2024高考化学课件 第24讲 原电池　化学电源

课件编辑说明本课件需用office2010及以上版本打开，如果您的电脑是office2007及以下版本或者WPS软件，可能会出现不可编辑的文档。版本要求如您在使用过程中遇到公式不显示或者乱码的情况，可能是因为您的电脑缺少字体，请登录网站/faq下载。乱码问题如您还有其他方面的问题，请登录网站/faq，点击“常见问题”，或致联系我们第六单元

化学反应与能量第24讲

原电池化学电源考点一原电池的工作原理考点二化学电源经典真题·明考向作业手册考点一原电池的工作原理知识梳理

夯实必备知识|提升关键能力夯实必备知识1.原电池及组成条件氧化还原电极名称负极正极电极材料

片

片

电极反应Zn-2e-

=Zn2+Cu2++2e-

=Cu电极质量变化

反应类型

反应

反应

2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)夯实必备知识锌铜减小增大氧化还原电极名称负极正极电子流向由

极沿导线流向

极

盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向

极,Cl-移向

极

装置差异比较原电池Ⅰ:随反应的进行,温度升高,化学能转化为电能和热能,两极反应在相同区域,部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;原电池Ⅱ:随反应的进行,温度不变,化学能只转化为

,两极反应在不同区域,Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定

夯实必备知识负正正负电能[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。3.原电池中的三个移动方向(1)电子方向:从

极流出沿导线流入

极。

(2)电流方向:从

极沿导线流向

极。

(3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向

极迁移,阳离子向

极迁移。

夯实必备知识负正负正负正4.原电池原理的四大应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中,活动性较强的金属一般作

,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作

。

(2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的

而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块

相连,

作原电池的负极。夯实必备知识负极正极正极比铁活泼的常见金属如锌块锌块(4)设计制作原电池装置夯实必备知识负极正极电极材料如根据Cu+2Ag+

=Cu2++2Ag设计原电池:夯实必备知识AgNO3CuSO4[解析]铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(

)[解析]燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。夯实必备知识1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)常温下CuO+H2SO4

=CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池(

)(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极(

)×××[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3

=2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(

)[解析]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。夯实必备知识(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳(

)(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动(

)√××夯实必备知识2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是

(填序号),并指出原因:

。①④①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路1.用如图所示装置探究原电池的工作原理,下列说法错误的是

(

)A.甲图中锌片质量减轻,铜棒上有气体产生B.乙图中正极上发生的反应为2H++2e-

=H2↑C.丙图中Zn片上发生氧化反应,溶液中的Cu2+向铜电极移动D.若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等,则两装置中还原产物的质量比为1∶32提升关键能力题组一

原电池的组成及工作原理A[解析]甲图中没有形成完整的回路,不能形成原电池,锌与稀硫酸发生反应,锌的质量减轻,锌片上有气泡产生,A错误;乙图中构成原电池,铜为正极,溶液中的氢离子在正极发生还原反应,电极反应式为2H++2e-

=H2↑,B正确;丙图中构成原电池,活泼金属锌作负极,发生氧化反应,铜为正极,溶液中的Cu2+向正极移动,C正确;提升关键能力乙图与丙图中负极反应相同,都为Zn-2e-

=Zn2+,乙图与丙图中正极上的反应分别为2H++2e-

=H2↑、Cu2++2e-

=Cu,若乙图与丙图锌片减轻的质量相等,即失去电子的物质的量相等,依据得失电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比为2∶64=1∶32,D正确。提升关键能力2.[2023·广州天河区模拟]如图所示为锌铜原电池。下列叙述中正确的是(

)A.盐桥的作用是传导离子B.外电路电子由铜片流向锌片C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e-

=ZnD.外电路中有0.2mol电子通过时,铜片表面质量增加约3.2g提升关键能力A[解析]“双液”原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,传导离子,起到导电作用,A正确;锌的活泼性强于铜,则锌片作负极,铜片作正极,在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应式为Cu2++2e-

=Cu,外电路中通过0.2mol电子时,铜片上析出0.1molCu,其质量为0.1mol×64g·mol-1=6.4g,D错误。提升关键能力[规律小结]判断原电池正、负极的五种方法 (1)在原电池中,把发生氧化反

应的电极称为负极,把发生还

原反应的电极称为正极。 (2)原电池的正极和负极与电

极材料的性质有关,也与电解

质溶液有关,不要形成“活泼

电极一定作负极”的思维定式。提升关键能力提升关键能力题组二原电池原理的应用1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是

(

)A.a>b>c>d

B.b>c>d>a

C.d>a>b>c

D.a>b>d>cC实验装置部分实验现象

a极质量减少;b极质量增加

b极有气体产生;c极无变化

d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极[解析]把四个实验从左到右分别编号为①②③④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综上所述可知活动性:d>a>b>c。提升关键能力实验装置部分实验现象

a极质量减少;b极质量增加

b极有气体产生;c极无变化

d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极[解析]根据反应原理:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X应为铜电极,而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素化合价升高,而银元素的化合价降低,则银电极为正极,铜电极为负极。

提升关键能力CuAgNO3正Ag++e-

=AgCu(NO3)2[易错警示]

1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写提升关键能力考点二化学电源知识梳理

夯实必备知识|提升关键能力夯实必备知识1.一次电池(放电后不可再充电)碱性锌锰干电池负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2银锌纽扣电池负极反应:

。

正极反应:

;

总反应:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-

=2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-

=2Ag+2OH-夯实必备知识2.二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为30%的稀H2SO4溶液。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2H2O(l)+2PbSO4(s)夯实必备知识二次电池,放电时电池的负极,在充电时,连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时,连接外接电源的正极。

酸性碱性负极反应式

正极反应式

电池总反应式

特点燃料电池的电极作催化剂,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应夯实必备知识3.燃料电池(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。2H2-4e-

=4H+2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+4H++4e-

=2H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-2H2+O2

=2H2O电解质电极反应式或总反应式①酸性介质正极

负极

总反应

②碱性介质正极

负极

总反应

夯实必备知识(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。O2+4e-+4H+

=2H2O2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+2CO+O2

=2CO2O2+4e-+2H2O=4OH-

电解质电极反应式或总反应式③固体氧化物

(其中O2-可以在固体介质中自由移动)正极

负极

总反应

正极

负极

总反应

夯实必备知识(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。O2+4e-=2O2-2CO-4e-+2O2-

=2CO22CO+O2

=2CO2

2CO+O2

=2CO2(2)若使反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(

)[解析]反应Fe+2Fe3+

=3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+

=2Fe2++Zn2+。[解析]燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。夯实必备知识1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(

)××[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH-

=4H2O。

夯实必备知识(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e-

=4H+(

)√××√2.

[2022·湖南常德模拟]最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe-

=VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧夯实必备知识D[解析]放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe-

=VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。夯实必备知识1.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,导电能力下降提升关键能力题组一一次电池A[解析]Zn比Cu活泼,形成原电池时,Zn作负极,电极反应为Zn-2e-

=Zn2+;Cu作正极,电极反应式为2H++2e-

=H2↑,故Cu电极附近溶液中H+浓度减小。提升关键能力2.[2021·河北卷]K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是 (

)A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9g水提升关键能力D提升关键能力[解析]由图可知,a电极为原电池的负极,单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子,电极反应式为K-e-

=K+,b电极为正极,氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾;金属性强的金属钾易与氧气反应,为防止钾与氧气反应,电池所选择隔膜应允许K+通过,不允许O2通过,故A正确。由分析可知,放电时,a为负极,b为正极,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极应与直流电源的正极相连,作电解池的阳极,故B正确。提升关键能力

[方法技巧]化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,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、电荷守恒及得失电子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xLi+Li1-xMn2O4

=LiMn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如xLi-xe-

=xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe-

=LiMn2O4(正极)。提升关键能力提升关键能力题组二新型可充电电池1.

[2022·全国乙卷]Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-

=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+

=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(

)A.充电时,电池的总反应为Li2O2

=2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-

=Li2O2C提升关键能力[解析]充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e-

=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+

=2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2

=2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。由上述分析,充电时电池的总反应为Li2O2

=2Li+O2,A正确;提升关键能力充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确;放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误;放电时总反应为2Li+O2

=Li2O2,正极反应为O2+2Li++2e-

=Li2O2,D正确。

提升关键能力D提升关键能力

提升关键能力题组三

燃料电池

D提升关键能力

提升关键能力题目中未指明消耗11.2L氧气是否处于标准状况,不能计算,C错误;电路中转移1mol电子时,生成0.5molK2SO4,其质量为0.5mol×174g·mol-1=87g,D正确。2.(1)甲烷燃料电池有多种,请写出在不同环境下的电极反应式。①固体电解质(高温下能传导O2-)时的负极、正极反应式:

、

。

②熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的负极、正极反应式:

、

。

(2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水,利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池,请写出该电池的负极、正极反应式:

、

。

提升关键能力CH4-8e-+4O2-

=CO2+2H2O2O2+8e-

=4O2-

N2H4-4e-+4OH-

=4H2O+N2↑O2+4e-+2H2O=4OH-(3)化学家正在研究尿素动力燃料电池,用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电。尿素燃料电池结构如图所示,写出该电池的负极反应式:

。

提升关键能力CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+

提升关键能力经典真题·明考向知识梳理

1.

[2022·湖南卷]海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(

)A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-

=2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池B[解析]

M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e-

=Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确;海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e-

=4OH-,B错误;Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+向正极移动,形成闭合回路,C正确;该电池不可充电,属于一次电池,D正确。2.

[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-

=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(

)A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23gC[解析]据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e-

=Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误;由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程溶液的pH没有发生变化,B错误;由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2

=2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确;每生成1molCl2,转移2mol电子,电极a有1mol

NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论上增加的质量为2mol×23g·mol-1=46g,D错误。3.

[2022·辽宁卷]某储能电池原理如图。下列说法正确的是 (

)A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1mol电子,理论上CCl4吸收0.5molCl2D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大A[解析]放电时,负极失电子,发生氧化反应,电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-

=NaTi2(PO4)3+2Na+,A正确;放电时,阴离子移向负极,故Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移,B错误;放电时正极反应为Cl2+2e-

=2Cl-,转移1mol电子,理论上CCl4释放出0.5molCl2,C错误;充电过程中,阳极反应为2Cl--2e-

=Cl2,消耗Cl-离子,阴极消耗Na+,NaCl溶液浓度减小,D错误。

C

5.

[2021·辽宁卷]如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是(

)A.放电时,M电极反应为Ni-2e-

=Ni2+B.放电时,Li+由M电极向N电极移动C.充电时,M电极的质量减小D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e-

=3Li++BiB[解析]由题干信息可知,放电时,M极由于Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极作负极,电极反应式为Li-e-

=Li+,N极为正极,电极反应式为3Li++3e-+Bi=Li3Bi。由分析可知,放电时,M电极反应为Li-e-

=Li+,A项错误;由分析可知,放电时,M极为负极,N极为正极,故Li+由M电极向N极移动,B项正确;由二次电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,M电极的电极反应为Li++e-

=Li,故电极质量增大,C项错误;充电时,N电极反应为Li3Bi-3e-

=3Li++Bi,D项错误。1.[2021·湖南卷]锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示。下列说法错误的是 (

)A.放电时,N极为正极B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e-

=ZnD.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过备用习题B备用习题[解析]由图可知,放电时N极作正极,电极反应式为Br2+2e-

=2Br-,A正确;放电时,M极作负极,电极反应式为Zn-2e-

=Zn2+,锌离子的浓度增大,ZnBr2的浓度增大,B错误;充电时M极作阴极,电极反应式为Zn2++2e-

=Zn,C正确;由电池工作原理图可知,隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过,D正确。备用习题2.

微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图所示装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(

)A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-

=2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1B备用习题[解析]CH3COO-转化为CO2的反应是氧化反应,为负极反应,CH3COO-中碳的平均化合价为0,负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-

=2CO2↑+7H+,A项正确;该过程中可以起到淡化海水的作用,则Na+移向正极(b极)、Cl-移向负极(a极),所以隔膜1、2分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜,B项错误;根据通过电路的电量相等,电路中转移1mol电子,通过离子交换膜的Na+、Cl-也分别是1mol,即可除盐58.5g,C项正确;酸性条件下,正极的电极反应式为2H++2e-

=H2↑,根据得失电子守恒,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1,D项正确。备用习题3.锂/氟化碳(Li/CFx)电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是 (

)A.电子由a极经用电器流向b极B.有机溶剂可能是羟基乙酸(HOCH2COOH)C.正极上的电极反应式:CFx+xe-

=C+xF-D.14.0gLi参与反应理论上转移2mol电子B备用习题

备用习题

B备用习题[解析]本题考查了原电池装置的分析与判断。根据题中所给的VB2电极上的反应式可知,该原电池中VB2电极为负极,复合碳电极为正极。正极电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。根据电子守恒可知,当负载通过0.04mol电子时,正极参加反应的氧气为0.01mol,在标准状况下的体积为0.224L,A项正确;根据正、负极的电极反应式可知,负极消耗OH-,pH降低,而正极区生成OH-,pH升高,B项错误;备用习题

备用习题3.CO2/HCOOH循环在氢能的储存、释放、燃料电池等方面具有重要应用。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。(1)电池负极电极反应式为

;放电过程中需补充的物质A为

(填化学式)。

H2SO4备用习题

备用习题3.CO2/HCOOH循环在氢能的储存、释放、燃料电池等方面具有重要应用。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。(2)如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为

。

1234567891011121314151617C考点一

原电池原理及应用

12345678910111213141516172.某化学兴趣小组利用反应Zn+2FeCl3

=ZnCl2+2FeCl2,设计了如图所示的装置,下列说法正确的是(

)A.Zn为负极,发生还原反应B.石墨电极上发生的反应为Fe3++e-

=Fe2+C.电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极D.盐桥中K+向ZnCl2溶液移动,Cl-向FeCl3溶液移动B1234567891011121314151617[解析]由电池总反应可知,Zn发生氧化反应生成ZnCl2,则Zn为负极,A错误;石墨电极是正极,Fe3+发生还原反应生成Fe2+,电极反应式为Fe3++e-

=Fe2+,B正确;原电池中电子由负极流出经导线流向正极,则电子流动方向为锌电极→电流表→石墨电极,C错误;电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极,故盐桥中K+向FeCl3溶液移动,Cl-向ZnCl2溶液移动,D错误。12345678910111213141516173.研究小组进行如下表所示的原电池实验:1234567891011121314151617实验编号①②实验装置实验现象连接好装置5min后,灵敏电流计指针向左偏转,两侧铜片表面均无明显现象连接好装置,开始时左侧铁片表面持续产生气泡,5min后,灵敏电流计指针向右偏转,右侧铁片表面无明显现象下列关于该实验的叙述中,正确的是(

)A.两装置的盐桥中,阳离子均向右侧移动B.实验①中,左侧的铜被腐蚀C.实验②中,连接装置5min后,左侧电极的电极反应式为2H++2e-

=H2↑D.实验①和实验②中,均有O2得电子的反应发生D1234567891011121314151617[解析]实验①中电子移动的方向:从负极经导线流向正极,即左侧铜为正极,右侧铜为负极,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即向左侧移动;实验②5min后,灵敏电流计指针向右偏转,说明左侧铁作负极,右侧铁作正极,根据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,即向右侧移动,A项错误。根据A选项分析,实验①中左侧铜没有被腐蚀,右侧铜被腐蚀,B项错误。实验②中连接好装置,5min后,灵敏电流计指针向右偏转,说明左侧铁作负极,右侧铁作正极,即左侧电极反应式为Fe-2e-

=Fe2+,C项错误。实验①左侧电极反应式为O2+4H++4e-

=2H2O,实验②5min后,右侧铁片电极反应式为O2+2H2O+4e-

=4OH-,均是吸氧腐蚀,D项正确。12345678910111213141516174.根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时,下列各项中合理的是

(

)B1234567891011121314151617选项正极(金属/电解质溶液)负极(金属/电解质溶液)AZn/ZnSO4溶液Fe/稀H2SO4溶液BFe/FeCl2溶液Zn/ZnSO4溶液CZn/稀H2SO4溶液Fe/FeCl2溶液DFe/ZnSO4溶液Zn/FeCl2溶液[解析]原电池中,负极金属的活动性一般强于正极金属,Zn比Fe活泼,形成原电池时Zn作负极,A、C均错误;使用盐桥,形成双液原电池时,为得到稳定电流,正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液,D错误,B正确。12345678910111213141516175.[2022·湖北黄冈调研]NO是一种有毒气体,一种测量空气中NO含量的电化学装置如图所示,下列说法错误的是(

)A.Pt电极为正极,发生的电极反应为O2+4e-

=2O2-B.NiO电极上发生的是还原反应C.电子流动方向:NiO电极→外电路→Pt电极D.两支电极均起到催化作用B1234567891011121314151617考点二

一次电池[解析]原电池中,NO在负极失去电子发生氧化反应转变为NO2,电子从负极流出,电子沿着导线流向正极,正极上O2得到电子发生还原反应,内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极,据此回答。O2在Pt电极上得电子转化为O2-,Pt电极为正极,发生的电极反应为O2+4e-

=2O2-,A正确;NiO电极上,NO失去电子发生氧化反应转变为NO2,B错误;1234567891011121314151617据分析:NiO电极为负极、Pt电极为正极,电子流动方向:NiO电极→外电路→Pt电极,C正确;由装置可知,在两支电极及固体电解质参与下,负极电极反应为2NO-4e-+2O2-

=2NO2、正极电极反应为O2+4e-

=2O2-,实现了2NO+O2

=2NO2的快速转化,则两支电极均起到催化作用,D正确。12345678910111213141516176.科学家对新型Li-CO2电化学系统研究发现,用碳化钼(Mo2C)作Li极催化剂时CO2的放电产物为Li2C2O4,装置如图所示,下列说法不正确的是(

)A.该电化学储能系统Li极作为负极B.该电池最好选用Li2C2O4水溶液作为电解质溶液C.CO2放电的电极反应式为2CO2+2e-+2Li+

=Li2C2O4D.电池“吸入”CO2时将化学能转化为电能B1234567891011121314151617[解析]由图可知,用碳化钼(Mo2C)作Li极催化剂时CO2的放电产物为Li2C2O4,Li价态升高,Li极为负极,CO2通入一极为正极。由分析可知,Li极作负极,故A正确;Li能与水反应,不能选择水溶液作电解质溶液,故B错误;根据上述分析,CO2通入一极作正极,得到电子发生还原反应,则CO2放电的电极反应式为2CO2+2e-+2Li+

=Li2C2O4,故C正确;根据原电池原理分析,电池“吸入”CO2时即CO2放电参加反应,将化学能转化为电能,故D正确。1234567891011121314151617

D1234567891011121314151617

12345678910111213141516178.

[2021·山东卷]以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(

)A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1molO2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2LC1234567891011121314151617考点三

燃料电池[解析]碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2

=N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O。放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池中KOH的物质的量减小,B错误;1234567891011121314151617

12345678910111213141516179.2022年北京冬奥会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆,某氢氧燃料电池工作示意图如下。下列说法中,不正确的是(

)A.电极a为电池的负极B.电极b表面反应为O2+4e−+2H2O=4OH−C.电池工作过程中OH−向正极迁移D.氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电,提高了能源利用率C1234567891011121314151617[解析]H2通入电极a,发生氧化反应,则电极a是负极,A正确;电极b为正极,O2在正极被还原,电解质溶液为KOH溶液,则正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,B正确;燃料电池工作时,阴离子移向负极,则OH-向负极(电极a)迁移,C错误;氢氧燃料电池将化学能转化为电能,能源利用率较高,其能量转化率高于火力发电,D正确。123456789101112131415161710.[2023·江西南昌模拟]NaBH4-H2O2

燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列有关NaBH4-H2O2

燃料电池的说法错误的是(

)A.b为正极,电极反应为H2O2+2e-

=2OH-B.放电过程中,a极区B元素被氧化C.放电过程中,b极区NaOH浓度增大D.电池中的离子交换膜为阳离子交换膜B1234567891011121314151617[解析]NaBH4-H2O2

燃料电池中,H2O2

是氧化剂,在正极得到电子被还原,b为正极,电极反应为H2O2+2e-

=2OH-,A正确;NaBH4为还原剂,在负极失去电子,呈-1的H被氧化,B不正确;放电过程中,b极区产生氢氧根离子,钠离子透过离子交换膜向正极移动,则b极区NaOH浓度增大,C正确;左侧钠离子进料量大于出料量,右侧钠离子出料量大于进料量,钠元素守恒,则电池中的离子交换膜为阳离子交换膜,D正确。123456789101112131415161711.[2022·浙江衢州、丽水、湖州二模]CO2气敏电极结构如图所示,当CO2由气体渗透膜进入时,H+指示电极响应,H+浓度变化而发生氧化反应,通过测出电动势E就可以计算CO2的含量。下列说法不正确的是(

)A.CO2气敏电极工作时,化学能转化为电能B.CO2气敏电极工作时,H+向参比电极迁移C.CO2气敏电极工作时的总反应为Ag(正极)+AgCl(负极)=Ag(负极)+AgCl(正极)D.将NaHCO3溶液换成NH4Cl溶液,更换气体渗透膜,可改造成NH3气敏电极C1234567891011121314151617[解析]该电池工作原理是测出电动势,则该电池为原电池,CO2气敏电极工作时将化学能转化为电能,A项正确;CO2气敏电极工作时,CO2由气体渗透膜进入时,H+指示电极响应,H+浓度变化而发生氧化反应,此时H+指示电极为负极,参比电极为正极,H+向参比电极移动,B项正确;1234567891011121314151617

123456789101112131415161712.[2022·湖北部分重点中学联考]锂离子电池应用广泛,某课题组使用纳米Si-C复合颗粒直接与锂接触,形成LixSi,将锂盐溶于三乙二醇二甲醚(TEGDME)作为电解液,与O2/C电极匹配组成如图所示原电池。该电池的总反应为xO2+2LixSi

xLi2O2+2Si,下列说法正确的是(

)A.该电池放电时,a为正极B.充电和放电过程,电解液中Li+浓度都会改变C.放电时,当负极质量减小14g时,电解液中转移1molLi+D.电池充电时,阳极的电极反应为Li2O2-2e-

=O2↑+2Li+D1234567891011121314151617考点