2020届二轮复习 原电池 化学电源 学案（浙江专用）

专题九　电化学
第1课时　原电池 化学电源

命题调研(2016～2019四年大数据)
2016～2019四年考向分布
核心素养与考情预测

核心素养：模型认知、变化推理、科学创新
考情解码：本部分主要以一个陌生的化学电源为背景，主要考查电池正负极判断，电极方程式的书写，电子或离子流向等几个方面考点。电极方程式的书写和盐桥、离子交换膜的作用是本题的难点，但整体题目难度适中。预测2020选考仍将保留往年的考查形式，不会有大的变动。
真题重现
1.(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是(　　)
A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
解析　铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。
答案　A
2.(2019·浙江1月学考)氢氧燃料电池构造如图所示。其电池反应方程式为：2H2＋O2===2H2O，下列说法不正确的是(　　)

A.多孔金属a作负极
B.多孔金属b上，O2发生还原反应
C.电池工作时，电解质溶液中OH－ 移向a极
D.正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析　由电池反应方程式可知，还原剂氢气在负极多孔金属a上放电，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，氧化剂氧气在正极多孔金属b上放电，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。A项、还原剂氢气在负极多孔金属a上放电，故A正确；B项、氧化剂氧气在正极多孔金属b上放电，发生还原反应，故B正确；C项、电池工作时，阴离子向负极移动，电解质溶液中OH－ 移向a极，故C正确；D项、氧化剂氧气在正极多孔金属b上放电，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故D错误。故选D。
答案　D
3.(2018·浙江11月选考)最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.右边吸附层中发生了还原反应
B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
D.电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动
解析　根据装置图中电子的流向，通H2的一极为负极，出H2的一极为正极，电极反应式为：
负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O
正极：2H＋＋2e－===H2↑
A项，正极上发生还原反应；C项，电池总反应式为H＋＋OH－===H2O；D项，由于在负极区消耗OH－，所以Na＋向右移动，而ClO向左移动。
答案　C
4.[2018·浙江6月学考]普通锌锰干电池的构造如图所示，

其电池反应的方程式为：
Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
下列说法不正确的是(　　)
A.石墨作正极
B.锌发生氧化反应
C.电池工作时，电子从石墨经导线流向锌
D.正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－===MnO(OH)＋NH3
解析　本题考查原电池原理，分析普通锌锰干电池的构造，可知锌筒作负极发生氧化反应，石墨作正极得电子，中间氯化铵、二氧化锰等作固体电解质，得电子的是强氧化剂二氧化锰，发生反应：NH＋MnO2＋e－===MnO(OH)＋NH3，因此A、B、D均正确，C项电子从锌极出发经导线流向石墨，错误。
答案　C
5.[2018·浙江4月选考]锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A.金属锂作负极，发生氧化反应
B.Li＋通过有机电解质向水溶液处移动
C.正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
D.电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH
解析　锂(Li)­空气电池，锂作负极，通空气一端作为正极。负极反应Li－e－===Li＋，正极O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。所以A、B、D正确。C错误，正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
答案　C
6.(2017·浙江11月选考)金属(M)－空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.金属M作电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D.电池反应2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2
解析　金属(M)－空气电池中M失电子作负极，故A正确；根据传递M2＋和OH－，可知电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；空气得电子通空气的一端做正极，电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C正确；电池总反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，故D正确。
答案　B

考向一　原电池正、负极判断
1.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
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－向正极迁移
解析　以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液的电池中，Zn为负极，发生反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，K2FeO4为正极，发生反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，放电过程中有OH－生成，则电解质溶液的浓度增大，OH－向负极迁移，故A正确。
答案　A
备考策略
判断电池的正、负极是解决原电池题目的基础，在此基础上我们可以解决诸如被氧化或被还原问题，电子、电流流向问题，溶液中离子流向问题。我们一般可以通过以下方法来判断原电池的正、负极：
(1)根据组成原电池的两极材料判断
一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断
在外电路，电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。
(3)根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断
在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
(4)根据原电池两极发生的变化判断
原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(5)根据X极质量变化判断
工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X极为正极；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。
(6)根据X极有无气体产生判断
工作后，X极上有气体产生，一般是发生了析出H2的电极反应，说明X极为正极。
(7)根据X极附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了，说明X为正极。
考向二　原电池工作原理
2.(2019·浙江名师预测卷)nature期刊报道一例CH3OH—O2在新型聚合物催化下的原电池反应，其装置如图。下列说法不正确的是(　　)

A.A为负极，CH3OH发生氧化反应
B.外电路中每转移3 mol电子，溶液中生成6 mol H＋
C.电极B为正极，电极方程式为O2＋2e－＋H＋=== HO
D.使用新型聚合物催化，可以提高电池的放电效率，增加电池寿命
解析　A.从结构上分析A为负极，CH3OH失电子，发生氧化反应，正确；B.根据负极反应CH3OH＋H2O－6e－=== CO2＋6H＋可知每转移3 mol电子，溶液中生成3 mol H＋，错误；C.B为正极，电极方程式为O2＋2e－＋H＋=== HO，正确；D描述正确。
答案　B
备考策略
在以往的选考题中，命题者经常在电流或电子流向，溶液中离子的移动，被氧化或被还原，正负极的反应现象等方面进行考查，我们只有深刻理解了原电池的工作原理的基础上才能轻松作答，具体可以参考以下总结。

考向三　电极、电池反应式的书写
3.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　根据题意，Mg­海水­AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。
答案　B
4.(2018·河南省焦作市测试题)通过CO传感器可监测CO的含量，总反应为2K2FeO4＋3CO＋2KOH＋2H2O===2Fe(OH)3＋3K2CO3，其工作原理示意图如右，下列说法正确的是(　　)
A.Pt电极为负极，可以用Fe电极代替
B.工作时OH－向K2FeO4电极移动
C.每转化3 mol CO，有2 mol K2FeO4被氧化
D.K2FeO4电极上的电极反应式是2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3↓＋10OH－
解析　A项，若铁作为负极，铁失电子而不是一氧化碳失电子产生碳酸根离子，选项A错误；B项，一氧化碳在铂电极上失电子产生碳酸根离子，则铂电极为负极，K2FeO4电极为正极，原电池中阴离子OH－向负极铂电极移动，B错误；C项，根据总反应2K2FeO4＋3CO＋2KOH＋2H2O===2Fe(OH)3＋3K2CO3可知，每消耗3 mol CO，有2 mol K2FeO4被还原，选项C错误；D项，K2FeO4电极上K2FeO4得电子产生Fe(OH)3，电极反应式是2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3↓＋10OH－，D正确。
答案　D
备考策略
电极方程式的书写是原电池题目的难点所在，要写出符合实际和题意的电极方程式需要考虑以下几个方面：1.正负极材料；2.电解质溶液中的离子，尤其是酸碱性；3.电极方程式；4.氧化还原中的化合价知识；具体可以参照以下方法和步骤：

在书写电极方程式时一定要注意以下问题：
1.正负电极反应式中的电子得失数目保持相等。例如Al­Cu­CuSO4构成的原电池的正极反应可表示为：3Cu2＋＋6e－===3Cu，负极反应式为：2Al－6e－===2Al3＋。
2.看负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子能否共存，若不能共存，则该电解质溶液中的阴离子也要写入负极的电极反应式中。如Zn­Ag­KOH溶液构成的原电池中，因Zn失去电子生成的Zn2＋能与OH－反应，故负极上发生的反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。
3.要注意电解质溶液的性质。当正极上的反应物质为O2时，若溶液为碱性或中性时，电极反应式中不能出现H＋，电极反应式只能为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；若溶液为酸性时，电极反应式中不能出现OH－，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
考向四　交换膜的作用
5.一种锂铜可充电电池，工作原理如下图。在该电池中，非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(Li＋交换膜)隔开。下列说法不正确的是(　　)

A.陶瓷片允许Li＋通过，不允许水分子通过
B.放电时，N极为电池的正极
C.充电时，阳极反应为：Cu－2e－===Cu2＋
D.充电时，接线柱A应与外接电源的正极相连
解析　A.非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(Li＋交换膜)隔开，则陶瓷片允许Li＋通过，不允许水分子通过，故A正确；B.放电时，金属锂是负极，发生失电子的氧化反应，M是负极，N为电池的正极，故B正确；C.充电时，阳极反应和放电时的正极反应互为逆过程，电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋，故C正确；D.充电时，接线柱A 应与M极相连，M是负极，所以A外接电源的负极，故D错误；故选D。
答案　D
备考策略
在原电池的考查中，经常涉及到各种交换膜，对于交换膜我们要注意以下知识点：
1.离子交换膜的功能：
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2.离子交换膜在电化学中的作用：
(1)隔离某些物质防止发生反应。
(2)用于物质的制备。
(3)物质分离、提纯等。
3.离子交换膜的类型：
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
考向五　空气电池
6.(2018·暨阳联合考试)用原电池原理可以处理硫酸工业产生的SO2尾气。现将SO2 通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验。下列说法不正确的是(　　)

A.M极为负极，电极上发生氧化反应
B.溶液中H＋移向N区，SO移向M区
C.N极发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D.相同条件下，M、N两极上消耗的气体体积之比为2∶1
解析　该电池的本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极上二氧化硫失去电子氧化生成SO为负极，电极反应式为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，N电极为氧气得电子结合氢离子生成水为正极，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。A.M电极上二氧化硫失去电子氧化生成SO为负极，电极反应式为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正确；B.根据上述分析，M极为负极，溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，但阴离子不能通过质子交换膜，因此溶液中H＋移向N区，故B错误；C.N电极为氧气得电子结合氢离子生成水为正极，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故C正确；D.M电极电极反应式为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，N电极电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，所以在相同条件下，M、N两极上消耗的气体体积之比为2∶1，故D正确；故选B。
答案　B
7.(2018·浙江温州高三适应性测试)某电化学气敏传感器的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A.a极为负极
B.b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C.电解质溶液中的OH－移向a极
D.该传感器工作一段时间后，电解质溶液的pH值将变大
解析　该传感器在工作过程中，负极上氨气失电子生成氮气，则a为负极，氧气在正极上得电子生成氢氧根离子，其电池的总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。A.该传感器在工作过程中，负极上氨气失电子生成氮气，则a为负极，故A正确；B.氧气在正极上得电子生成氢氧根离子， b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B正确；C.碱性条件下，氨气失电子生成氮气和水，则a极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，消耗OH－，电解质溶液中的OH－移向a极，故C正确；D.该传感器在工作过程中总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，所以KOH的物质的量不变，但生成H2O浓度减小，pH值减小，故D错误；故选D。
答案　D
备考策略
空气电池也是常见的考查方式，其本质是我们常见的燃料电池的工作原理，我们可以参考燃料电池的解题方法来解题：参与负极反应的物质不一定就是负极材料，也可能是充入负极的燃料，参与正极反应的物质不是正极材料本身，而是充入到正极的空气。其中写电极方程式也可以借鉴燃料电池的书写方法，一般先写正极的电极方程式。我们需要熟记以下四种情况：
(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。
再根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式：
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式。
电池负极反应式＝电池的总反应式－电池正极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

1.(2018·浙江金丽衢十二校高三上)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)，下列说法正确的是(　　)

A.多孔碳材料电极为负极
B.外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.Li＋向多孔碳材料区迁移
D.x＝0时，正极反应式为：2Li＋＋O2＋4e－===Li2O2
解析　A.电池放电时，O2中0价的O原子反应后化合价降低，反应过程为得电子的过程，所以放电时，多孔碳材料电极为正极，A错误；B.放电时，Li失去电子转化为Li＋，电子经外电路从锂电极流向多孔碳材料，B错误；C.电池放电时，Li失去电子形成Li＋，由于正极多孔碳材料电极上负电荷较多，所以电解质溶液中Li＋移向正极区，即Li＋向多孔碳材料区迁移，C正确；D.电池放电时，2个Li失去2个电子形成2个Li＋，正极上通入的O2获得2个电子，形成O，与由负极迁移过来的Li＋结合形成Li2O2，电极反应式为：2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，D错误；故合理选项是C。
答案　C
2.(2019·浙江绿色评价3月)某浓差电池工作原理如图。下列说法不正确的是(　　)

A.负极的电极反应式：Ag－e－＋Cl－===AgCl
B.Ag电极所处的电解质环境会影响其失电子能力
C.电池工作时，盐桥中的K＋向右移，NO向左移
D.负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电池总反应为氧化还原反应
解析　A.负极Ag失去电子，与Cl－结合生成AgCl，电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故A正确；B.负极Ag失去电子，与Cl－结合生成难溶性AgCl，促使Ag反应加快，金属Ag的活泼性较差，若Ag＋不能转化为沉淀，则Ag失电子能力减弱，所以Ag电极所处的电解质环境会影响其失电子能力，故B正确；C.电池内电路中：电流由正极流向负极，即电池工作时，盐桥中的K＋向右移动到正极，NO向左移动到负极，故C正确；D.负极Ag/AgCl发生氧化反应，电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，正极Ag发生还原反应，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，浓差电池工作原理总反应式Ag＋＋Cl－===AgCl↓，为非氧化还原反应，故D错误；故选：D。
答案　D
3.(2018·浙江名校协作体高三上)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列说法不正确的是(　　)

A.反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移6 mol e－
B.电池工作时，CO向电极A移动
C.电极A上H2参与的电极反应为：H2－2e－===2H＋
D.电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析　A.1 mol CH4→CO，化合价由－4价→＋2上升6价，1 mol CH4参加反应共转移6 mol电子，故A不符合题意；B.根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故B不符合题意；C.环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：CO＋H2＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，故C符合题意；D.根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D不符合题意。
答案　C
4.(2018·嘉兴高三上)一种新型的电池，总反应为：3Zn＋2FeO＋8H2O===2Fe(OH)3↓＋3Zn(OH)2↓＋4OH－，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.Zn极是负极，发生氧化反应
B.随着反应的进行，溶液的pH增大
C.电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路
D.石墨电极上发生的反应为：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－
解析　A、根据电池总反应，Zn的化合价升高，根据原电池的工作原理，即锌作负极，发生氧化反应，故A说法正确；B、根据电池总反应方程式，生成OH－，溶液的pH增大，故B说法正确；C、根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出经外电路流向石墨，电解质溶液应是阴阳离子定向移动，没有电子通过，故C说法错误；D、负极电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2↓，正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，故D说法正确。
答案　C
5.(2018·浙江稽阳高三上)一种碳纳米管能够吸附氢气，用这种材料制备的电池其原理如下图所示，该电池的电解质溶液为6 mol·L－1 KOH溶液。下列说法中不正确的是(　　)

A.放电时电池负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O
B.放电时K＋移向正极
C.放电时镍电极的电极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
D.该反应过程中KOH溶液的浓度基本保持不变
解析　A.放电时电池负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故A正确，不符合题意。B.根据离子移动方向，放电时K＋移向正极，故B正确，不符合题意。C.放电时镍电极的电极反应为：NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故C不正确，符合题意。D.根据总反应进行判断。该反应过程中KOH溶液的浓度基本保持不变，故D正确，不符合题意。故答案为：C。
答案　C
6.(2019·台州一模)图为一种特殊的热激活电池示意图，当无水LiCl­KCl混合物受热熔融后即可工作。该电池总反应为：PbSO4(s)＋2LiCl＋Ca(s)===CaCl2(s)＋Li2SO4＋Pb(s)。下列说法不正确的是(　　)

A.PbSO4电极发生还原反应
B.负极的电极反应：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
C.放电时 Li＋、K＋向正极移动
D.用LiCl和KCl水溶液代替无水LiCl­KCl，可将该电池改为常温使用的电池
解析　由原电池总反应可知Ca为原电池的负极，被氧化生成CaCl2，反应的电极方程式为Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，PbSO4为原电池的正极，发生还原反应，电极方程式为PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，A.PbSO4为原电池的正极，发生还原反应，故A正确；B.Ca为原电池的负极，被氧化生成CaCl2，反应的电极方程式为Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，故B正确；C.放电过程中阳离子向正极PbSO4电极移动，即放电时 Li＋、K＋向正极移动，故C正确；D.Ca是活泼金属，能与水直接反应，所以不能用水溶液作电解质，故D错误；故选：D。
答案　D