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2011届高考化学总复习课件系列


第十一章 电化学基础
学案33 原电池 化学电源

高考大纲

1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池总反应式?

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理?

考向预测 1.原电池的工作原理及电极反应式的书写? 2.了解常用化学电源的构造及新型电源的工作原理,尤其是可 充电电池的

充放电过程? 3.根据所给自发进行的反应设计原电池,并能绘制装置图?

轻松学教材

一?原电池 原电池及其工作原理 (1)原电池是把化学能转变为电能的装置? (2)构成原电池的条件:电极材料由两种金属活动性不同的金 属或由金属和其他导电的材料组成;两电极必须浸在适当的 电解质溶液中;两电极之间用导线连接,形成闭合电路? (3)在原电池中,还原性较强的物质作为负极,向外电路提供电 子,发生氧化反应;氧化性较强的物质作为正极,从外电路得到 电子,发生还原反应?

二?原电池的电极判断及电极反应式的书写;原电池中电子的 流向及溶液中离子的移动方向

(1)如图所示的原电池,在氧化还原反应的过程中,在外电路 (H2SO4溶液以外),电子(负电荷)由锌片经导线(包括电流表和 其他用电器)流向铜片?由电性作用原理可知,在内电路(电解 质溶液中),阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子(带负电荷)向 负极移动,这样就形成了电荷连续定向移动?

(2)原电池正负极的判断方法 负极总是失去电子,化合价升高,发生氧化反应,正极总是得到 电子,化合价降低,发生还原反应? 电子流出的一极是负极,电子流入的一极是正极? 一般活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金 属为正极? (3)如图所示的原电池中,正极为Cu,发生的电极反应为

2H++2e-===H2↑;负极为Zn,发生的电极反应为Zn-2e===Zn2+?

三?化学电源 1.一次电池(不能充电,不能反复使用) 普通锌锰干电池,用锌片做负极,位于中央的顶盖有铜帽的碳 棒做正极,在石墨周围填充ZnCl2?NH4Cl和淀粉糊做电解质, 还填有MnO2黑色粉末?电极反应为:

负极 : Zn ? 2e? ===Zn 2? 正极 : 2NH? ? 2MnO2 ? 2e? ===2NH3 ? ?Mn 2O3 ? H 2O 4

电池总反应式
? 为 : Zn ? 2MnO 2 ? 2NH 4 ===Zn 2? ? 2NH 3 ? ? Mn 2 O3 ? H 2 O

碱性锌锰电池的负极是 Zn , 正极是MnO 2 ,电解质是 KOH,电极反应式为 : 负极 : Zn ? 2OH ? ? 2e ? ===Zn ? OH ? 2 正极 : 2MnO 2 ? 2H 2 O ? 2e ? ===2MnOOH ? 2OH ? 电池总反应式为 : Zn ? 2MnO 2 ? 2H 2 O===2MnOOH ? Zn ? OH ?2

2.二次电池(可充电,可多次重复使用) 铅蓄电池可放电亦可充电,具有双重功能,它的正极材料是 PbO2,负极材料是Pb,放电时的电极反应式为:

负极 : Pb ? SO 2? ? 2e ? ??? PbSO 4 4
2 正极 : PbO2 ? SO 4? ? 4H ? ? 2e ? ??? PbSO 4 ? 2H 2O

总反应 : Pb ? PbO 2 ? 2H 2SO 4 ??? 2PbSO 4 ? 2H 2 O

3.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换成 电能的化学电池?氢氧燃料电池以氢气为燃料,氧气为氧化剂, 铂做电极,若以KOH溶液为电解质,电极反应式为: 负极:2H2+4OH--4e-===4H2O 正极:O2+2H2O+4e-===4OH-

总反应式:2H2+O2===2H2O

体验热身

1.(2010·山东枣庄)将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸 溶液中,下列叙述中正确的是( ) A.该装置能形成原电池,其中铝是负极 B.该装置能形成原电池,其中铜是负极 C.该装置不能形成原电池 D.以上说法均不正确 答案:B 解析:铝在浓硝酸中钝化,铜失电子做负极?

2.(2009·盐城模拟)最近,科学家研制出一种纸质电池,这种 “软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌, 在另一边附着二氧化锰?电池总反应 为:Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH?下列说法不正确的 是( )

A.该电池Zn为负极,MnO2为正极 B.该电池的正极反应为: MnO2+e-+H2O===MnOOH+OHC.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流 向Zn D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片 答案:C

解析:原电池反应中Zn失电子?MnO2得电子,因此该电池负极 为Zn,正极为MnO2?由电池总反应式减去负极反应式Zn-2e+2OH-===ZnO+H2O即得正极反应式MnO2+e+H2O===MnOOH+OH-?电子只能由Zn经外电路流向MnO2, 而不能通过内电路?

3.下图所示的装置能够组成原电池产生电流的是(

)

答案:B

解析:依据构成原电池的三个条件分析?A中两电极相同;C中

没有连通构成闭合回路;D中酒精是非电解质;只有B符合条件
?

4.有关电化学知识的描述正确的是(

)

A.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 B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中 的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液 C.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,若能组成原电池,必是铁做负极?铜做正极
D.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原 电池 答案:D

解析:A项,CaO+H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应,不能设 计成原电池?B项中会发生反 应:KCl+AgNO3===AgCl↓+KNO3,生成的AgCl会使盐桥的导 电性减弱,所以不能使用KCl,可换成KNO3,选项B错误?选项C 中由于铁遇到浓硝酸会发生钝化,而铜可与之发生反 应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,Cu失去电子

被氧化,做原电池的负极,所以选项C错误?D正确?

5.铅蓄电池是化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液 为稀硫酸?工作时该电池总反应式为 Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O?根据上述情况判断: 增大 (1)工作时,电解质溶液的pH________(填“增大”“减小” 或“不变”)?

负 (2)工作时,电解质溶液中阴离子移向________极? 正 负 (3)电流方向从________极流向________极? (4)写出负极的电极反应式:_______
2 Pb ? SO4? ? 2e? ??? PbSO4

?

解析:蓄电池工作(放电)时,起原电池作用,题中各小题概括叙 述了蓄电池放电时所涉及的各个方面,分析如下:根据原电池 原理,负极发生氧化反应,所以Pb为负极;正极发生还原反应, 元素化合价降低,从总反应式可知,PbO2是氧化剂,即正极反应
2 为PbO 2 ? 2e? ? 4H ? ? SO 4 ? ??? PbSO 4 ? 2H 2O; 从正极

反应或电池的总反应可知H 2SO 4参加了反应, H ? 转变成 H 2O, 所以pH增大; 原电池工作时溶液中阴离子移向负极, 阳离子移向正极;电流方向与电子移动方向相反, 从正极 沿导线流向负极?负极Pb失

2 电子后生成Pb 2? , 与SO 4 ?可生成难溶物PbSO 4?故负极反 2 应式为 : Pb ? SO 4 ? ? 2e ? ??? PbSO 4?

重点探究

一?原电池工作原理 1.原理图示

2.原电池的判断方法 (1)先分析有无外接电源,有外接电源的为电解池,无外接电源 的可能为原电池,然后依据原电池的形成条件分析判断,主要 是“四看”:看电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料 电池的电极一般为惰性电极);看溶液——两极插入溶液中;看 回路——形成闭合回路或两极直接接触;看本质——有无氧

化还原反应发生?
(2)多池相连,但无外接电源时,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?

【例1】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.产生气泡的速度甲比乙慢 解析:甲中锌?铜在稀硫酸中构成原电池,锌为负极?铜为正 极,铜片上有氢气逸出?乙中锌?铜在稀硫酸中没有构成闭

合电路,实际上是锌与稀硫酸反应,而铜不反应?但两装置
中均消耗H+,pH增大?甲中产生气泡要比乙中快? 答案:C

【方法归纳】 本题抓住构成原电池的三个条件及反应实质? 构成原电池可加快负极金属的腐蚀?

类比迁移

1.生产铅蓄电池时,在两极板上的铜?锑合金棚架上均匀涂上 膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是:

? ? ?? PbO 2 ? Pb ? 2H 2SO 4 ? ? ? ? 2PbSO 4 ? 2H 2 O ? 充电
下列对铅蓄电池的说法错误的是 ? A.需要定期补充硫酸 B.工作时铅是负极, PbO 2是正极
2 C.工作时负极上发生的反应是Pb ? 2e ? ? SO 4 ? ???

放电

?

PbSO 4 D.工作时电解质的密度减小

答案:A

解析:铅蓄电池是二次电池,当充电时可生成H2SO4,故不需要

定期补充硫酸?

重点探究

二?原电池原理的应用 1.比较不同金属的活动性强弱 根据原电池原理可知,在原电池反应过程中,一般活动性强的 金属做负极,而活动性弱的金属(或碳棒)做正极? 若有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中, 一段时间后,若观察到A极溶解,而B极上有气体放出,则说明

在原电池工作过程中,A被氧化成阳离子而失去电子做负极,B
做正极,则可以断定金属A的金属活动性比B的强?

2.加快化学反应速率 由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生, 因而反应速率加快? 如Zn与稀H2SO4反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4 溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应进行?

3.设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的三个条件?具体方法是: (1)首先将已知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(负极就是失电子的物质,正极用比负极活泼性 差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液?

①电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质?因此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 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选择与 电极材料相同的阳离子?如在铜?锌?硫酸构成的原电池中,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+的溶液中?

②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反应,容易失去电子,因此负极一般是 活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2? CH4等)?

(3)按要求画出原电池装置图? 如根据以下两反应设计的原电池:

【例2】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: Cu AgNO3 (1)电极X的材料是__________,电解质溶液Y是__________;

正 (2)银电极为电池的__________极,发生的电极反应为

Ag ? ? e ? ??? Ag __________

,X电极上发生的电

Cu ? 2e? ===Cu 2? ; 极反应为__________
铜 银 (3)外电路中的电子是从__________电极流向__________

电极?

解析:首先根据氧化还原反应拆成两个半反应,再根据原电池 的设计图示结合工作原理进行分析? 本题出现了盐桥装置,因此试题较为新颖?由题给反应可知以 下信息:
材料 电极反应

负极

Cu

Cu-2e-===Cu2+

正极

Ag

Ag++e-===Ag

则X为Cu,Y为AgNO3,本题顺利解出?

【方法归纳】 将总的方程式拆成两个半反应,再根据失去电 子的物质是负极材料,另一者为正极材料,问题便迎刃而解?

难点探究

原电池正负极的判断与电极反应式的书写 1.正负极的判断 在书写原电池的电极反应式时,首先应正确判断原电池的两 个电极哪一个是正极,哪一个是负极?常用的判断方法有:

(1)根据电子流动方向判断?在原电池中,电子流出的一极是负 极;电子流入的一极是正极? (2)根据两极材料判断?一般活泼性较强金属为负极,活泼性较 弱的金属或能导电的非金属为正极? (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断?阳 离子向正极移动,阴离子向负极移动?

(4)根据原电池两极发生的变化来判断?负极总是失去电子,发 生氧化反应;正极总是得到电子,发生还原反应? (5)根据现象判断?溶解的一极为负极,质量增加或放出气体的 一极为正极?

2.电极反应式的书写 书写电极反应式时,按照负极发生氧化反应,正极发生还原反 应,首先正确判断出电极反应产物,然后结合反应物及转移电 子数量写出反应式,再结合质量守恒?电荷守恒配平各电极反 应式?两电极反应式相加则得总反应式? (1)根据两个电极反应式,写出总反应式?使两个电极反应式得

失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式?
(2)根据总反应式写电极反应式一般分四个步骤:①列物质,标 得失;②选离子,配电荷;③配个数,巧用水;④两式加,验总式?

【例3】(2008·广东高考)科学家近年来研制出一种新型细 菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化成氢气,氢气进入以磷酸 为电解质的燃料电池发电?电池负极反应为( A.H2+2OH-===2H2O+2eB.O2+4H++4e-===2H2O C.H2===2H++2e)

D.O2+2H2O+4e-===4OH答案:C

解析:本题考查原电池的知识?由题意可知在磷酸为电解质的 燃料电池中,负极电极反应式为H2-2e-===2H+,正极反应式为 O2+4e-+4H+===2H2O?

【方法归纳】 复杂原电池电极反应式的书写方法 正?负电极反应式相加即得电池反应总方程式?反之,若能写 出已知电池反应的方程式,即可减去较易写出的电极反应式, 从而得到较难写的电极反应式?

如在Mg ? Al ? NaOH溶液原电池中, 总反应式 : 2Al ?
? 2OH ? ? 2H 2O ??? 2AlO 2 ? 3H 2 ?

负极反应式 : 2Al ? 8OH ? ? 6e ? ??? 2AlO ? ? 4H 2 O 2
则正极反应式就可用总反应式减去负极反应式即得 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-?

实验探究

有关原电池的实验
3 3 已知反应AsO4 ? ? 2I ? ? 2H ? ? AsO 3? ? I 2 ? H 2O是

可逆反应, 现设计下图所示装置进行下述操作 : ① 向B烧杯中逐滴加入浓盐酸, 发现电流表指针偏转; ②若改向B烧杯中滴加40%的NaOH溶液, 发现电 流表中指针向①中所述相反方向偏转?

试回答下列问题: (1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转,并且指针偏转方 向相反_________________________________? 答案:(1)因为该装置符合形成原电池的条件,形成原电池,导线 上有电流产生,故指针发生偏转?又因为该反应是可逆反应,操

作①使反应朝正反应方向进行,操作②使反应朝逆反应方向进
行,故指针偏转方向不同

负 (2)操作①过程中C1为__________极,电极反应式为 2I--2e-===I2 ________________________________________? 负 (3)操作②过程中C2为__________极,电极反应式为
3 AsO3? ? 2OH ? ? 2e? ??? AsO4? ? H 2O 3

________________________________?

走出误区

●对原电池和电解池不能作出正确的判断导致对实验现象分 析错误和电极反应式书写错误?同学们应掌握如下规律:若整 套装置无外接电源,则电路图中必有一个装置是原电池,由原 电池提供的电能供其他装置电解;若整套装置中有外接电源, 那可能是串联电解或并联电解?

●离子移动方向易出错,错误原因是没有根据电流的方向推 断电解质溶液中离子的移动方向?一般带负电荷的微粒移向 电源的负极,带正电荷的微粒移向电源的正极? ●易忽略氢氧燃料电池的电解质?如果该电池电解质溶液为 酸性,H+参与正极的电极反应,如果该电池电解质溶液为碱 性,OH-参与负极的电极反应?

备用选题

1.下列各装置中,在铜电极上不能产生气泡的是(

)

答案:B

解析:装置A和C中无外接电源,符合构成原电池的条件,是原 电池装置,电池的总反应式均为Zn+2H+===Zn2++H2↑,铜做正 极,放出H2?装置B是电解装置,铜做阳极,失去电子逐渐溶解, 无气体生成,起始时阴极Ag上有H2逸出?装置D也是电解装置, 铜做阴极,溶液中H+得到电子在阴极逸出H2,起始时的电解总 反应式可表示为: 2Ag ? 2H ?电解2Ag ? ? H 2 ? ?

2.(2009·盐城一调)某研究性学习小组进行电化学实验,研究 装置如图所示?有关说法不正确的是( )

A.镁为负极 B.原电池中碳极的电极反应式为:Fe3++e-===Fe2+ C.电解池中阳极处先变红 D.电解池中阴极的电极反应式为:2H++2e-===H2↑ 答案:C

解析:整套电路中无外接电源,因此有一装置是原电池装置,右 池两个电极都是惰性电极,不符合原电池的构成条件,可知左 池为原电池装置,右池为电解池装置?左池中活泼金属镁做负 极,由于电解液中Fe3+的氧化性强于H+,因此正极上Fe3+先发 生还原反应生成Fe2+(在酸性条件不能生成Fe),选项A和B均 正确?电解池中阳极I-先放电生成I2,因此阳极处先观察到溶液

呈蓝色,阴极上H+放电,破坏了水的电离平衡,使溶液显碱性,阴
极处溶液先变红?

3.(2009·江苏单科)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构 示意图如图所示?关于该电池的叙述正确的是( )

A.该电池能够在高温下工作 B.电池的负极反应为 : C6 H12O 6 ? 6H 2O ? 24e ? ??? 6CO2 ? ?24H ? C.放电过程中, H ?从正极区向负极区迁移 D.在电池反应中, 每消耗1 mol氧气, 理认上能生成标准 22.4 状况下CO 2 气体 L 6

答案:B

解析:该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,根 据总反应方程式可书写出电极反应方程式,负极为 C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+,正极为6O2+24e+24H+===12H2O,从电极反应方程式易知H+应从负极区移向 正极区,从总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗1 mol O2 ?

4.(2009·广东单科)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通 常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电 极为正极?下列说法正确的是( O2+2H2O+4e-===4OHB.以NaCl溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e)

A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:

===Al(OH)3↓

C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH 保持不变 D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极 答案:A

解析 : B项,以NaOH为电解液时, 不应生成Al (OH )3 沉淀, 而应生成AlO ??C项,电解液的pH应减小?D项,电子通过 2 外电路从负极流向正极?

5.(2009·海南单科)Li-SOCl2电池可用于心脏起博器?该电池 的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2?电池的总 反应可表示为:4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2

请回答下列问题: 锂 (1)电池的负极材料为________,发生的电极反应为 Li-e-===Li+ __________;

(2)电池正极发生的电极反应为 2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2 __________________________________________; (3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有 Na2SO3和NaCl生成?如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象
出现白雾,有刺激性气体生成 是__________________________,反应的化学方程式为

SOCl2+H2O===2HCl↑+SO2↑ ____________________________________;

(4)组装该电池必须在无水?无氧的条件下进行,原因是 ______________? 答案:锂是活泼金属,易与H2O?O2反应;SOCl2也可与水反



解析:(1)(2)电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应?(3)由 NaOH与SOCl2反应的产物为Na2SO3?NaCl可知,SOCl2与水 反应生成H2SO3和HCl?(4)由于电池材料易与水?O2反应?

高效作业

一?选择题 1.(2009·浙江理综)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池 称为“锂离子电池”?它的负极材料是金属锂和碳的复合材 料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材 料?这种锂离子电池的电池反应式为:
放电 ? ? ? ? 2Li 0.85 NiO 2 Li ? 2Li 0.35 NiO 2 ? ? ? ? 充电

下列说法不正确的是(

)

A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-===Li+ B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C.该电池不能用水溶液作为电解质 D.放电过程中Li+向负极移动 答案:D

解析:A项,放电时Li为负极,发生氧化反应;B项,充电时 Li0.85NiO2既是氧化剂,又是还原剂;C项,用水作电解质时,Li要 与水反应;D项,放电时,正极为富电子极,吸引阳离子Li+?

2.(2009 ? 福建理综)控制适合的条件, 将反应2Fe 3? ? 2I ? 不正确的是 ? ? 2Fe2? ? I 2设计成如下图所示的原电池?下列判断

?

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 答案:D

解析 :由反应2Fe3? ? 2I ? ? 2Fe2? ? I 2可知, 反应开始时甲中Fe 3?

发生还原反应,乙中I-发生氧化反应;电流表读数为零,说明单 位时间内由甲流向乙的电子数与由乙流向甲的电子数相等,

生成Fe3+的物质的量与消耗的Fe3+相等,则反应达到了平衡状
态,此时在甲中溶入FeCl2固体,则平衡向逆反应方向移动,乙 中I2发生还原反应,则乙中石墨电极为正极;故选D?

3.(2009·上海单科)右图装置中,U型管内为红墨水,a?b试管 内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时 间?下列有关描述错误的是( )

A.生铁块中的碳是原电池的正极 B.红墨水柱两边的液面变为左低右高

C.两试管中相同的电极反应式是: Fe-2e-===Fe2+ D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀 答案:B

解析:Fe与C及电解质溶液形成原电池,Fe是负极:Fe-2e===Fe2+,C是正极;在a中发生吸氧腐蚀,a中压强减小,b中发生 析氢腐蚀,b中压强增大,红墨水柱液面是左高右低?故选B?

4.(2009·南通一调)碱性锌锰电池工作时的总方程式 为:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2?关于碱性锌锰 电池的说法正确的是( ) A.碱性锌锰电池是二次电池 B.正极反应式为:MnO2+H2O+e-===MnOOH+OHC.连续工作后的碱性锌锰电池中电解液的pH将减小

D.工作中,每转移0.2 mol电子时,负极质量减少6.5 g
答案:B

解析:碱性锌锰电池是一次电池,使用完毕后不能进行充电,A 错?从总反应方程式可知,反应中消耗了水,溶液中OH-浓度增 大,pH将增大,C错?该电池负极反应式为Zn-2e-+2OH===Zn(OH)2,可知负极的质量增加,D错?

5.早在1807年化学家戴维就用电解熔融氢氧化钠制得了

钠, 4NaOH(熔融)电解4Na ? O 2 ? ?2H 2O; 后来盖? 吕萨克 用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠, 反应原理为 : 3Fe ? 4NaOH1 100℃Fe 3O 4 ? 2H 2 ? ?4Na ? ? 下列有关说法正确的是 ?

?

A.电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为:2OH--2e===H2↑+O2↑ B.盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移 的电子总数也相同 D.目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如图),电解槽中石

墨为阳极,铁为阴极

答案:D

解析:电解熔融NaOH时,阳极OH-放电生成O2和H2O,A错?钠 的还原性强于铁,B错?C项中制得4 mol钠,转移电子数分别为 4 mol?8 mol,C错?

6.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl-?Br-?Na+?Mg2+)的 装置如图所示(a?b为石墨电极)?下列说法正确的是( )

A.电池工作时,正极反应式为:O2+2H2O+4e-===4OHB.电解时,a电极周围首先放电的是Br-而不是Cl-,说明当其他 条件相同时前者的还原性强于后者 C.电解时,电子流动路径是:负极→外电路→阴极→溶液→阳 极→正极 D.b为负极,当电池中消耗0.02 g H2时,b极周围会产生0.02 g

H2
答案:B

解析:电池工作时,通入O2的极为电源的正极,发生还原反应, 由于该电池为酸性介质,因此正确的电极反应式为 O2+4H++4e-===2H2O,A错?在原电池中两极只能称正?负极, 电解池中两极只能称阴?阳极,和电池负极(通入H2的一极)相 连的b极为阴极,不能称为负极,D错,但选项D中b极周围产生 H2的质量是正确的?选项B中,a作阳极,现阳极材料为惰性电

极,因此溶液中还原性强的Br-先放电,B正确?选项C中要注意
到无论在原电池中还是在电解池溶液中均无电子通过,溶液 中依靠离子的定向移动构成回路,C错?

7.(2009·广东汕头)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关注焦点?其中一种镁原电池的反应为
? ? ?? xMg ? Mo 3S 4 ? ? ? ? Mg x Mo 3S 4 ; 在镁原电池放电时, 充电 下列说法错误的是 ? A.Mg 2?向正极迁移
2x B.正极反应为 : Mo 3S 4 ? 2xe ? ??? Mo 3S 4 ? 放电

?

C.Mo 3S 4发生氧化反应 D.负极反应为 : xMg ? 2xe ? ===xMg 2?

答案:C

2x 解析 : 正极反应为Mo 3S 4 ? 2xe ? ??? Mo 3S 4 ? , 发生还原反应,

负极反应为xMg ? 2xe ? ??? xMg 2? , 负极产生的Mg 2? 移向 正极参加反应, C选项错误?

8.(2010·南京市金陵中学高三学情分析试题)某氢氧燃料电 池的电解质溶液为KOH溶液,下列有关该电池的叙述正确的 是( ) A.正极反应式为:O2+2H2O+4e-===4OHB.电池工作时,OH-向正极移动 C.工作一段时间后,电解质溶液的pH变大

D.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24 L Cl2(标准状况)时,有
0.1 mol e-转移 答案:A

解析:电池工作时,OH-应向负极移动,B选项错误;氢氧燃料电 池总的反应为2H2+O2===2H2O,n(OH-)不变而溶液体积增 大,pH应变小,C选项错误;CuCl2电解的总的方程式

为 : CuCl 2电解Cu ? Cl 2 ?, 每生成0.1 mol Cl 2有0.2 mol e ? 转移, D选项错误?

9.固体氧化物燃料电池是由美国某公司研制开发的?它以固 体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧 离子(O2-)在其间通过?该电池的工作原理如图所示,其中多孔 电极a?b均不参与电极反应?下列判断正确的是( )

A.有O2放电的a极为电池的负极 B.有H2放电的b极为电池的正极 C.a极对应的电极反应为:O2+2H2O+4e-===4OHD.该电池的总反应方程式为:2H2+O2===2H2O 答案:D

解析:本题以完全陌生的燃料电池,考查学生对原电池知识点 的掌握程度?无论什么电池,其本质都是自发的氧化还原反应 ?所以先整体把握,可知总反应相当于H2氧化成水;再逐层推理: 正极a处应为O2得到电子被还原,生成O2-,负极b处应为H2失 电子被氧化?

10.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上产生大量气泡?则 四种金属的活动性顺序由强到弱的是( A.a>b>c>d B.a>c>d>b )

C.c>a>b>d
D.b>d>c>a 答案:B

解析:由原电池原理可知,作为负极的金属其活动性比正极金 属的活动性强?电子流动方向是由负极流向正极,电流方向与 电子流动方向刚好相反,因此可依次作出以下判断:①a>b;② c>d;③a>c;④d>b?综上得出结论:金属活动性顺序为 a>c>d>b?

11.电瓶车所用电池一般为铅蓄电池,这是一种典型的可充电 电池,电池总反应式为:
2 ? ? ?? Pb ? PbO2 ? 4H ? ? 2SO4? ? ? ? ? 2PbSO4 ? 2H 2O 充电 放电

则下列说法正确的是 ?

?

A.放电时,负极板上发生了还原反应
2 B.放电时, 正极反应是Pb ? 2e ? ? SO 4? ??? PbSO 4

C.充电时, 铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连 D.充电时,阳极反应是PbSO4 ? 2e ? ? 2H 2O ??? PbO 2 ?
2 SO4 ? ? 4H ?

答案:D

解析:铅蓄电池在放电时,负极为Pb,失去电子发生氧化反应, 正极为PbO2,得到电子发生还原反应,故A?B错误?铅蓄电池 在充电时,是电解池的装置,与充电器电源正极相连的叫阳极, 阳极失去的电子转移到充电器电源的正极,故C错误,D正确? 故正确答案为D?

12.(2009·北京—黄冈高考六模)LiFePO4新型锂离子动力电 池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠?已知该电池 放电时的电极反应式为:正极FePO4+Li++e-===LiFePO4,负 极Li-e-===Li+?下列说法中正确的是( )

A.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极 相连 B.充电时电池反应为FePO4+Li===LiFePO4 C.可加入硫酸以提高电解质的导电性 D.放电时电池内部Li+向负极移动 答案:A

解析:充电时电池反应为LiFePO4===FePO4+Li;若加入硫酸, 则硫酸与Li单质发生反应;放电时电池内部Li+向正极移动?

二?非选择题 13.(2008·江苏四市联考)请仔细观察两种电池的构造示意 图,回答下列问题:

(1)碱性锌锰电池的总反应 式:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2,则负极的电极

Zn ? 2OH ? ? 2e? ??? Zn(OH)2 反应式:________________________?

(2)碱性锌锰电池比普通锌锰电池(干电池)性能好,放电电流大 ?试从影响反应速率的因素分析其原因是 碱性锌锰电池用锌粉代替了原锌锰电池的锌壳,增大了反应 _______________________________________________

物的接触面积,加快了反应速率,故放电电流大 ______________________________________________?

(3)某工厂回收废旧锌锰电池,其工艺流程如下:

已知:生成氢氧化物的pH如下表:

物质 开始沉淀pH 完全沉淀pH

Fe(OH)3 2.7 3.7

Fe(OH)2 7.6 9.6

Zn(OH)2 5.7 8.0

Mn(OH)2 8.3 9.8

①经测定,“锰粉”中除含少量铁盐和亚铁盐外,主要成分应
MnOOH?炭粉 是MnO2?Zn(OH)2?______________________?

②第一次加入H2O2后,调节pH=8.0?目的是 除去Zn(OH)2和Fe(OH)3 __________________________?
制备皓矾?回收金属锌等 ③试列举滤液4的应用实例:______________________?

解析:左图为酸性锌锰电池,右图为碱性锌锰电池,其中碱性锌 锰电池用锌粉代替了锌壳,增大了接触面积,反应快,电流大? 根据几种沉淀物沉淀时和完全沉淀时的pH来回收相应的氢 氧化物?

14.(2009·浙江宁波)科学家预言,燃料电池将是21世纪获得 电能的重要途径?近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电 极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过?其 工作原理的示意图如下:

请回答下列问题: 负 (1)Pt(a)电极是电池的________极,电极反应式为 还原 CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+ ____________________________;Pt(b)电极发生______ 反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为 O2+4H++4e-===2H2O ____________________?

2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O (2)电池的总反应方程式为__________________________? (3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子,则消耗的
1 CH3OH有________mol? 3

解析:Pt(a)原料为CH3OH和水,产物为CO2?H+和水,根据C化 合价由-2价升到+4价,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)原料为 O2?H+,产物为H2O,O化合价由0价降低为-2价,发生还原反应, 为正极?

15.(2009·山东理综)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶 液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液? Zn(或锌) (1)该电池的负极材料是________?电池工作时,电子流向 正极 ________(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 锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 ______________________________________________? b 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 2H++2e-===H2↑ MnSO4溶液?阴极的电极反应式是___________________? 若电解电路中通过2 mol 电子,MnO2的理论产量为

87 ________g?

解析:(1)原电池的负极是发生氧化反应的一 极:Zn===Zn2++2e-;电池工作时,电子是从负极流向正极? (2)Zn与Cu2+发生氧化还原反应,生成的Cu附着在Zn的表面 构成铜锌原电池,加快反应速率,从而加快Zn的腐蚀? (3)电解池的阴极是发生还原反应的一极:2H++2e-===H2↑;每 生成1 mol MnO2需转移2 mol 电子,故每通过2 mol电子,理 论上生成1 mol MnO2,质量为87 g?

16.(2009·天津)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型 发电装置?下图为电池示意图,该电池电极表面镀有一层细小 的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定?请回答:

由化学能转化为电能 (1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________________, 由a到b 在导线中电子流动方向为____________________(用a?b表

示)?

(2)负极反应式为
2H 2 ? 4OH ? ? 4e ? ??? 4H 2O或H 2 ? 2OH ? ? 2e ? ??? 2H 2O ______________________________________________?

(3)电极表面镀铂粉的原因为 增大电极单位面积吸附H2?O2分子数,加快电极反应速率 _______________________________________________ ?

(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提 供电能?因此,大量安全储氢是关键技术之一?金属锂是一种 重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下:

Ⅰ2Li ? H 2 ? 2LiH . Ⅱ.LiH ? H 2O ??? LiOH ? H 2 ?

Li ①反应Ⅰ中的还原剂是________,反应Ⅱ中的氧化剂是 H2O ________________? ②已知LiH固体密度为0.82 g/cm3,用锂吸收224 L(标准状 况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为

1/1 148或8.71×10-4 ______________________?

③由②生成的LiH与H2O作用,放出的H2用作电池燃料,若能量 转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为

32 ________mol?

解析:(1)电池即是把化学能转变为电能的装置;在电池中电子 是从负极经导线流向正极,而氢氧燃料电池中通入H2的一极 是负极,故电子由a流动到b?(2)H2在负极失电子,因为电解质 溶液是KOH溶液,故负极反应式为2H2+4OH--4e-===4H2O?(3) 电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2?O2的分子数, 从而增大反应速率? (4)LiH中Li为+1价,H为-1价,故反应Ⅰ中

还原剂是Li,反应Ⅱ中氧化剂是H2O?由反应Ⅰ可知吸收标准
状况下224 L H2时生成160 g LiH,则生成的LiH

17.(2009·江苏如皋)金属镁在目前的汽车?航天?航空?机械 制造?军事等产业中得到迅猛发展? (1)目前市场上某些品牌笔记本电脑的外壳一改以往的有机合 成材料,而使用镁铝合金?钛铝合金等材料?镁铝合金材料在 电脑上代替有机合成材料的目的是__________? A.降低成本 B.增强美观 C.利于散热 D.增加强度 E.增加运

算速度
答案:BCD

(2)某学校研究性学习小组欲以镁条?铝片为电极,以稀NaOH 溶液为电解质溶液设计原电池? ①给你一个电流表,请你画出该原电池的示意图,并标出正负 极? 答案:如图所示

②一段时间后,铝片发生的电极反应式是__________;镁条表 面只有极少量的气泡产生,其原因是:2H2O+2e-===H2↑+2OH-, 则镁电极发生的主要反应的电极反应式为 ________________________?
答案: ? 4OH ? ??? AlO ? ? 2H 2O ? 3e? (或Al ? 4OH ? ??? 2Al 2 ? Al ? OH ?? ? ? 3e? ) 4? ? O 2 ? 2H 2O ? 4e? ??? 4OH ?

解析:(1)铝合金材料比有机合成材料在价格上高,所以A错;实 际上铝合金材料在电脑外壳上的使用是从“增加强度”和 “增强美观”的角度考虑的,当然铝合金作为电脑的外壳材 料散热效果要比有机合成材料好得多;铝合金材料的应用与 电脑的运算速度没有关系? (2)铝能够与NaOH溶液反应,所以作为原电池的负极,而镁则

作为正极?


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