2019-2020年高考化學大一輪復習 第六章 化學反應與能量 第二講 原電池新型化學電源講義.doc

2019-2020年高考化學大一輪復習 第六章 化學反應與能量 第二講 原電池新型化學電源講義xx高考導航 考綱要求真題統(tǒng)計命題趨勢1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2了解常見化學電源的種類及其工作原理。xx，卷 11T；xx，卷 26T(1)(2)；xx，卷 12T；xx，卷 10T、27T(5)(6)、28T(5)；xx，卷 11T預計xx年高考本部分知識有變“熱”的趨勢，題目將更加新穎。復習備考時注重實物圖分析、新型電池分析、電解池與原電池的聯(lián)系以及依據(jù)原電池工作原理并結(jié)合氧化還原反應知識熟練掌握電極反應式的書寫方法?？键c一原電池及其工作原理學生用書P138一、原電池的概念和反應本質(zhì)原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應本質(zhì)是氧化還原反應。二、原電池的構(gòu)成條件1一看反應看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應)。2二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。3三看是否形成閉合回路形成閉合回路需三個條件：(1)電解質(zhì)溶液；(2)兩電極直接或間接接觸；(3)兩電極插入電解質(zhì)溶液中。三、原電池的工作原理如圖是兩種鋅銅原電池示意圖：1反應原理電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應類型氧化反應還原反應電池反應ZnCu2=Zn2Cu2.原電池中的三個方向(1)電子流動方向：從負極流出沿導線流入正極；(2)電流流動方向：從正極沿導線流向負極；(3)離子遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極是負極。()(2)在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強。()(3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應。()(4)帶有鹽橋的原電池比不帶鹽橋的原電池電流持續(xù)時間長。()答案：(1)(2)(3)(4)2下列示意圖中能構(gòu)成原電池的是()解析：選B。Cu與稀硫酸不反應，A裝置不能構(gòu)成原電池；Al與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應，B裝置能構(gòu)成原電池；C裝置中的“導線”不是鹽橋，不能構(gòu)成原電池；D裝置中缺少鹽橋。(xx高考全國卷，11，6分)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是()A正極反應中有CO2生成B微生物促進了反應中電子的轉(zhuǎn)移C質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D電池總反應為C6H12O66O2=6CO26H2O解析圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應的一極為正極，發(fā)生還原反應，因為有質(zhì)子通過，故正極電極反應式為O24e4H=2H2O；在負極，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應，電極反應式為C6H12O624e6H2O=6CO224H，則負極上有CO2產(chǎn)生，故A不正確。B微生物電池是指在微生物作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以微生物促進了反應中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確。C質(zhì)子是陽離子，陽離子由負極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確。D正極的電極反應式為6O224e24H=12H2O，負極的電極反應式為C6H12O624e6H2O=6CO224H，兩式相加得電池總反應為C6H12O66O2=6CO26H2O，故D正確。答案A在下列原電池圖示中，依據(jù)電子流向和離子移動方向畫出形成閉合回路的原理。答案：原電池正、負極的判斷方法 題組一原電池構(gòu)成及原理考查1(教材改編)判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)所有的氧化還原反應都能設計成原電池。()(2)只有金屬才能作原電池的電極。()(3)原電池的兩極中較活潑的金屬一定為負極。()(4)鋅銅原電池工作時，外電路電子由負極流向正極。()(5)在原電池中，電子流出的一極是負極，被還原。()(6)原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2(xx高考天津卷)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是()A銅電極上發(fā)生氧化反應B電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小C電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡解析：選C。A.Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應，錯誤；B.電池工作過程中，SO不參加電極反應，故甲池的c(SO)基本不變，錯誤；C.電池工作時，甲池反應為Zn2e=Zn2，乙池反應為Cu22e=Cu，甲池中Zn2會通過陽離子交換膜進入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進入乙池的Zn2為65 g，溶液總質(zhì)量略有增加，正確；D.由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，錯誤。題組二原電池正、負極的判斷3如圖所示裝置中，觀察到電流計指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細，由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是()選項MNPAZnCu稀H2SO4BCuFe稀HClCAgZnAgNO3溶液DZnFeFe(NO3)3溶液解析：選C。在裝置中電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明該裝置構(gòu)成了原電池，根據(jù)正負極的判斷方法，溶解的一極為負極，增重的一極為正極，所以M棒為正極，N棒為負極，且電解質(zhì)溶液能析出固體，則只有C項正確。4分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()A中Mg作負極，中Fe作負極B中Mg作正極，電極反應式為6H2O6e=6OH3H2C中Fe作負極，電極反應式為Fe2e=Fe2D中Cu作正極，電極反應式為2H2e=H2解析：選B。中Mg不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；中Fe在濃硝酸中易鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子作負極，A、C均錯。中電池總反應為2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，負極電極反應式為2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相減得到正極電極反應式為6H2O6e=6OH3H2，B正確。中Cu是正極，電極反應式為O22H2O4e=4OH，D錯。原電池工作原理中四個常見失分點的規(guī)避(1)只有自發(fā)進行的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能。(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。(3)無論在原電池還是電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。(4)原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 考點二鹽橋原電池的應用學生用書P140一、鹽橋的組成和作用1鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。2鹽橋的作用(1)連接內(nèi)電路，形成閉合回路；(2)平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。二、單池原電池和鹽橋原電池的對比1相同點正負極、電極反應、總反應、反應現(xiàn)象均相同。負極：Zn2e=Zn2，正極：Cu22e=Cu，總反應：ZnCu2=CuZn2。2不同點圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2，會有一部分Zn與Cu2直接反應，該裝置中既有化學能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會升高。圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個池子中，Zn與Cu2不直接接觸，不存在Zn與Cu2直接反應的過程，所以僅是化學能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。3關(guān)鍵點：鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。1(xx北京豐臺區(qū)高三模擬)有關(guān)下圖所示原電池的敘述不正確的是()A電子沿導線由Cu片流向Ag片B正極的電極反應式是Age=AgCCu片上發(fā)生氧化反應，Ag片上發(fā)生還原反應D反應時鹽橋中的陽離子移向Cu(NO3)2溶液解析：選D。A項，該裝置是原電池裝置，其中Cu為負極，失電子發(fā)生氧化反應：Cu2e=Cu2，Ag為正極，得電子發(fā)生還原反應：Age=Ag，原電池中，負極(Cu)失去的電子沿導線流向正極(Ag)，鹽橋中的陽離子移向正極，即移向AgNO3溶液，綜上所述，D錯誤。2如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液，一段時間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變化) ()A杠桿為導體或絕緣體時，均為A端高B端低B杠桿為導體或絕緣體時，均為A端低B端高C當杠桿為導體時，A端低B端高D當杠桿為導體時，A端高B端低解析：選C。當杠桿為導體時，構(gòu)成原電池，F(xiàn)e作負極，Cu作正極，電極反應式分別為負極：Fe2e=Fe2，正極：Cu22e=Cu，銅球增重，鐵球質(zhì)量減輕，杠桿A端低B端高。名師點撥鹽橋原電池中半電池的構(gòu)成條件：電極金屬和其對應的鹽溶液。一般不要任意替換成其他陽離子鹽溶液，否則可能影響效果。(xx龍巖檢測)某學習小組的同學查閱相關(guān)資料知，氧化性：Cr2OFe3，設計了如圖所示的鹽橋原電池。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是()A甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應B乙燒杯中發(fā)生的電極反應為2Cr37H2O6e=Cr2O14HC外電路的電流方向是從b到aD電池工作時，鹽橋中的SO移向乙燒杯解析氧化性：Cr2OFe3，所以該原電池反應中，F(xiàn)e2是還原劑，Cr2O是氧化劑，即甲燒杯中發(fā)生氧化反應，電極反應式為Fe2e=Fe3，乙燒杯中發(fā)生還原反應，電極反應式為Cr2O6e14H=2Cr37H2O，A、B均錯誤；外電路的電流是由正極流向負極，即由b流向a，C正確；電池工作時，鹽橋中的陰離子移向負極，即SO移向甲燒杯，D錯誤。答案C兩個半電池構(gòu)成的原電池中，鹽橋的作用是什么？答案：使兩個燒杯中的溶液形成一個閉合回路；使溶液保持電中性，使氧化還原反應能順利進行并產(chǎn)生持續(xù)的電流。題組一對鹽橋原電池原理的考查1(教材改編)根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是()A燒杯a中的溶液pH降低B燒杯b中發(fā)生氧化反應C燒杯a中發(fā)生的反應為2H2e=H2D燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl2e=Cl2解析：選B。據(jù)圖示鋅電極失去電子，該極上發(fā)生氧化反應，故B正確；燒杯a中O2得到電子，發(fā)生反應：O24e2H2O=4OH，使pH升高，故A、C錯；鋅為負極，失去電子，發(fā)生反應：Zn2e=Zn2，故D錯。題組二平衡移動與鹽橋作用2(xx浙江六校聯(lián)考)將反應IO5I6H3I23H2O設計成如下圖所示的原電池。開始時向甲燒杯中加入少量濃硫酸，電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，一段時間后，電流計指針回到零，再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液，電流計指針再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列判斷不正確的是()A開始加入少量濃硫酸時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B開始加入少量濃硫酸時，同時在甲、乙燒杯中都加入淀粉溶液，只有乙燒杯中溶液變藍C電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D兩次電流計指針偏轉(zhuǎn)方向相反解析：選B。開始加入少量濃硫酸時，由氧化還原反應方程式可知，反應正向進行，KI是還原劑，KIO3是氧化劑，故甲為正極區(qū)，甲中石墨作正極，得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為2IO10e12H=I26H2O，乙為負極區(qū)，乙中石墨作負極，失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為10I10e=5I2，兩燒杯中均有I2生成，在甲、乙兩燒杯中都加入淀粉溶液，兩燒杯中的溶液均變藍，A正確，B錯誤；電流計讀數(shù)為零時，表明反應達到化學平衡狀態(tài)，C正確；由氧化還原反應方程式可知，電流計指針讀數(shù)為零，反應達到平衡狀態(tài)，此時再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液，則消耗了H，原氧化還原反應的平衡逆向移動，電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向相反，D正確。3已知在酸性條件下發(fā)生的反應為AsO2I2H=AsOI2H2O，在堿性條件下發(fā)生的反應為AsOI22OH=AsOH2O2I。設計如圖裝置(C1、C2均為石墨電極)，分別進行下述操作：.向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸；.向B燒杯中逐滴加入40% NaOH溶液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢流計指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)方向相反。試回答下列問題：(1)兩次操作中指針為什么都發(fā)生偏轉(zhuǎn)？_。(2)兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向為什么相反？試用化學平衡移動原理解釋：_。(3)操作過程中C1棒上發(fā)生的反應為_。(4)操作過程中C2棒上發(fā)生的反應為_。(5)操作過程中，鹽橋中的K移向_燒杯溶液(填“A”或“B”)。解析：由于酸性條件下發(fā)生的反應為AsO2I2H=AsOI2H2O，堿性條件下發(fā)生的反應為AsOI22OH=AsOH2O2I，兩反應都是氧化還原反應，而且滿足構(gòu)成原電池的三大要素：不同環(huán)境中的兩電極(連接)；電解質(zhì)溶液(電極插入其中，并能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應)；形成閉合回路。當加酸時，c(H)增大，C1：2I2e=I2，為負極；C2：AsO2H2e=AsOH2O，為正極。當加堿時，c(OH)增大，C1：I22e=2I，為正極；C2：AsO2OH2e=AsOH2O，為負極。答案：(1)兩次操作均能形成原電池，將化學能轉(zhuǎn)變成電能(2)加酸時，c(H)增大，AsO得電子，I失電子，所以C1極是負極，C2極是正極；加堿時，c(OH)增大，AsO失電子，I2得電子，此時，C1極是正極，C2極是負極。故加入濃鹽酸和NaOH溶液時發(fā)生不同方向的反應，電子轉(zhuǎn)移方向不同，即檢流計指針偏轉(zhuǎn)方向不同(3)2I2e=I2 (4)AsO2OH2e=AsOH2O(5)A(1)鹽橋中的離子不斷釋放到兩個池中，逐漸失去導電作用，需定期更換鹽橋。(2)要明確鹽橋中離子的移動方向；明確其與可逆反應平衡移動方向的關(guān)系。 考點三原電池原理的應用學生用書P1411設計制作化學電源(1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。(2)根據(jù)原電池的反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。2比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。3加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率加快。例如：在Zn與稀H2SO4反應時，加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應速率加快。4用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如：要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。1四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時，外電路電流從流向；相連時，為正極；相連時，上有氣泡逸出；相連時，的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是()ABC D解析：選B。本題考查原電池原理的應用。電流方向與電子流向相反，相連時，電流由流向，則金屬活動性>；相連時，為正極，則金屬活動性>；相連時，上有氣泡，則金屬活動性>；相連時，的質(zhì)量減少，則金屬活動性>。綜上分析，可得金屬活動性順序為>>>。2某原電池總反應為Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能實現(xiàn)該反應的原電池是()選項ABCD電極材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag電解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3答案：D名師點撥比較金屬活動性強弱的三種方法(1)根據(jù)原電池：一般情況下，負極大于正極。(2)根據(jù)電解池：易得電子的金屬陽離子，相應金屬的活動性較弱。(3)根據(jù)金屬活動性順序表。等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量同濃度的稀硫酸，同時向a中加入少量飽和CuSO4溶液，發(fā)生反應生成氫氣。用下列各圖表示生成氫氣的體積(V)與時間(t)的關(guān)系，其中最合理的是_，作出選擇的理由是_。解析a中加入CuSO4溶液，被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面，形成原電池，使產(chǎn)生H2的速率加快，反應所需的時間縮短。同時，由于置換銅時消耗了一部分鋅，與稀H2SO4反應的鋅的質(zhì)量減小，完全反應放出的H2體積比b少。答案DZn置換出Cu，Zn、Cu在酸中發(fā)生原電池反應，生成H2的速率加快；Zn與Cu2反應導致與H反應的Zn減少，a生成的H2比b少上題中若改作“兩份同濃度的稀硫酸，分別加入過量等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，同時向a中加入少量飽和CuSO4溶液，發(fā)生反應生成氫氣”，則哪個圖合理？為什么？答案：A圖合理。a中加入CuSO4溶液，被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面，形成原電池，使產(chǎn)生H2的速率加快，反應所需的時間縮短。同時，由于鋅過量而硫酸不足，置換銅時消耗的一部分鋅不影響氫氣的生成量，故A圖合理。改變Zn與H反應速率的方法(1)加入Cu粉或CuSO4，使Cu與Zn接觸形成原電池，加快反應速率。加入Cu，不影響Zn的量，即不影響產(chǎn)生H2的量；而加入CuSO4，會消耗一部分Zn，但是否影響產(chǎn)生H2的量，應根據(jù)Zn、H的相對量多少判斷。(2)加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H反應，使 c(H)減小，反應速率減小，但不影響產(chǎn)生H2的量。(3)加水稀釋，使c(H)減小，反應速率減小，但不影響產(chǎn)生H2的量。(4)改變反應的溫度，也會影響Zn與H的反應速率。(5)把鋅粒換成鋅粉，加快Zn與H的反應速率。題組一原電池工作原理1(xx高考安徽卷)常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示，反應過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。圖1圖20t1時，原電池的負極是Al片，此時，正極的電極反應式是_，溶液中的H向_極移動。t1時，原電池中電子流動方向發(fā)生改變，其原因是_。解析：在0t1時，正極上NO得電子后結(jié)合H生成NO2和H2O；在原電池中，陽離子向正極移動，故H向正極移動；由于Al在濃硝酸中發(fā)生了鈍化，生成的氧化膜阻止了反應的進行，此時Cu與濃硝酸反應而導致Cu作負極，電子流動方向發(fā)生了改變。答案：NOe2H=NO2H2O 正Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，生成的氧化膜阻止了Al的進一步反應2(xx開封高三調(diào)研)如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是()A外電路的電流方向為X外電路YB若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵CX極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應D若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序為X>Y解析：選D。外電路電子流向為X外電路Y，電流方向與其相反，X極失電子，作負極，發(fā)生的是氧化反應，Y極發(fā)生的是還原反應。若兩電極分別為鐵和碳棒，則Y為碳棒，X為鐵。題組二原電池設計問題3請運用原電池原理設計實驗，驗證Cu2、Fe3的氧化性強弱。請寫出電極反應式：負極_，正極_，并在方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標出外電路電子流向。解析：據(jù)題意要求，應按照反應2Fe3Cu=Cu22Fe2進行設計，Cu作負極，F(xiàn)e3作正極反應物即可。答案：Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(合理即可)4(xx遵義高三模擬)某?；瘜W興趣小組進行探究性活動：將氧化還原反應：2Fe32I2Fe2I2設計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任選。請回答下列問題：(1)請畫出設計的原電池裝置圖，并標出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極反應式為_。(3)反應達到平衡時，外電路導線中_(填“有”或“無”)電流通過。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當固體全部溶解后，則此時該溶液中電極變?yōu)開(填“正”或“負”)極。解析：(1)先分析氧化還原反應，找出正負極反應，即可確定正負極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極是負極，I失電子。(3)反應達到平衡時，無電子流動，故無電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，平衡逆向移動，此時Fe2失電子，電極變成負極。答案：(1)如圖(2)2I2e=I2(3)無(4)負原電池裝置圖常見失分點提示(1)不注明電極材料名稱或元素符號。(2)不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標注)。(3)誤把鹽橋畫成導線。(4)不能連成閉合回路。 考點四化學電源及電極反應式的書寫學生用書P143一、一次電池堿性鋅錳干電池負極材料：Zn，電極反應式：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極材料：MnO2，電極反應式：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；總反應：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。二、二次電池(以鉛蓄電池為例)1放電時的反應(1)負極：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反應)；(2)正極：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(還原反應)；(3)總反應：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。2充電時的反應(1)陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(還原反應)；(2)陽極：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(氧化反應)；(3)總反應：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。三、燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。酸性堿性負極反應式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正極反應式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應式2H2O2=2H2O四、電極反應式書寫的步驟和規(guī)律1一般電池電極反應式書寫的“三步驟”2燃料電池電極反應式的書寫寫出電池總反應式。燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應則總反應為加和后的反應。例如：甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應式為CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料電池總反應式為CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。寫出電池的正極反應式。根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質(zhì)都是O2，電解質(zhì)溶液不同，其電極反應有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：O24H4e=2H2O。(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：O22H2O4e=4OH。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2)環(huán)境下電極反應式：O24e=2O2。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應式：O22CO24e=2CO。根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出電池的負極反應式。電池的總反應式電池正極反應式電池負極反應式，注意在將兩個反應式相減時，要約去正極的反應物O2。1分別寫出甲烷燃料電池在下列環(huán)境下的電極反應式。(1)在酸性條件下燃料電池總反應式：CH42O2=CO22H2O；燃料電池正極反應式：O24H4e=2H2O；則燃料電池的負極反應式為_。(2)在堿性條件下燃料電池總反應式：CH42O22OH=CO3H2O；燃料電池正極反應式：O22H2O4e=4OH；則燃料電池的負極反應式為_。(3)在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2)環(huán)境下燃料電池總反應式：CH42O2=CO22H2O；燃料電池正極反應式：O24e=2O2；則燃料電池的負極反應式為_。(4)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下燃料電池總反應式：CH42O2=CO22H2O；燃料電池正極反應式：O22CO24e=2CO；則燃料電池的負極反應式為_。答案：(1)CH48e2H2O=CO28H(2)CH410OH8e=CO7H2O(3)CH44O28e=CO22H2O(4)CH44CO8e=5CO22H2O2熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有關(guān)說法正確的是()A正極反應式：Ca2Cl2e=CaCl2B放電過程中，Li向負極移動C每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g PbD常溫時，在正負極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉(zhuǎn)解析：選D。仔細分析題給信息，結(jié)合原電池工作原理進行分析判斷。A.分析電池總反應，Ca在反應中失電子，所以Ca應作負極；PbSO4中的Pb2得電子生成單質(zhì)鉛，所以正極反應物應是PbSO4，所以A項錯誤。B.放電過程中，負極失電子，電子通過導線流向正極，所以正極表面聚集大量電子，能夠吸引電解質(zhì)中的陽離子向正極移動，所以B項錯誤。C.根據(jù)方程式知，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，生成0.05 mol鉛，其質(zhì)量為10.35 g，所以C項錯誤。D.根據(jù)題給信息，該電池為熱激活電池，常溫下，無水LiClKCl為固態(tài)，沒有自由移動的離子，該裝置不能形成閉合回路，處于非工作狀態(tài)，所以沒有電流產(chǎn)生，即電流表或檢流計的指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。名師點撥書寫電極反應式時的三個原則(1)共存原則：因為物質(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H參加反應；當電解質(zhì)溶液呈酸性時，不可能有OH參加反應。(2)得氧失氧原則：得氧時，在反應物中加H2O(電解質(zhì)為酸性時)或OH(電解質(zhì)為堿性或中性時)；失氧時，在反應物中加H2O(電解質(zhì)為堿性或中性時)或H(電解質(zhì)為酸性時)。(3)中性吸氧反應成堿原則：在中性電解質(zhì)溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應，其反應的最后產(chǎn)物是堿。(xx高考江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A反應CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子B電極A上H2參與的電極反應為H22OH2e=2H2OC電池工作時，CO向電極B移動D電極B上發(fā)生的電極反應為O22CO24e=2CO解析A選項，甲烷中的C為4價，一氧化碳中的C為2價，每個碳原子失去6個電子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol電子，所以錯誤；B選項，熔融鹽中沒有氫氧根離子，因此氫氧根離子不能參與電極反應，電極反應式應為H2CO2CO4e=3CO2H2O，所以錯誤；C選項，碳酸根離子應向負極移動，即向電極A移動，所以錯誤；D選項，電極B上氧氣和二氧化碳得電子生成碳酸根離子，所以正確。答案D上題中若將CH4直接通入到電極A上進行反應，寫出A極的電極反應式。答案：CH48e4CO=5CO22H2O書寫電極反應式的模板(1)先寫出電極反應式的構(gòu)架負極：還原劑ne_氧化產(chǎn)物_；正極：氧化劑ne_還原產(chǎn)物_。 注意首先，得失電子的數(shù)目是由反應物中變價元素前后的價差乘以其化學式中變價原子個數(shù)計算得到的，如1 mol CH3CH2OH生成2 mol CO2，失去電子為62 mol12 mol。其次，電極反應式本質(zhì)上是離子方程式的一部分，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，強酸、強堿及可溶性鹽應拆分為離子形式，難溶物、微溶物及難電離物質(zhì)寫其化學式。此外，CO2作為生成物，在堿溶液中應寫成CO的形式，在其他電解液環(huán)境中直接寫CO2。(2)在上述構(gòu)架上填充其他離子：酸性電解液主要安排氫離子的位置：負極反應式中把H放在等號的右邊作為生成物；正極反應式中把H放在等號的左邊作為反應物。非酸性電解液(包括堿溶液、熔融碳酸鹽及熔融氧化物)主要安排陰離子的位置：負極反應式中把陰離子放在等號的左邊作為反應物；正極反應式中把陰離子放在等號的右邊作為生成物。(3)配平電極反應式：先依據(jù)電荷守恒配平離子，再依據(jù)元素守恒配平整個電極反應式。題組一化學電源中電極反應式的書寫1(1)xx高考全國卷，26(1)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH?；厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。該電池的正極反應式為_，電池反應的離子方程式為_。(2)(xx高考海南卷)鋰錳電池的體積小，性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4 溶于混合有機溶劑中，Li通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2?；卮鹣铝袉栴}：外電路的電流方向是由_極流向_極。(填字母)電池正極反應式為_。解析：(1)酸性鋅錳干電池中正極上發(fā)生還原反應，該電池放電過程中產(chǎn)生MnOOH，則正極反應式為MnO2He=MnOOH。金屬鋅作負極，發(fā)生氧化反應生成Zn2，則負極反應式為Zn2e=Zn2，結(jié)合得失電子守恒可得電池反應式為2MnO22HZn=2MnOOHZn2。(2)可由題意敘述中Li的遷移方向判斷電流方向，在電池內(nèi)部，陽離子移向正極，可知MnO2晶格為正極，故外電路電流方向由b極流向a極。題中敘述Li遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2，可知Mn元素化合價降低1，得電子數(shù)為1，LiMnO2不能拆成離子形式，故正極反應式為MnO2eLi=LiMnO2。答案：(1)MnO2He=MnOOH2MnO2Zn2H=2MnOOHZn2注：式中Zn2可寫為Zn(NH3)、Zn(NH3)2Cl2等，H可寫為NH(2)baMnO2eLi=LiMnO22高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。(1)FeCl3與KClO在強堿性條件下反應可制取K2FeO4，其反應的離子方程式為_。(2)與MnO2Zn電池類似，K2FeO4Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應式為_，該電池總反應的離子方程式為_。解析：(1)K2FeO4中Fe元素化合價為6價，F(xiàn)eCl3中Fe為3價，故需要氧化劑，而ClO具有強氧化性可作氧化劑，反應為2Fe33ClO10OH=2FeO3Cl5H2O。(2)K2FeO4作正極，發(fā)生還原反應，6價鐵被還原為3價鐵，F(xiàn)e3與OH反應生成Fe(OH)3。Zn作負極，發(fā)生氧化反應：Zn2e2OH=Zn(OH)2。所以電極反應式分別為正極：2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH，負極：3Zn6e6OH=3Zn(OH)2，總反應：2FeO8H2O3Zn=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH。答案：(1)2Fe33ClO10OH=2FeO5H2O3Cl(2)FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH2FeO8H2O3Zn=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH題組二燃料電池電極反應式的書寫3(xx寧波高三十校聯(lián)考)肼(N2H4)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%30%的KOH溶液。下列說法中，不正確的是()A該電池放電時，通入肼的一極為負極B電池每釋放1 mol N2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NAC通入空氣的一極的電極反應式是O22H2O4e=4OHD電池工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的pH將不變解析：選D。該堿性燃料電池的總反應方程式為N2H4O2=N22H2O，N2H4中N化合價升高發(fā)生氧化反應，通入N2H4的一極為負極，A項正確；每生成1 mol N2轉(zhuǎn)移電子4 mol，B項正確；堿性條件下O2放電結(jié)合水電離產(chǎn)生的H生成OH，電極反應為O22H2O4e=4OH，C項正確；從總反應可知放電過程生成H2O，KOH溶液濃度降低，pH減小，D項錯誤。熟記“離子趨向”，抓住“電荷守恒”，熟練書寫燃料電池電極反應式(1)陽離子趨向正極，在正極上參與反應，在負極上生成(如H)；陰離子趨向負極，在負極上參與反應，在正極上生成(如OH、O2、CO)。(2)“ne”是正電荷，“ne”是負電荷，依據(jù)電荷守恒配平其他物質(zhì)的系數(shù)。(3)電池總反應式正極反應式負極反應式。 一、選擇題1下列過程屬于化學能轉(zhuǎn)化為電能的是()A行人踩踏發(fā)電瓷磚(原理是利用行人踩踏地板產(chǎn)生的振動來發(fā)電)BiPhone 6s手機電池放電C汽車發(fā)電機中汽油燃燒D氫氧化鈉與鹽酸反應解析：選B。A選項，動能轉(zhuǎn)化為電能，錯誤；B選項，化學能轉(zhuǎn)化為電能，正確；C選項，化學能轉(zhuǎn)化為動能，錯誤；D選項，化學能轉(zhuǎn)化為熱能，錯誤。2下列有關(guān)電化學知識的描述正確的是()A任何氧化還原反應都可設計成原電池B某原電池反應為Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，裝置中的鹽橋可以裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C因為鐵的活潑性強于銅，所以將鐵、銅用導線連接后放入濃硝酸中，若能組成原電池，必是鐵作負極、銅作正極D理論上，任何能自發(fā)進行的且能放出能量的氧化還原反應都可設計成原電池解析：選D。理論上，任何能自發(fā)進行且放出能量的氧化還原反應都可設計成原電池，故A錯、D正確；B項中會發(fā)生反應：KClAgNO3=AgClKNO3，生成的AgCl會使鹽橋中溶液的導電性減弱，所以不能使用KCl飽和溶液，可換成KNO3飽和溶液，B錯；鐵遇到冷的濃硝酸會發(fā)生鈍化，構(gòu)成原電池時鐵作正極、銅作負極，C錯。3(xx高考北京卷)下列電池工作時，O2在正極放電的是()A.鋅錳電池B.氫燃料電池C.鉛蓄電池D.鎳鎘電池解析：選B。鋅錳電池，正極反應：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH，MnO2在正極放電，A錯誤。氫燃料電池，正極反應(酸性條件下)：O24H4e=2H2O，O2在正極放電，B正確。鉛蓄電池，正極反應：PbO24HSO2e=PbSO42H2O，PbO2在正極放電，C錯誤。鎳鎘電池，正極反應：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，NiOOH在正極放電，D錯誤。4下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關(guān)說法不正確的是()A上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池B干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞C鉛蓄電池工作過程中，每通過2 mol電子，負極質(zhì)量減輕207 gD氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源解析：選C。在干電池中，Zn作負極，被氧化，B正確。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)，且工作的最終產(chǎn)物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源，D正確。C項忽略了硫酸鉛在該極上析出，該極質(zhì)量應該增加而非減小，C不正確。5一種新型環(huán)保電池是采用低毒的鋁合金(丟棄的易拉罐)、家庭常用的漂白水、食鹽、氫氧化鈉(化學藥品店常見試劑)等原料制作的。電池的總反應方程式為2Al3ClO2OH=3Cl2AlOH2O。下列說法不正確的是()A該電池的優(yōu)點是電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換B該電池發(fā)生氧化反應的是金屬鋁C電極的正極反應式為3ClO3H2O6e=3Cl6OHD當有0.1 mol Al完全溶解時，流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子個數(shù)為1.8061023解析：選D。該電池所用材料都是生活中常見的，電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換，A正確；金屬鋁是原電池的負極，發(fā)生氧化反應，B正確；在正極上發(fā)生還原反應，電極反應為3ClO3H2O6e=3Cl6OH，C正確；電子只能流經(jīng)導線，不能流經(jīng)電解質(zhì)溶液，D不正確。6利用生活中常見的材料可以進行很多科學實驗，甚至制作出一些有實際應用價值的裝置來，下圖就是一個用廢舊材料制作的可用于驅(qū)動玩具的電池的示意圖。該電池工作時，有關(guān)說法正確的是()A鋁罐將逐漸被腐蝕B炭粒和炭棒上發(fā)生的反應為O24e=2O2C炭棒應與玩具電機的負極相連D該電池工作一段時間后炭棒和炭粒的質(zhì)量都會減輕解析：選A。炭棒、鋁罐、鹽水構(gòu)成了原電池，較活潑的Al作電源負極，與玩具的負極相連，逐漸被腐蝕，A對，C錯；B選項中正確的反應為O22H2O4e=4OH，則炭棒和炭粒的質(zhì)量不會改變，D錯。7一種光化學電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，當光照在表面涂有氯化銀的銀片上時，發(fā)生反應：AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面，Cl(AgCl)eCl(aq)。下列說法正確的是()A光照時，外電路電流由Y流向XB光照時，Pt電極上發(fā)生的反應為2Cl2e=Cl2C光照時，Cl向Ag電極移動D光照時，電池總反應為AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)解析：選D。該裝置是原電池，光照時，涂在銀片上的氯化銀先見光分解生成Ag和Cl(AgCl)，然后Cl(AgCl)在銀電極上得電子發(fā)生還原反應，所以涂有AgCl的銀片作正極，Cu在鉑電極上失電子發(fā)生氧化反應，鉑作負極。光照時，Cu在鉑電極上失去電子，電子經(jīng)導線流向X，電流方向與電子的流向相反，所以外電路電流從X流向Y，A項說法錯誤；光照時，鉑電極上發(fā)生的反應為Cue=Cu2，B項說法錯誤；原電池中陰離子移向負極，該電池中鉑作負極，所以氯離子向鉑電極移動，C項說法錯誤；光照時，正極上AgCl分解產(chǎn)生的氯原子得電子發(fā)生還原反應，負極上Cu失電子發(fā)生氧化反應，所以電池總反應為AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)，D項說法正確。8(xx石家莊高三模擬)結(jié)合如圖所示裝置，下列說法正確的是()A裝置和裝置中負極反應均是Fe2e=Fe2B裝置和裝置中正極反應均是O22H2O4e=4OHC裝置和裝置中鹽橋中的陽離子均向右側(cè)燒杯移動D放電過程中，裝置左側(cè)燒杯和裝置右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大解析：選D。裝置中，由于Zn比Fe活潑，所以Zn作原電池的負極，電極反應式為Zn2e=Zn2；Fe作正極，電極反應式為O22H2O4e=4OH。由于正極有OH生成，因此溶液的pH增大。裝置中，F(xiàn)e作負極，電極反應式為Fe2e=Fe2；Cu作正極，電極反應式為2H2e=H2。正極由于不斷消耗H，所以溶液的pH逐漸增大。據(jù)此可知A、B錯，D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，所以C錯誤。9如圖是將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖，下列說法不正確的是()A該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能B催化劑b表面O2發(fā)生還原反應，其附近的溶液酸性增強C催化劑a表面的反應是SO22H2O2e=SO4HD若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應的SO2與加入的H2O的質(zhì)量比為815解析：選B。A項，該裝置沒有外加電源，是一個原電池，能把化學能轉(zhuǎn)化為電能，正確；B項，催化劑b表面O2發(fā)生還原反應生成H2O，消耗H，其附近溶液酸性減弱，錯誤；C項，催化劑a表面SO2失去電子生成硫酸，電極反應式為SO22H2O2e=SO4H，正確；D項，催化劑a處的反應為SO22H2O2e=SO4H，催化劑b處的反應為O22H2e=H2O，則總反應式為SO2H2OO2=H2SO4。設加入的SO2為x g，H2O為y g。則生成硫酸的質(zhì)量為 g，水的質(zhì)量變化為 g，因得到硫酸的濃度為49%，故有，可得xy815，正確。二、非選擇題10由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗。裝置現(xiàn)象二價金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負極的電極反應式是_