高考化学必修第一册鲁科版1-第一单元　原电池讲解课件

第四章化学反应与电能第一单元原电池期中期末·全优手册A卷·必备知识全优B卷·关键能力全优一原电池的工作原理1.原电池:利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。2.原电池的构成条件

基础知识全过第一节原电池点拨①燃料电池可以用两个相同的惰性电极;②原电池输出电能的能力,取决

于组成原电池的反应物的氧化还原能力。3.原电池工作原理

点拨①电子“不下水”,离子“不上岸”(电子只能在两极和外电路中流动,

不能进入溶液中);②盐桥的作用:导电,形成闭合回路,平衡左右两边电解质溶液

中的电荷。二化学电源1.分类(1)一次电池:也叫做干电池,放电后不可再充电。(2)二次电池:又称可充电电池或蓄电池,放电后可以再充电使活性物质获得再

生。(3)燃料电池: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。2.判断电池优劣的主要标准(1)比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。(2)比功率:电池单位质量或单位体积输出功率的大小。(3)电池可储存时间的长短。3.一次电池(碱性锌锰电池)

(1)组成负极——锌粉;正极——MnO2;电解质——KOH。(2)电极反应式负极:Zn-2e-+2OH-

Zn(OH)2;正极:MnO2+e-+H2O

MnO(OH)+OH-;总反应:Zn+2MnO2+2H2O

2MnO(OH)+Zn(OH)2。(3)比能量和可储存时间均有所提高,是普通锌锰干电池的升级换代产品。4.二次电池(铅酸蓄电池)(1)组成负极——Pb;正极——PbO2;电解质溶液——稀硫酸。(2)电极反应式负极:Pb-2e-+S

PbSO4;正极:PbO2+4H++2e-+S

PbSO4+2H2O;总反应:Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。(3)工作特点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉;但比能量低、笨

重。5.燃料电池(1)工作原理能连续地将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化

学能转化为电能。电极本身不参与氧化还原反应。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,生成物不断被排出。(2)氢氧燃料电池在常见介质中的电极反应式

负极反应正极反应酸性电解质(H2SO4)H2-2e-

2H+O2+4e-+4H+

2H2O碱性电解质(KOH)H2-2e-+2OH-

2H2OO2+4e-+2H2O

4OH-熔融金属氧化物H2-2e-+O2-

H2OO2+4e-

2O2-熔融碳酸盐H2-2e-+C

H2O+CO2O2+4e-+2CO2

2C

(3)优点燃料电池的能量转化率超过80%,远高于普通燃烧过程(火力发电仅30%多),可

以持续使用,噪声低,不污染环境。既有利于节约能源,又绿色环保,具有广阔的

发展前景,被誉为“绿色发电站”。点拨①燃料电池中,燃料(还原性气体等)在负极发生氧化反应,氧化剂(通常为

氧气)在正极发生还原反应;②燃料电池的电极一般为惰性电极,具有很强的催

化活性,如铂电极、活性炭电极等;③燃料电池在使用过程中,并没有发生燃料

与氧化剂之间的直接燃烧,而是在两极之间发生了放电,将化学能转化为电能;

④燃料电池的反应物并不储存在电池内部,而是由外部提供燃料和氧化剂。一原电池装置图的升级考查高频考点全知铜锌原电池装置相同点不同点单液原电池

正、负极电

极反应,总反

应式,电极现

象

Zn与Cu2+直接接触发生反应,既有化学能转化为电能,又有化学能转化为热能双液原电池盐桥电池

Zn与Cu2+不直接接触,理论上仅有化学能转化为电能,故电流稳定,持续时间长交换膜电池

既有盐桥电池的优点,又克服了盐桥交换容量有限的缺点,电流持续时间更长点拨离子交换膜:一种选择性透过膜,允许相应离子通过,离子迁移方向遵循

电池中离子迁移方向。例1某课外小组用下图装置进行实验,当两侧分别通入气体O2、N2时,电流表

的指针发生偏转。下列说法正确的是

(

)A.Fe为负极B.烧杯Ⅰ中的溶液pH升高C.烧杯Ⅰ中的阴离子通过盐桥移向烧杯Ⅱ中D.当消耗1molO2时,外电路中有2mol电子通过解析烧杯Ⅰ中通入的是O2,且锌比铁活泼,故锌为负极、Fe为正极,A错误;Fe

为正极,烧杯Ⅰ中O2在正极得电子,电极反应式为O2+4e-+2H2O

4OH-,则烧杯Ⅰ中c(OH-)增大,溶液pH升高,B正确;电池工作时,盐桥中阳离子向正极移动,阴

离子向负极移动,平衡电极区的电荷,烧杯Ⅰ中的阴离子不会通过盐桥移向烧杯

Ⅱ中,C错误;结合正极的电极反应式可知,当消耗1molO2时,外电路中有4mol电

子通过,D错误。答案

B二原电池正、负极的判断

点拨不能只依据金属的活动性来判断原电池的正、负极,要看反应的具体情

况。例2“热电池”是高温熔融盐一次电池,在航空航天领域有广泛应用,采用

LiAl、LiSi等合金作电极比纯锂安全性更好。某热电池工作原理如图所示,放

电时,1molFeS2完全反应时得到4mol电子。下列说法错误的是

(

)A.热电池的正极材料需要具备高温下的稳定性B.电子流向:LiAl→用电器→FeS2C.正极的电极反应式为FeS2+4Li++4e-

Fe+2Li2SD.若1molLi0.9Al转化为Li0.08Al,则消耗98.4gFeS2解析热电池的正极材料需要在高温条件下不易分解,不易与其他物质反应,A

正确;放电时,1molFeS2完全反应时得到4mol电子,则LiAl合金是负极,FeS2是正

极,电子流向:LiAl→用电器→FeS2,B正确;正极的电极反应式为FeS2+4Li++4e-

Fe+2Li2S,C正确;若1molLi0.9Al转化为Li0.08Al,转移(0.9-0.08)mol=0.82mol电子,1molFeS2完全反应时得到4mol电子,根据得失电子守恒可知,转移0.82

mol电子,消耗0.205molFeS2,质量为24.6g,D错误。答案

D三陌生电极反应式的书写第1步:判断电极(正、负极)上的反应物和生成物,根据化合价变化标出转移

电子数。第2步:根据电解质溶液的酸碱性,通过在电极反应式的两端添加H+或OH-使两端

的电荷守恒(酸性添加H+,碱性添加OH-,中性在电极反应式右边添加H+或OH-)。第3步:根据原子守恒,通过在电极反应式两端添加H2O(或其他小分子)使电极反

应式两端的原子守恒。点拨在给出原电池的总反应时,可按下列方法分析电极反应式。①拆分法:把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,并依据原子守

恒、电荷守恒配平两个半反应。②加减法:写出其中一个容易写出的半反应,再利用总反应与上述的一极反应相

减,即得另一个电极的反应式。例3肼硼烷(N2H4·BH3)燃料电池可避免烃类燃料电池中CO2的排放,该电池的

工作原理如图所示,电池总反应为2N2H4·BH3+5O2+2NaOH

2NaBO2+2N2+8H2O。下列说法错误的是

(

)

A.b电极为电池正极B.离子交换膜为阴离子交换膜C.a电极的电极反应为N2H4·BH3-10e-+11OH-

B

+N2↑+9H2OD.负极生成5.6L(标准状况)N2,则理论上电路中转移4mol电子解析由电池总反应可知,O2为氧化剂,发生还原反应,故b电极为电池正极,A正

确;b电极上O2得电子生成OH-,正极反应为O2+4e-+2H2O

4OH-,电池负极通入了NaOH溶液,负极反应为N2H4·BH3-10e-+11OH-

B

+N2↑+9H2O,正极生成OH-,负极消耗OH-,则OH-由正极移向负极,该离子交换膜为阴离子交换膜,B、C

正确;由负极反应式可知,生成1molN2,电路中转移10mol电子,则生成标准状况

下5.6L(即0.25mol)N2,理论上电路中转移电子的物质的量为2.5mol,D错误。答案

D第四章化学反应与电能第一单元原电池

A卷基础达标卷可能用到的相对原子质量:H1

Li7

C12

O16

Na23

S32

Cl35.5

Cu64

Zn65一、选择题C1.(2024河北邯郸月考)如图所示的装置中,能形成原电池的是

(

)

ABCD解题思路A项,该装置没有形成闭合回路,且两个电极活泼性相同,不能形成原

电池,不符合题意;B项,乙醇属于非电解质,乙醇溶液不能导电,不能形成原电池,

不符合题意;D项,铜和银均不与氢氧化钠溶液反应,该装置不存在自发的氧化还

原反应,不能形成原电池,不符合题意。

见《5·3高中全优手册》P24——原电池的构成条件2.(2024西安期中)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用,如图为两

种常见的化学电源示意图。下列有关说法不正确的是

(

)A.锌锰电池属于一次电池,铅酸蓄电池属于二次电池BB.锌锰电池中的铜帽为负极,锌筒为正极C.铅酸蓄电池供电时Pb电极的电极反应式为Pb+S

-2e-

PbSO4D.铅酸蓄电池供电时电子由Pb电极经外电路流向PbO2电极解题思路锌锰电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池,故A正确;锌锰电池中

Zn失电子被氧化,为负极,石墨棒上二氧化锰得电子被还原,带铜帽的石墨棒是

正极,故B错误;放电时,铅酸蓄电池Pb电极的电极反应式为Pb+S

-2e-

PbSO4,故C正确;铅酸蓄电池放电时,电子由Pb电极经外电路流向PbO2电极,故D正

确。

见《5·3高中全优手册》P24——化学电源3.鱼雷是一种水中兵器。它可从舰艇、飞机上发射,它发射后可自己控制航行

方向和深度,遇到舰船,只要一接触就可以爆炸。鱼雷采用Al-Ag2O动力电池,以

溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液,电池总反应为2Al+3Ag2O+2KOH+3H2O

6Ag+2K[Al(OH)4]。下列说法中错误的是

(

)A.Ag2O为电池的正极B.Al在电池反应中被氧化C.电子由Ag2O极经外电路流向Al极D.溶液中的OH-向Al极迁移C解题思路根据电池总反应可知,铝元素的化合价升高,Al失去电子被氧化,即

Al作电池的负极,则Ag2O作电池的正极,故A、B正确;根据原电池工作原理,电子

从负极经外电路流向正极,即由Al极经外电路流向Ag2O极,故C错误;根据原电池

工作原理,阳离子移向正极,阴离子移向负极,即OH-向Al极迁移,故D正确。4.(2024北京一○一中学阶段检测)用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组

成原电池。下列现象或结论叙述正确的是

(

)

D选项电极a电极bA溶液B溶液现象或结论ACuZnCuSO4溶液ZnSO4溶液一段时间后,电极a增加的质量与电极b减少的质量相等BCuZn稀H2SO4ZnSO4溶液盐桥中阳离子向电极b移动CFeCNaCl溶液FeCl3溶液外电路电子转移方向:b→aDCCFeCl3溶液KI、淀粉

混合液若开始时只增大FeCl3溶液浓度,电极b附近溶液变蓝的速度加快解题思路A项,电极b的电极反应为Zn-2e-

Zn2+,电极a的电极反应为Cu2++2e-

Cu,一段时间后,电极a增加的质量小于电极b减少的质量,错误;B项,电极b上锌失电子,作负极,盐桥中阴离子向电极b移动,错误;C项,Fe作负极,C作正极,外

电路电子转移方向:a→b,错误;D项,电池总反应为2Fe3++2I-

2Fe2++I2,淀粉溶液遇碘变蓝色,则电极b附近溶液变蓝,若开始时增大FeCl3溶液浓度,反应速率加

快,则电极b附近溶液变蓝的速度加快,正确。知识归纳一般,原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电

子经导线由负极传递到正极,溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。5.(新教材名师原创)已知Fe常温下遇到浓硝酸会发生钝化。分析图中所示的四

个装置,其中结论正确的是

(

)A.①中电子的流动方向为由Al到MgB.②中Al作负极,说明Al的金属性强于MgC.③中Cu作负极D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-

H2↑C解题思路①中Mg和稀硫酸发生氧化还原反应,Mg作负极,电子的流动方向为

由负极流向正极,即由Mg到Al,A错误;②中的氧化还原反应为Al和氢氧化钠溶

液的反应,失电子的是Al,Al为负极,但Mg的金属性强于Al,B错误;Fe在常温下遇

浓硝酸钝化,③中发生的氧化还原反应为Cu与浓硝酸的反应,Cu为负极,C正确;

④中Fe作负极,Cu作正极,正极上氧气得到电子,电解质溶液为NaCl溶液(呈中

性),所以正极的电极反应式为2H2O+O2+4e-

4OH-,D错误。6.(2024江西部分高中联考)甲醛是房屋装修过程中一种常见的污染物。一种监

测空气中甲醛含量的燃料电池传感器如图。下列说法正确的是

(

)A.M极为电池的负极,发生还原反应B.N极的电极反应式为HCHO-4e-+2OH-

C

+4H+C.传感器工作过程中,OH-移向M极D.当电路中转移4×10-4mol电子时,消耗3.2mgO2

D解题思路M极上氧气得电子,发生还原反应,M极为正极,则N极为负极,A错误;

N极上发生失去电子的氧化反应,电极反应式为HCHO-4e-+6OH-

C

+4H2O,B错误;传感器工作时,OH-移向负极,即N极,C错误;传感器工作过程中,1mol氧

气得到4mol电子,当电路中转移4×10-4mol电子时,消耗1×10-4mol即3.2mgO2,D

正确。

见《5·3高中全优手册》P26——陌生电极反应式的书写7.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是作正极还是作负极受到多种

因素影响D解题思路实验1中,金属镁和稀盐酸发生氧化还原反应,金属镁失电子,为负极;

实验2中,金属铝和稀盐酸发生氧化还原反应,金属铝失电子,为负极,实验1、2中

Al电极的作用不相同,故A错误。Al、石墨、稀盐酸构成的原电池中,金属铝作

负极,电极反应式为Al-3e-

Al3+;石墨为正极,电极反应式为2H++2e-

H2↑,故B错误。实验4中,金属铝和氢氧化钠发生氧化还原反应,金属铝失电子,为原

电池的负极,电极反应式为Al-3e-+4OH-

[Al(OH)4]-,故C错误。根据题表中实验结果可知,在原电池中相对活泼的金属是作正极还是作负极,与两个电极的相

对活泼性有关,也与电解质溶液的酸碱性有关,故D正确。8.(2024福建龙岩期中)热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电

源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混

合物一旦受热熔融,电池瞬间可输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca

CaCl2+Li2SO4+Pb。下列关于该电池的说法中,正确的是

(

)DA.钙电极发生还原反应B.放电过程中,Li+向钙电极移动C.若该电池采用水溶剂电解液,常温下可输出电能D.正极发生的电极反应:PbSO4+2e-

Pb+S

审题指导由电池总反应可知,钙电极为电池的负极,发生氧化反应,电极反应

式为Ca+2Cl--2e-

CaCl2,硫酸铅电极为电池的正极,发生还原反应,电极反应式为PbSO4+2e-

Pb+S

。解题思路由审题指导可知,A错误,D正确;原电池工作时,阳离子向正极移动,

阴离子向负极移动,所以放电过程中,Li+向硫酸铅电极移动,B错误;钙是活泼金

属,易与水反应,不能采用水溶剂电解液,C错误。9.(2024南昌二中月考)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示

[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH

形式存在]。电池放电时,下列叙述正确的是

(

)

CA.电子由Zn电极经电解质溶液流向MnO2电极B.Ⅲ区的OH-通过隔膜向Ⅱ区迁移C.MnO2电极反应式:MnO2+2e-+4H+

Mn2++2H2OD.若将离子选择隔膜位置交换,Ⅱ区K2SO4溶液浓度降低解题思路由题意并结合题图知,Zn电极为负极,MnO2电极为正极,电子由负极

沿导线流向正极,不能经过电解质溶液,故A错误;放电时,阴离子向负极移动,即

Ⅱ区的S

通过隔膜向Ⅲ区迁移,故B错误;MnO2电极为正极,电极反应式为MnO2+2e-+4H+

Mn2++2H2O,故C正确;若将离子选择隔膜位置交换,Ⅲ区的K+与Ⅰ区的S

分别向Ⅱ区移动,Ⅱ区K2SO4溶液浓度增大,故D错误。

见《5·3高中全优手册》P25——原电池装置图的升级考查10.(2024北京海淀期中)某种培根型碱性氢氧燃料电池示意图如图所示,下列有

关该电池的说法不正确的是

(

)A.出口Ⅰ处有水生成B.循环泵可使电解质溶液不断浓缩、循环C.电池放电时,K+向镍电极Ⅰ的方向迁移D.正极反应为O2+2H2O+4e-

4OH-

C解题思路通入氢气的一极为负极,电极反应为H2-2e-+2OH-

2H2O,故出口Ⅰ处有水生成,A正确;根据题图可知,循环泵可使电解质溶液不断浓缩、循环,B

正确;原电池放电时,阳离子移向正极,故钾离子向镍电极Ⅱ的方向移动,C错误;

正极发生还原反应,氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应为O2+2H2O+4e-

4OH-,D正确。11.(2024北京清华大学附属中学期中)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可获得电能,同时实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟

海水,采用惰性电极,用如图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下

列说法不正确的是

(

)A.a极电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-

2CO2↑+7H+B.b极为正极C.隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜D.当电路中转移2mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5gD解题思路a极上CH3COO-转化为CO2和H+,a极为负极,电极反应式为CH3COO-+

2H2O-8e-

2CO2↑+7H+,则b极为正极,故A、B正确;为了实现海水淡化,模拟海水中的Cl-需要移向负极即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,Na+需要移向正极即b

极,则隔膜2为阳离子交换膜,故C正确;当电路中转移1mol电子时,模拟海水中会

有1molCl-移向负极,同时有1molNa+移向正极,即除去1mol(即58.5g)NaCl,则

转移2mol电子时,模拟海水理论上除盐117g,故D错误。下列说法错误的是

(

)A.单独脱除SO2反应释放的能量可以用于单独制备H2O2反应B.反应过程中无须补加H2SO4C.M极所在区域存在反应SO2+2OH-

S

+H2OD.每生成1molH2O2,M极区域溶液的质量增加64gD12.(2024湖南邵阳期中)我国科研人员将单独脱除SO2反应与单独制备H2O2反应

相结合,实现协同转化(装置如图)。已知:①单独脱除SO2反应4OH-+2SO2+O2

2S

+2H2O能自发进行;②单独制备H2O2反应2H2O+O2

2H2O2不能自发进行;③双极膜复合层间H2O能解离为H+和OH-,且能实现H+和OH-向两极迁移。解题思路单独脱除SO2反应能自发进行,为放热反应,单独制备H2O2反应不能

自发进行,为吸热反应,则单独脱除SO2反应释放的能量可以用于单独制备H2O2

反应,故A正确;N极反应为O2+2e-+2H+

H2O2,消耗的H+的量等于迁移过来的H+的量,H2SO4的总量不变,反应过程中无须补加H2SO4,故B正确;根据题图,M极

所在区域中SO2被NaOH溶液吸收,存在反应SO2+2OH-

S

+H2O,故C正确;M极总反应为SO2-2e-+4OH-

S

+2H2O,当N极生成1molH2O2时,M极区域的溶液增加的质量为1molSO2和2molOH-的质量,即1mol×64g·mol-1+2mol×17g·mol-1=98g,故D错误。13.(10分)(2024山东德州月考)某研究性学习小组为证明2Fe3++2I-

2Fe2++I2为可逆反应(即反应存在一定的限度),设计如下两种实验方案。实验用品:0.1mol·L-1KI溶液、0.1mol·L-1FeCl3溶液、CCl4、KSCN溶液、1mol·

L-1FeCl2溶液、试管、胶头滴管、导线、石墨棒、灵敏电流计等。按要求回答

下列问题。(1)方案甲:取5mL0.1mol·L-1KI溶液,滴加2mL0.1mol·L-1的FeCl3溶液,再继续

加入2mLCCl4,充分振荡,静置、分层,再取上层清液,滴加KSCN溶液。该方案

中能证明该反应为可逆反应的现象是

。二、非选择题②设计好装置后,接通灵敏电流计,指针偏转(注:灵敏电流计指针总是偏向电源

正极),随着反应进行电流计读数逐渐变小,最后读数变为零,当指针读数变为零

后,在乙烧杯中加入1mol·L-1FeCl2溶液,若观察到灵敏电流计的指针

(填“向左”“向右”或“不”)偏转,即可判断该反应为可逆反应,此时装置

中左侧电极上的电极反应式为

。(2)方案乙:①利用Fe3+和I-发生的氧化还原反应设计原电池装置,画出装置示意图(部分已画出,按要求补充完整,标出电解质溶液)。答案

(1)下层(CCl4层)溶液呈紫红色,上层清液中滴加KSCN溶液后呈红色(3

分)(2)①

(3分)②向左(2分)I2+2e-

2I-(2分)解题思路

(1)方案甲的实验目的是证明I-过量时,依然有Fe3+存在,则反应为可

逆反应,故实验现象为下层(CCl4层)溶液呈紫红色,上层清液中滴加KSCN溶液后

呈红色。(2)①依据原电池原理分析,Fe3+在正极得电子发生还原反应,I-在负极

失电子发生氧化反应,负极电解质溶液为KI溶液,正极电解质溶液为FeCl3溶液,

由电子转移方向可知,乙烧杯一侧为正极,据此画图。②若该反应为可逆反应,

当指针读数变为零后,反应达到平衡,在乙烧杯中加入1mol·L-1FeCl2溶液后,指

针应该偏左,此时左侧石墨电极上的电极反应式为I2+2e-

2I-。归纳总结原电池中,还原剂在负极失去电子,发生氧化反应,电子从负极流出,

沿着导线流向正极;氧化剂在正极得到电子,发生还原反应,电解质溶液中阴离

子移向负极,阳离子移向正极。14.(14分)应用电化学原理,回答下列问题:

(1)上述三个装置中,负极反应物化学性质上的共同特点是

。(2)甲中电流计指针偏转时,盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动的方向是

。(3)乙中正极反应式为

;若将H2换成CH4,则负极

反应式为

。(4)丙中正极的电极反应式为

。(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。按如图连接装

置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应),进行实验:ⅰ.K闭合时,指针偏转。放置一段时间后,指针偏转角度减小。ⅱ.随后向U形管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液,发现指针的变化依次为偏转角

度减小→回到零点→逆向偏转。①实验ⅰ中银作

极。②综合实验ⅰ、ⅱ的现象,得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是

。答案

(每空2分)(1)易失电子被氧化,具有还原性(2)钾离子移向硫酸铜溶液,氯离子移向硫酸锌溶液(3)O2+4e-+2H2O

4OH-CH4-8e-+10OH-

C

+7H2O(4)PbO2+S

+4H++2e-

PbSO4+2H2O(5)①正②Fe2++Ag+

Fe3++Ag解题思路

(1)负极反应物中有元素化合价升高,发生氧化反应,相应物质本身具

有还原性,即负极反应物化学性质上的共同特点是易失电子被氧化,具有还原

性。(2)原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则盐桥中的钾离子移向

硫酸铜溶液,氯离子移向硫酸锌溶液。(3)乙中装置为碱性氢氧燃料电池,正极上

氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O

4OH-;若将H2换成CH4,则负极反应式为CH4-8e-+10OH-

C

+7H2O。(4)丙中正极上PbO2得电子生成PbSO4,电极反应式为PbO2+S

+4H++2e-

PbSO4+2H2O。(5)①实验ⅰ中亚铁离子失电子发生氧化反应,石墨作负极,银作正极。②综合实验ⅰ、ⅱ的现象,可知Ag+和Fe2+的反应可逆,故得出Ag+和Fe2+反应的离子方

程式为Fe2++Ag+

Fe3++Ag。A.a极为正极B.电池工作时电解质溶液中K+移向b极C.工作一段时间后,b极附近溶液的pH会减小D.a极的电极反应为CH4+6OH--8e-

C

+5H2O第四章化学反应与电能第一单元原电池B卷提优检测卷可能用到的相对原子质量:H1C12O16S32Fe56Cu64一、选择题B1.(2024哈尔滨期中)甲烷燃料电池的工作原理如图,下列说法正确的是

(

)解题思路燃料电池中,燃料发生氧化反应,即通入甲烷的a极为负极,故A错误;

碱性甲烷燃料电池中,a极为负极,b极为正极,电解质溶液中K+移向b极,故B正确;

b极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-

4OH-,b极附近溶液的碱性增强,pH增大,故C错误;a极为负极,电极反应式为CH4+10OH--8e-

C

+7H2O,故D错误。2.(2024广东清远期中)控制合适的条件,将反应2Fe3++2I-

2Fe2++I2设计成如图所示原电池。下列判断不正确的是

(

)A.双液原电池的优点是电流稳定B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原C.可以通过电流计读数为零来判断是否达到平衡状态D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,甲中石墨电极为正极D解题思路双液原电池有两个优点:①能量转化率高;②能提供持续稳定的电

流,故A正确。电池总反应为2Fe3++2I-

2Fe2++I2,甲中石墨电极为正极,正极上Fe3+得电子,被还原,故B正确。当达到平衡状态时,没有电流产生,电流计读数为

零,故C正确。电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,反应逆向进行,Fe2+被氧

化成Fe3+,甲中石墨电极作负极,故D错误。3.(2024广州月考)一种微生物—光电化学复合系统可高效实现固定CO2并生成

CH4,其原理如图所示,双极隔膜可向两极室分别提供H+和OH-。下列有关说法

不正确的是

(

)A.a极为负极,发生氧化反应B.m为OH-,n为H+C.b极的电极反应式:CO2+8H++8e-

CH4+2H2OD.b极每生成1.6gCH4,装置中共消耗10.8gH2OD审题指导由题给装置图可知,a极上发生OH-失电子生成O2的氧化反应,a极为

电池的负极,电极反应式为4OH--4e-

2H2O+O2↑,b极为正极,b极上CO2转化为CH4,发生还原反应,电极反应式为CO2+8H++8e-

CH4+2H2O,电池总反应为CO2+2H2O

CH4+2O2。解题思路由审题指导可知,A、C正确;由a、b极的电极反应式知,m为OH-,n为

H+,B正确;b极每生成1.6g即

=0.1molCH4,装置中共消耗0.2molH2O,质量为0.2mol×18g/mol=3.6g,D错误。4.(2024浙江宁波期中)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全

固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图

所示),放电时的总反应为4Na+3CO2

2Na2CO3+C,下列说法正确的是

(

)A.金属Na作负极,发生还原反应CB.该电池的介质可以选择Na2CO3溶液C.正极反应式:3CO2+4e-

2C

+CD.工作时电流从Na电极经导线流向碳纳米管电极解题思路负极上Na失电子生成Na+,发生氧化反应,故A错误;Na是活泼金属,能

与水反应,该电池的介质不能选择Na2CO3溶液,故B错误;正极上CO2得电子发生

还原反应,电极反应式为3CO2+4e-

2C

+C,故C正确;Na为负极,碳纳米管为正极,电流从正极流向负极,即从碳纳米管电极沿外电路流向Na电极,故D错误。5.(2024福建泉州期中)一种新型锌—乙炔电池的结构如图所示,工作时,该电池

左右室中KOH的质量均保持不变。下列有关说法错误的是

(

)A.M极的电势比N极的高DB.左室溶液pH增大,右室溶液pH减小C.N极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-

ZnO+H2OD.每转移4mole-,左室中溶液质量减少68g解题思路M极上乙炔加氢还原为乙烯,M极为正极,则N极为负极,原电池中正

极的电势高于负极,即M极的电势比N极的高,故A正确;右室(负极)发生反应:Zn-

2e-+2OH-

ZnO+H2O,生成H2O,溶液pH减小,左室(正极)发生反应:C2H2+2e-+2H2O

C2H4+2OH-,消耗H2O,溶液pH增大,故B、C正确;根据左室中反应,每转移4mole-,消耗4mol水,产生4molOH-转移至右室中,产生2mol乙烯气体,左室

中溶液质量减少72g,故D错误。6.为防止天然气泄漏,居家安装天然气报警器很重要。当空间内甲烷达到一定

浓度时,传感器随之产生电信号并联动报警,图1是成品装置,其工作原理如图2

所示,其中O2-可以在固体电解质ZrO2-Na2O中移动。当报警器触发工作时,下列

说法正确的是

(

)

DA.图2中的多孔电极b上发生氧化反应B.O2-在电解质中向多孔电极a移动,电流由多孔电极a经导线流向多孔电极bC.当电路中有0.008mol电子转移时,多孔电极a有22.4mL甲烷参与反应D.多孔电极a上发生的电极反应为CH4-8e-+4O2-

CO2+2H2O解题思路多孔电极b上O2得电子,发生还原反应,多孔电极b为正极,电极反应

式为O2+4e-

2O2-,多孔电极a为负极,电极反应式为CH4-8e-+4O2-

CO2+2H2O,故A错误,D正确;电池工作时,O2-向负极(多孔电极a)移动,但电流由正极(多孔

电极b)经导线流向负极(多孔电极a),故B错误;温度和压强未知,导致气体摩尔体

积未知,不能计算甲烷的体积,故C错误。7.(2024成都期中)某合作学习小组的同学设计如图原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是

(

)A.乙烧杯可看作半电池,发生还原反应B.盐桥中的电解质溶液可换成饱和KCl溶液DC.电子移动方向:石墨(甲)→a→b→石墨(乙)→盐桥→石墨(甲)D.电池工作一段时间,甲烧杯中酸性减弱解题思路乙烧杯中石墨电极上Fe2+失去电子发生氧化反应,乙烧杯中石墨电

极为负极,甲烧杯中石墨电极为正极,故A错误;Cl-具有还原性,若将盐桥中的电

解质溶液换成饱和KCl溶液,Cl-移向负极,可能失电子被氧化,盐桥中的电解质溶

液不可换成饱和KCl溶液,故B错误;电池工作时,电子移向为负极→正极,但不经

过溶液,故C错误;甲烧杯中发生的电极反应为Mn

+8H++5e-

Mn2++4H2O,电池工作一段时间,H+浓度减小,溶液的酸性减弱,故D正确。8.(2024长沙一中月考)某实验小组依据反应As

+2H++2I-

As

+I2+H2O设计如图所示的原电池装置,探究pH对As

氧化性的影响,测得电压与pH的关系如图。下列有关叙述错误的是

(

)

DA.调节pH可以改变反应的方向B.pH=0.68时,反应处于平衡状态C.pH>0.68时,氧化性I2>As

D.pH=5时,负极电极反应式为2I--2e-

I2

解题思路氢离子为正反应的反应物,结合题图可知,pH<0.68时,反应正向进行,

pH>0.68时,反应逆向进行,A正确;由题图可知pH=0.68时电压为0,即此时不产生

电流,说明反应处于平衡状态,B正确;pH>0.68时,电压为负值,反应逆向进行,I2将

As

氧化为As

,说明氧化性I2>As

,C正确;pH=5时,反应逆向进行,负极发生氧化反应,即As

被氧化为As

,电极反应式为As

-2e-+H2O

As

+2H+,D错误。9.由U形管、质量为mg的铁棒、质量为mg的碳棒和1L0.2mol/LCuCl2溶液组

成的装置如图所示,下列说法正确的是

(

)A.闭合K,电子通过电解质溶液移到碳棒上B.闭合K,铁棒上有红色固体析出C.闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时,理论上碳棒与铁棒的质量差为18g(NA为阿伏加德罗常数的值)D.闭合K,铁棒表面发生的电极反应为Cu2++2e-

CuC审题指导闭合K,该装置为原电池装置,铁棒为负极,电极反应式为Fe-2e-

Fe2+;碳棒为正极,电极反应式为Cu2++2e-

Cu,电子由铁棒经外电路流向碳棒。解题思路

由审题指导知,A、D错误;闭合K,碳棒为正极,碳棒上有红色固体Cu

析出,B错误;闭合K,当电路中有0.3NA个电子通过时,负极上减少的质量为

=8.4g,正极上增加的质量为

=9.6g,则理论上碳棒与铁棒的质量差为8.4g+9.6g=18g,C正确。10.苯酚(

)是生产某些树脂、杀菌剂、防腐剂以及药物(如阿司匹林)的重要原料,但苯酚也有较强的毒性。如图是处理废水中苯酚的装置。下

列有关说法正确的是

(

)

DA.a电极电势低B.H+由B区移向A区,B区溶液pH减小C.b电极反应式为WO3+xH++xe-

HxWO3D.若有2mol电子通过导线,A、B两区域中溶液质量改变量的和为2g解题思路根据题图,a电极发生反应

+2H++2e-

+H2O,得电子,a电极为正极,电势高,故A错误;b电极为负极,电极反应为HxWO3-xe-

WO3+xH+,生成的H+由B区移向A区,则B区溶液的pH不变,故B、C错误;a电极发生反应

+2H++2e-

+H2O,若有2mol电子通过导线,会有2molH+由B区移向A区,A区溶液质量增加2g,b电极发生反应HxWO3-xe-

WO3+xH+,若有2mol电子通过导线,B区中生成2molH+,同时又有2molH+移向A区,B区溶液质量不变,A、B两区域中溶液质量改变量的和为2g,故D正

确。11.某科研小组设计如图所示的原电池装置制取硫酸并处理含氯废水[c(Cl

)=0.2mol·L-1]。下列有关说法正确的是

(

)A.电极A为原电池负极,电极材料可以选用FeDB.Ⅰ区溶液中c(H+)升高,Ⅱ区溶液中c(H+)降低C.电极A的电极反应式为SO2-2e-+2H2O

S

+2H+D.每消耗32gSO2气体,理论上可以处理1.25L含氯废水解题思路电极材料不能选用Fe,Fe会在负极失去电子,无法制取硫酸,故A错

误;电极A上发生反应SO2-2e-+2H2O

S

+4H+,产生的部分H+由Ⅰ区移至Ⅱ区,Ⅰ区溶液中c(H+)升高,电极B上发生反应Fe3++e-

Fe2+,有H+穿过质子交换膜进入Ⅱ区,Ⅱ区溶液中c(H+)升高,故B错误;题给电极反应式的电荷不守恒、原

子不守恒,故C错误;根据电极反应式,每消耗32gSO2气体,转移1mol电子,在电

极B上每转移1mol电子产生1molFe2+,根据反应4Fe2++Cl

+4H+

4Fe3++Cl-+2H2O,可得1molFe2+能与0.25molCl

反应,

=1.25L,故D正确。12.(2024江苏常州期中)直接HCOONa/K3[Fe(CN)6]无膜微流体燃料电池(结构

如图所示)利用多股流体在微通道内平行层流的特性,自然地将燃料和氧化剂隔

开,无须使用传统燃料电池中的交换膜,且使用氧化剂K3[Fe(CN)6]可确保电池

工作过程中无固体析出附着电极表面问题。下列有关说法不正确的是

(

)

CA.电池工作时,电子由电极a直接经外电路流向电极bB.电极a上发生的反应为HCOO--2e-+3OH-

C

+2H2OC.电极b上消耗1molK3[Fe(CN)6]时,理论上共转移3mol电子D.上述无膜微流体技术可降低燃料电池的生产成本,提升电池工作性能审题指导电极a上HCOONa发生失电子的氧化反应生成Na2CO3,电极a为负极,

电极反应式为HCOO--2e-+3OH-

C

+2H2O,电极b为正极,电极反应式为[Fe(CN)6]3-+e-

[Fe(CN)6]2-。解题思路电池工作时电子由负极(电极a)直接经外电路流向正极(电极b),A正

确;由审题指导可知,B正确;电极b上消耗1molK3[Fe(CN)6]时,理论上共转移1

mol电子,C错误;该无膜微流体燃料电池自然地将燃料和氧化剂隔开,无须使用

传统燃料电池中的交换膜,可降低生产成本,提升电池工作性能,D正确。13.(12分)(1)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池容量大,能有效利

用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式为

,电池的正极反应式为

,反应过程中O2的作用是

,该电池的总反应式为

。

二、非选择题(2)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示,该装置中电解质为氧化钇—氧化

钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大,

尾气中一氧化碳的含量越高。则多孔电极a的电极反应式为

,工作时O2-由多孔电极

(填“a”或“b”,下同)向多孔电极

移动,电子由多孔电极

通过传感器流向多孔电极

。

(3)减排是各个国家都在努力做的事,CO2和SO2的处理是许多科学家都在着力研

究的重点。有学者想以如图所示装置利用原电池原理将CO2、SO2转化为重要

的化工原料。

①若A为CO2,B为H2,C为CH3OH,电池总反应为CO2+3H2

OH+H2O,则正极的电极反应式为

。②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极的电极反应式为

,电池的

总反应式为

。答案

(每空1分)(1)Al-3e-

Al3+2CO2+2e-

C2

催化剂2Al+6CO2

Al2(C2O4)3(2)CO+O2--2e-

baab(3)①CO2+6H++6e-

OH+H2O②SO2+2H2O-2e-

+4H+2SO2+2H2O+O2

2H2SO4

解题思路

(1)由题图可知,该电池中Al作负极,电解质为含AlCl3的离子液体,则

负极的电极反应式为Al-3e-

Al3+;正极为多孔碳电极,CO2在正极上得到电子发生还原反应生成C2

,电极反应式为2CO2+2e-

C2

;O2不参与正极反应,则O2为该反应的催化剂;由负极反应式和正极反应式可得该电池的总反应式为

2Al+6CO2

Al2(C2O4)3。(2)由元素价态变化可知,多孔电极a为负极,电极反应式为CO+O2--2e-

,多孔电极b为正极,电极反应式为O2+