燃料电池工作时，若某一电极上消耗11.2 L(标准状况下)的CH4气体，线路中转移电子的个数是多少？________。‎ ‎(5)若将甲烷燃料电池的电解质溶液由KOH溶液改为稀硫酸，试分别写出其正、负极的电极反应式。________。‎ ‎(6)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b极得到的气体是什么？________。‎ 答案：　(1)负　正 ‎(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　2O2＋4H2O＋8e－===8OH－‎ ‎(3)OH－向负极移动　K＋向正极移动 ‎(4)4NA ‎(5)负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋‎ 正极：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O ‎(6)H2‎ ‎[课堂随笔]　　‎ ‎　课时训练　原电池　化学电源 ‎1．下列过程属于化学能转化为电能的是(　　)‎ A．行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)‎ B．手机电池放电 C．汽车发电机中汽油燃烧 D．氢氧化钠与盐酸反应 解析：　A选项，动能转化为电能，错误；B选项，化学能转化为电能，正确；C选项，化学能转化为动能，错误；D选项，化学能转化为热能，错误。‎ 答案：　B ‎2．下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)‎ A．氢氧燃料电池　　　 B．锌锰电池 C．镍镉电池 D．铅蓄电池 答案：　A ‎3.‎ 根据右图，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)‎ 解析：　从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活动性关系为：Cd>Co>Ag，则氧化性关系为：Cd2＋Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如下图。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是 (　　)‎ A．甲烧杯的溶液中发生还原反应 B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋‎ C．外电路的电流方向是从b到a D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯 解析：　氧化性：Cr2O>Fe3＋，所以该原电池反应中，Fe2＋是还原剂，Cr2O是氧化剂，即甲为原电池的负极，发生氧化反应，负极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，乙为原电池的正极，发生还原反应，正极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，A、B均错误；外电流的电流是由正极流向负极，即由b流向a，C正确；电池工作时，盐桥中的阴离子移向负极，即SO移向甲烧杯，D错误。‎ 答案：　C ‎11．(2016·吉林长春六校联考)将反应IO＋5I－＋6H＋3I2＋3H2O设计成如下图所示的原电池。开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流计指针发生偏转，一段时间后，电流计指针回到零，再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液，电流计指针再次发生偏转。下列判断不正确的是 (　　)‎ A．开始加入少量浓硫酸时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．开始加入少量浓硫酸时，同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，只有乙烧杯中溶液变蓝 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．两次电流计指针偏转方向相反 解析：　开始加入少量浓硫酸时，由氧化还原反应可知，反应正向进行，KI是还原剂，KIO3‎ 是氧化剂，故甲为正极区，甲中石墨作正极，正极得电子发生还原反应，电极反应式为2IO＋10e－＋12H＋===I2＋6H2O，乙为负极区，乙中石墨作负极，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为10I－－10e－===5I2，两烧杯中均有I2生成，在甲、乙两烧杯中都加入淀粉溶液，两烧杯中的溶液均变蓝，A正确，B错误；电流计读数为零时，表明反应达到化学平衡状态，C正确；由氧化还原反应方程式可知，电流计指针读数为零，反应达到平衡状态，此时再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液，则消耗了H＋，原氧化还原反应的平衡逆向移动，电流计指针的偏转方向相反，D正确。‎ 答案：　B ‎12．(2016·河北衡水中学调研)近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－‎ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 解析：　A项，放电时，为原电池，Li作负极，Cu作正极，阳离子(Li＋)向正极移动，即向Cu极移动，正确；B项，放电时，Li作负极，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为Li－e－===Li＋，错误；C项，由化学方程式可知，铜电极上并非是氧气直接放电，正极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，因此通入空气的目的是让氧气与铜反应生成Cu2O，正确；由C项分析知，铜先与氧气反应生成Cu2O，放电时Cu2O又转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，D项正确。‎ 答案：　B ‎13．(2016·河北沧州质检)某小组同学在实验室中组装如图所示装置，a为铁片，b为石墨。请回答下列问题：‎ ‎(1)从能量转化的角度看，该装置是将________(填能量转化的形式)，‎ 符合该装置的化学反应类型一定是________反应。‎ ‎(2)若容器内盛有H2SO4溶液，则b极的电极反应式是________，b极附近观察到的现象是________；导线中电子流动的方向是________(用“a→b”或“b→a”表示)。‎ ‎(3)若容器内盛有NaCl溶液，则a为________极(填电极名称)；b极的电极反应式是______________________。溶液中的阳离子向________极方向移动(填“a”或“b”)。‎ 解析：　(1)该装置无外加电源，所以是原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置。构成原电池的条件为有活性不同的两个电极、电解质溶液、形成闭合回路和自发性的氧化还原反应。‎ ‎(2)在H2SO4为电解质的条件下，Fe为负极，失去电子，发生氧化反应；石墨为正极，得到电子，发生还原反应。‎ ‎(3)若容器内盛有NaCl溶液，则发生的是Fe的吸氧腐蚀，Fe为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；b极为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根据异性电荷相互吸引可知，溶液中的阳离子向b极移动。‎ 答案：　(1)化学能转化为电能　氧化还原 ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　有无色气体生成 　a→b ‎(3)负　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　b ‎14．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。‎ 装置 现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 根据实验现象回答下列问题：‎ ‎(1)装置甲中负极的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)装置乙中正极的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)装置丙中溶液的pH ‎________________________________________________________________________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性A>B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性B>C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性D>A，随着H＋的消耗，pH变大。‎ 答案：　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu ‎(3)变大　(4)D>A>B>C ‎15．能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。‎ 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。‎ ‎①完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注。‎ 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。‎ ‎②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是__________，其原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　①‎ ‎②电极逐渐溶解变细 ‎③甲　Zn和Cu2＋不直接接触，避免两种物质直接发生反应，从而避免了化学能转化为热能，提高电池效率