2019届一轮复习人教版原电池化学电源学案 34页

第1节　原电池 化学电源 考试说明 ‎1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。‎ ‎2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ 命题规律 本节内容是高考的常考点，其考查形式一般以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。‎ 考点1　原电池及其工作原理 ‎1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。‎ ‎2．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(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。‎ ‎(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。‎ ‎(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中。‎ ‎3．工作原理(以铜一锌原电池为例)‎ ‎(1)只有自发进行的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)盐桥的组成和作用 ‎①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。‎ ‎②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(1)CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。(×)‎ ‎(2)在原电池中，发生氧化反应的电极一定是负极。(√)‎ ‎(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(√)‎ ‎(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。(×)‎ ‎(5)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。(×)‎ ‎(6)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。(×)‎ 题组一 原电池的工作原理 ‎1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)‎ A．①④ B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦‎ 答案　D 解析　根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。‎ ‎2．如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上作了如下记录，其中合理的是(　　)‎ A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑤ D．②③⑥‎ 答案　D 解析　由图可知，该电池反应为：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，活泼金属Zn作负极，Cu作正极；外电路中电流由正极流向负极，①、④、⑤错误；Zn失去电子被氧化成Zn2＋，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的H＋在正极上得到电子，析出H2，②、③、⑥正确。‎ 题组二 原电池正负极的判断 ‎3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是 (　　)‎ A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)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 解析　(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。‎ ‎4．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形管)构成一个原电池(如图)。下列有关该原电池的叙述中正确的是(　　)‎ ‎①在外电路中，电子由铜电极流向银电极 ‎②正极反应：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．①②④ C．②③ D．①③④‎ 答案　B 解析　该原电池中铜作负极，银作正极，电子由铜电极流向银电极，①正确；该原电池中Ag＋在正极上得到电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②正确；实验过程中取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确。‎ 原电池正负极的判断方法 考点2　原电池原理的应用 ‎1．比较金属活泼性强弱 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。‎ ‎2．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加快。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。‎ ‎3．设计制作化学电源 ‎(1)必须是能自发进行的氧化还原反应。‎ ‎(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。‎ ‎(3)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(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则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CuZn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。‎ 实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：‎ ‎4．用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。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。‎ 对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。因此，原电池中负极的金属性不一定比正极活泼。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(1)电工操作中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，是因为铜、铝在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成断路。(√)‎ ‎(2)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者。(×)‎ ‎(3)生铁比纯铁更耐腐蚀。(×)‎ ‎(4)铁与HCl反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率加快。(√)‎ ‎(5)C＋H2O===CO＋H2可设计成原电池。(×)‎ ‎(6)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。(×)‎ 题组一 判断金属的活动性强弱 ‎1．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 解析　①A、B相连时，A为负极，金属活动性：A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明金属活动性B>E。由此可知，金属活动性：A>C>D>B>E，B项正确。‎ ‎2．根据下图可判断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　题图所示装置是原电池的构成装置，左图中Cd为负极，发生的是Cd置换出Co的反应，即Cd的金属活动性强于Co，B正确；右图中Co为负极，Co置换出Ag，说明Co的金属活动性强于Ag，D正确；综上可知，Cd的金属活动性强于Ag，所以Cd可以置换出Ag，C正确，A错误。‎ 题组二 改变化学反应速率 ‎3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是 (　　)‎ A．加入少量稀NaOH溶液 B．加入少量CH3COONa固体 C．加入少量NH4HSO4固体 D．加入少量CuSO4溶液 答案　D 解析　由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。加入NaOH溶液，消耗HCl，使c(H＋)减小，n(H＋)减小，速率减慢且H2量减少，故A错误；加入CH3COONa，c(H＋)减小，速率减慢，故B错误；加入NH4HSO4，c(H＋)增大，n(H＋)增大，速率加快，且H2量增多，故C错误；加入CuSO4，Zn可置换出Cu，形成原电池加快速率，n(H＋)不变，生成H2量不变，故D正确。‎ ‎4．选择合适的图像：‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，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，则图像是________。‎ 答案　(1)A　(2)B　(3)C 解析　(1)当加入少量CuSO4溶液，Zn可以置换Cu，构成原电池，速率加快，但由于部分Zn参与置换Cu的反应，H2的量减少，故选A。‎ ‎(2)Zn与CuSO4溶液反应置换Cu，Zn、Cu、H2SO4构成原电池，加快反应速率，但由于Zn足量，n(H＋)不变，H2的量不变，故选B。‎ ‎(3)加入CH3COONa，c(H＋)减少，但n(H＋)不变，故速率减慢，H2的量不变，故选C。‎ 题组三 设计原电池 ‎5．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　(3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小 解析　(1)设计原电池时，应选用活泼性不同的两种金属，电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。‎ ‎(2)由所给电极材料可知，当铜片作电极时，Cu一定是正极，则负极是活泼的金属失去电子发生氧化反应，反应现象是电极逐渐溶解。‎ ‎(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。‎ 设计制造原电池的过程 考点3　化学电源 ‎1．一次电池 ‎2．二次电池 铅蓄电池(电解质溶液为30%H2SO4溶液)‎ ‎(1)放电时的反应 负极反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4，‎ 正极反应：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，‎ 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。‎ 电解质溶液的pH增大(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)充电时的反应 阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO，‎ 阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，‎ 总反应：2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4。‎ ‎3．燃料电池——氢氧燃料电池 ‎(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。‎ ‎(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。‎ ‎(1)化学电源电极反应式的书写 书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有：‎ ‎①拆分法 a．写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。‎ b．把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：‎ 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ 负极：Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎②加减法 a．写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。‎ b．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)，‎ c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。‎ ‎(2)燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出电池总反应式。‎ 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＋H2O②‎ ‎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都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：‎ a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ b．碱性电解质溶液环境下电极反应式：‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ c．固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：‎ O2＋4e－===2O2－。‎ d．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电池的负极反应式。‎ 电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(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)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(×)‎ ‎(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。(√)‎ ‎(4)固体电解质(高温下能传导O2－)，甲醇燃料电池负极反应式：2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O。(√)‎ ‎(5)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。(×)‎ ‎(6)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下，甲烷燃料电池 正极电极反应式：3O2＋12e－＋6CO2===6CO。(√)‎ 题组一 一次电池 ‎1．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是(　　)‎ A．Zn为负极，发生氧化反应 B．电池工作时，电子由MnO2流向Zn C．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－‎ D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH 答案　B 解析　Zn是活泼金属，作该电池的负极，失去电子发生氧化反应，A正确；电池工作时，电子由负极流向正极，即电子由Zn流向MnO2，B错误；类似于锌锰干电池，MnO2在正极上得电子被还原生成MnOOH，则正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，D正确。‎ ‎2‎ ‎．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。‎ ‎(1)该电池的正极反应式为____________________，电池反应的离子方程式为____________________________。‎ ‎(2)两种锌锰电池的构造如图所示。‎ 与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH(或MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑)　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋‎ ‎(2)消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池不易发生电解质泄漏；碱性电池使用寿命较长，金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性高(答一条即可)‎ 解析　(1)反应物MnO2中Mn是＋4价，生成物MnOOH中Mn是＋3价，锰元素化合价降低，根据“正极是氧化剂得到电子生成还原产物”可写出：MnO2＋e－―→MnOOH，NH4Cl水解显“酸性”提供H＋，再依据电荷守恒和质量守恒，在左边补充“H＋”(或左边补充“NH”右边补充“NH3”)：MnO2＋H＋＋e－===MnOOH(或MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑)。根据“负极为还原剂失去电子生成氧化产物”可写出负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应式乘以2与负极反应式相加得到总反应式：2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋。‎ ‎(2)‎ 锌负极由外壳改装到电池内部，避免了因锌筒的腐蚀而发生电解质泄漏的问题；金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性高，锌由与酸性电解质接触改为与碱性电解质接触，防止电池不工作时锌直接被酸性介质氧化，延长了电池的使用寿命。‎ 题组二 二次电池——可充电电池 ‎3．我国科学家最近发明“可充电NaCO2电池”，示意图如图。该电池的工作原理为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)‎ A．放电时，Na＋由钠箔端向多壁碳纳米管端移动 B．放电时，正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C C．该电池不宜在高温下使用 D．放电时，电子由多壁碳纳米管经四甘醇二甲醚溶液流向钠箔 答案　D 解析　放电时为原电池，钠箔上Na失电子生成Na＋，故钠箔为负极，多壁碳纳米管为正极，原电池中阳离子向正极移动，即Na＋由钠箔端向多壁碳纳米管端移动，故A正确；放电时正极发生还原反应，二氧化碳得电子生成单质碳，电极反应式为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，故B正确；钠箔在高温下易熔化，所以温度不能过高，故C正确；放电时，电子由钠箔经负载流向多壁碳纳米管，故D错误。‎ 题组三 燃料电池 ‎4．直接供氨式固态氧化物燃料电池的结构如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．通入氧气的电极是正极，氧气发生氧化反应 B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ C．该燃料电池可直接将化学能全部转化为电能 D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O 答案　D 解析　通入O2的电极是正极，O2发生还原反应，A错误；该电池的电解质是固态氧化物，其中自由移动的阴离子是O2－，正极的电极反应式应为O2＋4e－===2O2－，B错误；该燃料电池的能量转化效率较高，但不能将化学能全部转化为电能，C错误；在负极NH3发生氧化反应生成N2和水，D正确。‎ ‎5．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．a电极发生还原反应 B．放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗28 g乙烯 C．b极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b 答案　B 解析　由题图可以看出a极通入乙烯，作负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B正确；电解质溶液显酸性，b极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，D错误。‎ 原电池中电极反应式的书写 ‎(1)书写一般步骤 ‎(2)复杂电极反应式的书写 ＝－ ‎1.[2017·全国卷Ⅲ]全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 答案　D 解析　原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2等，A正确；电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－=== Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D错误。‎ ‎2．[2016·全国卷Ⅱ]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↑‎ 答案　B 解析　MgAgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误。‎ ‎3．[2016·浙江高考]金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(　　)‎ A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B．比较Mg、Al、Zn三种金属－空气电池，Al空气电池的理论比能量最高 C．M空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n D．在Mg－空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 答案　C 解析　A项，采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于O2扩散至电极表面；B项，单位质量的Mg、Al、Zn反应，Al转移的电子数最多，故Al空气电池的理论比能量最高；C项，由于电池中间为阴离子交换膜，故Mn＋不能通过，则正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；D项，在Mg空气电池中，负极的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，为防止负极区沉积Mg(OH)2，可采用阳离子交换膜阻止OH－进入负极区。‎ ‎4．[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 答案　A 解析　负极发生氧化反应，生成CO2气体，A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正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C正确；电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O，D正确。‎ ‎5．[2015·江苏高考]一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 答案　D 解析　CH4中的C为－4价，反应后生成的CO中C为＋2 价，每消耗1 mol CH4转移6 mol e－，A错误；从装置图看，电池工作过程中没有OH－参与，B错误；该燃料电池中，电极B为正极，电极A为负极，电池工作时，CO移向负极，C错误；在电极B上O2得到电子与CO2反应转化为CO，D正确。‎ ‎6．[高考集萃](1)[2016·北京高考]Fe还原水体中NO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)[2016·天津高考]氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：______________________________________________。‎ ‎(3)[2015·广东高考]一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应。放电时负极Al的电极反应式为____________________________。‎ 答案　(1)①Fe　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O ‎(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O ‎(3)Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl 解析　(1)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO得电子变成NH。‎ ‎(2)碱性氢氧燃料电池的负极发生氧化反应，在碱性条件下氢气放电生成H2O。‎ ‎(3)放电时，负极发生氧化反应，且AlCl参加反应，其反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。‎ ‎　　时间：45分钟　　　满分：100分 一、选择题(每题8分，共72分)‎ ‎1．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　)‎ A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 答案　B 解析　氢燃料电池中，负极上H2放电，正极上O2放电，A、C、D中均不存在O2放电，故选B。‎ ‎2．按如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　)‎ A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B．装置甲、乙中的能量变化均为化学能转化为电能 C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转 D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋‎ 答案　B 解析　甲中发生的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，锌片表面产生气泡；乙中铜、锌接触放入稀硫酸中形成原电池，Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，铜片表面产生气泡，A正确。乙中化学能转化为电能，但甲中未形成原电池，无化学能与电能的转化，B错误。乙中锌、铜之间用导线连接电流计，形成原电池，Zn作负极，Cu作正极，导线中有电流产生，电流计指针发生偏转，C正确。乙中Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，D正确。‎ ‎3．如图所示是一个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　由图可知，b极(Li电极)为负极，a极为正极，放电时，Li＋从负极(b)向正极(a)迁移，A、D正确；该电池放电时，负极：xLi－xe－===xLi＋，正极：Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，a极Mn元素的化合价发生变化，C错误；由放电反应可得充电时的反应，B正确。‎ ‎4．工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图2‎ 装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是(　　)‎ A．图1为原电池装置，Cu电极上产生的是O2‎ B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋‎ C．由实验现象可知：金属活动性Cu>Cr D．两个装置中，电子均由Cr电极流向Cu电极 答案　B 解析　图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气；图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu－2e－===Cu2＋；由图1根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强；图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr。‎ ‎5．通过NO传感器可监测汽车排放的尾气中NO含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．O2－向正极移动 B．负极的电极反应式为NO－2e－＋O2－===NO2‎ C．O2的电极反应产物是H2O D．反应消耗的NO与O2的物质的量之比为1∶2‎ 答案　B 解析　根据工作原理图知，Pt电极上氧气得电子发生还原反应，作正极，NiO电极上NO失电子发生氧化反应，则NiO为负极；正极上电极反应式为O2＋4e－===2O2－，负极上电极反应式为NO－2e－＋O2－===NO2。由图可知O2－移向NiO电极，即向负极移动，故A错误；NiO电极上NO失电子和O2－反应生成二氧化氮，所以电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，故B正确；正极上电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故C错误；反应消耗的NO与O2的物质的量之比为2∶1，故D错误。‎ ‎6．据报道，以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为＋3价)和H2O2作原料的燃料电池，其负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．该电池的负极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O B．电池放电时Na＋从b极区移向a极区 C．每消耗3 mol H2O2，转移的电子为3 mol D．电极a采用MnO2作电极材料 答案　A 解析　电池总反应为BH＋4H2O2===BO＋6H2O，正极反应为H2O2＋2e－===2OH－，总反应减去正极反应即可得到负极反应，A正确；在电池中电极a为负极，电极b为正极，在电池放电过程中阳离子向正极移动，B错误；通过正极反应方程式可知，每消耗3 mol H2O2转移电子6 mol，C错误；电极a作负极，电极b作正极，正极用MnO2‎ 作电极，D错误。‎ ‎7．人工光合系统装置(如图)可实现以CO2和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该装置为原电池，且铜为正极 B．电池工作时，H＋向Cu电极移动 C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋‎ D．反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1 mol CO2转移4 mol e－‎ 答案　D 解析　该装置中，根据电子流向知，GaN是负极、Cu是正极，负极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2，正极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，电解质溶液中阳离子向正极移动，据此分析可知：铜为原电池正极，A正确；电池工作时，H＋向正极，即铜电极移动，B正确；负极表面发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋，C正确；反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1 mol CO2，生成2 mol O2，转移8 mol e－，D错误。‎ ‎8．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移 B．石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e－===NO C．电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5‎ D．当外电路通过4 mol e－，负极上共产生2 mol N2O5‎ 答案　C 解析　以NO2、O2和熔融KNO3制作的燃料电池，在使用过程中，O2通入石墨Ⅱ电极，则石墨Ⅱ电极为原电池的正极，石墨Ⅰ电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素化合价升高，故生成的氧化物Y为N2O5。放电时，NO向负极移动，即向石墨Ⅰ电极迁移，A错误；由装置图可知，O2和N2O5(Y)在石墨Ⅱ电极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，B错误；电池的负极反应式为4NO2＋4NO－4e－===4N2O5，故电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5，C正确；当外电路中通过4 mol e－时，负极上产生4 mol N2O5，D错误。‎ ‎9．某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是(　　)‎ A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－‎ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 答案　D 解析　正极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，A错误；负极上电极反应Ag－e－＋Cl－===AgCl，所以交换膜左侧负极上产生大量白色沉淀，B错误；用NaCl代替HCl，正、负极电极反应式都不变，故电池总反应也不变，C错误；当电路中转移0.01 mol e－时，左侧产生0.01 mol Ag＋，会消耗0.01 mol Cl－，同时H＋通过交换膜转移到右侧的为0.01 mol，故左侧共减少0.02 mol，D正确。‎ 二、非选择题(共28分)‎ ‎10．(12分)(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________(填字母，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 若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为__________________。‎ ‎(2)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：‎ 电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为______________________________________。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标况下的体积为________L。‎ 答案　(1)b　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎(2)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2‎ 解析　(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。原电池正极发生还原反应，由于是碱性介质，则电极反应中不应出现H＋，故正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ ‎(2)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为11.2 L。‎ ‎11．(16分)(1)以Al和NiOOH为电极，NaOH溶液为电解液，可以组成一种新型电池，放电时NiOOH转化为Ni(OH)2。‎ ‎①该电池的负极反应式为_________________________ _______________________________________________，‎ ‎②电池总反应的化学方程式为_________________________ _______________________________________________。‎ ‎(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。该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。‎ ‎①放电时负极反应为__________________________ ______________________________________________，‎ 正极反应为___________________________________________ _____________________________。‎ ‎②放电时电子由________极流向________极。‎ ‎③放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是______。‎ 答案　(1)①Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O ‎②Al＋3NiOOH＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋3Ni(OH)2‎ ‎(2)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ ‎2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－‎ ‎②负　正 ‎③1.806×1024‎ 解析　(1)①放电时Al失电子，生成的Al3＋与NaOH溶液反应生成AlO。②放电时，NiOOH转化为Ni(OH)2，故电池的总反应式为Al＋3NiOOH＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋3Ni(OH)2‎ ‎(2)放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极反应为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－。电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.806×1024。‎