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化学能与电能的转化学案 第1课时 原电池的工作原理目标要求 1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。一、原电池1原电池定义：将化学能转变为电能的装置。2实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简单原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极，电解质溶液，形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应。二、原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。以铜锌原电池为例：1在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中，Cu2从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2；铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu22e=Cu。总反应式为ZnCu2=Zn2Cu，反应是自发进行的。2闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，内电路：溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。3盐桥盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2过多，带正电荷。Cu2获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2过少，SO24过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl向ZnSO4溶液迁移，K向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。 知识点一 原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是( )答案 B解析 A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。2在图中的8个装置中，属于原电池的是( )A B C D答案 D知识点二 原电池的原理3用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂 KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B C D答案 C解析 该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu2e=Cu2，正极反应式为Age=Ag，因此对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以对。4下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是( )NO.28 Date：2009.11.8实验后的记录：Zn为正极，Cu为负极。H向负极移动。电子流动方向ZnCu。Cu极上有H2产生。若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol。正极的电子反应式为：ZnZn2e。A B C D答案 B解析 本题考查了锌、铜和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应为：Zn2e=Zn2，Cu为正极，电极反应为2H2e=H2，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向铜片，溶液中H向正极移动，SO24向负极移动，故选B。5把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为( ) AA B C D BA C B D CA C D B DB D C A答案 C解析 金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A B、A C、C D、D B，故正确答案为C。知识点三 原电池的应用6已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？_。若能，请写出电极反应式，负极：_，正极：_。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案 (1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能 Cu2e=Cu2 2Fe32e=2Fe2(3) 解析 (1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu2e=Cu2，正极为石墨，电极反应式为2Fe32e=2Fe2。(3)因为总反应式为FeH2SO4=FeSO4H2，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。7利用反应Fe3Zn=Fe2Zn2设计一个带盐桥的原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为_，电极反应式为_。负极为_，电极反应式为_。此装置中盐桥的作用为_。答案 Pt 2Fe32e=2Fe2Zn Zn2e=Zn2使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性解析 根据反应Zn2Fe3=Zn22Fe2知该反应中的氧化反应为Zn2e=Zn2，故应采用Zn片作负极，还原反应为2Fe32e=2Fe2，故应选择比Zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含Zn2的盐溶液如ZnSO4溶液，正极区选含Fe3的溶液作电解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。练基础落实 1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是( )AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s) H 0B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l) H 0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H 0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l) H 0答案 A2有关原电池的下列说法中正确的是( )A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中，只有金属锌作为负极C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池工作时，阳离子向负极方向移动答案 C解析 在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为C。3锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( )AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn答案 D解析 判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。由题给总方程式得Zn2OH2e=Zn(OH)2，故Zn为负极。4.根据反应：2AgCu=Cu22Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是( ) AX可以是银或石墨BY是硫酸铜溶液C电子从铜电极经外电路流向X电极DX极上的电极反应式为Age=Ag答案 B解析 根据题意，铜应为负极，X为正极，则X应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属，A项正确；电解质溶液应含Ag，B项错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，Ag在正极X上得电子，Age=Ag，故C、D项正确。5控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是( )A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案 D解析 由反应2Fe32I 2Fe2I2可知，反应开始时，甲中Fe3发生还原反应，乙中I发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。6.科学家正在研究高铁可充电电池，据研究人员推测，这种电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点，将有广泛的应用前景。高铁电池放电时，锌、K2FeO4分别在两极上发生反应，以KOH溶液为电解液，电池总反应为3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列说法中错误的是( )A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为 2FeO248H2O6e=2Fe(OH)310OHC电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过1.2041023个电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案 C练方法技巧 7以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )A锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B两极上溶解和析出的物质质量相等C锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2D锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol答案 A解析 在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。8下列关于实验现象的描述不正确的是( )A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加C把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快答案 C解析 铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H获得由铁片传递过来的电子2H2e=H2，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：ZnCu2=Zn2Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu2Fe3=Cu22Fe2，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应：ZnCu2=Zn2Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H2e=H2的反应，可观察到气泡放出速率加快。9银器皿日久表面会逐渐变成黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池进行“抛光”，其处理方法是：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失，试回答：(1)食盐的作用是_。(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为_，正极发生的电极反应为_。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为_，原电池总反应方程式为_。(4)实际操作中，配制食盐水时，通常还加入一定量的小苏打，其主要作用是_，这一反应的化学方程式是_。答案 (1)作电解质起导电作用(2)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2(3)2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S2Al3Ag2S6H2O=2Al(OH)33H2S6Ag(4)除去生成的H2S，防止污染空气H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2解析 (1)形成原电池需要电解质导电，因此NaCl是作电解质起导电作用。(2)根据题给信息“黑色褪去而银不会损失”，必然发生Ag2SAg变化。铝比银活泼，为负极，失电子变成Al3，反应为：Al3e=Al3。Ag2S变为Ag和S2，得电子，是原电池的正极，反应为：Ag2S2e=2AgS2。(3)溶液中2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S因此，总反应为：2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S(4)硫化氢有毒，需除去，因此，NaHCO3的作用是除去生成的H2S，防止污染空气，反应为：H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2。练综合拓展 10依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_；(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；X电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。答案 (1)铜 AgNO3溶液(2)正 Age=Ag Cu2e=Cu2(3)Cu Ag解析 根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：(1)X的材料为铜，Y是AgNO3溶液。(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Age=Ag。X电极上发生的电极反应式为Cu2e=Cu2。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。11某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol L1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 mol L1的NaOH溶液中，如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。总反应离子方程式为_。(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_活动性更强，而乙会判断出_活动性更强(填写元素符号)。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？_。A利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质B镁的金属性不一定比铝的金属性强C该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判断原电池中正、负极”的做法_(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案_。答案 (1)Mg2e=Mg2 2H2e=H2(2)2Al8OH6e=2AlO24H2O6H2O6e=6OH3H22Al2OH2H2O=2AlO23H2(3)Mg Al (4)AD(5)不可靠 将两种金属电极连上电流表而构成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而判断电子的流动方向，再来确定原电池的正、负极解析 (1)甲池中电池总反应方程式为MgH2SO4=MgSO4H2，Mg作负极，电极反应式为Mg2e=Mg2，Al作正极，电极反应式为2H2e=H2。(2)乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成AlO2，电极反应式为2Al6e8OH=2AlO24H2O；正极产物为H2，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2。(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极，若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。(4)选AD。Mg的金属活动性一定比Al强，金属活动性顺序表是正确的，应用广泛。(5)判断正、负极可根据回路中电流方向或电子流向等进行判断，直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极是不可靠的。 第2课时 化学电源目标要求 1.了解依据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。一、化学电池1电池的分类 化学电池 化学能转变为电能 一次电池：如普通锌锰干电池、 碱性锌锰电池、银锌钮扣电池二次电池：如铅蓄电池等燃料电池：如氢氧燃料电池2一次电池与二次电池的不同点(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池。(2)二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。二、一次电池1锌银电池锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH溶液，其电极反应如下：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；电池总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH溶液，其电极反应为：负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；正极：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；电池总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。三、燃料电池1概念燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。2氢氧燃料电池(1)结构(如图所示)氢氧燃料电池示意图(2)工作原理电解质溶液为KOH溶液时：负极 石墨 ：2H24OH4e=4H2O正极 石墨 ：O22H2O4e=4OH电池总反应式：2H2O2=2H2O四、铅蓄电池铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液，如图所示。铅蓄电池的构造工作原理：负极：Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)；正极：PbO2(s)SO24(aq)4H(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO24(aq)(还原反应)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)(氧化反应)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O。 知识点一 化学电池1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2下列说法中，错误的是( )A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为MnO22H2O2e=Mn(OH)22OHC电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案 C解析 本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。2最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法不正确的是( )A该电池Zn为负极，MnO2为正极B该电池的正极反应为MnO2eH2O=MnOOHOHC导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向ZnD电池工作时水分子和OH都能通过薄层纸片答案 C解析 原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子，因此该电池负极为Zn，正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式：Zn2e2OH=ZnOH2O即得正极反应式：MnO2eH2O=MnOOHOH。电子只能由Zn经外电路流向MnO2，而不能通过内电路。知识点二 二次电池3生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2PbSO42H2O PbO2Pb2H2SO4 下列对铅蓄电池的说法错误的是( )A需要定期补充硫酸B工作时铅是负极，PbO2是正极C工作时负极上发生的反应是Pb2eSO24=PbSO4D工作时电解质的密度减小答案 A解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO24生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。4某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下说法不正确的是( )A放电时负极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2B放电时正极反应式为FeO244H2O3e=Fe(OH)35OHC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D充电时阳极附近的溶液的碱性减弱答案 C解析 选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO244H2O3e=Fe(OH)35OH；选项C，放电时，K2FeO4被还原；选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。知识点三 燃料电池5固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )A有O2参加反应的a极为电池的负极Bb极的电极反应式为H22eO2=H2OCa极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应式为2H2O2=高温2H2O答案 D解析 因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H22e=2H，正极电极反应式为12O22e=O2，则电池总反应式为2H2O2=高温2H2O。6一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是( )A通入乙烷的电极为正极B参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为72C放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少D负极反应式为C2H66H2O14e=2CO2318H答案 C解析 乙烷燃烧的化学方程式为2C2H67O24CO26H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为27，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正极反应式为14H2O7O228e=28OH(正极氧气得电子，理论上形成O2，但该粒子在水中不稳定，必须以OH形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H636OH28e=4CO2324H2O。练基础落实 1电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案 C解析 因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，故A错；原电池是将化学能直接转变为电能，所以B错；氢氧燃料电池负极反应为H22e=2H，所以C正确；太阳能电池采用硅材料制作，故D错。2下列有关电池的说法不正确的是( )A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极答案 B解析 锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质是把化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2，故作为负极，D项正确。3.氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下： 负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( )A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol答案 D解析 n(H2O)1.8103 g18 g mol1100 mol 即每生成1 mol H2O则转移2 mol e，当生成100 mol H2O时，转移200 mol e。4蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：FeNiO22H2O Fe(OH)2Ni(OH)2下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )A放电时，Fe是负极，NiO2是正极B蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中C放电时，负极上的电极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2D放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动答案 B5如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法正确的是( )A左电极为电池的正极，a处通入的物质是甲醇B右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气C负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HD正极反应式O22H2O4e=4OH答案 C解析 据图知，在左电极有电子流出，应为电池的负极，被氧化的物质是甲醇，在酸性电解液中产生CO2，故A错误，C正确；右电极有电子流入，应为电池的正极，B错误；由于氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极反应式得到OH是错误的。6LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4Li LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是( )A可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li向负极移动C充电过程中，电池正极材料的质量增加D放电时电池正极反应为：FePO4Lie=LiFePO4答案 D解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4e=LiFePO4，因此阳极材料(LiFePO4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。练方法技巧 7.在下图装置中，通电后可观察到Cu极溶解，则下列说法中不正确的是 ( )? A.直流电源中，A是正极?B.两池内CuSO4溶液浓度均不改变?C.两铁极上最初析出物相同?D.P池内溶液的质量逐渐减小答案 B解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4-e-= Li+FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。8乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，电池总反应式为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意图，下列说法中正确的是( ) A电池工作时，质子向电池的负极迁移B电池工作时，电流由b极沿导线流向a极Ca极上发生的电极反应是 C2H5OH3H2O12e=2CO212HDb极上发生的电极反应是 2H2OO24e=4OH答案 B解析 通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH，D项不正确。练综合拓展 9科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_。(2)此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_。(3)电解液中H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。答案 (1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正 负极 (4)对环境无污染解析 (1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)H移向正极，在正极生成水。(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。10氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH2=2LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 g cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。答案 (1)化学能转变为电能 a到b (2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O (3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率(4)Li H2O 1/1 148或8.71104 32解析 (1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。(4)LiH中Li为1价，H为1价，故反应中还原剂是Li，反应中氧化剂是H2O。由反应可知吸收标准状况下224 L H2时生成160 g LiH，则生成的LiH的体积是160 g0.82 g cm3，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为1600.8222410311 148。由生成的20 mol LiH与H2O反应，由反应可知生成20 mol H2，H22e，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20 mol280%32 mol。11.由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用右图电解实验可以制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀，两电极材料分别为石墨和铁。? (1)a电极材料应为 ，电极反应式为 。?（2）电解液d可以是 （填编号）。?A.纯水 B.NaCl溶液? C.NaOH溶液 D.CuCl2?(3)c为苯，其作用是 ，在加入苯之前对d应作何简单处理 。（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（填编号） 。?A.改用稀硫酸作电解液? B.适当增大电源电压?C.适当减小两电极间的距离? D.适当降低电解液的温度?（5）若d中用Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为 。答案 （1）铁 Fe-2e- = Fe2+? (2)BC?(3)液封，防止Fe(OH)2 被氧化 加热煮沸?（4）BC?（5）白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色?解析 （1）a极应该用铁，电极反应：Fe-2e-= Fe2+?;在反应中提供Fe2+。?（2）要生成Fe(OH)2,必须使溶液显碱性，可以通过电解使溶液显碱性，所以可以选用NaCl溶液，也可直接选用NaOH作电解液。?（3）在液体表面加一层苯的目的是起液封的作用，防止生成的Fe(OH)2被氧化；而在加入苯之前，应该对溶液d进行加热煮沸，赶出其中溶解的空气。?（4）为了加快反应速率，可以增大电源电压和适当减小两极间的距离，即B、C项措施。（5）若用Na2SO4溶液，则会产生氧气，将生成的Fe(OH)2氧化，会看到白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。 第3课时 电解池的工作原理目标要求 1.理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法。2.掌握电解电极反应方程式的书写。3.了解电解反应的一般规律。一、电解1概念使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2特点(1)电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆(填“可逆”或“