2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：专题62第二单元　原电池　化学电源

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第二单元　原电池　化学电源

1．理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
　原电池及其工作原理

[知识梳理]
一、概念
把化学能转化为电能的装置。
二、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。
三、工作原理(以铜锌原电池为例)

电极材料
锌
铜
电极名称
负极
正极
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
电子从负极流出经外电路流入正极
离子移向
阳离子移向正极，阴离子移向负极
四、原电池原理的应用
1．比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。
2．加快化学反应速率
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，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快反应的进行。
3．用于金属的防护
使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
4．设计制作化学电源
(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。
[自我检测]
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。

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未形成闭合回路，故①③⑤⑧均不属于原电池。
答案：②④⑥⑦
2．一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
解析：选D。A中加入NaOH溶液，消耗盐酸，反应速率减慢，且氢气的生成量会减少，错误；B中加入CH3COO－会结合H＋，生成醋酸，减慢反应速率，错误；C中加入NH4HSO4固体，增加了H＋的量，生成的氢气会增多，错误；D中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌表面，形成原电池可以加快反应速率，并且没有影响氢气的生成量，正确。

(1)盐桥的作用：①使整个装置构成通路。②平衡电荷。以带有盐桥的铜锌原电池为例，在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子变成Zn2＋进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2＋增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于Cu2＋得到电子变成Cu，使得SO相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。所以此时盐桥在整个装置中起到平衡电荷的作用。
(2)原电池中两极材料活泼性要求：①当电极材料参加反应时，要求两极材料活泼性不同；②当电极材料只起到导电作用时，两极材料可以相同也可以不同，如燃料电池两极材料都是多孔石墨等。
(3)在原电池反应中较活泼金属不一定作负极。原电池反应中的氧化反应与还原反应的发生与电解质溶液的组成有关。例如：铝、镁与NaOH溶液构成的原电池中铝是负极；Al和Cu、浓硝酸构成的原电池中铜是负极，因为铝在浓硝酸中易钝化。
(4)在原电池放电过程中，在正极表面得电子的是氧化性物质(不一定是阳离子)。

　(2015·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(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
[解析]　A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
[答案]　C

在上述例题的锌铜原电池中，外电路中电子的流向是______________________，电流的流向是_______________________________________。
答案：从负极(Zn)流向正极(Cu)　从正极(Cu)流向负极(Zn)

题组一　原电池的工作原理及正、负极的判断
1．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．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↑
解析：选B。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，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
2．(2018·泗洪模拟)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(　　)

A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极
B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
解析：选C。该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。

原电池正、负极的判断方法

题组二　原电池原理的应用
3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)
A．①③②④　　　　　　　　 B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
解析：选B。电流方向与电子流向相反，①②相连时，电流由②流向①，则金属活动性①>②；①③相连时，③为正极，则金属活动性①>③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活动性④>②；③④相连时，③的质量减少，则金属活动性③>④。综上分析，可得金属活动性顺序为①>③>④>②。
4．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，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
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作电极设计成原电池，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：______________________________________________________；
负极：_____________________________________________________。
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：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的H。
方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe>Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并
写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。
方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活动性。把铁片插入CuSO4溶液中，观察现象。
答案：方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：

2H＋＋2e－===H2↑(或Cu2＋＋2e－===Cu)
Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入CuSO4溶液中，观察现象　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
5．把符合题意的图像填在横线上(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，则图像是________。
解析：(1)加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，a中Zn减少，H2体积减小；(2)由于锌粉过量，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＋)减小，反应速率减小，但产生H2的体积不变。
答案：(1)A　(2)B　(3)C

改变Zn与H＋反应速率的方法
(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少进行判断。
(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的总量。
　化学电源

[知识梳理]
1．碱性锌锰干电池——一次电池
总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
2．银锌钮扣电池——一次电池
银锌钮扣电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，结构示意图如下：

负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应方程式为 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
铅蓄电池放电时的反应：
负极(Pb)：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)，氧化反应；
正极(PbO2)：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)，还原反应；
总方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
铅蓄电池充电时的反应：
阴极(Pb)：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)，还原反应；
阳极(PbO2)：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)，氧化反应；
总方程式：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
铅蓄电池充电和放电的电池反应方程式：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
4．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种：
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
[自我检测]
1．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：可充电电池充电时正极与外接电源正极连接，负极与外接电源负极连接。
2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH将____________。(填“减小”“增大”或“不变”，下同)
(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH将________。
答案：(1)减小　减小　(2)减小　增大

(1)可充电电池充电时电极与外接电源的连接顺序：

(2)燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。

　(2017·高考全国卷Ⅲ，11，6分)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
[解析]　原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。
[答案]　D

(2016·高考全国卷Ⅲ，11，6分)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：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，0.5 mol O2在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
　(1)[2015·高考全国卷Ⅱ，26(1)]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、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。该电池的正极反应式为_________________，电池反应的离子方程式为______________________。
(2)(2015·高考四川卷)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池。电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。正极反应式是________________________________________________________________________。
(3)(2015·高考广东卷)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________________________________________________________________________。
[解析]　(1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnOOH，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。
(2)正极发生还原反应：由总反应式知FeS2(Fe显＋2价)Fe(Fe显0价)、FeS2(S显－1价)Li2S(S显－2价)，结合电解质溶液中含Li＋，可知正极反应式为FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。
(3)因为没有其他离子放电，因此负极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。
[答案]　(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)、Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH]
(2)FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S(或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－)
(3)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl

书写原电池电极反应式的思维模式
(1)一般电极反应式书写的“三步骤”

(2)复杂电极反应式的书写,复杂电极,反应式)＝－

题组一　新型电池的分析
1．(2016·高考海南卷改编)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(　　)
A．Zn为电池的负极，被还原
B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时OH－向负极迁移
解析：选D。A.根据化合价升降判断，Zn化合价只能升高，故为负极材料，被氧化，错误；B.KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，错误；C.该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D.电池工作时阴离子OH－向负极迁移，正确。
2．(2016·高考全国卷Ⅱ，11，6分)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：选B。该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。
题组二　可充电电池的分析
3．(2018·湛江高三一模)如图所示为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
解析：选C。图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B.电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C.放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D.放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
4．如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是(　　)

A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．电池的电解液可为KOH溶液
C．充电时负极反应为MH＋OH－－e－===H2O＋M
D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
解析：选C。A.在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正极发生的是还原反应，分析化合价的升降，可知A选项正确；B.因为本电池为金属氢化物镍电池，又有Ni(OH)2等产生，因此可用碱性溶液作电解质溶液，B选项正确；C.该反应为放电时的负极反应，C选项错误；D.氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密度越高，D选项正确。
题组三　燃料电池的分析
5．(2018·兰州高三诊断)科学家设想使用惰性电极材料，以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．通入N2的电极发生的电极反应式为N2＋6e－＋8H＋=== 2NH
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
解析：选C。N2与H2反应生成NH3，由于以稀盐酸为电解质，所以总反应为N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。由“负氧正还”可知N2在正极反应，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋=== 2NH，H2在负极反应，电极反应式为3H2－6e－===6H＋，A、B、D正确，C错误。
6．(2015·高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。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
解析：选D。A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，所以正确。

燃料电池电极反应式的书写步骤
　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。
例如：甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
　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，我们只需熟记以下四种情况：
(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。
　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。
[课后达标检测]
一、选择题
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．iPhone 7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：选B。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。
2．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
解析：选B。锌锰电池，正极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
3．(2016·高考上海卷)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　)

A．铜棒的质量　　　　　　　 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
解析：选C。该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A.在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B.由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中 c(Zn2＋)逐渐增大，错误；C.由于反应不断消耗H＋，所以溶液中c(H＋)逐渐减小，正确；D.SO不参加反应，其浓度不变，错误。
4．(2018·泉州模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、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．图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中电极a为铝条、电极b为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中电极a为锌片、电极b为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
5．(教材改编)根据下图，下列判断中正确的是(　　)

A．烧杯a中的溶液pH降低
B．烧杯b中发生氧化反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：选B。据图示锌电极失去电子，该极上发生氧化反应，故B正确；烧杯a中O2得到电子，发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使pH升高，故A、C错；锌为负极，失去电子，发生反应：Zn－2e－===Zn2＋，故D错。
6．燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点，如图为MgNaClO燃料电池的结构示意图。下列说法正确的是(　　)

A．镁作Y电极
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．废液的pH大于NaClO溶液的pH
D．X电极上发生的反应为ClO－＋ 2H2O － 4e－===ClO＋4H＋
解析：选A。图中 OH－向Y电极移动，那么Y为负极，故镁作Y电极，故A正确；电池工作时，Na＋向正极移动，故B错误；X电极上发生的反应为ClO－＋ H2O＋2e－===Cl－＋ 2OH－，OH－移向负极与Mg2＋反应生成Mg(OH)2沉淀，废液 NaCl 溶液的pH小于 NaClO 溶液的pH，故C、D错误。
7．二氧化硫空气质子交换膜电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本，提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
B．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－===2O2－
C．该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
解析：选B。电池总反应是2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，Pt1为负极，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，Pt2为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A、C、D正确，B错误。
8．银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是(　　)
A．处理过程中银器一直保持恒重
B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银
C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3
D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
解析：选B。铝质容器、变黑的银器及食盐溶液构成原电池装置，铝作负极，变质的银器作正极。负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。Al3＋与S2－在溶液中不能共存，能发生水解相互促进反应：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原电池总反应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故B项正确，C项错误。A项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应，银器中Ag2S被还原成Ag，质量减轻，故A项错误。D项，黑色褪去的原因是黑色的Ag2S转化为Ag，故D项错误。
9．(2018·淮北高三模拟)高温钠硫电池是一种新型可充电电池，其工作原理如图所示，图中固体电解质是Na＋导体。下列叙述正确的是(　　)

A．放电时，石墨电极a为正极
B．放电时，Na＋从石墨b向石墨a方向迁移
C．充电时， b极反应为Na2Sx－2e－===xS＋2Na＋
D．可将装置中的固体电解质改成NaCl溶液
解析：选C。放电时，石墨电极a为负极，A选项错误；放电时，Na＋从石墨a向石墨b方向迁移，B选项错误；充电时，b极反应为Na2Sx－2e－===xS＋2Na＋，C选项正确；固体电解质不能改成NaCl溶液，因为钠单质会与水反应，D选项错误。
二、非选择题
10．(1)理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。根据氧化还原反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂饱和KNO3溶液。

请回答下列问题：
①电解质溶液X是______；电解质溶液Y是______。
②写出两电极的电极反应式。
铁电极：________________________________；
碳电极：________________________________。
③外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填“铁”或“碳”)
④盐桥中向X溶液中迁移的离子是________(填字母)。
A．K＋　　　　　　　　　　B．NO
(2)请将下列氧化还原反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O设计成原电池，在方框中画出类似(1)中的装置图，并写出相应的电极反应式。

正极：___________________________________________；
负极：_____________________________________________。
解析：(1)①根据反应，Fe作负极，C作正极，负极电解质溶液中应含有铁的阳离子且不与铁反应，所以X为含Fe2＋的电解质溶液；正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，因而Y为含Fe3＋的电解质溶液。②负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。③外电路电子由负极(Fe)流向正极(C)。④Fe是负极，因而向X溶液中迁移的是盐桥中的阴离子，即为NO。(2)见答案中的装置图及电极反应式。
答案：(1)①FeCl2(或FeSO4)　FeCl3[或Fe2(SO4)3]
②Fe－2e－===Fe2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
③铁　碳　④B
(2)
NO＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O　Cu－2e－===Cu2＋
11．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
Ⅰ.氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：

(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。A.a电极是负极，OH－移向负极
B．b电极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电池总反应式为2H2＋O22H2O
D．电解质溶液的pH保持不变
E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH＝________(溶液体积变化忽略不计)。
Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_____________，正极的反应式为______________。
理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
解析：Ⅰ.(1)C项，反应条件不是点燃，错误；D项，随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，错误。
(2)右池为电解池，其电极反应为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。
Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝×100%≈96.6%。
答案：Ⅰ.(1)CD　(2)1
Ⅱ.CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O　96.6%
12．某研究性学习小组根据反应：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

回答下列问题：
(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。
(2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲________________________________________________________________________；
乙________________________________________________________________________。
(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。
解析：(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。
答案：(1)a　还原　(2)乙　(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O　5Fe2＋－5e－===5Fe3＋　(4)0.5
13．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。下图是钒电池基本工作原理示意图。

请回答下列问题：
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是____________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是________________________________。
(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋。放电时的正极反应式为___________，充电时的阴极反应式为___________________。
放电过程中，电解液的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________(填字母)。
a．VO、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液
c．VO溶液 d．VO2＋溶液
e．V3＋溶液 f．V2＋溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中隔膜的离子是____________。
解析：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。
(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电
完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。
(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。
答案：(1)电解质溶液　抑制硫酸亚铁的水解
(2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　V3＋＋e－===V2＋　升高　(3)acd　(4)H＋