2019届一轮复习人教版原电池化学电源学案(3)

2019届一轮复习人教版原电池化学电源学案(3)

第24讲　原电池 化学电源 考纲要求 考情分析 命题趋势 ‎1.理解原电池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2.能写出电极反应式和电池反应方程式。‎ ‎3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ ‎2017，全国卷Ⅲ，11T 预计2019年高考本部分知识有变“热”的趋势，题目将更加新颖。复习备考时注重实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及依据原电池工作原理并结合氧化还原反应知识熟练掌握电极反应式的书写方法。‎ ‎2016，全国卷甲，11T ‎2016，全国卷乙，11T ‎2016，北京卷，12T 分值：6～8分 考点一　原电池的工作原理及其应用 ‎1．概念和反应本质 原电池是把__化学能__转化为__电能__的装置，其反应本质是__氧化还原反应__。‎ ‎2．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(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。‎ ‎(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__溶液中。‎ ‎3．工作原理(以铜—锌原电池为例)‎ 装置图 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__‎ 电极类型 ‎__氧化__反应 ‎__还原__反应 电子流向 由__锌__片沿导线流向__铜__片 电流方向 由__铜__片沿导线流向__锌__片 电解质溶液中离子流向 电解质溶液中，阴离子向__负极__迁移，阳离子向__正极__迁移 盐桥中离子流向 盐桥中含有饱和KCl溶液，__K＋__移向正极，__Cl－__移向负极 电池反应方程式 ‎__Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu__‎ ‎4．原电池原理的四个应用 ‎(1)设计制作化学电源 ‎(2)比较金属活动性强弱 ‎(3)加快氧化还原反应的速率 一个__放热__的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率__加快__。例如：在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。‎ ‎(4)用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池__正极__而得到保护。‎ 盐桥的作用 ‎(1)连接内电路，形成闭合回路；‎ ‎(2)平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)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。(　√　)‎ ‎(2)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(　√　)‎ ‎(3)用Al、Cu作电极，用浓硝酸或浓硫酸作电解液时，Cu作负极，Al作正极。(　×　)‎ ‎(4)用Mg、Al作电极，用NaOH溶液作电解液时，Al作负极，Mg作正极。 (　√　)‎ ‎2．在如图所示的八个装置中，属于原电池的是(　D　)‎ A．①④　　 B．③④⑤　　　　‎ C．④⑧　　 D．②④⑥⑦‎ ‎(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。‎ ‎(2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ 一　原电池正负极的判断方法 ‎[例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。下列说法正确的是(　B　)‎ A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)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↑‎ 二　比较金属活泼性的三种方法 ‎1．根据金属活动性顺序表。‎ ‎2．根据原电池：一般情况下，活泼性：负极大于正极。‎ ‎3．根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。‎ ‎[例2] 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(　B　)‎ A．①③②④　　 B．①③④②‎ C．③④②①　　 D．③①②④‎ 解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡逸出，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③‎ 为负极。金属活泼性：负极＞正极，综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②，B项正确。‎ 三　设计原电池 理论上能放热的氧化还原反应都可以设计成原电池。‎ ‎1．拆反应 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。‎ ‎2．确定电极材料 若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下，发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。‎ ‎3．确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶液即可。‎ ‎4．构成闭合回路 ‎[例3]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。‎ 限选材料：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、铜片、铁片、锌片和导线。‎ ‎(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。‎ 如图所示 或 或 ‎(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__负极逐渐溶解__。‎ ‎(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是__甲__，其原因是__‎ 原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接反应，导致部分化学能转化为热能；原电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小__。‎ 解析 (1)根据电子的流向，左烧杯中电极为负极，右烧杯中电极为正极。(2)负极可以是Zn或Fe，可以观察到负极逐渐溶解。‎ ‎[例1]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 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 A 正、负极判断错误 ‎－6‎ D 考生未弄清楚阳离子交换膜只允许阳离子通过 ‎－6‎ ‎[解析] 铜为原电池的正极，发生还原反应，A项错误；SO和水不参与电池反应，其浓度不变，B项错误；随电池反应的进行，负极区产生的Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区补充减少的Cu2＋，使乙池溶液的质量增加，C项正确；由题意知阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过，D项错误。‎ ‎[答案] C ‎1．Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下：‎ 该电池工作时，下列说法正确的是(　C　)‎ A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C．石墨电极附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正极移动 解析 在原电池中，活泼金属一般作负极，即Mg为负极，A项错误；石墨电极为正极，H2O2得电子发生还原反应，电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，石墨电极附近溶液的pH增大，B项错误，C项正确；原电池中，阴离子应向负极移动，D项错误。‎ ‎1．(2016·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(　C　)‎ A．铜棒的质量　　 B．c(Zn2＋)‎ C．c(H＋)　　 D．c(SO)‎ 解析 该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，溶液中的H＋在Cu电极的表面获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应：Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐减小，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。‎ ‎2．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　A　)‎ A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 解析 由电池结构图可知，在正极上氧气得到电子发生还原反应生成H2O，A项错误；微生物在反应中促进葡萄糖的氧化，即促进了电子的转移，B项正确；利用原电池工作原理知，质子可通过质子交换膜从负极区移向正极区，C项正确；该电池的总反应为葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水，D项正确。‎ ‎3．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。‎ ‎0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是__2H＋＋NO＋e－===NO2↑＋H2O__，溶液中的H＋向__正__极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是__Al在浓HNO3中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应__。‎ 考点二　化学电源 ‎1．一次电池 ‎(1)碱性锌锰干电池 负极材料：__Zn__‎ 电极反应：__Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2__‎ 正极材料：__MnO2__‎ 电极反应：__2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－__‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ ‎(2)银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)‎ 负极材料：__Zn__，电极反应：__Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2__。‎ 正极材料：__Ag2O__，电极反应：__Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－__。‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎2．二次电池 铅蓄电池(电解质溶液为30% H2SO4溶液)‎ ‎(1)放电时的反应 负极反应：__Pb－2e－＋SO===PbSO4__。‎ 正极反应：__PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O__。‎ 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。‎ 电解质溶液的pH__增大__(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)充电时的反应 阴极反应：__PbSO4＋2e－===Pb＋SO__。‎ 阳极反应：__PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO__。‎ 总反应：2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4。‎ ‎3．燃料电池 氢氧燃料电池 电池 酸性 碱性或中性 负极反应式 ‎__2H2－4e－===4H＋__‎ ‎__2H2－4e－＋4OH－===4H2O__‎ 正极反应式 ‎__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__‎ ‎__O2＋4e－＋2H2O===4OH－__‎ 总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 说明：燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由__外部__供给。‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。(　√　)‎ ‎(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。 (　×　)‎ ‎(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料。(　×　)‎ ‎(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。 (　×　)‎ ‎(5)固体电解质(高温下能传导O2－)甲醇燃料电池的负极反应式：2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O。(　√　)‎ ‎(6)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下甲烷燃料电池正极反应式：3O2＋12e－＋6CO2===6CO。(　√　)‎ ‎2．铝—空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。‎ 电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；‎ 负极：__4Al－12e－＋12OH－===4Al(OH)3__；‎ 正极：__3O2＋6H2O＋12e－===12OH－__。‎ ‎3．Zn－MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。‎ ‎(1)该电池的负极材料是__Zn(或锌)__。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__。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的__b__(填字母)。‎ a．NaOH　　 b．Zn　　‎ c．Fe　　 d．NH3·H2O 一般电池电极反应式书写的“三步骤”‎ —— ‎↓‎ — ‎↓‎ —两电极反应式相加，与总反应式对照验证 一　书写化学电池电极反应式的一般方法 书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有：‎ ‎1．拆分法 ‎(1)写出总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。‎ ‎(2)把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：‎ 正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。‎ 负极：Cu－2e－===Cu2＋。‎ ‎2．加减法 ‎(1)写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。‎ ‎(2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)。‎ ‎(3)利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。‎ ‎[例1](1)以Al和NiOOH为电极，NaOH溶液为电解液，可以组成一种新型电池，放电时NiOOH转化为Ni(OH)2。‎ ‎①该电池的负极反应式为__Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－__，‎ ‎②电池总反应的化学方程式为__Al＋3NiOOH＋NaOH＋3H2O===Na[Al(OH)4]＋3Ni(OH)2__。‎ ‎(2)某新型电池以金属锂为负极，K2FeO4为正极，溶有LiPF6的有机溶剂为电解质。工作时Li＋通过电解质迁移入K2FeO4晶体中，生成K2LixFeO4。该电池的正极反应式为__K2FeO4＋xe－＋xLi＋===K2LixFeO4__。‎ 二　可充电电池的反应规律 可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解池反应。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。‎ 充电：原电池负极电源负极，原电池正极电源正极。‎ 放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。‎ ‎[例2](2016·四川卷)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　C　)‎ A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6‎ C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ 解析 电池放电时，阳离子由负极移向正极，A项正确；由放电时的总反应看出，LixC6‎ 在负极发生失电子的氧化反应，B项正确；充电反应是放电反应的逆反应，充电时阳极发生失电子的氧化反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确；充电时，阴极发生得电子的还原反应：C6＋xe－＋xLi＋===LixC6, 当转移1 mol电子时，阴极(C6电极)析出1 mol Li，增重‎7 g，C项错误。‎ 三　燃料电池电极反应式的书写 ‎1．正板反应式的书写 正极通入的气体一般是氧气，发生还原反应：O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，分以下四种情况：‎ ‎(1)在酸性溶液中生成水：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ ‎(2)在碱性溶液中生成氢氧根离子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(3)在固体电解质(高温下能传导O2－)中生成O2－：O2＋4e－===2O2－。‎ ‎(4)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子：O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ ‎2．负极反应式的书写 负极通入的是燃料，发生氧化反应，负极生成的离子一般与正极产物结合，有以下几种情况：‎ ‎(1)若负极通入的气体是氢气，则①酸性溶液中：H2－2e－===2H＋。②碱性溶液中：H2－2e－＋2OH－===2H2O。③熔融氧化物中：H2－2e－＋O2－===H2O。‎ ‎(2)若负极通入的气体为含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价碳的化合物，在酸性溶液中生成CO2，在碱性溶液中生成CO，在熔融碳酸盐中生成CO2，在熔融氧化物中生成CO；含有的氢元素最终生成水。根据碳元素化合价的改变写出失去的电子数，再根据电荷守恒和原子守恒即可写出电极反应式。如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，在碱性溶液中为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。‎ ‎[例3]一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　D　)‎ 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 CH4中的C为－4价，反应后生成的CO中C为＋2价，1 mol CH4转移6 mol e－，A项错误；由示意图可看出，电解质离子中没有OH－，B项错误；该燃料电池中，O2在正极反应，CO和H2在负极反应，原电池中CO移向负极，C项错误；由示意图可看出，电极B处CO2和O2结合，转化为CO，D项正确。‎ ‎[例1]某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是(　　)‎ A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－‎ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 B 误以为大量Ag＋会移动到右侧，而忽略了左侧的盐酸中Cl－可大量结合Ag＋生成AgCl ‎－6‎ C 弄不清楚电解质溶液中的Cl－的作用 ‎－6‎ ‎[解析] 在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，A项错误；由于电解质溶液中含有大量Cl－，故放电时，Ag＋在交换膜左侧即与Cl－反应生成AgCl沉淀，B项错误；用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液有0.01 mol Cl－参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01 mol H＋通过阳离子交换膜进入右侧溶液，D项正确。‎ ‎[答案] D ‎1．(2017·全国卷Ⅲ)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(　D　)‎ A．在电池工作时，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 A项，根据电池总反应式以及工作原理图，电池工作时，正极为S元素得电子，生成Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2等，正确；B项，电池转移0.02 mol电子时，被氧化的Li的物质的量为0.02 mol，所以负极溶解Li的质量为‎0.14 g，正确；C项，石墨能导电，因此在电极材料中掺有石墨烯可提高电极导电性，正确；D项，充电时，a极发生氧化反应，充电时间越长，S元素失电子越多，Li2S2减少越多，错误。‎ ‎1．(2016·全国卷甲)Mg－AgCl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(　B　)‎ 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 该电池中正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误。‎ ‎2．(2016·全国卷丙)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(　C　)‎ 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 K＋带正电荷，充电时K＋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。‎ ‎3．(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。‎ ‎①该电池的正极反应式为__MnO2＋H＋＋e－===MnOOH__，电池反应的离子方程式为__2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH] __。‎ ‎②维持电流强度为‎0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌__0.05__g。(已知F＝96 ‎500 C·mol－1)‎ ‎(2)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__Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl__。‎ 课时达标　第22讲 ‎1．下列有关电化学知识的描述正确的是(　D　)‎ A．任何氧化还原反应都可能设计成原电池装置 B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥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，必是铁作负极、铜作正极 D．理论上说，任何能放出能量的氧化还原反应都可设计成原电池 ‎2．将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用电器连接成原电池，此电池工作时，下列叙述正确的是(　B　)‎ A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2＋‎ B．Al条表面虽有氧化膜，但可不必处理 C．该电池的内、外电路中，电流均是由电子定向移动形成的 D．Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 解析 A项，电解质溶液为NaOH溶液，应为Al失电子；B项，Al2O3能与NaOH反应，故不必处理；C项，内电路中阴、阳离子定向移动形成电流；D项，Al→[Al(OH)4]－无沉淀。‎ ‎3．利用如图所示电池装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO，其中含有的固体电解质能传导质子(H＋)。下列说法正确的是(　D　)‎ A．该过程中有两种形式的能量转化 B．a电极表面的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．该装置工作时，H＋从b电极区向a电极区移动 D．该装置中每生成2 mol CO，同时生成1 mol O2‎ 解析 该过程中的能量转化形式有太阳能转化为化学能、化学能转化为电能、化学能转化为热能，A项错误；根据题图可知，a 电极表面H2O被氧化为O2，a电极表面的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B项错误；该原电池中，a电极为负极，b电极为正极，H＋从a电极区向b电极区移动，C项错误；该装置中每生成2 mol CO，转移4 mol电子，根据a电极表面的反应可知，每转移4 mol电子，同时生成1 mol O2，D项正确。‎ ‎4．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是(　C　)‎ A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生 C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强 D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH 解析 电池总反应式为2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2。负极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正极：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。A项，能量转换过程是太阳能先转化为电能，再转化为化学能，正确；C项，催化剂a附近生成H＋，酸性增强，催化剂b附近消耗H＋，酸性减弱，错误。‎ ‎5．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：‎ 电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O 电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ 电解过程中，以下判断正确的是(　D　)‎ 电池 电解池 选项 A H＋移向Pb电极 H＋移向Pb电极 B 消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3‎ C 正极：PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋‎ D 解析 原电池中，阳离子向正极移动，所以H＋移向PbO2电极，电解池中，阳离子移向阴极，即H＋移向Pb电极，A项错误；B项，原电池中消耗3 mol Pb，转移6 mol e－，在电解池中转移6 mol e－生成1 mol Al2O3，错误；C项，原电池中正极反应为PbO2＋4H＋＋2e－＋SO===PbSO4＋2H2O，错误；D项，原电池中Pb失去电子转化为PbSO4，所以Pb电极质量增加，而电解池中Pb作阴极，不参与反应，所以质量不变，正确。‎ ‎6．斯坦福大学华人化学家戴宏杰的团队发明了一种“一分钟充满电”的新型铝离子电池。该电池的电极材料为铝和Cn[AlCl4](Cn为石墨)，有机物阳离子和[AlCl4]－组成离子液体，电池放电时，在负极附近形成[Al2Cl7]－。充电和放电过程中离子液体中的阳离子浓度不变。下列说法不正确的是(　A　)‎ A．放电时，铝为电池负极，电极反应式为Al－3e－===Al3＋‎ B．放电时，负极材料和正极材料质量均减少 C．充电和放电过程中，有机物阳离子移动方向相反 D．充电时，阳极的电极反应式为[AlCl4]－＋Cn－e－===Cn[AlCl4]‎ 解析 A项，由题目信息提示，电池放电时，在负极形成[Al2Cl7]－，故电极反应式为Al＋7[AlCl4]－－3e－===4[Al2Cl7]－，错误；B项，放电时，Al溶解，负极质量减少，正极反应式为Cn[AlCl4]＋e－===[AlCl4]－＋Cn，质量也减少，正确；C项，放电时，阳离子从负极移向正极，充电时，阳离子从阳极移向阴极，正确；D项，充电时，电池的阳极发生氧化反应，正确。‎ ‎7．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJ·mol－1。下图为质子膜H2S燃料电池的示意图。‎ 下列说法正确的是(　B　)‎ A．电极a为电池的正极 B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．该装置是一种将热能转化为电能的装置 D．H＋经质子膜进入a极区 ‎8．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是(　C　)‎ A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极A上的反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋‎ D．当有‎4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol 解析 负极：8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O，正极：6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－，因为是碱性介质，所以应选用阴离子交换膜；C项，应生成H2O，错误；D项，根据正极反应式，转移电子为×24＝0.8 mol。‎ ‎9．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　B　)‎ A．b电极上发生氧化反应 B．a电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O C．放电时，电流从a电极经过负载流向b电极 D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜 ‎10．CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是(　　)‎ A．负极的电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2‎ B．工作时电极b作正极，O2－由电极a向电极b移动 C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高 解析 根据题意可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。传感器中通过的电流越大，说明单位时间内通过的电子越多，尾气中CO的含量越高。‎ ‎11．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。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　C　)‎ A．甲烧杯中的溶液发生还原反应 B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋‎ C．外电路的电流方向是从b到a D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯 解析 因为氧化性：Cr2O>Fe3＋，所以该原电池反应是Cr2O将Fe2＋氧化为Fe3＋，所以甲烧杯中发生氧化反应，A项错误；乙烧杯中发生还原反应，电极反应为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，B项错误；根据以上分析，a是负极，b是正极，则电流方向是从正极向负极流动，C项正确；原电池中的阴离子向负极移动，所以SO向甲烧杯移动，D项错误。‎ ‎12．(2018·哈尔滨六中高三第一次月考)光电池是发展性能源。‎ 一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl(s)Ag(s)＋Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl(AgCl)＋e－===Cl－(aq)，若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是(　B　)‎ A．光照时，电流由X流向Y B．光照时，Pt电极发生的反应为2Cl－＋2e－===Cl2↑‎ C．光照时，Cl－向Pt电极移动 D．光照时，电池总反应为AgCl(s)＋Cu＋(aq)Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)‎ 解析 光照时，银作正极，铂作负极。负极上亚铜离子失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu＋(aq)－e－===Cu2＋(aq)，B项错误；正极上氯原子得电子发生还原反应，电池反应式为AgCl(s)＋Cu＋(aq)Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)。‎