11/149第四章|化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.以鋅銅原電池為例,從宏觀和微觀的角度,分析理解原電池的工作原理,能正確判斷原電池的正極和負(fù)極,會(huì)書寫其電極反應(yīng)式。2.通過(guò)對(duì)常見(jiàn)化學(xué)電源的分析,建立對(duì)原電池過(guò)程系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的思維模型。重點(diǎn)1.原電池的工作原理。2.電極反應(yīng)的分析與表征。難點(diǎn)原電池思維模型的構(gòu)建第1課時(shí)原電池的工作原理新知探究(一)——原電池的工作原理1.原電池的構(gòu)成條件(1)具有兩個(gè)活潑性不同的電極。(2)合適的電解質(zhì)溶液。(3)形成閉合回路(兩電極用導(dǎo)線相連或互相接觸并插入電解質(zhì)溶液中)。(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。2.實(shí)驗(yàn)探究原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)裝置示意圖注:鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂現(xiàn)象鋅片逐漸溶解,銅片上有紅色物質(zhì)生成,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)微觀探析在硫酸鋅溶液中,負(fù)極一端的Zn失去電子變成Zn2+進(jìn)入溶液;在硫酸銅溶液中,正極一端的Cu2+獲得電子變成Cu沉積在銅片上電子或離子移動(dòng)方向電子:負(fù)極流向正極鹽橋:Cl-移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液電極反應(yīng)式負(fù)極:Zn-2e-==Zn2+(氧化反應(yīng))正極:Cu2++2e-==Cu(還原反應(yīng))總反應(yīng):Zn+Cu2+==Zn2++Cu[微點(diǎn)撥]原電池中鹽橋的作用形成閉合回路;平衡兩側(cè)的電荷,使溶液呈電中性;將兩個(gè)半電池完全隔開(kāi),使副反應(yīng)減至最低程度,可以獲得單純的電極反應(yīng),有利于最大限度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。3.原電池中電子、離子的移動(dòng)(1)電子移動(dòng)方向:從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極,電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。(2)若有鹽橋,鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū),陽(yáng)離子移向正極區(qū)。(3)若有交換膜,離子可選擇性通過(guò)交換膜,如陽(yáng)離子交換膜,陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極。4.判斷原電池正、負(fù)極的5種方法[微點(diǎn)撥]原電池正負(fù)極判斷的特殊情況電極的正負(fù)除與金屬的活動(dòng)性有關(guān)外,還與電解質(zhì)溶液有關(guān)。活潑金屬一般作負(fù)極,但不是活潑金屬一定作負(fù)極,如Mg?Al?H2SO4溶液構(gòu)成的原電池中,Mg為負(fù)極,而在Mg?Al?NaOH溶液構(gòu)成的原電池中,Al為負(fù)極,因?yàn)锳l可與NaOH溶液反應(yīng),而Mg不與NaOH溶液反應(yīng)。應(yīng)用化學(xué)水果電池是利用水果中的酸性物質(zhì)和金屬片發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種電池。(1)電池在工作中發(fā)現(xiàn)Y極上有氣泡產(chǎn)生,推測(cè)該氣體是什么?(2)該水果電池在工作中電流方向如何?(3)若Y是銅片,則X可能是什么金屬?列舉兩例。提示:(1)氫氣。(2)從Y極沿導(dǎo)線流向X極。(3)理論上來(lái)講,比銅活潑且常溫下不與水反應(yīng)的金屬均可,如鋅、鐵等。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.如圖裝置能構(gòu)成原電池的是()A.只有甲 B.只有乙C.只有丙 D.除乙外均可以解析:選C沒(méi)有用導(dǎo)線連接形成閉合回路,所以不能構(gòu)成原電池,故A錯(cuò)誤;兩電極材料相同,所以不能構(gòu)成原電池,故B錯(cuò)誤;有兩個(gè)活潑性不同的電極,且兩電極插入電解質(zhì)溶液中,兩電極間構(gòu)成閉合回路,能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),所以該裝置能構(gòu)成原電池,故C正確;乙醇是非電解質(zhì),且電極和乙醇不能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),所以不能構(gòu)成原電池,故D錯(cuò)誤。2.(2025·烏魯木齊高二期末)某同學(xué)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)Fe+Cu2+==Fe2++Cu,并利用實(shí)驗(yàn)室材料制作原電池。下列關(guān)于該原電池組成的說(shuō)法正確的是()選項(xiàng)ABCD正極石墨棒石墨棒鐵棒銅棒負(fù)極鐵棒鋁棒銅棒鐵棒電解質(zhì)溶液CuCl2溶液CuCl2溶液FeSO4溶液FeSO4溶液解析:選A鐵比石墨活潑,Fe作負(fù)極,石墨作正極,電池反應(yīng)為Fe+Cu2+==Fe2++Cu,故A正確;鋁比石墨活潑,Al作負(fù)極,石墨作正極,電池反應(yīng)為2Al+3Cu2+==2Al3++3Cu,故B錯(cuò)誤;鐵比銅活潑,Fe作負(fù)極,Cu作正極,故C錯(cuò)誤;鐵比銅活潑,但鐵與硫酸亞鐵不反應(yīng),不能形成原電池,故D錯(cuò)誤。3.(2025·福建三校聯(lián)考)某小組為研究原電池原理,設(shè)計(jì)如圖裝置,下列敘述正確的是()A.若X為Fe,Y為Cu,鐵為正極B.若X為Fe,Y為Cu,電子由銅片流向鐵片C.若X為Fe,Y為碳棒,碳棒上有紅色固體析出D.若X為Cu,Y為Zn,鋅片發(fā)生還原反應(yīng)解析:選CFe比Cu活潑,Fe作負(fù)極,故A錯(cuò)誤;Fe比Cu活潑,Fe作負(fù)極,電子從Fe流向Cu,故B錯(cuò)誤;若X為Fe,Y為碳棒,電解質(zhì)溶液為硫酸銅,則正極碳棒上析出Cu,故C正確;Zn比Cu活潑,Zn作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),故D錯(cuò)誤。4.下列有關(guān)裝置1和裝置2說(shuō)法不正確的是()A.電子都是由Zn電極通過(guò)導(dǎo)線移向Cu電極B.裝置2中鹽橋中的電子向ZnSO4溶液移動(dòng)C.正極Cu片都發(fā)生:2H++2e-==H2↑,有氣體產(chǎn)生D.裝置1中Zn片也有氣體產(chǎn)生,原電池的工作效率低解析:選B裝置1和2均形成原電池,Zn比Cu活潑,Zn作負(fù)極,Cu作正極,電子都是由Zn電極通過(guò)導(dǎo)線移向Cu電極,故A正確;裝置2中電子由Zn電極通過(guò)導(dǎo)線移向Cu電極,鹽橋和溶液中無(wú)電子通過(guò),故B錯(cuò)誤;Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-==H2↑,有氣體生成,故C正確;裝置1Zn與稀硫酸接觸反應(yīng),Zn片也有氣體產(chǎn)生,原電池的工作效率低,故D正確。|思維建模|原電池工作原理示意圖新知探究(二)——原電池工作原理的應(yīng)用典例導(dǎo)學(xué)[典例]有a、b、c、d四個(gè)金屬電極,有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下:實(shí)驗(yàn)裝置部分現(xiàn)象a極質(zhì)量減小;b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生;c極無(wú)變化d極溶解,c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c[解析]由第一個(gè)裝置a極溶解,可知a極是負(fù)極,金屬活動(dòng)性:a>b;對(duì)于第二個(gè)裝置,依據(jù)還原性規(guī)律知,金屬活動(dòng)性:b>c;第三個(gè)裝置的金屬活動(dòng)性:d>c;由第四個(gè)裝置電流從a→d,則電子從d→a,故金屬活動(dòng)性:d>a?？傊?金屬活動(dòng)性順序是d>a>b>c。[答案]C[系統(tǒng)融通知能]1.加快化學(xué)反應(yīng)速率原理在形成的原電池中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上發(fā)生,溶液中的離子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互干擾減小,電解質(zhì)溶液中離子的運(yùn)動(dòng)更快,使化學(xué)反應(yīng)速率加快舉例在鋅與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液,CuSO4與鋅發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu,從而形成微小Cu-Zn原電池,加快產(chǎn)生H2的速率2.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原理:一般來(lái)說(shuō),負(fù)極金屬的活動(dòng)性強(qiáng)于正極金屬。根據(jù)現(xiàn)象判斷出原電池的正、負(fù)極,金屬的活動(dòng)性:負(fù)極強(qiáng)于正極。3.設(shè)計(jì)原電池(1)理論上,自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池。構(gòu)成原電池的基本條件也是設(shè)計(jì)原電池的基本依據(jù)。(2)設(shè)計(jì)原電池的思路示例以2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2為例[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過(guò)量的稀H2SO4溶液中,同時(shí)向a中滴入少量的CuSO4溶液,下列表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系圖像中正確的是()解析:選Da中Zn與CuSO4溶液反應(yīng)置換出Cu,Zn的量減少,產(chǎn)生H2的量減少,但Zn、Cu和稀H2SO4溶液形成原電池,反應(yīng)速率加快,D項(xiàng)圖示符合要求。2.①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可構(gòu)成原電池。①②相連時(shí),外電路電流從②流向①;①③相連時(shí),③為正極;②④相連時(shí),②上有氣泡逸出;③④相連時(shí),③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是()A.①③②④ B.①③④②C.③④②① D.③①②④解析:選B電流方向與電子流向相反,①②相連時(shí),電流由②流向①,則金屬性:①>②;①③相連時(shí),③為正極,則金屬性:①>③;②④相連時(shí),②上有氣泡,則金屬性:④>②;③④相連時(shí),③的質(zhì)量減少,則金屬性:③>④;綜上分析,可得金屬活動(dòng)性順序?yàn)棰?gt;③>④>②。3.設(shè)計(jì)原電池Zn+2Fe3+==Zn2++2Fe2+,畫出能形成穩(wěn)定電流的原電池形式的裝置圖(標(biāo)出電極材料、電解質(zhì)溶液)。負(fù)極:,電極反應(yīng):;

正極:,電極反應(yīng):。

解析:分析元素化合價(jià)的變化可知,Zn為負(fù)極,比Zn活潑性差的金屬或非金屬(石墨等)為正極,選擇與電極材料有相同離子的溶液作電解質(zhì)溶液。答案:ZnZn-2e-==Zn2+Pt或CFe3++e-==Fe2+新知探究(三)——原電池電極反應(yīng)式的書寫導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)由于金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?使得金屬鋰在加工、保存、使用等環(huán)節(jié)要求很高,所以鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,在科學(xué)家的努力下鋰離子電池進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。某種鋰電池的總反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i+MnO2==LiMnO2。1.你能依據(jù)總反應(yīng)方程式書寫該電池的正極、負(fù)極電極反應(yīng)式嗎?提示:負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)i-e-==Li+,正極反應(yīng)式為MnO2+e-+Li+==LiMnO2。2.有人用原電池原理除去銀器皿表面的黑色硫化銀,其處理方法:將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中,再將變黑的銀器皿浸入溶液中,放置一段時(shí)間后,有臭雞蛋氣味的氣體放出,銀器皿表面的黑色會(huì)褪去而銀不會(huì)損失。你能否依據(jù)信息材料書寫其電池總反應(yīng)式、電極反應(yīng)式?提示:“黑色褪去而銀不會(huì)損失”,必然發(fā)生變化:Ag2SAg,顯然這是原電池的正極反應(yīng):3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-,負(fù)極反應(yīng)應(yīng)為活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng):Al-3e-==Al3+,正極生成的S2-和負(fù)極生成的Al3+在溶液中都能水解且相互促進(jìn):2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH)3↓+3H2S↑,有臭雞蛋氣味的硫化氫氣體產(chǎn)生。原電池的總反應(yīng)為上述三個(gè)反應(yīng)式的加合:3Ag2S+2Al+6H2O==6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑。[系統(tǒng)融通知能]1.一般電極反應(yīng)式的書寫方法定電極,標(biāo)得失按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物,找出得失電子的數(shù)量看環(huán)境,配守恒電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中應(yīng)能穩(wěn)定存在,如堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平兩式加,驗(yàn)總式兩電極反應(yīng)式相加,與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證2.已知總反應(yīng)式,書寫電極反應(yīng)式(1)分析化合價(jià),確定正極、負(fù)極的反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物。(2)在電極反應(yīng)式的左邊寫出得失電子數(shù),使得失電子守恒。(3)根據(jù)元素守恒配平電極反應(yīng)式。(4)復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]題點(diǎn)(一)基礎(chǔ)原電池1.(1)Mg(A)-Al(B)-鹽酸(C)負(fù)極:Mg-2e-==Mg2+;正極:2H++2e-==H2↑;總反應(yīng):Mg+2H+==Mg2++H2↑。(2)Mg(A)-Al(B)-NaOH溶液(C)負(fù)極:Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-;正極:2H2O+2e-==H2↑+2OH-;總反應(yīng):2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑。(3)鐵(A)-銅(B)-FeCl3溶液(C)負(fù)極:Fe-2e-==Fe2+;正極:Fe3++e-==Fe2+;總反應(yīng):Fe+2Fe3+==3Fe2+。(4)鐵(A)-銅(B)-稀硝酸(C)負(fù)極:Fe-3e-==Fe3+;正極:NO3-+4H++3e-==NO↑+2H總反應(yīng):Fe+NO3-+4H+==Fe3++NO↑+2H2題點(diǎn)(二)帶鹽橋的原電池2.某興趣小組為了提高電池的效率設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,寫出電極名稱及電極反應(yīng):Al片();

Cu片()。(2)若X是濃硝酸,Y是NaCl溶液,寫出電極名稱及電極反應(yīng):Al片();Cu片()。解析:(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,實(shí)際上是由Al、稀硫酸、Cu組成的原電池,Al比Cu活潑,所以Al作負(fù)極,Al失電子被氧化為Al3+,Cu作正極,溶液中的H+得電子被還原為H2。(2)若X是濃硝酸,Y是NaCl溶液,實(shí)際上是由Al、濃硝酸、Cu組成的原電池,常溫下Al遇濃硝酸鈍化,故Al作正極,Cu作負(fù)極,Cu失電子被氧化為Cu2+。答案:(1)負(fù)極Al-3e-==Al3+正極2H++2e-==H2↑(2)正極NO3-+2H++e-==NO2↑+H2O負(fù)極Cu-2e-[課時(shí)跟蹤檢測(cè)]一、選擇題1.下列關(guān)于原電池的敘述中,錯(cuò)誤的是()A.原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷.原電池的負(fù)極得電子,發(fā)生還原反應(yīng)C.原電池工作時(shí),其負(fù)極不斷產(chǎn)生電子并經(jīng)外電路流向正極D.原電池的構(gòu)成條件之一是形成閉合回路解析:選B原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,故A正確;原電池的負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),故B錯(cuò)誤;原電池在工作時(shí),負(fù)極不斷產(chǎn)生電子并經(jīng)外電路流向正極,故C正確;要形成原電池,必須形成閉合回路,電路中才能產(chǎn)生電流,才能對(duì)外提供電能,故D正確。2.西紅柿中含有礦物鹽、有機(jī)酸等,某同學(xué)利用如圖所示裝置探究原電池原理。下列說(shuō)法正確的是()A.Zn電極是該電池的正極B.Cu電極表面產(chǎn)生的氣體是H2C.電子經(jīng)導(dǎo)線由Cu電極流入Zn電極D.該裝置可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能解析:選BZn比Cu活潑,Zn作負(fù)極,故A錯(cuò)誤;Cu作正極,H+在正極得到電子生成H2,故B正確;Zn作負(fù)極,Cu作正極,電子經(jīng)導(dǎo)線由Zn電極流向Cu電極,故C錯(cuò)誤;該裝置是原電池,可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故D錯(cuò)誤。3.如圖為鋅銅原電池,鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.銅片作正極B.鹽橋中K+移向CuSO4溶液C.鋅片不斷溶解D.電子從銅片經(jīng)外電路流向鋅片解析:選D由金屬活動(dòng)性順序可知,Zn片作負(fù)極,銅片作正極,故A正確;鹽橋中的Cl-會(huì)移向ZnSO4溶液,鹽橋中的K+移向CuSO4溶液,故B正確;鋅片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),不斷溶解,故C正確;鋅作負(fù)極,銅作正極,電子從鋅片經(jīng)外電路流向銅片,故D錯(cuò)誤。4.(2025·武漢高二期末)圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中,x軸表示實(shí)驗(yàn)時(shí)流入正極的電子的物質(zhì)的量,y軸表示()A.銅棒的質(zhì)量 B.c(Zn2+)C.c(H+) D.c(SO4解析:選B隨著電子的流入,銅電極即正極質(zhì)量不變,故A錯(cuò)誤;隨反應(yīng)進(jìn)行,負(fù)極金屬鋅溶解,溶液中鋅離子濃度逐漸增大,故B正確;隨著反應(yīng)進(jìn)行,氫離子在正極放電,溶液中的氫離子濃度逐漸減小,故C錯(cuò)誤;反應(yīng)和硫酸根離子無(wú)關(guān),故其濃度不變,故D錯(cuò)誤。5.某電池總反應(yīng)為Fe+2Fe3+==3Fe2+,下列與此電池總反應(yīng)不符的原電池是()A.銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池B.石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池C.鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池D.銀片、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池解析:選C由總反應(yīng)可知,負(fù)極應(yīng)為鐵,被氧化,電解質(zhì)溶液應(yīng)為含有Fe3+的溶液,題中A、B、D鐵都為負(fù)極,但C中鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池中鋅片為負(fù)極,鐵片為正極,原電池反應(yīng)為Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+。6.如圖是學(xué)生搭建的兩套裝置圖,下列說(shuō)法正確的是()A.兩套裝置都可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.電池工作時(shí),鋅作正極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-==Zn2+C.電池工作時(shí),電子由鋅片流出經(jīng)過(guò)外電路流向銅D.電池工作時(shí),H+移向鋅片解析:選C左側(cè)裝置沒(méi)有形成閉合回路,無(wú)法形成原電池,不能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故A錯(cuò)誤;右側(cè)裝置能形成原電池,Zn比Cu活潑,Zn作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-==Zn2+,故B錯(cuò)誤;電池工作時(shí),電子由鋅片(負(fù)極)流出經(jīng)外電路流向銅(正極),故C正確;電池工作時(shí),H+移向銅(正極),故D錯(cuò)誤。7.由A、B、C、D四種金屬按表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下列敘述中正確的是()實(shí)驗(yàn)裝置甲乙丙現(xiàn)象A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生A.裝置甲中的B金屬是原電池的負(fù)極B.裝置乙中電流的流向?yàn)锽→CC.裝置丙中溶液里的SO42-D.四種金屬的活潑性順序是D>A>B>C解析:選D裝置甲中,A金屬不斷溶解,所以A極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;裝置乙中,活潑金屬與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng),置換出銅單質(zhì),吸附在正極上,C的質(zhì)量增加,故C電極為正極,電流的流向?yàn)镃→B,B錯(cuò)誤;丙裝置中,氫離子得電子,發(fā)生還原反應(yīng),所以產(chǎn)生氫氣的一極為正極,A為正極,溶液中陰離子移向負(fù)極,C錯(cuò)誤;在甲裝置中,A電極為負(fù)極,B電極為正極,A的活動(dòng)性強(qiáng)于B,在乙裝置中,C電極為正極,B電極為負(fù)極,所以B的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于C,在丙裝置中,A電極為正極,D電極為負(fù)極,所以D的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于A,故得出四者的金屬活潑性順序?yàn)镈>A>B>C,D正確。8.根據(jù)圖可判斷出下列離子方程式中錯(cuò)誤的是()A.2Ag(s)+Cd2+(aq)==2Ag+(aq)+Cd(s)B.Co2+(aq)+Cd(s)==Co(s)+Cd2+(aq)C.2Ag+(aq)+Cd(s)==2Ag(s)+Cd2+(aq)D.2Ag+(aq)+Co(s)==2Ag(s)+Co2+(aq)解析:選A結(jié)合原電池裝置中的正極和負(fù)極,可判斷金屬活動(dòng)性:Cd>Co>Ag。由于Cd金屬性強(qiáng)于Ag,則A項(xiàng)反應(yīng)不可能發(fā)生;根據(jù)金屬活動(dòng)性,可知B、C、D三個(gè)離子反應(yīng)均能發(fā)生。9.(2025·瀘州高二檢測(cè))根據(jù)原電池原理,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.若X為Fe,Y為Cu,Z為酒精,則該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化B.若X為Mg,Y為Al,Z為KOH溶液,負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為Mg-2e-+2OH-==Mg(OH)2C.若X為Zn,Y為Cu,Z為硫酸銅,每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,正極質(zhì)量增加12.8gD.若X為Zn,Y為Cu,Z為稀硫酸,則SO42-向解析:選D酒精屬于非電解質(zhì),它們不能構(gòu)成原電池,不能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故A錯(cuò)誤;Mg雖然比Al活潑,但Mg不與NaOH溶液反應(yīng),鋁能與NaOH溶液反應(yīng),因此鋁為負(fù)極,Mg為正極,負(fù)極反應(yīng)式:Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-,故B錯(cuò)誤;鋅比銅活潑,銅為正極,鋅為負(fù)極,正極反應(yīng)式:Cu2++2e-==Cu,即每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,可生成0.1molCu,對(duì)應(yīng)質(zhì)量為6.4g,故C錯(cuò)誤;銅為正極,鋅為負(fù)極,原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng),即SO42-向Zn電極附近移動(dòng),故10.如圖將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接插入一定濃度的硫酸銅溶液中,組成一個(gè)原電池模型,觀察到電流表指針偏轉(zhuǎn),且鋅片和銅片表面均有紅色物質(zhì)析出,待實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),測(cè)得鋅片質(zhì)量減少了4.58g,銅片質(zhì)量增加了4.48g,則該原電池工作效率η的值為(用參加原電池反應(yīng)的鋅占鋅反應(yīng)總量的百分率表示)()A.40% B.60% C.70% D.75%解析:選C銅片表面生成Cu的物質(zhì)的量為4.4864mol=0.07mol,參加原電池反應(yīng)的鋅的物質(zhì)的量為0.07mol,則參加原電池反應(yīng)的鋅減小質(zhì)量為0.07mol×65g·mol-1=4.55g,同時(shí)在Zn表面發(fā)生反應(yīng)Zn+Cu2+==Zn2++Cu,電極質(zhì)量變化量為4.58g-4.55g=0.03g,參加反應(yīng)的Zn的質(zhì)量為0.031×65=1.95g,則該原電池工作效率η的值為4.55g4.55g+1.95g11.(2025·杭州高二月考)實(shí)驗(yàn)a:將銅片、鋅片和稀硫酸組成單液原電池,銅片、鋅片表面均產(chǎn)生氣泡。實(shí)驗(yàn)b:將鋅片在稀HgCl2溶液中浸泡幾分鐘,鋅片表面形成鋅汞合金,再與銅片、稀硫酸組成單液原電池,只有銅片表面產(chǎn)生氣泡。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A.實(shí)驗(yàn)a中鋅片表面產(chǎn)生氣泡對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.實(shí)驗(yàn)b中銅片表面產(chǎn)生氣泡對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.實(shí)驗(yàn)a、b中原電池總反應(yīng)的離子方程式:Zn+2H+==Zn2++H2↑D.鋅片經(jīng)HgCl2溶液處理后,有利于更多的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能解析:選A實(shí)驗(yàn)a中鋅片表面產(chǎn)生氣泡是因?yàn)殇\片和稀硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫氣,對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)b中銅片表面產(chǎn)生氣泡是因?yàn)樾纬稍姵?對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,B正確;實(shí)驗(yàn)a、b中形成原電池,鋅片作負(fù)極,電極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+,銅片作正極,電極反應(yīng)為2H++2e-==H2↑,總反應(yīng)為Zn+2H+==Zn2++H2↑,C正確;將鋅片在稀HgCl2溶液中浸泡幾分鐘,鋅片表面形成鋅汞合金,阻止鋅與稀硫酸直接反應(yīng),從而有利于更多的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,D正確。12.(2023·廣東卷)負(fù)載有Pt和Ag的活性炭,可選擇性去除Cl-實(shí)現(xiàn)廢酸的純化,其工作原理如圖。下列說(shuō)法正確的是()A.Ag作原電池正極B.電子由Ag經(jīng)活性炭流向PtC.Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng):O2+2H2O+4e-==4OH-D.每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L的O2,最多去除1molCl-解析:選BO2在Pt極得電子發(fā)生還原反應(yīng),Pt為正極,Ag電極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Ag+,再與Cl-結(jié)合,Ag為負(fù)極。由分析可知,Ag為負(fù)極,A錯(cuò)誤;電子由負(fù)極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt,B正確;溶液為酸性,故Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4H++4e-==2H2O,C錯(cuò)誤;每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L的O2,轉(zhuǎn)移電子2mol,故最多去除2molCl-,D錯(cuò)誤。13.杠桿AB兩端通過(guò)導(dǎo)線分別掛有體積相同、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(如圖),小心地向燒杯中央滴入濃CuSO4溶液,并反應(yīng)一段時(shí)間。下列判斷正確的是(不考慮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)線的反應(yīng)及兩球浮力的變化)()選項(xiàng)杠桿材料杠桿偏向A絕緣體A端高B端低B絕緣體兩邊一樣高C導(dǎo)體A端高B端低D導(dǎo)體A端低B端高解析:選C杠桿材料為絕緣體時(shí),Fe與硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵和銅,銅球質(zhì)量不變,鐵球質(zhì)量增加,A端低B端高,故A、B錯(cuò)誤;杠桿材料為導(dǎo)體時(shí),形成原電池,Fe比Cu活潑,Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-==Fe2+,鐵球質(zhì)量減輕,Cu作正極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-==Cu,銅球質(zhì)量增加,A端高B端低,故C正確,D錯(cuò)誤。14.某化學(xué)興趣小組為了探索鋁電極在原電池中的作用,設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下一系列實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下:實(shí)驗(yàn)編號(hào)電極材料電解質(zhì)溶液電流表指針偏轉(zhuǎn)方向1Mg、Al稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、石墨稀鹽酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg以下說(shuō)法正確的是()A.實(shí)驗(yàn)1、2中Al電極的作用相同B.實(shí)驗(yàn)3中正極反應(yīng)式為Al-3e-==Al3+C.實(shí)驗(yàn)4中Al電極為正極,反應(yīng)過(guò)程中表面冒氣泡D.由以上實(shí)驗(yàn)可知,在原電池中相對(duì)活潑的金屬作正極還是負(fù)極受到多種因素影響解析:選D實(shí)驗(yàn)1中,氧化還原反應(yīng)發(fā)生在金屬鎂和稀鹽酸之間,失電子的是金屬鎂,為負(fù)極,實(shí)驗(yàn)2中,氧化還原反應(yīng)發(fā)生在金屬鋁和稀鹽酸之間,失電子的是金屬鋁,為負(fù)極,所以實(shí)驗(yàn)1、2中Al所作的電極不相同,故A錯(cuò)誤。Al、石墨、稀鹽酸構(gòu)成的原電池中,較活潑的金屬鋁作負(fù)極,電極反應(yīng)為Al-3e-==Al3+;石墨為正極,電極反應(yīng)為2H++2e-==H2↑,故B錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)4中,金屬鋁和氫氧化鈉可以發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng),失電子的是金屬鋁,為原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-,故C錯(cuò)誤。根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,在原電池中相對(duì)活潑的金屬作正極還是負(fù)極,與兩個(gè)電極的相對(duì)活潑性有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),故D正確。二、非選擇題15.(8分)能源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大支柱之一,化學(xué)在提高能源的利用率和開(kāi)發(fā)新能源中起到了重要的作用。電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛的二次能源。(1)下列裝置中能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是(填字母)。

(2)寫出所選裝置正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式:。

(3)所選裝置中溶液里的陰離子移向(填電極的化學(xué)式)極。

(4)若所選裝置中轉(zhuǎn)移了0.2mol電子,則理論上溶液增加的質(zhì)量是。

解析:(1)原電池的構(gòu)成條件:①有兩個(gè)活潑性不同的電極,②將電極插入電解質(zhì)溶液中,③兩電極間構(gòu)成閉合回路,④能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),C裝置符合構(gòu)成原電池的條件。(2)C裝置中Ag作正極,正極上氫離子得電子生成氫氣,其電極反應(yīng)式為2H++2e-==H2↑。(3)陰離子移向負(fù)極鋅。(4)裝置中轉(zhuǎn)移了0.2mol電子,根據(jù)總反應(yīng)式:2H++Zn==Zn2++H2↑,則理論上溶液質(zhì)量增重0.1×65g-0.1×2g=6.3g。答案:(1)C(2)2H++2e-==H2↑(3)Zn(4)6.3g第2課時(shí)化學(xué)電源新知探究(一)——化學(xué)電源和一次電池1.電池的分類及優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)(1)分類:原電池是各種化學(xué)電源的雛形,常分為如下三類:一次電池、二次電池和燃料電池。(2)優(yōu)點(diǎn):它方便攜帶、易于維護(hù),能量轉(zhuǎn)化效率較高,供能穩(wěn)定可靠,可以制成各種形狀、大小和容量不同的電池及電池組等。(3)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)①比能量:單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少,單位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。②比功率:單位質(zhì)量或單位體積輸出功率的大小,單位是W·kg-1或W·L-1。③電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。2.一次電池一次電池也叫干電池。放電后不可再充電的電池。堿性鋅錳電池①電池構(gòu)造負(fù)極反應(yīng)物:鋅粉;正極反應(yīng)物:二氧化錳;電解質(zhì):氫氧化鉀。②工作原理總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2。負(fù)極:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2;正極:MnO2+H2O+e-==MnO(OH)+OH-。[微思考]堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池有哪些優(yōu)良性能?提示:比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高,適用于大電流和連續(xù)放電。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]題點(diǎn)(一)化學(xué)電源1.下列說(shuō)法不正確的是()A.原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),該電池仍有電流產(chǎn)生B.鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)是比能量低、笨重C.普通鋅錳電池與堿性鋅錳電池的比能量不同D.燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,活性物質(zhì)由外界加入,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷供電解析:選A原電池中發(fā)生的可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),正、逆反應(yīng)速率相等,各物質(zhì)的濃度不變,不再有電流產(chǎn)生,A錯(cuò)誤;鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)是比能量低,十分笨重,對(duì)環(huán)境腐蝕性強(qiáng),循環(huán)使用壽命短,B正確;堿性鋅錳電池中負(fù)極反應(yīng)更充分,比能量比普通鋅錳電池高,C正確;燃料電池為一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置,能量轉(zhuǎn)化率高,活性物質(zhì)由外界加入,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷供電,D正確。題點(diǎn)(二)一次電池2.(2024·江蘇卷)堿性鋅錳電池的總反應(yīng)為Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH,電池構(gòu)造示意圖如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.電池工作時(shí),MnO2發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作時(shí),OH-通過(guò)隔膜向正極移動(dòng)C.環(huán)境溫度過(guò)低,不利于電池放電D.反應(yīng)中每生成1molMnOOH,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2×6.02×1023解析:選CMnO2轉(zhuǎn)化為MnOOH,Mn由+4價(jià)降為+3價(jià),MnO2作氧化劑,發(fā)生還原反應(yīng),A錯(cuò)誤;原電池工作時(shí)陰離子向負(fù)極移動(dòng),B錯(cuò)誤;溫度較低時(shí),反應(yīng)速率會(huì)降低,C正確;MnO2轉(zhuǎn)化為MnOOH,Mn由+4價(jià)降為+3價(jià),每生成1molMnOOH,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6.02×1023,D錯(cuò)誤。3.體溫槍能快速檢測(cè)人體體溫,該體溫槍所用的電池為一種銀鋅電池(如圖所示),電池的總反應(yīng)式為Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是()A.Ag2O電極作正極,發(fā)生氧化反應(yīng)B.該電池放電時(shí)溶液中的K+向Zn電極移動(dòng)C.電池工作時(shí),電流從Ag2O電極經(jīng)過(guò)隔板流向Zn電極D.該電池的負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2解析:選D根據(jù)總反應(yīng)式可知,Ag2O中銀元素化合價(jià)降低,得到電子,作原電池正極,發(fā)生還原反應(yīng),溶液中的K+向Ag2O電極移動(dòng),A、B錯(cuò)誤;電池工作時(shí),電流從Ag2O電極經(jīng)過(guò)外電路流向Zn電極,C錯(cuò)誤;Zn化合價(jià)升高,作原電池負(fù)極,根據(jù)總反應(yīng)式可得該電極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2,D正確。4.有關(guān)下列四個(gè)常用電化學(xué)裝置的敘述中,正確的是()圖Ⅰ普通鋅錳電池圖Ⅱ堿性鋅錳電池圖Ⅲ原電池圖Ⅳ鋅銀紐扣電池A.圖Ⅰ所示電池中,電子經(jīng)石墨電極沿電解質(zhì)溶液流向鋅筒B.圖Ⅱ所示電池中,MnO2的作用是作氧化劑C.圖Ⅲ所示裝置工作過(guò)程中,電解質(zhì)溶液中Cu2+濃度始終不變D.圖Ⅳ所示電池中,Zn是還原劑,在電池工作過(guò)程中被還原解析:選B普通鋅錳電池中,鋅筒為負(fù)極,石墨電極為正極,電子由鋅筒經(jīng)外電路流向石墨電極,A錯(cuò)誤;堿性鋅錳電池中負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2,正極反應(yīng)為MnO2+e-+H2O==MnO(OH)+OH-,MnO2作氧化劑,被還原,B正確;Fe為負(fù)極,Fe電極反應(yīng)為Fe-2e-==Fe2+,Cu為正極,Cu電極反應(yīng)為Cu2++2e-==Cu,該原電池工作過(guò)程中Cu2+濃度減小,C錯(cuò)誤;鋅銀紐扣電池中Zn為負(fù)極,Zn是還原劑,在電池工作過(guò)程中被氧化,D錯(cuò)誤。新知探究(二)——二次電池1.二次電池又稱可充電電池或蓄電池,是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。2.鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是一種常見(jiàn)的二次電池,其放電反應(yīng)和充電反應(yīng)表示如下:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O負(fù)極是Pb,正極是PbO2,電解質(zhì)溶液是稀H2SO4。(1)放電反應(yīng)原理①負(fù)極反應(yīng)式:Pb+SO42--2e-==PbSO4②正極反應(yīng)式:PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2③放電過(guò)程中,負(fù)極質(zhì)量增大,稀H2SO4的濃度減小。(2)充電反應(yīng)原理①充電原理陰極(電池負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng))反應(yīng)式:PbSO4+2e-==Pb+SO4陽(yáng)極(電池正極,發(fā)生氧化反應(yīng))反應(yīng)式:PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++SO4②二次電池充電時(shí)陰極連接充電電源負(fù)極,電極(陰極)反應(yīng)(還原反應(yīng))是放電時(shí)的逆反應(yīng),陽(yáng)極連接充電電源正極,電極(陽(yáng)極)反應(yīng)(氧化反應(yīng))是放電時(shí)的逆反應(yīng)。(3)鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn):電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。②缺點(diǎn):比能量低、笨重。[微點(diǎn)撥]書寫鉛酸蓄電池電極反應(yīng)式時(shí)一定要考慮電解質(zhì)溶液,放電時(shí)兩極生成的Pb2+和電解質(zhì)溶液中的SO42-不能共存,Pb2+與SO42-結(jié)合生成PbSO4沉淀,因此將負(fù)極反應(yīng)式寫成Pb-2e-==Pb2+是錯(cuò)誤的,應(yīng)寫成Pb+SO42-3.鋰離子電池一種鋰離子電池的負(fù)極材料為嵌鋰石墨(LixCy),正極材料為鈷酸鋰(LiCoO2),電解質(zhì)溶液為六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯溶液(無(wú)水),電池反應(yīng)原理如下:LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy當(dāng)電池放電時(shí):負(fù)極反應(yīng)式:LixCy-xe-==xLi++Cy;正極反應(yīng)式:Li1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2。反應(yīng)過(guò)程:放電時(shí),Li+由石墨中脫嵌移向正極,嵌入鈷酸鋰晶體中;充電時(shí),Li+從鈷酸鋰晶體中脫嵌,由正極回到負(fù)極,嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí),鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間,完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。應(yīng)用化學(xué)高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。1.寫出該電池放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式。提示:放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2。2.根據(jù)該電池的總反應(yīng)分析電池工作時(shí),正極附近溶液的pH怎樣變化?提示:放電時(shí)正極附近生成OH-,堿性增強(qiáng),pH變大。3.給該電池充電時(shí)應(yīng)該怎樣連接電極?提示:充電時(shí)該電池的正極接外接電源正極,負(fù)極接外接電源負(fù)極。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.(2025·北京豐臺(tái)高二期中)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其充、放電時(shí)的電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列說(shuō)法正確的是()A.放電時(shí)Pb為負(fù)極,發(fā)生反應(yīng):Pb-2e-==Pb2+B.充電時(shí)PbO2與外電源的負(fù)極相連,正極區(qū)域酸性增強(qiáng)C.充電時(shí)與正極相連的電極發(fā)生反應(yīng):PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+SO42-D.放電時(shí)H+向負(fù)極移動(dòng)解析:選C放電時(shí),Pb作負(fù)極,電極反應(yīng)為Pb-2e-+SO42-==PbSO4,故A錯(cuò)誤;充電時(shí)PbO2與外電源的正極相連,正極的電極反應(yīng)為PbO2+2e-+4H++SO42-==PbSO4+2H2O,消耗氫離子,正極區(qū)域酸性減弱,故B錯(cuò)誤;充電時(shí),與正極相連的電極上PbSO4失電子生成PbO2,發(fā)生反應(yīng):PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+SO42-+4H+,故C正確;放電時(shí)H2.全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應(yīng)為16Li+xS8==8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.電池工作時(shí),正極可發(fā)生反應(yīng):2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4B.電池工作時(shí),外電路中流過(guò)0.02mol電子,負(fù)極材料減重0.14gC.石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性D.電池充電時(shí)間越長(zhǎng),電池中Li2S2的量越多解析:選D原電池工作時(shí),Li+向正極移動(dòng),則a為正極,正極上發(fā)生還原反應(yīng),隨放電的多少可能發(fā)生多種反應(yīng),其中可能為2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4,故A正確;原電池工作時(shí),轉(zhuǎn)移0.02mol電子時(shí),消耗Li的物質(zhì)的量為0.02mol,質(zhì)量為0.14g,故B正確;石墨能導(dǎo)電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導(dǎo)電性,故C正確;電池充電時(shí)間越長(zhǎng),轉(zhuǎn)移電子數(shù)越多,生成的Li和S8越多,即電池中Li2S2的量越少,故D錯(cuò)誤。3.(2023·福建卷)一種可在較高溫度下安全快充的鋁—硫電池的工作原理如圖,電解質(zhì)為熔融氯鋁酸鹽(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔點(diǎn)為93℃的共熔物),其中氯鋁酸根[AlnCl3n+1-(n≥1)]起到結(jié)合或釋放Al3+的作用。電池總反應(yīng):2Al+3xSAl2(Sx)3。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(A.AlnCl3n+1-含4B.AlnCl3n+1-中同時(shí)連接2個(gè)Al原子的Cl原子有(C.充電時(shí),再生1molAl單質(zhì)至少轉(zhuǎn)移3mol電子D.放電時(shí)間越長(zhǎng),負(fù)極附近熔融鹽中n值小的AlnCl3解析:選D放電時(shí)鋁失去電子生成鋁離子做負(fù)極,硫單質(zhì)得到電子做正極,充電時(shí)鋁離子得到電子生成鋁發(fā)生在陰極,硫離子失去電子生成硫單質(zhì)發(fā)生在陽(yáng)極,依此解題。AlnCl3n+1-的結(jié)構(gòu)為,所以含4n個(gè)Al—Cl鍵,A正確;由AlnCl3n+1-的結(jié)構(gòu)可知同時(shí)連接2個(gè)Al原子的Cl原子有(n-1)個(gè),B正確;由總反應(yīng)可知充電時(shí),再生1molAl單質(zhì)需由鋁離子得到電子生成,所以至少轉(zhuǎn)移3mol電子,C正確;由總反應(yīng)可知放電時(shí)間越長(zhǎng),負(fù)極鋁失去電子生成的鋁離子越多所以n值大的|思維建模|二次電池充電時(shí)的電極連接(1)充電時(shí)的連接方法——正正負(fù)負(fù)(2)充電時(shí)的電極反應(yīng)式的關(guān)系——負(fù)極顛倒得陰極,正極顛倒得陽(yáng)極新知探究(三)——燃料電池1.燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。電極本身不包含活性物質(zhì),只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。2.氫氧燃料電池(1)基本構(gòu)造(2)工作原理酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負(fù)極反應(yīng)H2-2e-==2H+H2-2e-+2OH-==2H2O正極反應(yīng)O2+4e-+4H+==2H2OO2+4e-+2H2O==4OH-總反應(yīng)2H2+O2==2H2O3.燃料電池的優(yōu)點(diǎn)(1)工作時(shí),燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng),生成物不斷地被排出,能連續(xù)不斷地提供電能。(2)能量轉(zhuǎn)換率高,有利于節(jié)約能源。(3)排放的廢棄物少,綠色環(huán)保。[典例]如圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖,甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子,電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng),電池總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O。下列說(shuō)法不正確的是()A.左電極為電池的負(fù)極,a處通入的物質(zhì)是甲醇B.正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-==4OH-C.負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-==CO2+6H+D.該電池提供1mole-,消耗氧氣0.25mol[解析]負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+,正極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+==2H2O;根據(jù)電子流向,可以判斷a處通甲醇,b處通O2;當(dāng)電池提供1mole-時(shí),消耗O2為1×312mol=0.25mol[答案]B|思維建模|燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法(1)負(fù)極為燃料,失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)如CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式書寫方法:第一步確定生成物第二步確定電子轉(zhuǎn)移和變價(jià)元素原子守恒C-4H4-8e-→C+4O第三步依據(jù)電解質(zhì)性質(zhì),用OH-使電荷守恒CH4-8e-+10OH-→CO32-+H第四步最后根據(jù)氫原子守恒配平H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H(2)正極為氧氣,得電子,發(fā)生還原反應(yīng)。由于電解質(zhì)溶液的不同,其電極反應(yīng)式有所不同,酸性電解質(zhì)溶液:O2+4H++4e-==2H2O;堿性電解質(zhì)溶液:O2+2H2O+4e-==4OH-;固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-):O2+4e-==2O2-;熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-==2CO3[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境污染少,運(yùn)行質(zhì)量高。下列物質(zhì)均可用作燃料電池的燃料,其中能實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的是()A.甲醇B.天然氣 C.氫氣 D.一氧化碳解析:選C甲醇作酸性燃料電池的燃料時(shí),會(huì)生成二氧化碳,不利于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),故A錯(cuò)誤;天然氣作酸性燃料電池的燃料時(shí),會(huì)生成二氧化碳,不利于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),故B錯(cuò)誤;氫燃料電池產(chǎn)物為水,有利于減少二氧化碳排放,能實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),故C正確;一氧化碳作酸性燃料電池的燃料時(shí),會(huì)生成二氧化碳,不利于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),故D錯(cuò)誤。2.如圖為以Pt為電極的氫氧燃料電池的工作原理示意圖,稀硫酸為電解質(zhì)溶液。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A.a極為負(fù)極,電子由a極經(jīng)外電路流向b極B.a極的電極反應(yīng)式:H2-2e-==2H+C.電池工作一段時(shí)間后,裝置中c(H2SO4)增大D.若將H2改為CH4,消耗等物質(zhì)的量的CH4時(shí),O2的用量增多解析:選C氫氧燃料電池工作時(shí),通入氫氣的一極a為電源的負(fù)極,電子由負(fù)極a經(jīng)外電路流向正極b,a極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為H2-2e-==2H+,故A、B正確;氫氧燃料電池中,H2在負(fù)極a上被氧化,O2在正極b上被還原,總反應(yīng)為氫氣與氧氣燃燒生成水,所以裝置中電解質(zhì)溶液體積增大,c(H2SO4)減小,故C錯(cuò)誤;將H2改為等物質(zhì)的量CH4,則轉(zhuǎn)移電子數(shù)增大,所以O(shè)2的用量增多,故D正確。3.(2025·青島高二期中)以KOH溶液為離子導(dǎo)體,分別組成H2—O2、CH4—O2、CH3OH—O2清潔燃料電池。下列說(shuō)法正確的是()A.放電過(guò)程中,K+均向負(fù)極移動(dòng)B.CH3OH—O2燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3OH-6e-+6OH-==CO2↑+5H2OC.消耗等質(zhì)量燃料,H2—O2和CH4—O2燃料電池的理論放電量相等D.消耗1.5molO2時(shí),理論上CH3OH—O2燃料電池消耗CH3OH的質(zhì)量為32g解析:選D放電過(guò)程中,K+均向正極移動(dòng),OH-均向負(fù)極移動(dòng),故A錯(cuò)誤;CH3OH—O2堿性燃料電池工作時(shí),CH3OH在負(fù)極失電子生成CO32-,負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O,故B錯(cuò)誤;1molH2完全反應(yīng)生成H2O時(shí)轉(zhuǎn)移電子2mol,1molCH4完全反應(yīng)生成CO32-時(shí)轉(zhuǎn)移電子8mol,則1gH2完全反應(yīng)生成H2O時(shí)轉(zhuǎn)移電子1mol,1gCH4完全反應(yīng)生成CO32-時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.5mol,故C錯(cuò)誤;CH3OH—O2堿性燃料電池工作時(shí),負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O,正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-==4OH-,根據(jù)電子守恒可知,2CH3OH~3O2,則消耗CH3OH的物質(zhì)的量n(CH3OH)=23×1.5mol=1mol,m(CH3OH)=nM=1命題熱點(diǎn)——突破新型化學(xué)電源[典例](2024·安徽卷)我國(guó)學(xué)者研發(fā)出一種新型水系鋅電池,其示意圖如圖。該電池分別以Zn-TCPP(局部結(jié)構(gòu)如標(biāo)注框內(nèi)所示)形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極,以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.標(biāo)注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價(jià)鍵和配位鍵B.電池總反應(yīng)為I3-+ZnZn2++3IC.充電時(shí),陰極被還原的Zn2+主要來(lái)自Zn-TCPPD.放電時(shí),消耗0.65gZn,理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子[解析]由題圖知標(biāo)注框內(nèi)Zn和N之間存在配位鍵,N和C、C和C、C和H之間存在共價(jià)鍵,A項(xiàng)正確;放電時(shí)Zn為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-==Zn2+,Zn-TCPP為正極,電極反應(yīng)式為I3-+2e-==3I-,則電池總反應(yīng)為Zn+I3-Zn2++3I-,B項(xiàng)正確;充電時(shí)Zn為陰極,陰極反應(yīng)式為Zn2++2e-==Zn,Zn2+來(lái)自電解質(zhì)溶液,C項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式:Zn-2e-==Zn2+知,消耗0.65gZn,即0.01molZn,理論上轉(zhuǎn)移0.02mol[答案]C|思維建模|“放電”“充電”時(shí)電極反應(yīng)式的正誤判斷(1)新型電池放電①若給出新型電池的裝置圖:先找出電池的正、負(fù)極,即找出氧化劑和還原劑;再結(jié)合電解質(zhì)確定出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物;最后判斷相應(yīng)的電極反應(yīng)式的正誤。②若給出新型電池的總反應(yīng)式:分析總反應(yīng)式中各元素化合價(jià)的變化情況,找出氧化劑及其對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物,還原劑及其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物,最后考慮電解質(zhì)是否參加反應(yīng),判斷電極反應(yīng)式的正誤。(2)新型電池充電①充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式是該電池放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。②充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.(2025·沈陽(yáng)高二期中)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的“海泥電池”,既可用于深海水下儀器的電源補(bǔ)給,又有利于海洋環(huán)境污染治理,其中微生物代謝產(chǎn)物顯酸性,電池工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.B電極為正極B.微生物代謝反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2C.B電極的電極反應(yīng)式為HS-+2e-==S↓+H+D.質(zhì)子從海水層通過(guò)交接面向海底沉積層移動(dòng)解析:選BA極氧元素價(jià)態(tài)降低得電子,故A極為正極,B電極為負(fù)極,故A錯(cuò)誤;微生物作用下發(fā)生反應(yīng):2CH2O+SO42-+H+==2CO2+HS-+2H2O,SO42-中硫元素化合價(jià)降低,做氧化劑,CH2O中的碳元素化合價(jià)升高,做還原劑,故氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2,故B正確;B極是負(fù)極,發(fā)生HS-失電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為HS--2e-==S↓+H+,故C錯(cuò)誤;原電池中陽(yáng)離子移向正極,故海水中的H+從海底沉積層通過(guò)交接面向海水層移動(dòng)2.(2024·全國(guó)甲卷)科學(xué)家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時(shí)間后,MnO2電極上檢測(cè)到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是()A.充電時(shí),Zn2+向陽(yáng)極方向遷移B.充電時(shí),會(huì)發(fā)生反應(yīng)Zn+2MnO2==ZnMn2O4C.放電時(shí),正極反應(yīng)有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-D.放電時(shí),Zn電極質(zhì)量減少0.65g,MnO2電極生成了0.020molMnOOH解析:選C充電時(shí)Zn2+向陰極移動(dòng),A錯(cuò)誤;由題意知,放電時(shí),MnO2轉(zhuǎn)化為MnOOH和ZnMn2O4,B錯(cuò)誤;放電時(shí),MnO2電極為正極,發(fā)生的反應(yīng)有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-,C正確;根據(jù)放電時(shí)Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-==Zn2+可知,Zn電極質(zhì)量減少0.65g(0.01mol)時(shí),電路中通過(guò)0.02mol電子,故MnO2電極有0.02molMnO2發(fā)生反應(yīng),但MnO2轉(zhuǎn)化為MnOOH和少量ZnMn2O4,故生成的MnOOH的量小于0.020mol,D錯(cuò)誤。3.(2024·江西卷)我國(guó)學(xué)者發(fā)明了一種新型多功能甲醛-硝酸鹽電池,可同時(shí)處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說(shuō)法正確的是()A.CuAg電極反應(yīng)為2HCHO+2H2O-4e-2HCOO-+H2↑+2OH-B.CuRu電極反應(yīng)為NO3-+6H2O+8e-NH3C.放電過(guò)程中,OH-通過(guò)質(zhì)子交換膜從左室傳遞到右室D.處理廢水過(guò)程中溶液pH不變,無(wú)需補(bǔ)加KOH解析:選BCuAg電極上HCHO轉(zhuǎn)化為HCOO-和H2,電極反應(yīng)為2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,A項(xiàng)錯(cuò)誤;CuRu電極上NO3-轉(zhuǎn)化為NH3,電極反應(yīng)為NO3-+6H2O+8e-==NH3↑+9OH-,B項(xiàng)正確;OH-不能通過(guò)質(zhì)子交換膜,C項(xiàng)錯(cuò)誤;總反應(yīng)為8HCHO+NO3-+7OH-==8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O,消耗[課時(shí)跟蹤檢測(cè)]一、選擇題1.(2024·湖南卷)近年來(lái),我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.理想的新能源應(yīng)具有資源豐富、可再生、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)B.氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點(diǎn)C.鋰離子電池放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫嵌,充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌D.太陽(yáng)能電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置解析:選D理想的新能源應(yīng)具有可再生、無(wú)污染等特點(diǎn),A正確;氫氧燃料電池利用原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,對(duì)氫氣與氧氣反應(yīng)的能量進(jìn)行利用,減小了直接燃燒的熱量散失,產(chǎn)物無(wú)污染,故具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點(diǎn),B正確;脫嵌是鋰從電極材料中出來(lái)的過(guò)程,放電時(shí),負(fù)極材料產(chǎn)生鋰離子,則鋰離子在負(fù)極脫嵌,則充電時(shí),鋰離子在陽(yáng)極脫嵌,C正確;太陽(yáng)能電池是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,D錯(cuò)誤。2.(2025·蘭州高二期末)我國(guó)高鐵技術(shù)全球領(lǐng)先。CRH380B型動(dòng)車組使用的是鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池,它作為原電池時(shí),發(fā)生的反應(yīng)為Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2。由此推斷,該電池負(fù)極材料是()A.Cd(OH)2 B.CdC.Ni(OH)2 D.NiO(OH)解析:選B鎳-鎘(Ni-Cd)可充電電池作為原電池時(shí),Cd發(fā)生失電子的反應(yīng)生成Cd(OH)2,NiO(OH)發(fā)生得電子還原反應(yīng)生成Ni(OH)2,則Cd作負(fù)極,NiO(OH)作正極,故B正確。3.(2025·新鄉(xiāng)高二期末)鉛酸蓄電池使用方便安全可靠,多用于維持汽車用電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.鉛酸蓄電池為二次電池B.放電時(shí),Pb電極上的質(zhì)量增加C.鉛酸蓄電池中的稀硫酸為電解質(zhì)D.充電時(shí),陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式為2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+SO42-解析:選C鉛酸蓄電池可多次充放電,屬于二次電池,故A正確;放電時(shí),Pb電極作負(fù)極,失電子生成PbSO4,質(zhì)量增加,故B正確;硫酸是電解質(zhì),稀硫酸是電解質(zhì)溶液,屬于混合物,故C錯(cuò)誤;充電時(shí),陽(yáng)極上PbSO4失電子生成PbO2,陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+SO42-+4H+,故4.(2024·北京卷)酸性鋅錳干電池的構(gòu)造示意圖如圖。關(guān)于該電池及其工作原理,下列說(shuō)法正確的是()A.石墨作電池的負(fù)極材料B.電池工作時(shí),NH4C.MnO2發(fā)生氧化反應(yīng)D.鋅筒發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+解析:選D酸性鋅錳干電池,鋅筒為負(fù)極,石墨電極為正極,故A錯(cuò)誤;原電池工作時(shí),陽(yáng)離子向正極(石墨電極)方向移動(dòng),故B錯(cuò)誤;MnO2發(fā)生得電子的還原反應(yīng),故C錯(cuò)誤;鋅筒為負(fù)極,負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)Zn-2e-==Zn2+,故D正確。5.Li-O2電池在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。電池反應(yīng)為2Li+O2Li2O2,放電時(shí),下列說(shuō)法不正確的是()A.Li在負(fù)極失去電子B.O2在正極發(fā)生還原反應(yīng)C.陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極D.化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能解析:選CLi價(jià)態(tài)升高失電子作負(fù)極,故A正確;O2在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng),故B正確;陽(yáng)離子向正極移動(dòng),故C錯(cuò)誤;放電時(shí),原電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故D正確。6.根據(jù)甲醇在酸性電解質(zhì)溶液中與氧氣生成二氧化碳和水的反應(yīng),設(shè)計(jì)一種燃料電池。該燃料電池工作時(shí),負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為()A.CH3OH+O2-2e-==H2O+CO2+2H+B.O2+4H++4e-==2H2OC.CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+D.4OH--4e-==O2↑+2H2O解析:選C對(duì)于燃料電池,燃料作負(fù)極,則負(fù)極為甲醇放電生成CO2,結(jié)合電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒書寫電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+。7.(2025·南通高二期中)“烏銅走銀”制作中的走銀工序是將氧化變黑的銀絲嵌入銅器表面已鏨刻好的花紋內(nèi),再經(jīng)揉黑工序,用手邊焐邊搓揉銅器,直到銅器表面變成烏黑、銀絲變得光亮。下列有關(guān)“烏銅走銀”的說(shuō)法不正確的是()A.用鋁絲代替銀絲,銅器也會(huì)變黑B.走銀工序中沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化C.揉黑工序中發(fā)生了原電池反應(yīng)D.反應(yīng)的方程式為Cu+Ag2O==2Ag+CuO解析:選AAl比Cu活潑,氧化鋁不能被銅還原為鋁,故銅器不會(huì)變黑,故A錯(cuò)誤;走銀工序中銀沒(méi)有發(fā)生反應(yīng),故B正確;揉黑工序中發(fā)生了原電池反應(yīng),故C正確;電池反應(yīng)為Cu+Ag2O==2Ag+CuO,故D正確。8.(2025·黃岡高二檢測(cè))有人提出了一種可完全生物降解的鋅?鉬(Zn?Mo)原電池,是實(shí)現(xiàn)生物可吸收電子藥物的重要電源,結(jié)構(gòu)如表所示。已知電池使用過(guò)程中在Zn表面形成一層ZnO薄膜,下列說(shuō)法正確的是()ZnMo水凝膠摻雜NaClA.Zn作原電池負(fù)極,其質(zhì)量逐漸減小B.該電池在放電過(guò)程中,水凝膠的pH不變C.Zn表面發(fā)生的電極反應(yīng):Zn-2e-==Zn2+D.電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子時(shí),理論上消耗0.02molO2解析:選BZn作負(fù)極,反應(yīng)生成ZnO,電極質(zhì)量增加,故A錯(cuò)誤;該電池總反應(yīng)為2Zn+O2==2ZnO,水凝膠的pH不變,故B正確;Zn作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-+H2O==ZnO+2H+,故C錯(cuò)誤;1mol氧氣在反應(yīng)中得4mol電子,故電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子時(shí),理論上消耗0.005molO2,故D錯(cuò)誤。9.(2025·山東名校聯(lián)盟聯(lián)考)制備物質(zhì)、獲取能量是化學(xué)反應(yīng)的兩大重要用途,一種NO2燃料電池裝置如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.NO3B.電池中NO3-向石墨C.正極的電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-==4NO3D.該裝置的突出優(yōu)點(diǎn)是制備Y物質(zhì)的同時(shí)獲取電能解析:選A由圖可知,燃料電池中NO2作燃料、O2作氧化劑,所以石墨Ⅰ為負(fù)極、石墨Ⅱ?yàn)檎龢O,石墨Ⅰ電極上NO2失電子,生成N2O5,電極反應(yīng)式:4NO2+4NO3--4e-==4N2O5,石墨Ⅱ電極反應(yīng)式:2N2O5+O2+4e-==4NO3-;總反應(yīng):4NO2+O2==2N2O5。由分析可知,NO3-為正極產(chǎn)物,不是催化劑,不能降低正極反應(yīng)的活化能,A錯(cuò)誤;原電池中陰離子向負(fù)極石墨Ⅰ電極移動(dòng),B正確;由分析可知,正極氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硝酸根離子,電極反應(yīng)式為O2+2N2O5+4e-==4NO3-,C正確;該裝置為原電池裝置,其突出優(yōu)點(diǎn)是制備10.通過(guò)傳感器可以監(jiān)測(cè)空氣中甲醛的含量。一種燃料電池型甲醛氣體傳感器的原理如圖所示,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.a為電池的正極,發(fā)生還原反應(yīng)B.b極的電極反應(yīng)為HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí),傳感器內(nèi)參加反應(yīng)的HCHO為3.0gD.傳感器工作過(guò)程中,電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度減小解析:選C氧氣得電子,a為正極,發(fā)生還原反應(yīng),A正確;b極是負(fù)極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),故電極反應(yīng)為HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+,B正確;負(fù)極電極方程式為HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+,當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí),反應(yīng)的甲醛物質(zhì)的量=0.05mol,質(zhì)量0.05mol×30g·mol-1=1.5g,C錯(cuò)誤;傳感器工作過(guò)程中,氧化還原反應(yīng)生成水,電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度變小,D正確。11.(2025·麗江高二檢測(cè))我國(guó)科學(xué)院研究所發(fā)布的新型固態(tài)鋰硫正極材料(2Li2S·CuI),能量密度較高且成本較低。由這種材料制成的鋰離子電池放電、充電時(shí)的工作原理如圖所示,反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Li+S+CuS+LiI2Li2S·CuI。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),a極為負(fù)極B.放電時(shí),b極上的電極反應(yīng)式:3Li++CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuIC.充電時(shí),電子的流向:b極→外接電源的正極,外接電源的負(fù)極→a極D.充電時(shí),每轉(zhuǎn)移3mol電子,a極增重21g解析:選Ba極是活潑金屬Li,作原電池的負(fù)極,b為正極,放電時(shí)a極發(fā)生Li-e-==Li+,正極發(fā)生3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI。由分析可知,a電極是Li,活潑金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),放電時(shí),為負(fù)極,A正確;放電時(shí),b極上的電極反應(yīng)式:3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI,B錯(cuò)誤;充電時(shí),原電池的負(fù)極接外加電源的負(fù)極,b極接外加電源的正極,電子的流向:b極→外接電源的正極,外接電源的負(fù)極→a極,C正確;充電時(shí),a極發(fā)生Li++e-==Li,每轉(zhuǎn)移3mol電子,a極增重3molLi,質(zhì)量為21g,D正確。12.已知熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是()A.放電時(shí),正極的電極反應(yīng)為O2+4e-+2CO2==2COB.放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng)為H2+CO-4e-+2CO32-==H2C.放電時(shí),K+移向負(fù)極D.充電時(shí),A電極與外接電源的正極相連解析:選A放電時(shí),B為正極,電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2==2CO32-,故A正確;放電時(shí),A為負(fù)極,電極反應(yīng)式為3H2+CO-8e-+4CO32-==3H2O+5CO2,故B錯(cuò)誤;放電時(shí),陽(yáng)離子移向正極,故C錯(cuò)誤;充電時(shí),A為陰極,與外接電源的負(fù)極相連13.(2025年1月·八省聯(lián)考四川卷)我國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種高儲(chǔ)能、循環(huán)性能優(yōu)良的水性電池,其工作示意圖如下。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A放電時(shí),K+從負(fù)極向正極遷移B.放電時(shí),[Zn(OH)4]2-的生成說(shuō)明Zn(OH)2具有兩性C.充電時(shí),電池總反應(yīng)為[Zn(OH)4]2-+2S2O32-==Zn+S4OD.充電時(shí),若生成1.0molS4O62-,則有4.0molK解析:選D由電池裝置圖可知,放電時(shí)Zn為負(fù)極,電極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-==[Zn(OH)4]2-,多孔碳為正極,電極反應(yīng)為S4O62-+2e-==2S2O32-;充電時(shí)Zn為陰極,電極反應(yīng)為[Zn(OH)4]2-+2e-==Zn+4OH-,多孔碳為陽(yáng)極,電極反應(yīng)為2S2O32--2e-==S4O62-。放電為原電池,原電池中K+向正極移動(dòng),A正確;堿性環(huán)境中有[Zn(OH)4]2-生成說(shuō)明Zn(OH)2能與堿反應(yīng),既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)說(shuō)明Zn(OH)2具有兩性,B正確;充電時(shí)為電解池,根據(jù)分析,總反應(yīng)為[Zn(OH)4]2-+2S2O32-==Zn+S4O62-+4OH-,C正確;由電極反應(yīng)2S2O32--2e-==S4O62-,生成1molS4O14.(2024·新課標(biāo)卷)一種可植入體內(nèi)的微型電池工作原理如圖所示,通過(guò)CuO催化消耗血糖發(fā)電,從而控制血糖濃度。當(dāng)傳感器檢測(cè)到血糖濃度高于標(biāo)準(zhǔn),電池啟動(dòng)。血糖濃度下降至標(biāo)準(zhǔn),電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計(jì))電池工作時(shí),下列敘述錯(cuò)誤的是()A.電池總反應(yīng)為2C6H12O6+O2==2C6H12O7B.b電極上CuO通過(guò)Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用C.消耗18mg葡萄糖,理論上a電極有0.4mmol電子流入D.兩電極間血液中的Na+在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的遷移方向?yàn)閎→a解析:選C由題圖知,該電池的總反應(yīng)為2C6H12O6+O22C6H12O7,A正確;b電極上發(fā)生轉(zhuǎn)化:CuO→Cu2O→CuO,反應(yīng)前后CuO的性質(zhì)和質(zhì)量不變,故b電極上CuO通過(guò)Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用,B正確;根據(jù)負(fù)極的電極反應(yīng)式可知當(dāng)消耗18mg(0.1mmol)葡萄糖時(shí),轉(zhuǎn)移0.2mmol電子,故理論上a電極有0.2mmol電子流入,C錯(cuò)誤;原電池中,陽(yáng)離子向正極遷移,b電極為負(fù)極,a電極為正極,故兩電極間血液中的Na+在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的遷移方向?yàn)閎→a,D正確。二、非選擇題15.(12分)化學(xué)電池廣泛應(yīng)用在通訊、交通等方面。(1)常用的酸性鋅錳干電池(構(gòu)造如圖所示)中的電解質(zhì)糊狀物由ZnCl2和NH4Cl混合而成。該電池的負(fù)極材料是。電池工作時(shí),電子流向(填“正極”或“負(fù)極”)。若ZnCl2和NH4Cl混合糊狀物中含有雜質(zhì)Cu2+,會(huì)加速某電極的反應(yīng),其主要原因是。

(2)鉛酸蓄電池是常用的化學(xué)電源,其電極材料分別是Pb和PbO2,電解液為H2SO4溶液。電池的總反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,放電時(shí),電解質(zhì)溶液中的陰離子移向(填“Pb”或“PbO2”),正極附近溶液的酸性(填“增強(qiáng)”“減弱”或“不變”),負(fù)極反應(yīng)式為。

解析:(1)原電池的負(fù)極是發(fā)生氧化反應(yīng)的一極:Zn-2e-==Zn2+;電池工作時(shí),電子從負(fù)極流向正極;Zn與Cu2+發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成的Cu附著在Zn的表面構(gòu)成銅鋅原電池,加快反應(yīng)速率,從而加快Zn的腐蝕;(2)鉛酸蓄電池工作時(shí),硫酸參加反應(yīng)生成硫酸鉛同時(shí)生成水,導(dǎo)致硫酸濃度降低、酸性減弱,原電池放電時(shí)陰離子向負(fù)極移動(dòng);放電時(shí),鉛為負(fù)極,失去電子被氧化,電極反應(yīng)為Pb-2e-+SO42-==PbSO答案:(1)Zn(或鋅)正極Zn與Cu2+反應(yīng)生成Cu,Zn與Cu構(gòu)成原電池,加快反應(yīng)速率(2)Pb減弱Pb-2e-+SO42-第二節(jié)電解池學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.從宏觀和微觀的角度理解電解池中的反應(yīng)及其變化、電流形成的過(guò)程和原理。會(huì)書寫電解的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。2.通過(guò)對(duì)氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析,認(rèn)識(shí)電能與化學(xué)能之間的能量轉(zhuǎn)化。3.建立電解應(yīng)用問(wèn)題的分析思維模型和電解相關(guān)計(jì)算的思維模型,加深對(duì)電解原理的理解和應(yīng)用。重點(diǎn)1.電解原理。2.電解反應(yīng)的分析與表征。難點(diǎn)電解池思維模型的構(gòu)建第1課時(shí)電解原理新知探究(一)——電解原理(一)探究電解CuCl2溶液1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論按如圖所示裝置完成實(shí)驗(yàn),并填寫下表。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明電解質(zhì)溶液導(dǎo)電,形成閉合回路與負(fù)極相連的b極上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)析出金屬銅與正極相連的a極上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)產(chǎn)生了氯氣2.實(shí)驗(yàn)原理分析(1)氯化銅溶液中存在的離子有Cu2+、Cl-、H+、OH-,通電前這些離子在溶液中作自由運(yùn)動(dòng)。(2)通電時(shí)在電場(chǎng)的作用下,溶液中的離子作定向運(yùn)動(dòng),即Cl-、OH-移向a極,Cu2+、H+移向b極。(3)a極電極反應(yīng)式是2Cl--2e-==Cl2↑,b極電極反應(yīng)式是Cu2++2e-==Cu,總反應(yīng)式是Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑。(二)電解和電解池1.電解:使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽(yáng)極、陰極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。2.電解池:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。3.電解池的電極名稱(1)陰極:與直流電源負(fù)極相連的電極,發(fā)生還原反應(yīng);(2)陽(yáng)極:與直流電源正極相連的電極,發(fā)生氧化反應(yīng)。4.電解池的構(gòu)成條件(1)具有直流電源;(2)兩個(gè)電極(陰極、陽(yáng)極);(3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);(4)形成閉合回路。5.電子和離子移動(dòng)方向電子從電源負(fù)極流向電解池的陰極,從電解池的陽(yáng)極流向電源的正極離子陽(yáng)離子移向電解池的陰極;陰離子移向電解池的陽(yáng)極[微點(diǎn)撥]①電解質(zhì)溶液導(dǎo)電實(shí)際上是電解過(guò)程,發(fā)生氧化還原反應(yīng),是化學(xué)變化。②金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵陔妶?chǎng)作用下,自由電子發(fā)生定向移動(dòng),是物理變化。(三)電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.(2025·天津高二期末)用石墨電極電解CuCl2溶液如圖所示,Cu2+向左側(cè)電極遷移。下列分析正確的是()A.通電時(shí)陰極極板增重B.通電使CuCl2發(fā)生電離C.a端所連電極上發(fā)生氧化反應(yīng)D.常溫下,電路中每轉(zhuǎn)移2mole-得到22.4LCl2解析:選A由Cu2+向左側(cè)遷移可知,左側(cè)石墨電極為陰極,通電時(shí)陰極電極反應(yīng)為Cu2++2e-==Cu,則該電極極板增重,故A正確;電解質(zhì)的電離是在水分子或受熱熔融條件下,而不需要通電,故B錯(cuò)誤;由A項(xiàng)可知,a為電源的負(fù)極,a端所連電極即陰極上發(fā)生還原反應(yīng),故C錯(cuò)誤;常溫下不是標(biāo)準(zhǔn)狀況,則電路中每轉(zhuǎn)移2mole-得到1molCl2,但其體積大于22.4L,故D錯(cuò)誤。2.某同學(xué)為了使反應(yīng)2HCl+2Ag==2AgCl+H2↑能進(jìn)行,設(shè)計(jì)了下列四個(gè)實(shí)驗(yàn),如圖所示,你認(rèn)為可行的方案是()解析:選CAg與鹽酸不反應(yīng),所以要使反應(yīng)2HCl+2Ag==2AgCl+H2↑能進(jìn)行,應(yīng)該設(shè)計(jì)成電解池,Ag失電子發(fā)生氧化反應(yīng),Ag作陽(yáng)極,氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),電解質(zhì)溶液中氫離子放電,則符合條件的是C。3.如圖所示是電解稀鹽酸的裝置,其中c、d為石墨電極。試回答下列問(wèn)題:(1)a電極為,b電極為。

(2)c電極為,電極反應(yīng)式為,發(fā)生了反應(yīng)。

d電極為,電極反應(yīng)式為,發(fā)生了反應(yīng)。

(3)電解過(guò)程中,氫離子向(填“陰”或“陽(yáng)”,下同)極移動(dòng),氯離子向極移動(dòng)。電解總方程式為。

答案:(1)正極負(fù)極(2)陽(yáng)極2Cl--2e-==Cl2↑氧化陰極2H++2e-==H2↑還原(3)陰陽(yáng)2HClH2↑+Cl2↑|思維建模|電解池的陰、陽(yáng)極的判斷方法新知探究(二)——電解規(guī)律及電解方程式的書寫導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負(fù)極相連接,浸入U(xiǎn)形管內(nèi)的CuCl2溶液中,再接通直流電,如圖。過(guò)一段時(shí)間后,再把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極附近。1.實(shí)驗(yàn)兩電極的現(xiàn)象是什么?提示:與直流電源負(fù)極相連的碳棒上逐漸覆蓋一層紅色的銅,與直流電源正極相連的碳棒上有氣泡產(chǎn)生,使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變成藍(lán)色。2.實(shí)驗(yàn)中CuCl2溶液中通電前離子如何運(yùn)動(dòng)?通電后離子如何運(yùn)動(dòng)?根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和氯化銅溶液的組成成分以及原有知識(shí)分析推斷兩極生成物的名稱。提示:通電前,Cu2+、Cl-在溶液中作自由運(yùn)動(dòng)。通電時(shí),Cu2+和Cl-發(fā)生了定向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知,與電源負(fù)極相連的一極有Cu生成,與電源正極相連的一極有Cl2生成。3.在氯化銅溶液中除了Cu2+和Cl-之外還有H+和OH-,這兩種離子為什么沒(méi)有得或失電子?提示:電解時(shí),溶液中離子的放電先后順序與離子的氧化性或還原性有關(guān),氧化性強(qiáng)的陽(yáng)離子先得電子被還原,還原性強(qiáng)的陰離子先失電子被氧化。Cu2+比H+更容易得電子,而Cl-比OH-更容易失電子。4.電解一段時(shí)間后,要使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),應(yīng)加入的物質(zhì)是什么?提示:應(yīng)加入CuCl2。[系統(tǒng)融通知能]1.電極反應(yīng)規(guī)律陰極無(wú)論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應(yīng),發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽(yáng)離子。陽(yáng)離子放電順序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+陽(yáng)極溶液中還原性強(qiáng)的陰離子失去電子被氧化,或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中,其放電順序:活潑金屬陽(yáng)極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-[微點(diǎn)撥]①活性電極一般指Pt、Au以外的金屬電極。②電解的離子方程式中,若參與電極反應(yīng)的H+或OH-是由水電離出來(lái)的,用H2O作為反應(yīng)物。2.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解對(duì)象復(fù)原pH電解水型陽(yáng)極生成O2,陰極生成H2,實(shí)質(zhì)電解水NaOH水加入水增大H2SO4水加入水減小Na2SO4水加入水不變電解質(zhì)分解型電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)加入HCl增大CuCl2電解質(zhì)CuCl2增大放H2生堿型陰極:H2O放H2生堿陽(yáng)極:陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水加入HCl增大放O2生酸型陰極:陽(yáng)離子放電陽(yáng)極:H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水加入CuO或者CuCO3減小[微點(diǎn)撥]電解后溶液的復(fù)原,從溶液中放出的氣體和生成的沉淀,按照原子個(gè)數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原則。3.電解池中電極反應(yīng)式的書寫(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時(shí),一般以實(shí)際放電的離子表示,但書寫總電解反應(yīng)方程式時(shí),弱電解質(zhì)(如水等)一般要寫成化學(xué)式。(2)電極反應(yīng)的書寫首先根據(jù)題干要求及信息大膽寫出反應(yīng)物和生成物,然后根據(jù)“陰(極)得(e-)陽(yáng)(極)失(e-)”加上得失電子數(shù)目,最后根據(jù)電解質(zhì)溶液酸堿性補(bǔ)上H+、OH-或H