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2022高考化学一轮复习教案：第6章 第3讲 原电池和常见化学电源
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这是一份2022高考化学一轮复习教案：第6章 第3讲 原电池和常见化学电源，共17页。
第3课时 必备知识——原电池和常见化学电源
知识清单
[重要概念]①原电池；②一次电池；③二次电池；④燃料电池
[基本规律]①原电池的构成条件；②原电池的工作原理；③原电池工作原理的应用
知识点1 原电池的构成及工作原理
1．原电池的概念
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是发生了氧化还原反应。
2．原电池的形成条件
形成
条件
具体分析
反应
能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两个电极
闭合
回路
形成闭合回路的两个条件：①电解质溶液(或熔融电解质)；②两电极直接或间接接触，并插入电解质溶液(或熔融电解质)中
3.原电池的工作原理
以锌铜原电池为例进行分析，图Ⅰ是单液原电池装置，图Ⅱ是双液原电池装置。
(1)反应原理
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片沿导线流向Cu片
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
(1)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。(2)无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(2)盐桥的组成和作用
原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；②通过离子的定向移动，构成闭合回路；③平衡电极区的电荷。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)
(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(×)
(4)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(×)
(5)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(×)
(6)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)
[通关2] (人教选修4·P73，2题改编)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
D [a极为负极，电子由负极(锌片)流出，D项错误。]
[通关3] (2021·安徽合肥检测)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(SO)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
C [由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，A项错误；由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，B项错误；在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，D项错误。]
[通关4] (深度思考)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↑
B [②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。]
知识点2 原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在锌粉与稀H2SO4反应制取H2时，加入少量CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快。
2．比较金属的活动性强弱
原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。例如，用导线将金属A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，据此推知金属活动性：A>(填“＞”或“＜”)B。
3．用于金属的防护
被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，要保护钢铁水闸，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极而受到保护。
4．设计制作原电池装置
例如，根据反应Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计原电池：
Ⅰ(不含盐桥) Ⅱ(含盐桥)
[通关1] (2021·安徽芜湖检测)将两份过量的锌粉a、b分别加入一定量的稀硫酸，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)的关系正确的是( )
B [加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。]
[通关2] (人教选修4·P73，4题改编)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极质量减少；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顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
C [把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。]
[通关3] (新教材链接)(人教选择性必修1·P100，2题改编)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是( )
选项
正极(金属/电解质溶液)
负极(金属/电解质溶液)
A
Zn/ZnSO4溶液
Fe/稀H2SO4溶液
B
Fe/FeCl2溶液
Zn/ZnSO4溶液
C
Zn/稀H2SO4溶液
Fe/FeCl2溶液
D
Fe/ZnSO4溶液
Zn/FeCl2溶液
B [原电池中，负极金属的活动性一般强于正极金属，Zn比Fe活泼，形成原电池时Zn作负极，A、C项均错误；使用盐桥，形成双液原电池时，为得到稳定电流，正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D项错误，B项正确。]
[通关4] (深度思考)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为___________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：_____________________________________________________。
负极反应式：_____________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：
________________________________________________________________________。
解析 方案Ⅰ：铁与酸反应产生气泡，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而铜与酸不反应。
方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。
在负极：Fe失去电子变为Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋；在正极，溶液中的H＋获得电子变为H2，2H＋＋2e－===H2↑。
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。
将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)
答案 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：装置如图所示
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
知识点3 常见化学电源
1．一次电池(只使用一次，不能重复使用)
碱性
锌锰
电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：碳棒
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
锌银
电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：Ag2O
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
2.二次电池(放电后充电复原继续使用)
(1)铅蓄电池的构造
(2)工作原理
铅蓄电池是最常见的二次电池，电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
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燃料电池中通入O2(或空气)的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。②书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。
[通关1](人教选修4·P78，1题改编)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
D [由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A项正确；Ag2O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B项正确；在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D项错误。]
[通关2] (新教材链接)(人教选择性必修1·P100，3题改编)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的说法中不正确的是( )
A．Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．MnO2作正极，发生还原反应
C．电池工作时，电流由MnO2经外电路流向Zn
D．电池工作时，KOH没有发挥作用
D [Zn作负极，被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A项正确；MnO2作正极，被还原生成MnO(OH)，B项正确；电池工作时，电流由正极流向负极，则电流由MnO2经外电路流向Zn，C项正确；电池工作时，KOH未参与电池总反应，但起到导电作用，D项错误。]
[通关3] (2021·湖北武汉检测)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
C [在氢氧燃料电池中，氢气在负极失电子，生成氢离子，则a极为负极，电子由a极流向b极，A项正确；a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋，B项正确；在氢氧燃料电池中，电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，则电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，C项错误；1 mol H2消耗0.5 mol O2，1 mol CH4消耗2 mol O2，所以若将H2改为等物质的量CH4，O2的用量增多，D项正确。]
[通关4] (2020·山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
B [由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。]
[通关5] (深度思考)(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
D [ 根据反应原理可知，Zn为负极，电解质溶液1显碱性，放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，C的化合价由＋4降为＋2，转移的电子数为2 mol，B项正确；充电时，阴极反应为2Zn(OH)＋4e－===2Zn＋8OH－，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中OH－浓度降低，D项错误。]
训练(二十九) 原电池和常见化学电源
1．(2021·河南平顶山质检)下图是盐桥中吸附有饱和KCl溶液的原电池示意图。下列说法错误的是( )
A．该原电池的负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B．电子流向：Cu棒→盐桥→Pt棒→电流表→Cu棒
C．甲烧杯中的c(NO)逐渐减小
D．盐桥中的K＋移向甲烧杯
B [Cu比Pt活泼，则Cu作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，A项正确；电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液，故电子流向为Cu棒→电流表→Pt棒，B项错误；Pt电极是正极，电极反应式为NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O，反应消耗NO，则甲烧杯中c(NO)逐渐减小，C项正确；盐桥中阳离子向正极移动，则K＋移向甲烧杯，D项正确。]
2．(2021·重庆南川中学检测)有关下列四个常用电化学装置的叙述中正确的是( )
Ⅰ.碱性锌锰电池
Ⅱ.铅蓄电池
Ⅲ.铜锌原电池
Ⅳ.银锌电池
A．Ⅰ所示电池工作中，MnO2的作用是催化剂
B．Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．Ⅲ所示电池工作过程中，盐桥中K＋移向硫酸锌溶液
D．Ⅳ所示电池放电过程中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
D [碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂，A项错误；铅蓄电池放电时电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4浓度减小，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，故盐桥中K＋移向硫酸铜溶液，C项错误；该原电池中，正极上氧化银得电子生成银，所以Ag2O作氧化剂，D项正确。]
3．(2021·广东广州六区联考)某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是( )
A．Zn为负极，发生还原反应
B．石墨电极上发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C．电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极
D．盐桥中K＋向ZnCl2溶液移动，Cl－向FeCl3溶液移动
B [由电池总反应可知，Zn发生氧化反应生成ZnCl2，则Zn为负极，A项错误；石墨电极是正极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，电极反应式为Fe3＋＋e—===Fe2＋，B项正确；原电池中电子由负极流出经导线流向正极，则电子流动方向为锌电极→电流表→石墨电极，C项错误；电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故盐桥中K＋向FeCl3溶液移动，Cl－向ZnCl2溶液移动，D项错误。]
4．(2021·山东青岛期初调研)我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．N为该电池的负极
B．该电池可以在高温下使用
C．一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小
D．M的电极反应式为C6H5OH＋28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋
C [由图中信息可知，N电极上Cr2O被还原生成Cr(OH)3，则N电极是正极，A项错误；该电池内部有微生物参与，不能在高温下使用，B项错误；左室产生H＋由阳离子交换膜进入中间室，右室产生OH－由阴离子交换膜进入中间室，H＋＋OH－===H2O，中间室中NaCl溶液的浓度减小，C项正确；M极是负极，发生氧化反应生成CO2，电极反应式应为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，D项错误。]
5．(2020·天津卷)熔融钠硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以NaβAl2O3为隔膜的二次电池
C [A对，四硫化二钠属于离子化合物，其中硫达到8电子稳定结构，其电子式为；B对， 根据总反应可知，S在正极发生反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx；C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中NaβAl2O3是隔膜，防止钠与硫直接反应。]
6．(2021·天津滨海联考)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。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．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
C [甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，A项错误；乙烧杯中发生还原反应，得到电子，B项错误； a极为负极，b极为正极，外电路的电流由b→a，C项正确； SO向负极移动，即移向甲烧杯，D项错误。]
7．(2021·广东深圳质检)John B． Goodenough是锂离子电池正极材料钴酸锂的发明人。某种钴酸锂电池的电解质为LiPF6, 放电过程反应式为xLi＋Li1—xCoO2===LiCoO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，电子由R极流出，经电解质流向Q极
B．放电时，正极反应式为xLi＋＋Li1—xCoO2＋xe－===LiCoO2
C．充电时，Q极与外加电源的负极相连
D．充电时，R极电极反应为Li＋－e－===Li
B [放电时，Li/石墨是负极，则电子由R极流出经负载流向Q极，不能进入电解质，A项错误；放电时，LiCoO2是正极，发生还原反应，电极反应式为xLi＋＋Li1—xCoO2＋xe－===LiCoO2，B项正确；充电时，Q极是阳极，与外加电源的正极相连，C项错误；充电时，R极是阴极，Li＋得电子发生还原反应，电极反应式为Li＋＋e－===Li，D项错误。]
8．(2021·河南南阳一中检测)如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
锌
稀盐酸
C
锌
铁
硝酸铁溶液
D
银
锌
硝酸银溶液
D [据“电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细”判断，M棒作正极，N棒作负极，且金属的活泼性：N>M，电解质溶液应为不活泼金属盐溶液，只有D项符合题意。]
9．(2020·全国卷Ⅰ，27题节选)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
阳离子
u∞×108/
(m2·s－1·V－1)
阴离子
u∞×108/
(m2·s－1·V－1)
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为________________________，铁电极的电极反应式为________________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于__________，还原性小于________。
解析 (1)盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，两烧杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SO，Ca2＋与SO生成微溶于水的CaSO4，Fe2＋、Fe3＋均与HCO反应，酸性条件下NO与Fe2＋发生反应，故盐桥中不能含有Ca2＋、HCO和NO。盐桥中阴、阳离子的电迁移率(u∞)应尽可能相近，根据表中数据可知K＋与Cl－的电迁移率较接近且与两端电解质溶液均不发生反应，故盐桥中应选择KCl为电解质。(2)电子由铁电极经外电路流向石墨电极，则石墨电极为正极，发生还原反应，为达到电荷平衡，盐桥中的K＋进入石墨电极附近的溶液中。(3)铁电极上发生氧化反应Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极上未见Fe析出，说明仅发生还原反应2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，铁电极附近溶液中Fe2＋的物质的量浓度增加0.02 mol·L－1，则石墨电极溶液中Fe2＋的物质的量浓度增加0.04 mol·L－1，因此石墨电极溶液中最终得到Fe2＋的物质的量浓度为0.05 mol·L－1＋0.04 mol·L－1＝0.09 mol·L－1。(4)根据(2)、(3)的实验结果易知石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，证明Fe2＋的氧化性小于Fe3＋；铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，证明Fe2＋的还原性小于Fe。
答案 (1)KCl (2)石墨 (3)0.09 mol·L－1
(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
第3课时 必备知识——原电池和常见化学电源
知识清单
[重要概念]①原电池；②一次电池；③二次电池；④燃料电池
[基本规律]①原电池的构成条件；②原电池的工作原理；③原电池工作原理的应用
知识点1 原电池的构成及工作原理
1．原电池的概念
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是发生了氧化还原反应。
2．原电池的形成条件
形成
条件
具体分析
反应
能自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极
一般是活泼性不同的两个电极
闭合
回路
形成闭合回路的两个条件：①电解质溶液(或熔融电解质)；②两电极直接或间接接触，并插入电解质溶液(或熔融电解质)中
3.原电池的工作原理
以锌铜原电池为例进行分析，图Ⅰ是单液原电池装置，图Ⅱ是双液原电池装置。
(1)反应原理
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片沿导线流向Cu片
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
(1)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。(2)无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(2)盐桥的组成和作用
原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；②通过离子的定向移动，构成闭合回路；③平衡电极区的电荷。
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)
(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(×)
(4)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(×)
(5)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(×)
(6)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)
[通关2] (人教选修4·P73，2题改编)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是( )
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流
D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
D [a极为负极，电子由负极(锌片)流出，D项错误。]
[通关3] (2021·安徽合肥检测)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(SO)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
C [由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，A项错误；由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，B项错误；在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，D项错误。]
[通关4] (深度思考)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↑
B [②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。]
知识点2 原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在锌粉与稀H2SO4反应制取H2时，加入少量CuSO4溶液，置换出的Cu能与Zn形成原电池，使产生H2的反应速率加快。
2．比较金属的活动性强弱
原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。例如，用导线将金属A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，据此推知金属活动性：A>(填“＞”或“＜”)B。
3．用于金属的防护
被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，要保护钢铁水闸，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极而受到保护。
4．设计制作原电池装置
例如，根据反应Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计原电池：
Ⅰ(不含盐桥) Ⅱ(含盐桥)
[通关1] (2021·安徽芜湖检测)将两份过量的锌粉a、b分别加入一定量的稀硫酸，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)的关系正确的是( )
B [加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多。]
[通关2] (人教选修4·P73，4题改编)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极质量减少；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顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
C [把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。]
[通关3] (新教材链接)(人教选择性必修1·P100，2题改编)根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是( )
选项
正极(金属/电解质溶液)
负极(金属/电解质溶液)
A
Zn/ZnSO4溶液
Fe/稀H2SO4溶液
B
Fe/FeCl2溶液
Zn/ZnSO4溶液
C
Zn/稀H2SO4溶液
Fe/FeCl2溶液
D
Fe/ZnSO4溶液
Zn/FeCl2溶液
B [原电池中，负极金属的活动性一般强于正极金属，Zn比Fe活泼，形成原电池时Zn作负极，A、C项均错误；使用盐桥，形成双液原电池时，为得到稳定电流，正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液，D项错误，B项正确。]
[通关4] (深度思考)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为___________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：_____________________________________________________。
负极反应式：_____________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：
________________________________________________________________________。
解析 方案Ⅰ：铁与酸反应产生气泡，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而铜与酸不反应。
方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。
在负极：Fe失去电子变为Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋；在正极，溶液中的H＋获得电子变为H2，2H＋＋2e－===H2↑。
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。
将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)
答案 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：装置如图所示
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
知识点3 常见化学电源
1．一次电池(只使用一次，不能重复使用)
碱性
锌锰
电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：碳棒
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
锌银
电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极材料：Ag2O
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
2.二次电池(放电后充电复原继续使用)
(1)铅蓄电池的构造
(2)工作原理
铅蓄电池是最常见的二次电池，电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
3．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
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燃料电池中通入O2(或空气)的一极为正极，通入可燃物的一极为负极。②书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对电极反应和总反应都会产生影响。
[通关1](人教选修4·P78，1题改编)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
D [由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A项正确；Ag2O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B项正确；在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D项错误。]
[通关2] (新教材链接)(人教选择性必修1·P100，3题改编)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的说法中不正确的是( )
A．Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．MnO2作正极，发生还原反应
C．电池工作时，电流由MnO2经外电路流向Zn
D．电池工作时，KOH没有发挥作用
D [Zn作负极，被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A项正确；MnO2作正极，被还原生成MnO(OH)，B项正确；电池工作时，电流由正极流向负极，则电流由MnO2经外电路流向Zn，C项正确；电池工作时，KOH未参与电池总反应，但起到导电作用，D项错误。]
[通关3] (2021·湖北武汉检测)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
C [在氢氧燃料电池中，氢气在负极失电子，生成氢离子，则a极为负极，电子由a极流向b极，A项正确；a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋，B项正确；在氢氧燃料电池中，电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，则电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小，C项错误；1 mol H2消耗0.5 mol O2，1 mol CH4消耗2 mol O2，所以若将H2改为等物质的量CH4，O2的用量增多，D项正确。]
[通关4] (2020·山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
B [由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。]
[通关5] (深度思考)(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
D [ 根据反应原理可知，Zn为负极，电解质溶液1显碱性，放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，C的化合价由＋4降为＋2，转移的电子数为2 mol，B项正确；充电时，阴极反应为2Zn(OH)＋4e－===2Zn＋8OH－，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中OH－浓度降低，D项错误。]
训练(二十九) 原电池和常见化学电源
1．(2021·河南平顶山质检)下图是盐桥中吸附有饱和KCl溶液的原电池示意图。下列说法错误的是( )
A．该原电池的负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B．电子流向：Cu棒→盐桥→Pt棒→电流表→Cu棒
C．甲烧杯中的c(NO)逐渐减小
D．盐桥中的K＋移向甲烧杯
B [Cu比Pt活泼，则Cu作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，A项正确；电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液，故电子流向为Cu棒→电流表→Pt棒，B项错误；Pt电极是正极，电极反应式为NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O，反应消耗NO，则甲烧杯中c(NO)逐渐减小，C项正确；盐桥中阳离子向正极移动，则K＋移向甲烧杯，D项正确。]
2．(2021·重庆南川中学检测)有关下列四个常用电化学装置的叙述中正确的是( )
Ⅰ.碱性锌锰电池
Ⅱ.铅蓄电池
Ⅲ.铜锌原电池
Ⅳ.银锌电池
A．Ⅰ所示电池工作中，MnO2的作用是催化剂
B．Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．Ⅲ所示电池工作过程中，盐桥中K＋移向硫酸锌溶液
D．Ⅳ所示电池放电过程中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
D [碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂，A项错误；铅蓄电池放电时电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4浓度减小，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，故盐桥中K＋移向硫酸铜溶液，C项错误；该原电池中，正极上氧化银得电子生成银，所以Ag2O作氧化剂，D项正确。]
3．(2021·广东广州六区联考)某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是( )
A．Zn为负极，发生还原反应
B．石墨电极上发生的反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C．电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极
D．盐桥中K＋向ZnCl2溶液移动，Cl－向FeCl3溶液移动
B [由电池总反应可知，Zn发生氧化反应生成ZnCl2，则Zn为负极，A项错误；石墨电极是正极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，电极反应式为Fe3＋＋e—===Fe2＋，B项正确；原电池中电子由负极流出经导线流向正极，则电子流动方向为锌电极→电流表→石墨电极，C项错误；电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故盐桥中K＋向FeCl3溶液移动，Cl－向ZnCl2溶液移动，D项错误。]
4．(2021·山东青岛期初调研)我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．N为该电池的负极
B．该电池可以在高温下使用
C．一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小
D．M的电极反应式为C6H5OH＋28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋
C [由图中信息可知，N电极上Cr2O被还原生成Cr(OH)3，则N电极是正极，A项错误；该电池内部有微生物参与，不能在高温下使用，B项错误；左室产生H＋由阳离子交换膜进入中间室，右室产生OH－由阴离子交换膜进入中间室，H＋＋OH－===H2O，中间室中NaCl溶液的浓度减小，C项正确；M极是负极，发生氧化反应生成CO2，电极反应式应为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，D项错误。]
5．(2020·天津卷)熔融钠硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以NaβAl2O3为隔膜的二次电池
C [A对，四硫化二钠属于离子化合物，其中硫达到8电子稳定结构，其电子式为；B对， 根据总反应可知，S在正极发生反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx；C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中NaβAl2O3是隔膜，防止钠与硫直接反应。]
6．(2021·天津滨海联考)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。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．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
C [甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，A项错误；乙烧杯中发生还原反应，得到电子，B项错误； a极为负极，b极为正极，外电路的电流由b→a，C项正确； SO向负极移动，即移向甲烧杯，D项错误。]
7．(2021·广东深圳质检)John B． Goodenough是锂离子电池正极材料钴酸锂的发明人。某种钴酸锂电池的电解质为LiPF6, 放电过程反应式为xLi＋Li1—xCoO2===LiCoO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，电子由R极流出，经电解质流向Q极
B．放电时，正极反应式为xLi＋＋Li1—xCoO2＋xe－===LiCoO2
C．充电时，Q极与外加电源的负极相连
D．充电时，R极电极反应为Li＋－e－===Li
B [放电时，Li/石墨是负极，则电子由R极流出经负载流向Q极，不能进入电解质，A项错误；放电时，LiCoO2是正极，发生还原反应，电极反应式为xLi＋＋Li1—xCoO2＋xe－===LiCoO2，B项正确；充电时，Q极是阳极，与外加电源的正极相连，C项错误；充电时，R极是阴极，Li＋得电子发生还原反应，电极反应式为Li＋＋e－===Li，D项错误。]
8．(2021·河南南阳一中检测)如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
锌
稀盐酸
C
锌
铁
硝酸铁溶液
D
银
锌
硝酸银溶液
D [据“电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细”判断，M棒作正极，N棒作负极，且金属的活泼性：N>M，电解质溶液应为不活泼金属盐溶液，只有D项符合题意。]
9．(2020·全国卷Ⅰ，27题节选)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
阳离子
u∞×108/
(m2·s－1·V－1)
阴离子
u∞×108/
(m2·s－1·V－1)
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为________________________，铁电极的电极反应式为________________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于__________，还原性小于________。
解析 (1)盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，两烧杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SO，Ca2＋与SO生成微溶于水的CaSO4，Fe2＋、Fe3＋均与HCO反应，酸性条件下NO与Fe2＋发生反应，故盐桥中不能含有Ca2＋、HCO和NO。盐桥中阴、阳离子的电迁移率(u∞)应尽可能相近，根据表中数据可知K＋与Cl－的电迁移率较接近且与两端电解质溶液均不发生反应，故盐桥中应选择KCl为电解质。(2)电子由铁电极经外电路流向石墨电极，则石墨电极为正极，发生还原反应，为达到电荷平衡，盐桥中的K＋进入石墨电极附近的溶液中。(3)铁电极上发生氧化反应Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极上未见Fe析出，说明仅发生还原反应2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，铁电极附近溶液中Fe2＋的物质的量浓度增加0.02 mol·L－1，则石墨电极溶液中Fe2＋的物质的量浓度增加0.04 mol·L－1，因此石墨电极溶液中最终得到Fe2＋的物质的量浓度为0.05 mol·L－1＋0.04 mol·L－1＝0.09 mol·L－1。(4)根据(2)、(3)的实验结果易知石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，证明Fe2＋的氧化性小于Fe3＋；铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，证明Fe2＋的还原性小于Fe。
答案 (1)KCl (2)石墨 (3)0.09 mol·L－1
(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
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