2019-2020年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第二講 原電池新型化學(xué)電源講義.doc

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2019-2020年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第二講 原電池新型化學(xué)電源講義 [xx高考導(dǎo)航] 考綱要求 真題統(tǒng)計(jì) 命題趨勢(shì) 1.了解原電池的工作原理，能寫(xiě)出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 2．了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理。 xx，卷Ⅰ 11T； xx，卷Ⅱ 26T(1)(2)； xx，卷Ⅱ 12T； xx，卷Ⅰ 10T、27T(5)(6)、28T(5)； xx，卷Ⅱ 11T 　　預(yù)計(jì)xx年高考本部分知識(shí)有變“熱”的趨勢(shì)，題目將更加新穎。復(fù)習(xí)備考時(shí)注重實(shí)物圖分析、新型電池分析、電解池與原電池的聯(lián)系以及依據(jù)原電池工作原理并結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(shí)熟練掌握電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法。 考點(diǎn)一　原電池及其工作原理[學(xué)生用書(shū)P138] 一、原電池的概念和反應(yīng)本質(zhì) 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。 二、原電池的構(gòu)成條件 1．一看反應(yīng) 看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。 2．二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。 3．三看是否形成閉合回路 形成閉合回路需三個(gè)條件： (1)電解質(zhì)溶液； (2)兩電極直接或間接接觸； (3)兩電極插入電解質(zhì)溶液中。 三、原電池的工作原理 如圖是兩種鋅銅原電池示意圖： 1．反應(yīng)原理 電極名稱 負(fù)極 正極 電極材料 鋅片 銅片 電極反應(yīng) Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 電池反應(yīng) Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 2.原電池中的三個(gè)方向 (1)電子流動(dòng)方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極； (2)電流流動(dòng)方向：從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極； (3)離子遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽(yáng)離子向正極遷移。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”) (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是負(fù)極。(　　) (2)在原電池中，負(fù)極材料的活潑性一定比正極材料強(qiáng)。(　　) (3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應(yīng)，負(fù)極本身一定要發(fā)生氧化反應(yīng)。(　　) (4)帶有鹽橋的原電池比不帶鹽橋的原電池電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。(　　) 答案：(1)√　(2)　(3)　(4)√ 2．下列示意圖中能構(gòu)成原電池的是(　　) 解析：選B。Cu與稀硫酸不反應(yīng)，A裝置不能構(gòu)成原電池；Al與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，B裝置能構(gòu)成原電池；C裝置中的“導(dǎo)線”不是鹽橋，不能構(gòu)成原電池；D裝置中缺少鹽橋。 　(xx高考全國(guó)卷Ⅰ，11，6分)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．正極反應(yīng)中有CO2生成 B．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C．質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O [解析]　圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應(yīng)的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，因?yàn)橛匈|(zhì)子通過(guò)，故正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在負(fù)極，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，則負(fù)極上有CO2產(chǎn)生，故A不正確。 B．微生物電池是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確。 C．質(zhì)子是陽(yáng)離子，陽(yáng)離子由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確。 D．正極的電極反應(yīng)式為6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正確。 [答案]　A 在下列原電池圖示中，依據(jù)電子流向和離子移動(dòng)方向畫(huà)出形成閉合回路的原理。 答案： 原電池正、負(fù)極的判斷方法 題組一　原電池構(gòu)成及原理考查 1．(教材改編)判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”) (1)所有的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池。(　　) (2)只有金屬才能作原電池的電極。(　　) (3)原電池的兩極中較活潑的金屬一定為負(fù)極。(　　) (4)鋅銅原電池工作時(shí)，外電路電子由負(fù)極流向正極。(　　) (5)在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，被還原。(　　) (6)原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能。(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4)√　(5)　(6) 2．(xx高考天津卷) 鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加 D．陰陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡 解析：選C。A.Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；B.電池工作過(guò)程中，SO不參加電極反應(yīng)，故甲池的c(SO)基本不變，錯(cuò)誤；C.電池工作時(shí)，甲池反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋會(huì)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進(jìn)入乙池的Zn2＋為65 g，溶液總質(zhì)量略有增加，正確；D.由題干信息可知，陰離子不能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，錯(cuò)誤。 題組二　原電池正、負(fù)極的判斷 3．如圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是(　　) 選項(xiàng) M N P A Zn Cu 稀H2SO4 B Cu Fe 稀HCl C Ag Zn AgNO3溶液 D Zn Fe Fe(NO3)3溶液 解析：選C。在裝置中電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明該裝置構(gòu)成了原電池，根據(jù)正負(fù)極的判斷方法，溶解的一極為負(fù)極，增重的一極為正極，所以M棒為正極，N棒為負(fù)極，且電解質(zhì)溶液能析出固體，則只有C項(xiàng)正確。 4．分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是(　　) A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極 B．②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ 解析：選B。②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，而Al能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子，故Al是負(fù)極；③中Fe在濃硝酸中易鈍化，Cu和濃HNO3反應(yīng)失去電子作負(fù)極，A、C均錯(cuò)。②中電池總反應(yīng)為2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，負(fù)極電極反應(yīng)式為2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相減得到正極電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正確。④中Cu是正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D錯(cuò)。 原電池工作原理中四個(gè)常見(jiàn)失分點(diǎn)的規(guī)避 (1)只有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能通過(guò)設(shè)計(jì)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。 (3)無(wú)論在原電池還是電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。 (4)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 考點(diǎn)二　鹽橋原電池的應(yīng)用[學(xué)生用書(shū)P140] 一、鹽橋的組成和作用 1．鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 2．鹽橋的作用 (1)連接內(nèi)電路，形成閉合回路； (2)平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 二、單池原電池和鹽橋原電池的對(duì)比 1．相同點(diǎn) 正負(fù)極、電極反應(yīng)、總反應(yīng)、反應(yīng)現(xiàn)象均相同。 負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋， 正極：Cu2＋＋2e－===Cu， 總反應(yīng)：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。 2．不同點(diǎn) 圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2＋，會(huì)有一部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會(huì)升高。 圖2中Zn和CuSO4溶液在兩個(gè)池子中，Zn與Cu2＋不直接接觸，不存在Zn與Cu2＋直接反應(yīng)的過(guò)程，所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 3．關(guān)鍵點(diǎn)：鹽橋原電池中，還原劑在負(fù)極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。 1．(xx北京豐臺(tái)區(qū)高三模擬)有關(guān)下圖所示原電池的敘述不正確的是(　　) A．電子沿導(dǎo)線由Cu片流向Ag片 B．正極的電極反應(yīng)式是Ag＋＋e－===Ag C．Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag片上發(fā)生還原反應(yīng) D．反應(yīng)時(shí)鹽橋中的陽(yáng)離子移向Cu(NO3)2溶液 解析：選D。A項(xiàng)，該裝置是原電池裝置，其中Cu為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：Cu－2e－===Cu2＋，Ag為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)：Ag＋＋e－===Ag，原電池中，負(fù)極(Cu)失去的電子沿導(dǎo)線流向正極(Ag)，鹽橋中的陽(yáng)離子移向正極，即移向AgNO3溶液，綜上所述，D錯(cuò)誤。 2．如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、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，然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液，一段時(shí)間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不考慮兩球的浮力變化) (　　) A．杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，均為A端高B端低 B．杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí)，均為A端低B端高 C．當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端低B端高 D．當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端高B端低 解析：選C。當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，構(gòu)成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，Cu作正極，電極反應(yīng)式分別為 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋， 正極：Cu2＋＋2e－===Cu， 銅球增重，鐵球質(zhì)量減輕，杠桿A端低B端高。 名師點(diǎn)撥 鹽橋原電池中半電池的構(gòu)成條件：電極金屬和其對(duì)應(yīng)的鹽溶液。一般不要任意替換成其他陽(yáng)離子鹽溶液，否則可能影響效果。 　(xx龍巖檢測(cè))某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知，氧化性：Cr2O＞Fe3＋，設(shè)計(jì)了如圖所示的鹽橋原電池。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是(　　) A．甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng) B．乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋ C．外電路的電流方向是從b到a D．電池工作時(shí)，鹽橋中的SO移向乙燒杯 [解析]　氧化性：Cr2O＞Fe3＋，所以該原電池反應(yīng)中，F(xiàn)e2＋是還原劑，Cr2O是氧化劑，即甲燒杯中發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－===Fe3＋，乙燒杯中發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，A、B均錯(cuò)誤；外電路的電流是由正極流向負(fù)極，即由b流向a，C正確；電池工作時(shí)，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極，即SO移向甲燒杯，D錯(cuò)誤。 [答案]　C 兩個(gè)半電池構(gòu)成的原電池中，鹽橋的作用是什么？ 答案：使兩個(gè)燒杯中的溶液形成一個(gè)閉合回路；使溶液保持電中性，使氧化還原反應(yīng)能順利進(jìn)行并產(chǎn)生持續(xù)的電流。 題組一　對(duì)鹽橋原電池原理的考查 1．(教材改編)根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是(　　) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng) C．燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ D．燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑ 解析：選B。據(jù)圖示鋅電極失去電子，該極上發(fā)生氧化反應(yīng)，故B正確；燒杯a中O2得到電子，發(fā)生反應(yīng)：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使pH升高，故A、C錯(cuò)；鋅為負(fù)極，失去電子，發(fā)生反應(yīng)：Zn－2e－===Zn2＋，故D錯(cuò)。 題組二　平衡移動(dòng)與鹽橋作用 2．(xx浙江六校聯(lián)考)將反應(yīng)IO＋5I－＋6H＋3I2＋3H2O設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。開(kāi)始時(shí)向甲燒杯中加入少量濃硫酸，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，一段時(shí)間后，電流計(jì)指針回到零，再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液，電流計(jì)指針再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列判斷不正確的是(　　) A．開(kāi)始加入少量濃硫酸時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．開(kāi)始加入少量濃硫酸時(shí)，同時(shí)在甲、乙燒杯中都加入淀粉溶液，只有乙燒杯中溶液變藍(lán) C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D．兩次電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向相反 解析：選B。開(kāi)始加入少量濃硫酸時(shí)，由氧化還原反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)正向進(jìn)行，KI是還原劑，KIO3是氧化劑，故甲為正極區(qū)，甲中石墨作正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2IO＋10e－＋12H＋===I2＋6H2O，乙為負(fù)極區(qū)，乙中石墨作負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為10I－－10e－===5I2，兩燒杯中均有I2生成，在甲、乙兩燒杯中都加入淀粉溶液，兩燒杯中的溶液均變藍(lán)，A正確，B錯(cuò)誤；電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，C正確；由氧化還原反應(yīng)方程式可知，電流計(jì)指針讀數(shù)為零，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)再向甲燒杯中滴入幾滴濃NaOH溶液，則消耗了H＋，原氧化還原反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)，電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向相反，D正確。 3．已知在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I(xiàn)2＋H2O，在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO＋I(xiàn)2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－。設(shè)計(jì)如圖裝置(C1、C2均為石墨電極)，分別進(jìn)行下述操作： Ⅰ.向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸； Ⅱ.向B燒杯中逐滴加入40% NaOH溶液。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)方向相反。 試回答下列問(wèn)題： (1)兩次操作中指針為什么都發(fā)生偏轉(zhuǎn)？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)兩次操作過(guò)程中指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁聪喾?？試用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)操作Ⅰ過(guò)程中C1棒上發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)_________________________________。 (4)操作Ⅱ過(guò)程中C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)_________________________________。 (5)操作Ⅱ過(guò)程中，鹽橋中的K＋移向______燒杯溶液(填“A”或“B”)。 解析：由于酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I(xiàn)2＋H2O，堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)為AsO＋I(xiàn)2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－，兩反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)，而且滿足構(gòu)成原電池的三大要素：①不同環(huán)境中的兩電極(連接)；②電解質(zhì)溶液(電極插入其中，并能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng))；③形成閉合回路。當(dāng)加酸時(shí)，c(H＋)增大，C1：2I－－2e－===I2，為負(fù)極；C2：AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O，為正極。當(dāng)加堿時(shí)，c(OH－)增大，C1：I2＋2e－===2I－，為正極；C2：AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O，為負(fù)極。 答案：(1)兩次操作均能形成原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能 (2)①加酸時(shí)，c(H＋)增大，AsO得電子，I－失電子，所以C1極是負(fù)極，C2極是正極；②加堿時(shí)，c(OH－)增大，AsO失電子，I2得電子，此時(shí)，C1極是正極，C2極是負(fù)極。故加入濃鹽酸和NaOH溶液時(shí)發(fā)生不同方向的反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移方向不同，即檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向不同 (3)2I－－2e－===I2　 (4)AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O　(5)A (1)鹽橋中的離子不斷釋放到兩個(gè)池中，逐漸失去導(dǎo)電作用，需定期更換鹽橋。 (2)要明確鹽橋中離子的移動(dòng)方向；明確其與可逆反應(yīng)平衡移動(dòng)方向的關(guān)系。 考點(diǎn)三　原電池原理的應(yīng)用[學(xué)生用書(shū)P141] 1．設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源 (1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。 (2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。 2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。 3．加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快。例如：在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)，加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。 4．用于金屬的防護(hù) 使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。例如：要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。 1．①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。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．①③④② C．③④②① D．③①②④ 解析：選B。本題考查原電池原理的應(yīng)用。電流方向與電子流向相反，①②相連時(shí)，電流由②流向①，則金屬活動(dòng)性①>②；①③相連時(shí)，③為正極，則金屬活動(dòng)性①>③；②④相連時(shí)，②上有氣泡，則金屬活動(dòng)性④>②；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少，則金屬活動(dòng)性③>④。綜上分析，可得金屬活動(dòng)性順序?yàn)棰?③>④>②。 2．某原電池總反應(yīng)為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是(　　) 選項(xiàng) A B C D 電極 材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 答案：D 名師點(diǎn)撥 　比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的三種方法 (1)根據(jù)原電池：一般情況下，負(fù)極大于正極。 (2)根據(jù)電解池：易得電子的金屬陽(yáng)離子，相應(yīng)金屬的活動(dòng)性較弱。 (3)根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表。 　等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過(guò)量同濃度的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量飽和CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。用下列各圖表示生成氫氣的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系，其中最合理的是____________，作出選擇的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　a中加入CuSO4溶液，被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面，形成原電池，使產(chǎn)生H2的速率加快，反應(yīng)所需的時(shí)間縮短。同時(shí)，由于置換銅時(shí)消耗了一部分鋅，與稀H2SO4反應(yīng)的鋅的質(zhì)量減小，完全反應(yīng)放出的H2體積比b少。 [答案]　D　Zn置換出Cu，Zn、Cu在酸中發(fā)生原電池反應(yīng)，生成H2的速率加快；Zn與Cu2＋反應(yīng)導(dǎo)致與H＋反應(yīng)的Zn減少，a生成的H2比b少 上題中若改作“兩份同濃度的稀硫酸，分別加入過(guò)量等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，同時(shí)向a中加入少量飽和CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)生成氫氣”，則哪個(gè)圖合理？為什么？ 答案：A圖合理。a中加入CuSO4溶液，被鋅置換出的銅覆蓋在鋅表面，形成原電池，使產(chǎn)生H2的速率加快，反應(yīng)所需的時(shí)間縮短。同時(shí)，由于鋅過(guò)量而硫酸不足，置換銅時(shí)消耗的一部分鋅不影響氫氣的生成量，故A圖合理。 改變Zn與H＋反應(yīng)速率的方法 (1)加入Cu粉或CuSO4，使Cu與Zn接觸形成原電池，加快反應(yīng)速率。加入Cu，不影響Zn的量，即不影響產(chǎn)生H2的量；而加入CuSO4，會(huì)消耗一部分Zn，但是否影響產(chǎn)生H2的量，應(yīng)根據(jù)Zn、H＋的相對(duì)量多少判斷。 (2)加入強(qiáng)堿弱酸鹽，由于弱酸根與H＋反應(yīng)，使 c(H＋)減小，反應(yīng)速率減小，但不影響產(chǎn)生H2的量。 (3)加水稀釋，使c(H＋)減小，反應(yīng)速率減小，但不影響產(chǎn)生H2的量。 (4)改變反應(yīng)的溫度，也會(huì)影響Zn與H＋的反應(yīng)速率。 (5)把鋅粒換成鋅粉，加快Zn與H＋的反應(yīng)速率。 題組一　原電池工作原理 1．(xx高考安徽卷)常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測(cè)得原電池的電流強(qiáng)度(I)隨時(shí)間(t)的變化如圖2所示，反應(yīng)過(guò)程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。 　 圖1　　　　　　　圖2 0～t1時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，此時(shí)，正極的電極反應(yīng)式是____________________________________，溶液中的H＋向________極移動(dòng)。t1時(shí)，原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變，其原因是________________________________________________________________________。 解析：在0～t1時(shí)，正極上NO得電子后結(jié)合H＋生成NO2和H2O；在原電池中，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，故H＋向正極移動(dòng)；由于Al在濃硝酸中發(fā)生了鈍化，生成的氧化膜阻止了反應(yīng)的進(jìn)行，此時(shí)Cu與濃硝酸反應(yīng)而導(dǎo)致Cu作負(fù)極，電子流動(dòng)方向發(fā)生了改變。 答案：NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O 　正　Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，生成的氧化膜阻止了Al的進(jìn)一步反應(yīng) 2．(xx開(kāi)封高三調(diào)研)如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說(shuō)法正確的是(　　) A．外電路的電流方向?yàn)閄→外電路→Y B．若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵 C．X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) D．若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性順序?yàn)閄>Y 解析：選D。外電路電子流向?yàn)閄→外電路→Y，電流方向與其相反，X極失電子，作負(fù)極，發(fā)生的是氧化反應(yīng)，Y極發(fā)生的是還原反應(yīng)。若兩電極分別為鐵和碳棒，則Y為碳棒，X為鐵。 題組二　原電池設(shè)計(jì)問(wèn)題 3．請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu2＋、Fe3＋的氧化性強(qiáng)弱。 請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式：負(fù)極________________________________________________________________________， 正極________________________________________________________________________， 并在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，要求用燒杯和鹽橋，并標(biāo)出外電路電子流向。 解析：據(jù)題意要求，應(yīng)按照反應(yīng)2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋進(jìn)行設(shè)計(jì)，Cu作負(fù)極，F(xiàn)e3＋作正極反應(yīng)物即可。 答案：Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (合理即可) 4．(xx遵義高三模擬)某校化學(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活動(dòng)：將氧化還原反應(yīng)：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池。提供的試劑：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任選。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)請(qǐng)畫(huà)出設(shè)計(jì)的原電池裝置圖，并標(biāo)出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液。 Ｋ (2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，外電路導(dǎo)線中________(填“有”或“無(wú)”)電流通過(guò)。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當(dāng)固體全部溶解后，則此時(shí)該溶液中電極變?yōu)開(kāi)_______(填“正”或“負(fù)”)極。 解析：(1)先分析氧化還原反應(yīng)，找出正負(fù)極反應(yīng)，即可確定正負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極，I－失電子。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，無(wú)電子流動(dòng)，故無(wú)電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)Fe2＋失電子，電極變成負(fù)極。 答案：(1)如圖 (2)2I－－2e－===I2　(3)無(wú)　(4)負(fù) 原電池裝置圖常見(jiàn)失分點(diǎn)提示 (1)不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。 (2)不畫(huà)出電解質(zhì)溶液(或畫(huà)出但不標(biāo)注)。 (3)誤把鹽橋畫(huà)成導(dǎo)線。 (4)不能連成閉合回路。 考點(diǎn)四　化學(xué)電源及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)[學(xué)生用書(shū)P143] 一、一次電池——堿性鋅錳干電池 負(fù)極材料：Zn， 電極反應(yīng)式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極材料：MnO2， 電極反應(yīng)式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 二、二次電池(以鉛蓄電池為例) 1．放電時(shí)的反應(yīng) (1)負(fù)極：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反應(yīng))； (2)正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應(yīng))； (3)總反應(yīng)：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 2．充電時(shí)的反應(yīng) (1)陰極：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(還原反應(yīng))； (2)陽(yáng)極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反應(yīng))； (3)總反應(yīng)：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 三、燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。 酸性 堿性 負(fù)極反應(yīng)式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應(yīng)式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應(yīng)式 2H2＋O2===2H2O 四、電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的步驟和規(guī)律 1．一般電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的“三步驟” 2．燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 　寫(xiě)出電池總反應(yīng)式。 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。 例如：甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)式為 CH4＋2O2===CO2＋2H2O?、? CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O?、? ①式＋②式得燃料電池總反應(yīng)式為 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 　寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式。 根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，電解質(zhì)溶液不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況： (1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋4e－===2O2－。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2＋2CO2＋4e－===2CO。 　根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫(xiě)出電池的負(fù)極反應(yīng)式。 電池的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式，注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)，要約去正極的反應(yīng)物O2。 1．分別寫(xiě)出甲烷燃料電池在下列環(huán)境下的電極反應(yīng)式。 (1)在酸性條件下 ①燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O； ②燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (2)在堿性條件下 ①燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O； ②燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (3)在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下 ①燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O； ②燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋4e－===2O2－； 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (4)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 ①燃料電池總反應(yīng)式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O； ②燃料電池正極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－===2CO； 則燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (4)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 2．熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無(wú)水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．正極反應(yīng)式：Ca＋2Cl－＋2e－===CaCl2 B．放電過(guò)程中，Li＋向負(fù)極移動(dòng) C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g Pb D．常溫時(shí)，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn) 解析：選D。仔細(xì)分析題給信息，結(jié)合原電池工作原理進(jìn)行分析判斷。A.分析電池總反應(yīng)，Ca在反應(yīng)中失電子，所以Ca應(yīng)作負(fù)極；PbSO4中的Pb2＋得電子生成單質(zhì)鉛，所以正極反應(yīng)物應(yīng)是PbSO4，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤。B.放電過(guò)程中，負(fù)極失電子，電子通過(guò)導(dǎo)線流向正極，所以正極表面聚集大量電子，能夠吸引電解質(zhì)中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤。C.根據(jù)方程式知，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，生成0.05 mol鉛，其質(zhì)量為10.35 g，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。D.根據(jù)題給信息，該電池為熱激活電池，常溫下，無(wú)水LiClKCl為固態(tài)，沒(méi)有自由移動(dòng)的離子，該裝置不能形成閉合回路，處于非工作狀態(tài)，所以沒(méi)有電流產(chǎn)生，即電流表或檢流計(jì)的指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 名師點(diǎn)撥 　書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)的三個(gè)原則 (1)共存原則：因?yàn)槲镔|(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H＋參加反應(yīng)；當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)，不可能有OH－參加反應(yīng)。 (2)得氧失氧原則：得氧時(shí)，在反應(yīng)物中加H2O(電解質(zhì)為酸性時(shí))或OH－(電解質(zhì)為堿性或中性時(shí))；失氧時(shí)，在反應(yīng)物中加H2O(電解質(zhì)為堿性或中性時(shí))或H＋(電解質(zhì)為酸性時(shí))。 (3)中性吸氧反應(yīng)成堿原則：在中性電解質(zhì)溶液中，通過(guò)金屬吸氧所建立起來(lái)的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的最后產(chǎn)物是堿。 　(xx高考江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　　) A．反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子 B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O C．電池工作時(shí)，CO向電極B移動(dòng) D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO [解析]　A選項(xiàng)，甲烷中的C為－4價(jià)，一氧化碳中的C為＋2價(jià)，每個(gè)碳原子失去6個(gè)電子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol電子，所以錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，熔融鹽中沒(méi)有氫氧根離子，因此氫氧根離子不能參與電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式應(yīng)為H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，碳酸根離子應(yīng)向負(fù)極移動(dòng)，即向電極A移動(dòng)，所以錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，電極B上氧氣和二氧化碳得電子生成碳酸根離子，所以正確。 [答案]　D 上題中若將CH4直接通入到電極A上進(jìn)行反應(yīng)，寫(xiě)出A極的電極反應(yīng)式。 答案：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的模板 (1)先寫(xiě)出電極反應(yīng)式的構(gòu)架 負(fù)極：還原劑－ne－＋________→氧化產(chǎn)物＋________； 正極：氧化劑＋ne－＋________→還原產(chǎn)物＋________。 [注意]　首先，得失電子的數(shù)目是由反應(yīng)物中變價(jià)元素前后的價(jià)差乘以其化學(xué)式中變價(jià)原子個(gè)數(shù)計(jì)算得到的，如1 mol CH3CH2OH生成2 mol CO2，失去電子為62 mol＝12 mol。 其次，電極反應(yīng)式本質(zhì)上是離子方程式的一部分，遵循離子方程式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及可溶性鹽應(yīng)拆分為離子形式，難溶物、微溶物及難電離物質(zhì)寫(xiě)其化學(xué)式。 此外，CO2作為生成物，在堿溶液中應(yīng)寫(xiě)成CO的形式，在其他電解液環(huán)境中直接寫(xiě)CO2。 (2)在上述構(gòu)架上填充其他離子：酸性電解液主要安排氫離子的位置：負(fù)極反應(yīng)式中把H＋放在等號(hào)的右邊作為生成物；正極反應(yīng)式中把H＋放在等號(hào)的左邊作為反應(yīng)物。 非酸性電解液(包括堿溶液、熔融碳酸鹽及熔融氧化物)主要安排陰離子的位置：負(fù)極反應(yīng)式中把陰離子放在等號(hào)的左邊作為反應(yīng)物；正極反應(yīng)式中把陰離子放在等號(hào)的右邊作為生成物。 (3)配平電極反應(yīng)式：先依據(jù)電荷守恒配平離子，再依據(jù)元素守恒配平整個(gè)電極反應(yīng)式。 題組一　化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 1．(1)[xx高考全國(guó)卷Ⅱ，26－(1)]酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周?chē)怯商挤?、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH?；厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________， 電池反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (2)(xx高考海南卷)鋰錳電池的體積小，性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4 溶于混合有機(jī)溶劑中，Li＋通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。 回答下列問(wèn)題： ①外電路的電流方向是由________極流向________極。(填字母) ②電池正極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 解析：(1)酸性鋅錳干電池中正極上發(fā)生還原反應(yīng)，該電池放電過(guò)程中產(chǎn)生MnOOH，則正極反應(yīng)式為MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金屬鋅作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2＋，則負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，結(jié)合得失電子守恒可得電池反應(yīng)式為2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。 (2)①可由題意敘述中Li＋的遷移方向判斷電流方向，在電池內(nèi)部，陽(yáng)離子移向正極，可知MnO2晶格為正極，故外電路電流方向由b極流向a極。②題中敘述Li＋遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2，可知Mn元素化合價(jià)降低1，得電子數(shù)為1，LiMnO2不能拆成離子形式，故正極反應(yīng)式為MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。 答案：(1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH　2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋[注：式中Zn2＋可寫(xiě)為Zn(NH3)、Zn(NH3)2Cl2等，H＋可寫(xiě)為NH] (2)①b　a?、贛nO2＋e－＋Li＋===LiMnO2 2．高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強(qiáng)氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。 (1)FeCl3與KClO在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)可制取K2FeO4，其反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (2)與MnO2Zn電池類似，K2FeO4Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，該電池總反應(yīng)的離子 方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 解析：(1)K2FeO4中Fe元素化合價(jià)為＋6價(jià)，F(xiàn)eCl3中Fe為＋3價(jià)，故需要氧化劑，而ClO－具有強(qiáng)氧化性可作氧化劑，反應(yīng)為2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。 (2)K2FeO4作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，＋6價(jià)鐵被還原為＋3價(jià)鐵，F(xiàn)e3＋與OH－反應(yīng)生成Fe(OH)3。Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 所以電極反應(yīng)式分別為 正極：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－， 負(fù)極：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2， 總反應(yīng)：2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。 答案：(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋5H2O＋3Cl－ (2)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－ 題組二　燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 3．(xx寧波高三十校聯(lián)考)肼(N2H4)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。下列說(shuō)法中，不正確的是(　　) A．該電池放電時(shí)，通入肼的一極為負(fù)極 B．電池每釋放1 mol N2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA C．通入空氣的一極的電極反應(yīng)式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．電池工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH將不變 解析：選D。該堿性燃料電池的總反應(yīng)方程式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，N2H4中N化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng)，通入N2H4的一極為負(fù)極，A項(xiàng)正確；每生成1 mol N2轉(zhuǎn)移電子4 mol，B項(xiàng)正確；堿性條件下O2放電結(jié)合水電離產(chǎn)生的H＋生成OH－，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C項(xiàng)正確；從總反應(yīng)可知放電過(guò)程生成H2O，KOH溶液濃度降低，pH減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 熟記“離子趨向”，抓住“電荷守恒”， 熟練書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式 (1)陽(yáng)離子趨向正極，在正極上參與反應(yīng)，在負(fù)極上生成(如H＋)；陰離子趨向負(fù)極，在負(fù)極上參與反應(yīng)，在正極上生成(如OH－、O2－、CO)。 (2)“－ne－”是正電荷，“＋ne－”是負(fù)電荷，依據(jù)電荷守恒配平其他物質(zhì)的系數(shù)。 (3)電池總反應(yīng)式＝正極反應(yīng)式＋負(fù)極反應(yīng)式。 一、選擇題 1．下列過(guò)程屬于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是(　　) A．行人踩踏發(fā)電瓷磚(原理是利用行人踩踏地板產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)發(fā)電) B．iPhone 6s手機(jī)電池放電 C．汽車(chē)發(fā)電機(jī)中汽油燃燒 D．氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng) 解析：選B。A選項(xiàng)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，正確；C選項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，錯(cuò)誤。 2．下列有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的描述正確的是(　　) A．任何氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池 B．某原電池反應(yīng)為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋可以裝有含瓊膠的KCl飽和溶液 C．因?yàn)殍F的活潑性強(qiáng)于銅，所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中，若能組成原電池，必是鐵作負(fù)極、銅作正極 D．理論上，任何能自發(fā)進(jìn)行的且能放出能量的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池 解析：選D。理論上，任何能自發(fā)進(jìn)行且放出能量的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池，故A錯(cuò)、D正確；B項(xiàng)中會(huì)發(fā)生反應(yīng)：KCl＋AgNO3===AgCl↓＋KNO3，生成的AgCl會(huì)使鹽橋中溶液的導(dǎo)電性減弱，所以不能使用KCl飽和溶液，可換成KNO3飽和溶液，B錯(cuò)；鐵遇到冷的濃硝酸會(huì)發(fā)生鈍化，構(gòu)成原電池時(shí)鐵作正極、銅作負(fù)極，C錯(cuò)。 3．(xx高考北京卷)下列電池工作時(shí)，O2在正極放電的是(　　) A.鋅錳電池 B.氫燃料電池 C.鉛蓄電池 D.鎳鎘電池 解析：選B。鋅錳電池，正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正極放電，A錯(cuò)誤。氫燃料電池，正極反應(yīng)(酸性條件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正極放電，B正確。鉛蓄電池，正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正極放電，C錯(cuò)誤。鎳鎘電池，正極反應(yīng)：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正極放電，D錯(cuò)誤。 4．下面是幾種常見(jiàn)的化學(xué)電源示意圖，有關(guān)說(shuō)法不正確的是(　　) A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池 B．干電池在長(zhǎng)時(shí)間使用后，鋅筒被破壞 C．鉛蓄電池工作過(guò)程中，每通過(guò)2 mol電子，負(fù)極質(zhì)量減輕207 g D．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 解析：選C。在干電池中，Zn作負(fù)極，被氧化，B正確。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)，且工作的最終產(chǎn)物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源，D正確。C項(xiàng)忽略了硫酸鉛在該極上析出，該極質(zhì)量應(yīng)該增加而非減小，C不正確。 5．一種新型環(huán)保電池是采用低毒的鋁合金(丟棄的易拉罐)、家庭常用的漂白水、食鹽、氫氧化鈉(化學(xué)藥品店常見(jiàn)試劑)等原料制作的。電池的總反應(yīng)方程式為2Al＋3ClO－＋2OH－===3Cl－＋2AlO＋H2O。下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．該電池的優(yōu)點(diǎn)是電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換 B．該電池發(fā)生氧化反應(yīng)的是金屬鋁 C．電極的正極反應(yīng)式為3ClO－＋3H2O＋6e－===3Cl－＋6OH－ D．當(dāng)有0.1 mol Al完全溶解時(shí)，流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子個(gè)數(shù)為1.8061023 解析：選D。該電池所用材料都是生活中常見(jiàn)的，電極材料和電解質(zhì)用完后方便更換，A正確；金屬鋁是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為3ClO－＋3H2O＋6e－===3Cl－＋6OH－，C正確；電子只能流經(jīng)導(dǎo)線，不能流經(jīng)電解質(zhì)溶液，D不正確。 6．利用生活中常見(jiàn)的材料可以進(jìn)行很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，甚至制作出一些有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的裝置來(lái)，下圖就是一個(gè)用廢舊材料制作的可用于驅(qū)動(dòng)玩具的電池的示意圖。該電池工作時(shí)，有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．鋁罐將逐漸被腐蝕 B．炭粒和炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－ C．炭棒應(yīng)與玩具電機(jī)的負(fù)極相連 D．該電池工作一段時(shí)間后炭棒和炭粒的質(zhì)量都會(huì)減輕 解析：選A。炭棒、鋁罐、鹽水構(gòu)成了原電池，較活潑的Al作電源負(fù)極，與玩具的負(fù)極相連，逐漸被腐蝕，A對(duì)，C錯(cuò)；B選項(xiàng)中正確的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，則炭棒和炭粒的質(zhì)量不會(huì)改變，D錯(cuò)。 7．一種光化學(xué)電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)光照在表面涂有氯化銀的銀片上時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：AgCl(s)Ag(s)＋Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面]，Cl(AgCl)＋e－―→Cl－(aq)。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．光照時(shí)，外電路電流由Y流向X B．光照時(shí)，Pt電極上發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑ C．光照時(shí)，Cl－向Ag電極移動(dòng) D．光照時(shí)，電池總反應(yīng)為AgCl(s)＋Cu＋(aq)Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq) 解析：選D。該裝置是原電池，光照時(shí)，涂在銀片上的氯化銀先見(jiàn)光分解生成Ag和Cl(AgCl)，然后Cl(AgCl)在銀電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以涂有AgCl的銀片作正極，Cu＋在鉑電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，鉑作負(fù)極。光照時(shí)，Cu＋在鉑電極上失去電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流向X，電流方向與電子的流向相反，所以外電路電流從X流向Y，A項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；光照時(shí)，鉑電極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu＋－e－===Cu2＋，B項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；原電池中陰離子移向負(fù)極，該電池中鉑作負(fù)極，所以氯離子向鉑電極移動(dòng)，C項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；光照時(shí)，正極上AgCl分解產(chǎn)生的氯原子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上Cu＋失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電池總反應(yīng)為AgCl(s)＋Cu＋(aq)Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)，D項(xiàng)說(shuō)法正確。 8．(xx石家莊高三模擬)結(jié)合如圖所示裝置，下列說(shuō)法正確的是(　　) 　 A．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－===Fe2＋ B．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽(yáng)離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng) D．放電過(guò)程中，裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大 解析：選D。裝置Ⅰ中，由于Zn比Fe活潑，所以Zn作原電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正極，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正極有OH－生成，因此溶液的pH增大。裝置Ⅱ中，F(xiàn)e作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑。正極由于不斷消耗H＋，所以溶液的pH逐漸增大。據(jù)此可知A、B錯(cuò)，D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子移向正極，所以C錯(cuò)誤。 9．如圖是將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖，下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B．催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng)，其附近的溶液酸性增強(qiáng) C．催化劑a表面的反應(yīng)是SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ D．若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應(yīng)的SO2與加入的H2O的質(zhì)量比為8∶15 解析：選B。A項(xiàng)，該裝置沒(méi)有外加電源，是一個(gè)原電池，能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，正確；B項(xiàng)，催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng)生成H2O，消耗H＋，其附近溶液酸性減弱，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，催化劑a表面SO2失去電子生成硫酸，電極反應(yīng)式為SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，正確；D項(xiàng)，催化劑a處的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，催化劑b處的反應(yīng)為O2＋2H＋＋2e－===H2O，則總反應(yīng)式為SO2＋H2O＋O2===H2SO4。設(shè)加入的SO2為x g，H2O為y g。則生成硫酸的質(zhì)量為 g，水的質(zhì)量變化為 g，因得到硫酸的濃度為49%，故有＝，可得x∶y＝8∶15，正確。 二、非選擇題 10．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 裝置 現(xiàn)象 二價(jià)金屬A 不斷溶解 C的質(zhì)量增加 A上有氣 體產(chǎn)生 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問(wèn)題： (1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是______________