高二化学（人教版）教案 选择性必修一 第四章 化学反应与电能

11/149第四章|化学反应与电能第一节原电池学习目标重点难点1.以锌铜原电池为例,从宏观和微观的角度,分析理解原电池的工作原理,能正确判断原电池的正极和负极,会书写其电极反应式。2.通过对常见化学电源的分析,建立对原电池过程系统认识的思维模型。重点1.原电池的工作原理。2.电极反应的分析与表征。难点原电池思维模型的构建第1课时原电池的工作原理新知探究(一)——原电池的工作原理1.原电池的构成条件(1)具有两个活泼性不同的电极。(2)合适的电解质溶液。(3)形成闭合回路(两电极用导线相连或互相接触并插入电解质溶液中)。(4)能自发地发生氧化还原反应。2.实验探究原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置示意图注:盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂现象锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质生成,电流表指针发生偏转微观探析在硫酸锌溶液中,负极一端的Zn失去电子变成Zn2+进入溶液;在硫酸铜溶液中,正极一端的Cu2+获得电子变成Cu沉积在铜片上电子或离子移动方向电子:负极流向正极盐桥:Cl-移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液电极反应式负极:Zn-2e-==Zn2+(氧化反应)正极:Cu2++2e-==Cu(还原反应)总反应:Zn+Cu2+==Zn2++Cu[微点拨]原电池中盐桥的作用形成闭合回路;平衡两侧的电荷,使溶液呈电中性;将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度,可以获得单纯的电极反应,有利于最大限度地将化学能转化为电能。3.原电池中电子、离子的移动(1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液。(2)若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。(3)若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离子可通过交换膜移向正极。4.判断原电池正、负极的5种方法[微点拨]原电池正负极判断的特殊情况电极的正负除与金属的活动性有关外,还与电解质溶液有关。活泼金属一般作负极,但不是活泼金属一定作负极,如Mg⁃Al⁃H2SO4溶液构成的原电池中,Mg为负极,而在Mg⁃Al⁃NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,因为Al可与NaOH溶液反应,而Mg不与NaOH溶液反应。应用化学水果电池是利用水果中的酸性物质和金属片发生反应产生电能的一种电池。(1)电池在工作中发现Y极上有气泡产生,推测该气体是什么?(2)该水果电池在工作中电流方向如何?(3)若Y是铜片,则X可能是什么金属?列举两例。提示:(1)氢气。(2)从Y极沿导线流向X极。(3)理论上来讲,比铜活泼且常温下不与水反应的金属均可,如锌、铁等。[题点多维训练]1.如图装置能构成原电池的是()A.只有甲 B.只有乙C.只有丙 D.除乙外均可以解析:选C没有用导线连接形成闭合回路,所以不能构成原电池,故A错误;两电极材料相同,所以不能构成原电池,故B错误;有两个活泼性不同的电极,且两电极插入电解质溶液中,两电极间构成闭合回路,能自发地进行氧化还原反应,所以该装置能构成原电池,故C正确;乙醇是非电解质,且电极和乙醇不能自发地进行氧化还原反应,所以不能构成原电池,故D错误。2.(2025·乌鲁木齐高二期末)某同学根据化学反应Fe+Cu2+==Fe2++Cu,并利用实验室材料制作原电池。下列关于该原电池组成的说法正确的是()选项ABCD正极石墨棒石墨棒铁棒铜棒负极铁棒铝棒铜棒铁棒电解质溶液CuCl2溶液CuCl2溶液FeSO4溶液FeSO4溶液解析:选A铁比石墨活泼,Fe作负极,石墨作正极,电池反应为Fe+Cu2+==Fe2++Cu,故A正确;铝比石墨活泼,Al作负极,石墨作正极,电池反应为2Al+3Cu2+==2Al3++3Cu,故B错误;铁比铜活泼,Fe作负极,Cu作正极,故C错误;铁比铜活泼,但铁与硫酸亚铁不反应,不能形成原电池,故D错误。3.(2025·福建三校联考)某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是()A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片C.若X为Fe,Y为碳棒,碳棒上有红色固体析出D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应解析:选CFe比Cu活泼,Fe作负极,故A错误;Fe比Cu活泼,Fe作负极,电子从Fe流向Cu,故B错误;若X为Fe,Y为碳棒,电解质溶液为硫酸铜,则正极碳棒上析出Cu,故C正确;Zn比Cu活泼,Zn作负极发生氧化反应,故D错误。4.下列有关装置1和装置2说法不正确的是()A.电子都是由Zn电极通过导线移向Cu电极B.装置2中盐桥中的电子向ZnSO4溶液移动C.正极Cu片都发生:2H++2e-==H2↑,有气体产生D.装置1中Zn片也有气体产生,原电池的工作效率低解析:选B装置1和2均形成原电池,Zn比Cu活泼,Zn作负极,Cu作正极,电子都是由Zn电极通过导线移向Cu电极,故A正确;装置2中电子由Zn电极通过导线移向Cu电极,盐桥和溶液中无电子通过,故B错误;Cu作正极,电极反应式为2H++2e-==H2↑,有气体生成,故C正确;装置1Zn与稀硫酸接触反应,Zn片也有气体产生,原电池的工作效率低,故D正确。|思维建模|原电池工作原理示意图新知探究(二)——原电池工作原理的应用典例导学[典例]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:实验装置部分现象a极质量减小;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>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c[解析]由第一个装置a极溶解,可知a极是负极,金属活动性:a>b;对于第二个装置,依据还原性规律知,金属活动性:b>c;第三个装置的金属活动性:d>c;由第四个装置电流从a→d,则电子从d→a,故金属活动性:d>a。总之,金属活动性顺序是d>a>b>c。[答案]C[系统融通知能]1.加快化学反应速率原理在形成的原电池中,氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生,溶液中的离子运动时相互干扰减小,电解质溶液中离子的运动更快,使化学反应速率加快举例在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,CuSO4与锌发生置换反应生成Cu,从而形成微小Cu-Zn原电池,加快产生H2的速率2.比较金属的活动性强弱原理:一般来说,负极金属的活动性强于正极金属。根据现象判断出原电池的正、负极,金属的活动性:负极强于正极。3.设计原电池(1)理论上,自发的氧化还原反应可以设计成原电池。构成原电池的基本条件也是设计原电池的基本依据。(2)设计原电池的思路示例以2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2为例[题点多维训练]1.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4溶液中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,下列表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系图像中正确的是()解析:选Da中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的量减少,但Zn、Cu和稀H2SO4溶液形成原电池,反应速率加快,D项图示符合要求。2.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可构成原电池。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()A.①③②④ B.①③④②C.③④②① D.③①②④解析:选B电流方向与电子流向相反,①②相连时,电流由②流向①,则金属性:①>②;①③相连时,③为正极,则金属性:①>③;②④相连时,②上有气泡,则金属性:④>②;③④相连时,③的质量减少,则金属性:③>④;综上分析,可得金属活动性顺序为①>③>④>②。3.设计原电池Zn+2Fe3+==Zn2++2Fe2+,画出能形成稳定电流的原电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。负极:,电极反应:;

正极:,电极反应:。

解析:分析元素化合价的变化可知,Zn为负极,比Zn活泼性差的金属或非金属(石墨等)为正极,选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。答案:ZnZn-2e-==Zn2+Pt或CFe3++e-==Fe2+新知探究(三)——原电池电极反应式的书写导学设计由于金属锂的化学性质非常活泼,使得金属锂在加工、保存、使用等环节要求很高,所以锂电池长期没有得到广泛应用,随着电子技术的发展,在科学家的努力下锂离子电池进入了大规模的实用阶段。某种锂电池的总反应方程式为Li+MnO2==LiMnO2。1.你能依据总反应方程式书写该电池的正极、负极电极反应式吗?提示:负极反应式为Li-e-==Li+,正极反应式为MnO2+e-+Li+==LiMnO2。2.有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银,其处理方法:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器皿浸入溶液中,放置一段时间后,有臭鸡蛋气味的气体放出,银器皿表面的黑色会褪去而银不会损失。你能否依据信息材料书写其电池总反应式、电极反应式?提示:“黑色褪去而银不会损失”,必然发生变化:Ag2SAg,显然这是原电池的正极反应:3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-,负极反应应为活泼金属发生氧化反应:Al-3e-==Al3+,正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中都能水解且相互促进:2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH)3↓+3H2S↑,有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。原电池的总反应为上述三个反应式的加合:3Ag2S+2Al+6H2O==6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑。[系统融通知能]1.一般电极反应式的书写方法定电极,标得失按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应产物,找出得失电子的数量看环境,配守恒电极产物在电解质溶液中应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平两式加,验总式两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证2.已知总反应式,书写电极反应式(1)分析化合价,确定正极、负极的反应物与反应产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数,使得失电子守恒。(3)根据元素守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式=总反应式-简单的电极反应式。[题点多维训练]题点(一)基础原电池1.(1)Mg(A)-Al(B)-盐酸(C)负极:Mg-2e-==Mg2+;正极:2H++2e-==H2↑;总反应:Mg+2H+==Mg2++H2↑。(2)Mg(A)-Al(B)-NaOH溶液(C)负极:Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-;正极:2H2O+2e-==H2↑+2OH-;总反应:2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑。(3)铁(A)-铜(B)-FeCl3溶液(C)负极:Fe-2e-==Fe2+;正极:Fe3++e-==Fe2+;总反应:Fe+2Fe3+==3Fe2+。(4)铁(A)-铜(B)-稀硝酸(C)负极:Fe-3e-==Fe3+;正极:NO3-+4H++3e-==NO↑+2H总反应:Fe+NO3-+4H+==Fe3++NO↑+2H2题点(二)带盐桥的原电池2.某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,写出电极名称及电极反应:Al片();

Cu片()。(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,写出电极名称及电极反应:Al片();Cu片()。解析:(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,实际上是由Al、稀硫酸、Cu组成的原电池,Al比Cu活泼,所以Al作负极,Al失电子被氧化为Al3+,Cu作正极,溶液中的H+得电子被还原为H2。(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,实际上是由Al、浓硝酸、Cu组成的原电池,常温下Al遇浓硝酸钝化,故Al作正极,Cu作负极,Cu失电子被氧化为Cu2+。答案:(1)负极Al-3e-==Al3+正极2H++2e-==H2↑(2)正极NO3-+2H++e-==NO2↑+H2O负极Cu-2e-[课时跟踪检测]一、选择题1.下列关于原电池的叙述中,错误的是()A.原电池能将化学能转变为电能B.原电池的负极得电子,发生还原反应C.原电池工作时,其负极不断产生电子并经外电路流向正极D.原电池的构成条件之一是形成闭合回路解析:选B原电池是将化学能转变为电能的装置,故A正确;原电池的负极发生失电子的氧化反应,故B错误;原电池在工作时,负极不断产生电子并经外电路流向正极,故C正确;要形成原电池,必须形成闭合回路,电路中才能产生电流,才能对外提供电能,故D正确。2.西红柿中含有矿物盐、有机酸等,某同学利用如图所示装置探究原电池原理。下列说法正确的是()A.Zn电极是该电池的正极B.Cu电极表面产生的气体是H2C.电子经导线由Cu电极流入Zn电极D.该装置可将电能转化为化学能解析:选BZn比Cu活泼,Zn作负极,故A错误;Cu作正极,H+在正极得到电子生成H2,故B正确;Zn作负极,Cu作正极,电子经导线由Zn电极流向Cu电极,故C错误;该装置是原电池,可将化学能转化为电能,故D错误。3.如图为锌铜原电池,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂,下列说法错误的是()A.铜片作正极B.盐桥中K+移向CuSO4溶液C.锌片不断溶解D.电子从铜片经外电路流向锌片解析:选D由金属活动性顺序可知,Zn片作负极,铜片作正极,故A正确;盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,盐桥中的K+移向CuSO4溶液,故B正确;锌片失去电子发生氧化反应,不断溶解,故C正确;锌作负极,铜作正极,电子从锌片经外电路流向铜片,故D错误。4.(2025·武汉高二期末)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()A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)C.c(H+) D.c(SO4解析:选B随着电子的流入,铜电极即正极质量不变,故A错误;随反应进行,负极金属锌溶解,溶液中锌离子浓度逐渐增大,故B正确;随着反应进行,氢离子在正极放电,溶液中的氢离子浓度逐渐减小,故C错误;反应和硫酸根离子无关,故其浓度不变,故D错误。5.某电池总反应为Fe+2Fe3+==3Fe2+,下列与此电池总反应不符的原电池是()A.铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D.银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池解析:选C由总反应可知,负极应为铁,被氧化,电解质溶液应为含有Fe3+的溶液,题中A、B、D铁都为负极,但C中铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中锌片为负极,铁片为正极,原电池反应为Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+。6.如图是学生搭建的两套装置图,下列说法正确的是()A.两套装置都可将化学能转化为电能B.电池工作时,锌作正极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+C.电池工作时,电子由锌片流出经过外电路流向铜D.电池工作时,H+移向锌片解析:选C左侧装置没有形成闭合回路,无法形成原电池,不能将化学能转化为电能,故A错误;右侧装置能形成原电池,Zn比Cu活泼,Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,故B错误;电池工作时,电子由锌片(负极)流出经外电路流向铜(正极),故C正确;电池工作时,H+移向铜(正极),故D错误。7.由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验,下列叙述中正确的是()实验装置甲乙丙现象A不断溶解C的质量增加A上有气体产生A.装置甲中的B金属是原电池的负极B.装置乙中电流的流向为B→CC.装置丙中溶液里的SO42-D.四种金属的活泼性顺序是D>A>B>C解析:选D装置甲中,A金属不断溶解,所以A极为负极,发生氧化反应,A错误;装置乙中,活泼金属与硫酸铜发生置换反应,置换出铜单质,吸附在正极上,C的质量增加,故C电极为正极,电流的流向为C→B,B错误;丙装置中,氢离子得电子,发生还原反应,所以产生氢气的一极为正极,A为正极,溶液中阴离子移向负极,C错误;在甲装置中,A电极为负极,B电极为正极,A的活动性强于B,在乙装置中,C电极为正极,B电极为负极,所以B的金属活动性强于C,在丙装置中,A电极为正极,D电极为负极,所以D的金属活动性强于A,故得出四者的金属活泼性顺序为D>A>B>C,D正确。8.根据图可判断出下列离子方程式中错误的是()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:选A结合原电池装置中的正极和负极,可判断金属活动性:Cd>Co>Ag。由于Cd金属性强于Ag,则A项反应不可能发生;根据金属活动性,可知B、C、D三个离子反应均能发生。9.(2025·泸州高二检测)根据原电池原理,下列有关说法正确的是()A.若X为Fe,Y为Cu,Z为酒精,则该装置能够实现化学能到电能的转化B.若X为Mg,Y为Al,Z为KOH溶液,负极发生的电极反应式为Mg-2e-+2OH-==Mg(OH)2C.若X为Zn,Y为Cu,Z为硫酸铜,每转移0.2mol电子,正极质量增加12.8gD.若X为Zn,Y为Cu,Z为稀硫酸,则SO42-向解析:选D酒精属于非电解质,它们不能构成原电池,不能实现化学能转化为电能,故A错误;Mg虽然比Al活泼,但Mg不与NaOH溶液反应,铝能与NaOH溶液反应,因此铝为负极,Mg为正极,负极反应式:Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-,故B错误;锌比铜活泼,铜为正极,锌为负极,正极反应式:Cu2++2e-==Cu,即每转移0.2mol电子,可生成0.1molCu,对应质量为6.4g,故C错误;铜为正极,锌为负极,原电池中阴离子向负极移动,即SO42-向Zn电极附近移动,故10.如图将锌片和铜片用导线连接插入一定浓度的硫酸铜溶液中,组成一个原电池模型,观察到电流表指针偏转,且锌片和铜片表面均有红色物质析出,待实验结束时,测得锌片质量减少了4.58g,铜片质量增加了4.48g,则该原电池工作效率η的值为(用参加原电池反应的锌占锌反应总量的百分率表示)()A.40% B.60% C.70% D.75%解析:选C铜片表面生成Cu的物质的量为4.4864mol=0.07mol,参加原电池反应的锌的物质的量为0.07mol,则参加原电池反应的锌减小质量为0.07mol×65g·mol-1=4.55g,同时在Zn表面发生反应Zn+Cu2+==Zn2++Cu,电极质量变化量为4.58g-4.55g=0.03g,参加反应的Zn的质量为0.031×65=1.95g,则该原电池工作效率η的值为4.55g4.55g+1.95g11.(2025·杭州高二月考)实验a:将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池,铜片、锌片表面均产生气泡。实验b:将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟,锌片表面形成锌汞合金,再与铜片、稀硫酸组成单液原电池,只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是()A.实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能B.实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能C.实验a、b中原电池总反应的离子方程式:Zn+2H+==Zn2++H2↑D.锌片经HgCl2溶液处理后,有利于更多的化学能转化为电能解析:选A实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸发生氧化还原反应生成氢气,对应的能量转换形式是化学能转化为热能,A错误;实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池,对应的能量转化形式是化学能转化为电能,B正确;实验a、b中形成原电池,锌片作负极,电极反应为Zn-2e-==Zn2+,铜片作正极,电极反应为2H++2e-==H2↑,总反应为Zn+2H+==Zn2++H2↑,C正确;将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟,锌片表面形成锌汞合金,阻止锌与稀硫酸直接反应,从而有利于更多的化学能转化为电能,D正确。12.(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是()A.Ag作原电池正极B.电子由Ag经活性炭流向PtC.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e-==4OH-D.每消耗标准状况下11.2L的O2,最多去除1molCl-解析:选BO2在Pt极得电子发生还原反应,Pt为正极,Ag电极失去电子发生氧化反应生成Ag+,再与Cl-结合,Ag为负极。由分析可知,Ag为负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-==2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2L的O2,转移电子2mol,故最多去除2molCl-,D错误。13.杠杆AB两端通过导线分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡(如图),小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液,并反应一段时间。下列判断正确的是(不考虑实验过程中导线的反应及两球浮力的变化)()选项杠杆材料杠杆偏向A绝缘体A端高B端低B绝缘体两边一样高C导体A端高B端低D导体A端低B端高解析:选C杠杆材料为绝缘体时,Fe与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,铜球质量不变,铁球质量增加,A端低B端高,故A、B错误;杠杆材料为导体时,形成原电池,Fe比Cu活泼,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+,铁球质量减轻,Cu作正极,电极反应式为Cu2++2e-==Cu,铜球质量增加,A端高B端低,故C正确,D错误。14.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下:实验编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、石墨稀盐酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg以下说法正确的是()A.实验1、2中Al电极的作用相同B.实验3中正极反应式为Al-3e-==Al3+C.实验4中Al电极为正极,反应过程中表面冒气泡D.由以上实验可知,在原电池中相对活泼的金属作正极还是负极受到多种因素影响解析:选D实验1中,氧化还原反应发生在金属镁和稀盐酸之间,失电子的是金属镁,为负极,实验2中,氧化还原反应发生在金属铝和稀盐酸之间,失电子的是金属铝,为负极,所以实验1、2中Al所作的电极不相同,故A错误。Al、石墨、稀盐酸构成的原电池中,较活泼的金属铝作负极,电极反应为Al-3e-==Al3+;石墨为正极,电极反应为2H++2e-==H2↑,故B错误。实验4中,金属铝和氢氧化钠可以发生自发的氧化还原反应,失电子的是金属铝,为原电池的负极,电极反应式为Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-,故C错误。根据表中实验结果可知,在原电池中相对活泼的金属作正极还是负极,与两个电极的相对活泼性有关,也与电解质溶液有关,故D正确。二、非选择题15.(8分)能源是现代社会发展的三大支柱之一,化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。(1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是(填字母)。

(2)写出所选装置正极反应的电极反应式:。

(3)所选装置中溶液里的阴离子移向(填电极的化学式)极。

(4)若所选装置中转移了0.2mol电子,则理论上溶液增加的质量是。

解析:(1)原电池的构成条件:①有两个活泼性不同的电极,②将电极插入电解质溶液中,③两电极间构成闭合回路,④能自发地进行氧化还原反应,C装置符合构成原电池的条件。(2)C装置中Ag作正极,正极上氢离子得电子生成氢气,其电极反应式为2H++2e-==H2↑。(3)阴离子移向负极锌。(4)装置中转移了0.2mol电子,根据总反应式:2H++Zn==Zn2++H2↑,则理论上溶液质量增重0.1×65g-0.1×2g=6.3g。答案:(1)C(2)2H++2e-==H2↑(3)Zn(4)6.3g第2课时化学电源新知探究(一)——化学电源和一次电池1.电池的分类及优劣的判断标准(1)分类:原电池是各种化学电源的雏形,常分为如下三类:一次电池、二次电池和燃料电池。(2)优点:它方便携带、易于维护,能量转化效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。(3)判断电池优劣的主要标准①比能量:单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。②比功率:单位质量或单位体积输出功率的大小,单位是W·kg-1或W·L-1。③电池可储存时间的长短。2.一次电池一次电池也叫干电池。放电后不可再充电的电池。碱性锌锰电池①电池构造负极反应物:锌粉;正极反应物:二氧化锰;电解质:氢氧化钾。②工作原理总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2。负极:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2;正极:MnO2+H2O+e-==MnO(OH)+OH-。[微思考]碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能?提示:比能量和可储存时间均有所提高,适用于大电流和连续放电。[题点多维训练]题点(一)化学电源1.下列说法不正确的是()A.原电池中发生的可逆反应达到平衡时,该电池仍有电流产生B.铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重C.普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同D.燃料电池能量转化率高,活性物质由外界加入,可实现连续不间断供电解析:选A原电池中发生的可逆反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,各物质的浓度不变,不再有电流产生,A错误;铅酸蓄电池的缺点是比能量低,十分笨重,对环境腐蚀性强,循环使用寿命短,B正确;碱性锌锰电池中负极反应更充分,比能量比普通锌锰电池高,C正确;燃料电池为一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,能量转化率高,活性物质由外界加入,可实现连续不间断供电,D正确。题点(二)一次电池2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是()A.电池工作时,MnO2发生氧化反应B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动C.环境温度过低,不利于电池放电D.反应中每生成1molMnOOH,转移电子数为2×6.02×1023解析:选CMnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,MnO2作氧化剂,发生还原反应,A错误;原电池工作时阴离子向负极移动,B错误;温度较低时,反应速率会降低,C正确;MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,每生成1molMnOOH,转移电子数为6.02×1023,D错误。3.体温枪能快速检测人体体温,该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示),电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。下列关于该电池的说法正确的是()A.Ag2O电极作正极,发生氧化反应B.该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动C.电池工作时,电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极D.该电池的负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2解析:选D根据总反应式可知,Ag2O中银元素化合价降低,得到电子,作原电池正极,发生还原反应,溶液中的K+向Ag2O电极移动,A、B错误;电池工作时,电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极,C错误;Zn化合价升高,作原电池负极,根据总反应式可得该电极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2,D正确。4.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是()图Ⅰ普通锌锰电池图Ⅱ碱性锌锰电池图Ⅲ原电池图Ⅳ锌银纽扣电池A.图Ⅰ所示电池中,电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒B.图Ⅱ所示电池中,MnO2的作用是作氧化剂C.图Ⅲ所示装置工作过程中,电解质溶液中Cu2+浓度始终不变D.图Ⅳ所示电池中,Zn是还原剂,在电池工作过程中被还原解析:选B普通锌锰电池中,锌筒为负极,石墨电极为正极,电子由锌筒经外电路流向石墨电极,A错误;碱性锌锰电池中负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2,正极反应为MnO2+e-+H2O==MnO(OH)+OH-,MnO2作氧化剂,被还原,B正确;Fe为负极,Fe电极反应为Fe-2e-==Fe2+,Cu为正极,Cu电极反应为Cu2++2e-==Cu,该原电池工作过程中Cu2+浓度减小,C错误;锌银纽扣电池中Zn为负极,Zn是还原剂,在电池工作过程中被氧化,D错误。新知探究(二)——二次电池1.二次电池又称可充电电池或蓄电池,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。2.铅酸蓄电池铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,其放电反应和充电反应表示如下:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O负极是Pb,正极是PbO2,电解质溶液是稀H2SO4。(1)放电反应原理①负极反应式:Pb+SO42--2e-==PbSO4②正极反应式:PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2③放电过程中,负极质量增大,稀H2SO4的浓度减小。(2)充电反应原理①充电原理阴极(电池负极,发生还原反应)反应式:PbSO4+2e-==Pb+SO4阳极(电池正极,发生氧化反应)反应式:PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++SO4②二次电池充电时阴极连接充电电源负极,电极(阴极)反应(还原反应)是放电时的逆反应,阳极连接充电电源正极,电极(阳极)反应(氧化反应)是放电时的逆反应。(3)铅酸蓄电池的优缺点①优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。②缺点:比能量低、笨重。[微点拨]书写铅酸蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液,放电时两极生成的Pb2+和电解质溶液中的SO42-不能共存,Pb2+与SO42-结合生成PbSO4沉淀,因此将负极反应式写成Pb-2e-==Pb2+是错误的,应写成Pb+SO42-3.锂离子电池一种锂离子电池的负极材料为嵌锂石墨(LixCy),正极材料为钴酸锂(LiCoO2),电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水),电池反应原理如下:LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy当电池放电时:负极反应式:LixCy-xe-==xLi++Cy;正极反应式:Li1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2。反应过程:放电时,Li+由石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,嵌入石墨中。这样在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化。应用化学高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。1.写出该电池放电时的负极反应式。提示:放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2。2.根据该电池的总反应分析电池工作时,正极附近溶液的pH怎样变化?提示:放电时正极附近生成OH-,碱性增强,pH变大。3.给该电池充电时应该怎样连接电极?提示:充电时该电池的正极接外接电源正极,负极接外接电源负极。[题点多维训练]1.(2025·北京丰台高二期中)铅酸蓄电池的结构示意图如图所示,其充、放电时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列说法正确的是()A.放电时Pb为负极,发生反应:Pb-2e-==Pb2+B.充电时PbO2与外电源的负极相连,正极区域酸性增强C.充电时与正极相连的电极发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+SO42-D.放电时H+向负极移动解析:选C放电时,Pb作负极,电极反应为Pb-2e-+SO42-==PbSO4,故A错误;充电时PbO2与外电源的正极相连,正极的电极反应为PbO2+2e-+4H++SO42-==PbSO4+2H2O,消耗氢离子,正极区域酸性减弱,故B错误;充电时,与正极相连的电极上PbSO4失电子生成PbO2,发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+SO42-+4H+,故C正确;放电时H2.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()A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.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:选D原电池工作时,Li+向正极移动,则a为正极,正极上发生还原反应,随放电的多少可能发生多种反应,其中可能为2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4,故A正确;原电池工作时,转移0.02mol电子时,消耗Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,故B正确;石墨能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,故C正确;电池充电时间越长,转移电子数越多,生成的Li和S8越多,即电池中Li2S2的量越少,故D错误。3.(2023·福建卷)一种可在较高温度下安全快充的铝—硫电池的工作原理如图,电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93℃的共熔物),其中氯铝酸根[AlnCl3n+1-(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应:2Al+3xSAl2(Sx)3。下列说法错误的是(A.AlnCl3n+1-含4B.AlnCl3n+1-中同时连接2个Al原子的Cl原子有(C.充电时,再生1molAl单质至少转移3mol电子D.放电时间越长,负极附近熔融盐中n值小的AlnCl3解析:选D放电时铝失去电子生成铝离子做负极,硫单质得到电子做正极,充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极,硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极,依此解题。AlnCl3n+1-的结构为,所以含4n个Al—Cl键,A正确;由AlnCl3n+1-的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个,B正确;由总反应可知充电时,再生1molAl单质需由铝离子得到电子生成,所以至少转移3mol电子,C正确;由总反应可知放电时间越长,负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的|思维建模|二次电池充电时的电极连接(1)充电时的连接方法——正正负负(2)充电时的电极反应式的关系——负极颠倒得阴极,正极颠倒得阳极新知探究(三)——燃料电池1.燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。2.氢氧燃料电池(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应H2-2e-==2H+H2-2e-+2OH-==2H2O正极反应O2+4e-+4H+==2H2OO2+4e-+2H2O==4OH-总反应2H2+O2==2H2O3.燃料电池的优点(1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。(2)能量转换率高,有利于节约能源。(3)排放的废弃物少,绿色环保。[典例]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2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O。下列说法不正确的是()A.左电极为电池的负极,a处通入的物质是甲醇B.正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-==CO2+6H+D.该电池提供1mole-,消耗氧气0.25mol[解析]负极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+,正极反应式为O2+4e-+4H+==2H2O;根据电子流向,可以判断a处通甲醇,b处通O2;当电池提供1mole-时,消耗O2为1×312mol=0.25mol[答案]B|思维建模|燃料电池电极反应式的书写方法(1)负极为燃料,失电子,发生氧化反应如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:第一步确定生成物第二步确定电子转移和变价元素原子守恒C-4H4-8e-→C+4O第三步依据电解质性质,用OH-使电荷守恒CH4-8e-+10OH-→CO32-+H第四步最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H(2)正极为氧气,得电子,发生还原反应。由于电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,酸性电解质溶液:O2+4H++4e-==2H2O;碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e-==4OH-;固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-==2O2-;熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-==2CO3[题点多维训练]1.燃料电池能量转化效率高、环境污染少,运行质量高。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中能实现碳中和目标的是()A.甲醇B.天然气 C.氢气 D.一氧化碳解析:选C甲醇作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故A错误;天然气作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故B错误;氢燃料电池产物为水,有利于减少二氧化碳排放,能实现碳中和目标,故C正确;一氧化碳作酸性燃料电池的燃料时,会生成二氧化碳,不利于实现碳中和目标,故D错误。2.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是()A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极B.a极的电极反应式:H2-2e-==2H+C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多解析:选C氢氧燃料电池工作时,通入氢气的一极a为电源的负极,电子由负极a经外电路流向正极b,a极发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-==2H+,故A、B正确;氢氧燃料电池中,H2在负极a上被氧化,O2在正极b上被还原,总反应为氢气与氧气燃烧生成水,所以装置中电解质溶液体积增大,c(H2SO4)减小,故C错误;将H2改为等物质的量CH4,则转移电子数增大,所以O2的用量增多,故D正确。3.(2025·青岛高二期中)以KOH溶液为离子导体,分别组成H2—O2、CH4—O2、CH3OH—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.CH3OH—O2燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+6OH-==CO2↑+5H2OC.消耗等质量燃料,H2—O2和CH4—O2燃料电池的理论放电量相等D.消耗1.5molO2时,理论上CH3OH—O2燃料电池消耗CH3OH的质量为32g解析:选D放电过程中,K+均向正极移动,OH-均向负极移动,故A错误;CH3OH—O2碱性燃料电池工作时,CH3OH在负极失电子生成CO32-,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O,故B错误;1molH2完全反应生成H2O时转移电子2mol,1molCH4完全反应生成CO32-时转移电子8mol,则1gH2完全反应生成H2O时转移电子1mol,1gCH4完全反应生成CO32-时转移电子0.5mol,故C错误;CH3OH—O2碱性燃料电池工作时,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-,根据电子守恒可知,2CH3OH~3O2,则消耗CH3OH的物质的量n(CH3OH)=23×1.5mol=1mol,m(CH3OH)=nM=1命题热点——突破新型化学电源[典例](2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是()A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键B.电池总反应为I3-+ZnZn2++3IC.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPPD.放电时,消耗0.65gZn,理论上转移0.02mol电子[解析]由题图知标注框内Zn和N之间存在配位键,N和C、C和C、C和H之间存在共价键,A项正确;放电时Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,Zn-TCPP为正极,电极反应式为I3-+2e-==3I-,则电池总反应为Zn+I3-Zn2++3I-,B项正确;充电时Zn为阴极,阴极反应式为Zn2++2e-==Zn,Zn2+来自电解质溶液,C项错误;根据放电时负极反应式:Zn-2e-==Zn2+知,消耗0.65gZn,即0.01molZn,理论上转移0.02mol[答案]C|思维建模|“放电”“充电”时电极反应式的正误判断(1)新型电池放电①若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂;再结合电解质确定出还原产物和氧化产物;最后判断相应的电极反应式的正误。②若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,还原剂及其对应的氧化产物,最后考虑电解质是否参加反应,判断电极反应式的正误。(2)新型电池充电①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。[题点多维训练]1.(2025·沈阳高二期中)我国科学家设计的“海泥电池”,既可用于深海水下仪器的电源补给,又有利于海洋环境污染治理,其中微生物代谢产物显酸性,电池工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.B电极为正极B.微生物代谢反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2C.B电极的电极反应式为HS-+2e-==S↓+H+D.质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动解析:选BA极氧元素价态降低得电子,故A极为正极,B电极为负极,故A错误;微生物作用下发生反应:2CH2O+SO42-+H+==2CO2+HS-+2H2O,SO42-中硫元素化合价降低,做氧化剂,CH2O中的碳元素化合价升高,做还原剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,故B正确;B极是负极,发生HS-失电子的氧化反应,电极反应式为HS--2e-==S↓+H+,故C错误;原电池中阳离子移向正极,故海水中的H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动2.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是()A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2==ZnMn2O4C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-D.放电时,Zn电极质量减少0.65g,MnO2电极生成了0.020molMnOOH解析:选C充电时Zn2+向阴极移动,A错误;由题意知,放电时,MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4,B错误;放电时,MnO2电极为正极,发生的反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-,C正确;根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+可知,Zn电极质量减少0.65g(0.01mol)时,电路中通过0.02mol电子,故MnO2电极有0.02molMnO2发生反应,但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4,故生成的MnOOH的量小于0.020mol,D错误。3.(2024·江西卷)我国学者发明了一种新型多功能甲醛-硝酸盐电池,可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是()A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e-2HCOO-+H2↑+2OH-B.CuRu电极反应为NO3-+6H2O+8e-NH3C.放电过程中,OH-通过质子交换膜从左室传递到右室D.处理废水过程中溶液pH不变,无需补加KOH解析:选BCuAg电极上HCHO转化为HCOO-和H2,电极反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,A项错误;CuRu电极上NO3-转化为NH3,电极反应为NO3-+6H2O+8e-==NH3↑+9OH-,B项正确;OH-不能通过质子交换膜,C项错误;总反应为8HCHO+NO3-+7OH-==8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O,消耗[课时跟踪检测]一、选择题1.(2024·湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是()A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置解析:选D理想的新能源应具有可再生、无污染等特点,A正确;氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;脱嵌是锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子在阳极脱嵌,C正确;太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D错误。2.(2025·兰州高二期末)我国高铁技术全球领先。CRH380B型动车组使用的是镍镉(Ni-Cd)可充电电池,它作为原电池时,发生的反应为Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2。由此推断,该电池负极材料是()A.Cd(OH)2 B.CdC.Ni(OH)2 D.NiO(OH)解析:选B镍-镉(Ni-Cd)可充电电池作为原电池时,Cd发生失电子的反应生成Cd(OH)2,NiO(OH)发生得电子还原反应生成Ni(OH)2,则Cd作负极,NiO(OH)作正极,故B正确。3.(2025·新乡高二期末)铅酸蓄电池使用方便安全可靠,多用于维持汽车用电系统的正常运转,下列说法错误的是()A.铅酸蓄电池为二次电池B.放电时,Pb电极上的质量增加C.铅酸蓄电池中的稀硫酸为电解质D.充电时,阳极上的电极反应式为2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+SO42-解析:选C铅酸蓄电池可多次充放电,属于二次电池,故A正确;放电时,Pb电极作负极,失电子生成PbSO4,质量增加,故B正确;硫酸是电解质,稀硫酸是电解质溶液,属于混合物,故C错误;充电时,阳极上PbSO4失电子生成PbO2,阳极反应式为2H2O+PbSO4-2e-==PbO2+SO42-+4H+,故4.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是()A.石墨作电池的负极材料B.电池工作时,NH4C.MnO2发生氧化反应D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-==Zn2+解析:选D酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,故A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,故B错误;MnO2发生得电子的还原反应,故C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-==Zn2+,故D正确。5.Li-O2电池在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。电池反应为2Li+O2Li2O2,放电时,下列说法不正确的是()A.Li在负极失去电子B.O2在正极发生还原反应C.阳离子由正极移向负极D.化学能转化成电能解析:选CLi价态升高失电子作负极,故A正确;O2在正极得电子发生还原反应,故B正确;阳离子向正极移动,故C错误;放电时,原电池中化学能转化为电能,故D正确。6.根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池。该燃料电池工作时,负极上发生的反应为()A.CH3OH+O2-2e-==H2O+CO2+2H+B.O2+4H++4e-==2H2OC.CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+D.4OH--4e-==O2↑+2H2O解析:选C对于燃料电池,燃料作负极,则负极为甲醇放电生成CO2,结合电子转移、电荷守恒书写电极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+。7.(2025·南通高二期中)“乌铜走银”制作中的走银工序是将氧化变黑的银丝嵌入铜器表面已錾刻好的花纹内,再经揉黑工序,用手边焐边搓揉铜器,直到铜器表面变成乌黑、银丝变得光亮。下列有关“乌铜走银”的说法不正确的是()A.用铝丝代替银丝,铜器也会变黑B.走银工序中没有发生化学变化C.揉黑工序中发生了原电池反应D.反应的方程式为Cu+Ag2O==2Ag+CuO解析:选AAl比Cu活泼,氧化铝不能被铜还原为铝,故铜器不会变黑,故A错误;走银工序中银没有发生反应,故B正确;揉黑工序中发生了原电池反应,故C正确;电池反应为Cu+Ag2O==2Ag+CuO,故D正确。8.(2025·黄冈高二检测)有人提出了一种可完全生物降解的锌⁃钼(Zn⁃Mo)原电池,是实现生物可吸收电子药物的重要电源,结构如表所示。已知电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜,下列说法正确的是()ZnMo水凝胶掺杂NaClA.Zn作原电池负极,其质量逐渐减小B.该电池在放电过程中,水凝胶的pH不变C.Zn表面发生的电极反应:Zn-2e-==Zn2+D.电路中转移0.02mol电子时,理论上消耗0.02molO2解析:选BZn作负极,反应生成ZnO,电极质量增加,故A错误;该电池总反应为2Zn+O2==2ZnO,水凝胶的pH不变,故B正确;Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-+H2O==ZnO+2H+,故C错误;1mol氧气在反应中得4mol电子,故电路中转移0.02mol电子时,理论上消耗0.005molO2,故D错误。9.(2025·山东名校联盟联考)制备物质、获取能量是化学反应的两大重要用途,一种NO2燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是()A.NO3B.电池中NO3-向石墨C.正极的电极反应式为O2+2N2O5+4e-==4NO3D.该装置的突出优点是制备Y物质的同时获取电能解析:选A由图可知,燃料电池中NO2作燃料、O2作氧化剂,所以石墨Ⅰ为负极、石墨Ⅱ为正极,石墨Ⅰ电极上NO2失电子,生成N2O5,电极反应式:4NO2+4NO3--4e-==4N2O5,石墨Ⅱ电极反应式:2N2O5+O2+4e-==4NO3-;总反应:4NO2+O2==2N2O5。由分析可知,NO3-为正极产物,不是催化剂,不能降低正极反应的活化能,A错误;原电池中阴离子向负极石墨Ⅰ电极移动,B正确;由分析可知,正极氧气得到电子发生还原反应生成硝酸根离子,电极反应式为O2+2N2O5+4e-==4NO3-,C正确;该装置为原电池装置,其突出优点是制备10.通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示,下列说法错误的是()A.a为电池的正极,发生还原反应B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+C.当电路中转移0.2mol电子时,传感器内参加反应的HCHO为3.0gD.传感器工作过程中,电解质溶液中硫酸的浓度减小解析:选C氧气得电子,a为正极,发生还原反应,A正确;b极是负极,发生失去电子的氧化反应,故电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+,B正确;负极电极方程式为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+,当电路中转移0.2mol电子时,反应的甲醛物质的量=0.05mol,质量0.05mol×30g·mol-1=1.5g,C错误;传感器工作过程中,氧化还原反应生成水,电解质溶液中硫酸的浓度变小,D正确。11.(2025·丽江高二检测)我国科学院研究所发布的新型固态锂硫正极材料(2Li2S·CuI),能量密度较高且成本较低。由这种材料制成的锂离子电池放电、充电时的工作原理如图所示,反应的化学方程式为3Li+S+CuS+LiI2Li2S·CuI。下列说法错误的是()A.放电时,a极为负极B.放电时,b极上的电极反应式:3Li++CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuIC.充电时,电子的流向:b极→外接电源的正极,外接电源的负极→a极D.充电时,每转移3mol电子,a极增重21g解析:选Ba极是活泼金属Li,作原电池的负极,b为正极,放电时a极发生Li-e-==Li+,正极发生3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI。由分析可知,a电极是Li,活泼金属失去电子发生氧化反应,放电时,为负极,A正确;放电时,b极上的电极反应式:3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI,B错误;充电时,原电池的负极接外加电源的负极,b极接外加电源的正极,电子的流向:b极→外接电源的正极,外接电源的负极→a极,C正确;充电时,a极发生Li++e-==Li,每转移3mol电子,a极增重3molLi,质量为21g,D正确。12.已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图如图所示,下列说法中正确的是()A.放电时,正极的电极反应为O2+4e-+2CO2==2COB.放电时,负极的电极反应为H2+CO-4e-+2CO32-==H2C.放电时,K+移向负极D.充电时,A电极与外接电源的正极相连解析:选A放电时,B为正极,电极反应式为O2+4e-+2CO2==2CO32-,故A正确;放电时,A为负极,电极反应式为3H2+CO-8e-+4CO32-==3H2O+5CO2,故B错误;放电时,阳离子移向正极,故C错误;充电时,A为阴极,与外接电源的负极相连13.(2025年1月·八省联考四川卷)我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池,其工作示意图如下。下列说法错误的是()A放电时,K+从负极向正极迁移B.放电时,[Zn(OH)4]2-的生成说明Zn(OH)2具有两性C.充电时,电池总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2O32-==Zn+S4OD.充电时,若生成1.0molS4O62-,则有4.0molK解析:选D由电池装置图可知,放电时Zn为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-==[Zn(OH)4]2-,多孔碳为正极,电极反应为S4O62-+2e-==2S2O32-;充电时Zn为阴极,电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-==Zn+4OH-,多孔碳为阳极,电极反应为2S2O32--2e-==S4O62-。放电为原电池,原电池中K+向正极移动,A正确;碱性环境中有[Zn(OH)4]2-生成说明Zn(OH)2能与碱反应,既能与酸反应又能与碱反应说明Zn(OH)2具有两性,B正确;充电时为电解池,根据分析,总反应为[Zn(OH)4]2-+2S2O32-==Zn+S4O62-+4OH-,C正确;由电极反应2S2O32--2e-==S4O62-,生成1molS4O14.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时,下列叙述错误的是()A.电池总反应为2C6H12O6+O2==2C6H12O7B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C.消耗18mg葡萄糖,理论上a电极有0.4mmol电子流入D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a解析:选C由题图知,该电池的总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7,A正确;b电极上发生转化:CuO→Cu2O→CuO,反应前后CuO的性质和质量不变,故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据负极的电极反应式可知当消耗18mg(0.1mmol)葡萄糖时,转移0.2mmol电子,故理论上a电极有0.2mmol电子流入,C错误;原电池中,阳离子向正极迁移,b电极为负极,a电极为正极,故两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a,D正确。二、非选择题15.(12分)化学电池广泛应用在通讯、交通等方面。(1)常用的酸性锌锰干电池(构造如图所示)中的电解质糊状物由ZnCl2和NH4Cl混合而成。该电池的负极材料是。电池工作时,电子流向(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2和NH4Cl混合糊状物中含有杂质Cu2+,会加速某电极的反应,其主要原因是。

(2)铅酸蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为H2SO4溶液。电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,放电时,电解质溶液中的阴离子移向(填“Pb”或“PbO2”),正极附近溶液的酸性(填“增强”“减弱”或“不变”),负极反应式为。

解析:(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极:Zn-2e-==Zn2+;电池工作时,电子从负极流向正极;Zn与Cu2+发生氧化还原反应,生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池,加快反应速率,从而加快Zn的腐蚀;(2)铅酸蓄电池工作时,硫酸参加反应生成硫酸铅同时生成水,导致硫酸浓度降低、酸性减弱,原电池放电时阴离子向负极移动;放电时,铅为负极,失去电子被氧化,电极反应为Pb-2e-+SO42-==PbSO答案:(1)Zn(或锌)正极Zn与Cu2+反应生成Cu,Zn与Cu构成原电池,加快反应速率(2)Pb减弱Pb-2e-+SO42-第二节电解池学习目标重点难点1.从宏观和微观的角度理解电解池中的反应及其变化、电流形成的过程和原理。会书写电解的电极反应式和总反应式。2.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析,认识电能与化学能之间的能量转化。3.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型,加深对电解原理的理解和应用。重点1.电解原理。2.电解反应的分析与表征。难点电解池思维模型的构建第1课时电解原理新知探究(一)——电解原理(一)探究电解CuCl2溶液1.实验现象及结论按如图所示装置完成实验,并填写下表。实验现象实验结论电流表指针发生偏转说明电解质溶液导电,形成闭合回路与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气2.实验原理分析(1)氯化铜溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH-,通电前这些离子在溶液中作自由运动。(2)通电时在电场的作用下,溶液中的离子作定向运动,即Cl-、OH-移向a极,Cu2+、H+移向b极。(3)a极电极反应式是2Cl--2e-==Cl2↑,b极电极反应式是Cu2++2e-==Cu,总反应式是Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑。(二)电解和电解池1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。2.电解池:将电能转化为化学能的装置。3.电解池的电极名称(1)阴极:与直流电源负极相连的电极,发生还原反应;(2)阳极:与直流电源正极相连的电极,发生氧化反应。4.电解池的构成条件(1)具有直流电源;(2)两个电极(阴极、阳极);(3)电解质溶液或熔融电解质;(4)形成闭合回路。5.电子和离子移动方向电子从电源负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极离子阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极[微点拨]①电解质溶液导电实际上是电解过程,发生氧化还原反应,是化学变化。②金属导电是因为在电场作用下,自由电子发生定向移动,是物理变化。(三)电解时电极产物的判断[题点多维训练]1.(2025·天津高二期末)用石墨电极电解CuCl2溶液如图所示,Cu2+向左侧电极迁移。下列分析正确的是()A.通电时阴极极板增重B.通电使CuCl2发生电离C.a端所连电极上发生氧化反应D.常温下,电路中每转移2mole-得到22.4LCl2解析:选A由Cu2+向左侧迁移可知,左侧石墨电极为阴极,通电时阴极电极反应为Cu2++2e-==Cu,则该电极极板增重,故A正确;电解质的电离是在水分子或受热熔融条件下,而不需要通电,故B错误;由A项可知,a为电源的负极,a端所连电极即阴极上发生还原反应,故C错误;常温下不是标准状况,则电路中每转移2mole-得到1molCl2,但其体积大于22.4L,故D错误。2.某同学为了使反应2HCl+2Ag==2AgCl+H2↑能进行,设计了下列四个实验,如图所示,你认为可行的方案是()解析:选CAg与盐酸不反应,所以要使反应2HCl+2Ag==2AgCl+H2↑能进行,应该设计成电解池,Ag失电子发生氧化反应,Ag作阳极,氢离子得电子发生还原反应,电解质溶液中氢离子放电,则符合条件的是C。3.如图所示是电解稀盐酸的装置,其中c、d为石墨电极。试回答下列问题:(1)a电极为,b电极为。

(2)c电极为,电极反应式为,发生了反应。

d电极为,电极反应式为,发生了反应。

(3)电解过程中,氢离子向(填“阴”或“阳”,下同)极移动,氯离子向极移动。电解总方程式为。

答案:(1)正极负极(2)阳极2Cl--2e-==Cl2↑氧化阴极2H++2e-==H2↑还原(3)阴阳2HClH2↑+Cl2↑|思维建模|电解池的阴、阳极的判断方法新知探究(二)——电解规律及电解方程式的书写导学设计将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接,浸入U形管内的CuCl2溶液中,再接通直流电,如图。过一段时间后,再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。1.实验两电极的现象是什么?提示:与直流电源负极相连的碳棒上逐渐覆盖一层红色的铜,与直流电源正极相连的碳棒上有气泡产生,使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。2.实验中CuCl2溶液中通电前离子如何运动?通电后离子如何运动?根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。提示:通电前,Cu2+、Cl-在溶液中作自由运动。通电时,Cu2+和Cl-发生了定向运动。根据实验现象可知,与电源负极相连的一极有Cu生成,与电源正极相连的一极有Cl2生成。3.在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl-之外还有H+和OH-,这两种离子为什么没有得或失电子?提示:电解时,溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关,氧化性强的阳离子先得电子被还原,还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H+更容易得电子,而Cl-比OH-更容易失电子。4.电解一段时间后,要使溶液恢复到电解前的状态,应加入的物质是什么?提示:应加入CuCl2。[系统融通知能]1.电极反应规律阴极无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+阳极溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中,其放电顺序:活泼金属阳极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-[微点拨]①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。②电解的离子方程式中,若参与电极反应的H+或OH-是由水电离出来的,用H2O作为反应物。2.用惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解对象复原pH电解水型阳极生成O2,阴极生成H2,实质电解水NaOH水加入水增大H2SO4水加入水减小Na2SO4水加入水不变电解质分解型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质加入HCl增大CuCl2电解质CuCl2增大放H2生碱型阴极:H2O放H2生碱阳极:阴离子放电NaCl电解质和水加入HCl增大放O2生酸型阴极:阳离子放电阳极:H2O放O2生酸CuSO4电解质和水加入CuO或者CuCO3减小[微点拨]电解后溶液的复原,从溶液中放出的气体和生成的沉淀,按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则。3.电解池中电极反应式的书写(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质(如水等)一般要写成化学式。(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据“阴(极)得(e-)阳(极)失(e-)”加上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H