1、第六章 化学反应与能量变化第19讲 原电池 化学电源微考点 大突破微充电 提素养微真题 大揭秘考纲解读考向预测1.掌握原电池的形成条件、了解原电池的工作原理2正确判断原电池的两极，正确书写电极反应及总反应式3了解常见的化学电源，能够认识和书写几种新型电池的电极及电极反应式4利用原电池的知识判断金属活动性的强弱 纵观近几年的高考试题发现，高考主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。考查原电池工作原理往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向及溶液 pH 的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空
2、题形式出现微考点 大突破见学生用书P125 微考点 1 原电池1概念把转化为的装置。2构成条件(1)有两个的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入中。(3)两电极间构成闭合回路。化学能电能活泼性不同电解质溶液3工作原理如图是两种 Cu-Zn 原电池示意图，请填空：(1)电极：负极为，正极为。(2)电极反应：负极：_，正极：_。(3)电子移动方向和电流方向：电子从流出经外电路流入；电流从流出经外电路流入。(4)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向迁移，阳离子向迁移。(5)两种装置的比较：装置中还原剂 Zn 与氧化剂 Cu2直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗；装置中盐桥的作用是提供
3、的通路，导电。Cu22e=CuCuZnZn2e=Zn2负极正极正极负极负极正极离子迁移微助学一个作用盐桥的作用1使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触。2平衡电荷。如在 Zn/ZnSO4Cu/CuSO4 原电池中 Zn 失去电子Zn2进入 ZnSO4 溶液，ZnSO4 溶液中因 Zn2增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于 Cu2变成 Cu，使得 SO24 相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。四个规律金属腐蚀的四个规律1电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。2对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱
4、电解质溶液非电解质溶液。3活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。4对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。微诊断判断正误，正确的画“”，错误的画“”。1NaOH 溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应，此反应可以设计成原电池。()提示 只有自发进行、放热的氧化还原反应才能设计成原电池。2在 Cu/CuSO4/Zn 原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以 Cu2向负极移动。()提示 原电池闭合回路的意义，在外电路(导线)中电流由正极流向负极，而在(内电路)电解质溶液中，阳离子却由负极流向正极，这样才能形成闭合回路，所以 Cu2向正极移动。3在 Cu/CuSO4/
5、Zn 原电池中，电子由负极(Zn)外电路正极(Cu)溶液负极(Zn)。()提示 电解质溶液导电的原因是自由离子的定向移动，电子不能通过溶液。4在 Mg/NaOH/Al 原电池中，Mg 作负极、Al 作正极。()提示 Mg 不与氢氧化钠溶液反应，Al 与氢氧化钠溶液反应，所以 Mg作正极、Al 作负极。对点微练一 原电池的工作原理1(2018北京朝阳月考)如图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确的是()A电子经导线由 Zn 极流向 Cu 极B该装置的总反应 ZnCu2=Zn2CuC一段时间后，A 池带正电荷，B 池带负电荷D取出盐桥，电流计指针不再偏转解析 盐桥中阳离子移向 B 池，阴离子移向 A
6、 池，起到平衡电荷的作用，故 A 池和 B 池中溶液仍然保持电中性。答案 C2在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图的文字。有关说法错误的是()A该电池是一次电池B电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极C该电池含有的金属元素中毒性最大的是 HgD此电池工作时，外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小 3.25 g解析 电池工作时，锌失去电子，电极反应式为 Zn2e=Zn2，所以外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上应减少 6.5 g，所以 D 项错误。答案 D规避原电池工作原理的 3 个失分点1原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极
7、，也可以是两电极相接触。2电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。3无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。对点微练二 原电池正、负极的判断3下列有关原电池的说法中正确的是()A在内电路中，电子由正极流向负极B在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D原电池工作时，可能会伴随着热能变化解析 A 项，内电路中不存在电子的移动；B 项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C 项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。答案 D4分析下图所示的
8、四个原电池装置，其中结论正确的是()A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e=6OH3H2C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e=Fe2D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2e=H2解析 中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子，故 Al 是负极；中 Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，A、C 两项错误；中电池总反应为 2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为 2Al8OH6e=2AlO2 4H2O，二者相减得到正极反应式为 6H2O6e=6OH3H2，B 项正
9、确；中 Cu 是正极，电极反应式为 O22H2O4e=4OH，D 项错误。答案 B对点微练三 平衡移动与“盐桥”的作用5控制适合的条件，将反应 2Fe32I2Fe2I2 设计成如图所示的原电池。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 Fe3被还原C电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，在甲中溶入 FeCl2 固体，乙中的石墨电极为负极解析 由图示结合原电池原理分析可知，Fe3得电子变成 Fe2被还原，I失去电子变成 I2 被氧化，所以 A、B 两项正确；电流表读数为零时，Fe3得电子速率等于 Fe2失去电子速率，反应达到平
10、衡状态，C 项正确；D项在甲中溶入 FeCl2 固体，平衡 2Fe32I2Fe2I2 向左移动，I2 被还原为 I，乙中石墨为正极，D 项不正确。答案 D6下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO34 2I2HAsO33 I2H2O”设计成的原电池装置，其中 C1、C2 均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B 烧杯中逐滴加入适量 40%NaOH 溶液。下列叙述中正确的是()A甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C2 作正极D乙组操作时，C1 上发生的电极反应为 I22e=2I解析 装置中的反应：AsO34 2I2HAsO33 I2H2O，
11、当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于 I2 浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置B 烧杯中加入 NaOH 溶液中，C2 上发生：AsO33 2e2OH=AsO34 H2O，电子沿导线到 C1 棒，I22e=2I，所以C2 为负极，C1 为正极。答案 D对点微练四 根据原电池原理判断金属的活泼性7有 A、B、C、D 四种金属，做如下实验：将 A 与 B 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 不易腐蚀；将 A、D 分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D 比 A 反应剧烈；将铜浸入 B 的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入
12、 C 的盐溶液里，有金属 C 析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()AABCD BCDABCDABC DABDC解析 A 与 B 用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B 不易腐蚀，说明 B 为原电池的正极，说明金属活动性：AB；A、D 与等物质的量浓度的盐酸反应，D 比 A 反应剧烈，说明金属活泼性：DA；根据置换反应规律，Cu 不能置换出 B，说明金属活泼性：BCu；Cu 能置换出 C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是DABC。答案 C对点微练五 加快化学反应速率8选择合适的图象填空：(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸中，同时向 a 中加
13、入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_(填选项字母，下同)。(2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(3)将(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图象是_。ABC解析(1)a 中加入 CuSO4，消耗一部分 Zn，Cu、Zn 形成原电池，反应速率加快，所以 a 放出 H2 的量减少，但速率加快。(2)a 中 Zn 过量，H2SO4完全反应，加入 CuSO4，虽然消耗 Zn，但不影响产生 H2 的
14、量，形成原电池速率加快。(3)CH3COONa 与 H2SO4 反应后生成弱酸 CH3COOH，c(H)减小，从而减慢反应速率，但 n(H)不变，所以产生 H2 的量没发生变化。对点微练六 用于金属的防护9.利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。(1)若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于_处。(2)若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_。解析 铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极。故若 X为碳棒，开关 K 应置于 N 处，Fe 做阴极受到保护；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。N牺牲阳极的阴极保护法对
15、点微练七 设计原电池，画出装置图10某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe32I2Fe2I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3 溶液，KI 溶液；其他用品任选。请回答下列问题：(1)请在下列虚框中画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极反应式为_。(3)反应达到平衡时，外电路导线中_(填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向 FeCl3 溶液中加入少量 FeCl2 固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为_(填“正”或“负”)极。2I2e=I2无负解析(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶
16、液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向 FeCl3 溶液中加入少量 FeCl2固体，平衡逆向移动，此时 FeCl2 溶液失电子，正极变成负极。原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用1比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。若有两种金属 A 和 B，用导线将 A 和 B 连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到 A 极溶解，而 B 极上有气体放出，则说明在原电池工作过程中，A 被氧化成阳离子而失去电子作负极，B 作正极，则可以断定金属 A
17、 的金属活动性比 B 的强。2加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。如 Zn 与稀 H2SO4 反应制氢气时，可向溶液中滴加少量 CuSO4溶液，形成 CuZn 原电池，加快反应速率。3用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。4设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的三个条件。具体方法是(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属
18、即可，也可以用石墨)及电解质溶液。(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下两个反应设计的原电池：原理负极正极电解质溶液电极反应2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2CuC(Fe3)FeCl3负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe22H2O2=碱性溶液 2H2OPt(H2)Pt(O2)KOH负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH微考点 2 化学电源的种类及其工作原理一、一次电池(碱性锌锰干电池)碱性锌锰干电池的工作原理如图：二、二次电池(以铅蓄电池为例)1放电时的反应(1)负极反应：_。(2)正极反应：_。(3)总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(a
19、q)=2PbSO4(s)2H2O(l)。Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)2充电时的反应(1)阴极反应：_。(2)阳极反应：_。(3)总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=通电 Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。PbSO4(s)2e=Pb(s)SO24(aq)PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)三、燃料电池1氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种种类酸性碱性负极反应式_正极反应式_电池总反应式2H2O2=2H2O2H24e=4H2
20、H24OH4e=4H2OO24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH2.燃料电池电极反应式的书写第一步：写出燃料电池反应的总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为 CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是 O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H
21、4e=2H2O。(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H2O4e=4OH。(3)固体电解质(高温下能传导 O2)环境下电极反应式：O24e=2O2。(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：O22CO24e=2CO23。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为 O2 不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除 O2。四、锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn 等)LiM2O4(M：Co、Ni、Mn 等)LiMPO4(M：Fe 等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)，负
22、极反应：LixCnxe=xLinC，正极反应：Li1xMO2xLixe=LiMO2，总反应：Li1xMO2LixCn放电充电 nCLiMO2。微助学我的体会原电池学习的关键是理解原电池的原理，大家可以画一画原电池的原理图，弄清离子的移向，电子的流向，两极的反应(负氧化正还原)。对于燃料电池要注意燃料在负极反应，O2 在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2 以 CO23 形式存在。书写电极反应式时的三个原则1共存原则因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中 CO2 不可能存在，也不可能有 H参加反应；当电解质溶液呈
23、酸性时，不可能有 OH参加反应。2得氧失氧原则得氧时，在反应物中加 H2O(电解质为酸性时)或 OH(电解质溶液为碱性或中性时)；失氧时，在反应物中加 H2O(电解质为碱性或中性时)或 H(电解质为酸性时)。3中性吸氧反应生成碱原则在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。微诊断判断正误，正确的画“”，错误的画“”。1碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为 2Li(s)I2(s)=2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。()提示 碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。2原电池的两电极中，较活泼的电极一定为负极。()提示 不一定，如铝、镁和 NaOH
24、溶液构成的原电池，铝作原电池的负极，镁作原电池的正极。3Zn 具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料。()提示 电池的电极应能导电，负极上发生氧化反应。4铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。()提示 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。5可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。()提示 可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故不是可逆反应。对点微练八 一次电池11(2015全国卷)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2 和 NH4Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。(
25、1)该电池的正极反应式为_，电池反应的离子方程式为_。(2)维持电流强度为 0.5 A，电池工作 5 分钟，理论上消耗锌_g(已知 F96 500 Cmol1)。MnO2eH=MnOOHZn2MnO22H=Zn22MnOOH0.05解析(1)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极 Zn 失去电子生成 Zn2，正极 MnO2 得到电子生成 MnOOH，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下，将两极反应式加合可得电池反应的离子方程式。(2)电池工作 5 分钟，通过的电量 Q0.5 A5 min60 smin1150 C，因此通过电子的物质的量 n(e)QF150 C96
26、500 Cmol11.554103 mol，则理论消耗 Zn 的质量是 m(Zn)1.5541032 mol65 gmol10.05 g。12Li-SOCl2 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为 4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。锂4Li4e=4Li2SOCl24e=4ClSSO2解析 分析反应的化合价变化，可知 Li 失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2 得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为 Li(还原剂)，4
27、Li4e=4Li。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。一般原电池电极反应式的书写书写原电池的电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有1拆分法(1)写出原电池的总反应，如 2Fe3Cu=2Fe2Cu2。(2)把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，并注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：正极：2Fe32e=2Fe2负极：Cu2e=Cu2。2加减法(1)写出总反应，如 LiLiMn2O4=Li2M
28、n2O4。(2)写出其中容易写的一个半反应(正极或负极)。如 Lie=Li(负极)。(3)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，即LiMn2O4Lie=Li2Mn2O4(正极)。对点微练九“久考不衰”的可逆电池13(2014全国卷)2013 年 3 月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa 为电池的正极B电池充电反应为 LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a 极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中 Li从 b 向 a 迁移解析 图示所给出的是原电池装置。由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即
29、b 为负极，a 为正极，故 A 项正确；电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故 B 项正确；放电时，a 极为原电池的正极，发生还原反应的是锰元素，锂元素的化合价没有变化，故 C 项不正确；放电时为原电池，锂离子应向正极(a 极)迁移，故 D 项正确。答案 C14一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为 6 molL1 的 KOH 溶液。(1)写出放电时的正、负极电极反应式。(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。解析(2)负极与阴极颠倒，正极与阳极颠倒，即得各自电极反应式。答案(1)负极：H22e2OH=2H2O；正极：2NiO(OH)2H2
30、O2e=2Ni(OH)22OH。(2)阴极：2H2O2e=H22OH；阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O。1充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。2充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。对点微练十 不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响15以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24H
31、4e=2H2O2，得燃料电池负极反应式为_。CH48e2H2O=CO28H(2)碱性条件燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O 燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH 2，得燃料电池负极反应式为_。(3)固体电解质(高温下能传导 O2)燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O燃料电池正极反应式：O24e=2O22，得燃料电池负极反应式为_。CH410OH8e=CO23 7H2OCH44O28e=CO22H2O(4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电池总反应式：CH42O2=CO22H2O正极电极反应式：O22CO24e=2CO23 2，得燃料电池负极反
32、应式为_。CH44CO23 8e=5CO22H2O微充电 提素养见学生用书P129 新型化学电源命题的情境创设和价值取向高考化学命题专家对新型化学电源一向非常重视，且每年考查总在不断变化，命题情境也不断创新。我们有必要全面回顾近几年此部分新情境类试题的考查方向，寻找规律并预测今后可能出现的变化。近几年新型化学电源新情境类试题按其知识载体的不同有如下考向：命题点 1 考查各种新型化学电源实验装置，通过变化材料和原理创设新情境【命题分析】高考题在此点上设置的选择题一般难度不大，但可能引入新型电池如热激活电池等；若设置非选择题，则会在介质、电极、交换膜、储氢材料等方面进行创新。【真题示例 1】(20
33、16全国卷)MgAgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A负极反应式为 Mg2e=Mg2B正极反应式为 Age=AgC电池放电时 Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2解析 活泼金属镁作负极，失电子发生氧化反应，反应式为 Mg2e=Mg2，故 A 项正确；AgCl 是难溶物，其电极反应式为 2AgCl2e=2Cl2Ag，故 B 项错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则 Cl在正极产生由正极向负极迁移，故 C 项正确；镁是活泼金属与水反应，即Mg2H2O=Mg(OH)2H2，故 D 项正确。答案 B【创新预测】1中国科学家用毛笔
34、书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图甲)，电池的工作原理如图乙。下列有关说法正确的是()A放电时，纸张中的纤维素作锂电池的正极B放电时，Li由正极经过有机电解质溶液移向负极C开关 K 闭合给锂电池充电，X 为直流电源正极D充电时，阳极的电极反应式为 Li2O22e=O22Li解析 纤维素不导电，石墨导电，故放电时，纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极，A 项错误；原电池或电解池工作时，电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则，即电池放电时，电解质中的阳离子移向正极，据此可快速判断锂电池放电时，带正电荷的 Li由负极经过有机电解质溶液移向正
35、极，B 项错误；充电时，直流电源负极与电池负极(金属锂)相连，故 X 为直流电源负极，C 项错误；充电时，空气电极作阳极，此时 Li2O2 失去电子生成 O2：Li2O22e=O22Li，D 项正确。答案 D命题点 2 提供表征电池性能的新概念，创设电化学计算的新情境【命题分析】为衡量电池的性能好坏，工业上有电池的理论工作效率、实际工作效率、能量密度和功率密度等概念。命题人通过提供表征电池性能的新概念，要求考生列式计算，可考查考生接受、吸收、整合信息的能力。表征电池性能的新概念并不多，电池的电流效率、能量密度等已在高考中考查过，但功率密度等未考查过。所以今后高考很可能反过来考查电解装置的效率，
36、且引入法拉第定律，由此创设出新的试题情境。【真题示例 2】(2013全国卷节选)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_个电子的电量；CH3OCH33H2O12e=2CO212H12该电池的理论输出电压为 1.20 V，能量密度 E_(列式计算，能量密度电池输出电能/燃料质量，1 kWh3.6106 J)。1.20 V 1 000 g46 gmol11296 500 Cmol11 kg(3.6106 JkW1h1)8.39 kWhkg1解析 本
37、题考查电极反应和电能计算等知识。电解质为酸性时，二甲醚(CH3OCH3)在燃料电池的负极上发生氧化反应，生成 CO2 和 H，CH3OCH3 中碳元素的化合价为2 价，CO2 中碳元素的化合价为4 价，所以 1 mol CH3OCH3 失去 12 mol 电子，负极反应为 CH3OCH33H2O12e=2CO212H。第三空严格上说是物理和化学的综合问题。假设燃料二甲醚为 1 kg，则我们只要知道电池的输出电能就能算出能量密度。1 kg 二甲醚的物质的量为 1 000 g46 gmol1，1 kg 二甲醚产生的电量为1 000 g46 gmol112 mol 电子的电量。法拉第常数代表每摩尔电
38、子所携带的电荷，那么 1 kg 二甲醚所产生的电荷为 1 000 g46 gmol11296 500 Cmol1。根据电能公式 WUQ 算出电能，再求出能量密度即可，且由此式得出的结果单位为 J，要换算为 kWh。【创新预测】2CH4、O2、KOH 构成的燃料电池中，假设电池中的化学能完全转化为电能，负极每消耗 2.24 L(标准状况)CH4，电解池与此串联，用惰性电极电解 ZnSO4 溶液，回收制得 19.5 g 单质 Zn，电解池的能量利用率为_。解析 燃料电池中，n(CH4)2.24 L22.4 Lmol10.1 mol，由负极反应知消耗 0.1 mol 甲烷转移 0.8 mol 电子；
39、电解池中，n(Zn)19.5 g65 gmol10.3 mol，由阴极反应知生成 0.3 mol Zn 转移 0.6 mol 电子；能量利用率为0.6 mol0.8 mol100%75%。75%微真题 大揭秘见学生用书P130 1(2017全国卷)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 16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导
40、电性D电池充电时间越长，电池中 Li2S2 的量越多解析 正极发生还原反应可能使 S 元素由13价降低到12价，由 Li2S6变成 Li2S4，用 Li使电极反应式电荷守恒即可，A 项正确；每消耗 1 mol Li，转移 1 mol e，当转移 0.02 mol 电子时，负极材料质量减重 7 g/mol0.02 mol0.14 g，B 项正确；S8 为非金属单质，不易导电，其中掺有石墨烯可用于增强电极的导电性，C 项正确；电池反应中 Li 由 0 价升高为1 价，故电极 b 作原电池负极，则电极 a 作正极；在电极 a 中由 Li2S8、Li2S6、Li2S4 到 Li2S2，其中 S 元素的
41、价态逐渐降低，发生还原反应，故放电过程中 Li2S2 的量应逐渐增多、而充电过程中 Li2S2 的量会逐渐减少，D 项错误。答案 D2(2016全国卷)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)24。下列说法正确的是()A充电时，电解质溶液中 K向阳极移动B充电时，电解质溶液中 c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为 Zn4OH2e=Zn(OH)24D放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况)解析 K带正电荷，充电时 K应该向阴极移动，A 项错误；根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗 O
42、H，则充电时，OH浓度应增大，B 项错误；放电时，Zn 为负极，失去电子生成 Zn(OH)24，其电极反应为Zn4OH2e=Zn(OH)24，C 项正确；消耗 1 mol O2 转移 4 mol 电子，故转移 2 mol 电子时消耗 0.5 mol O2,0.5 mol O2 在标准状况下的体积为 11.2 L，D 项错误。答案 C3(2016浙江)金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为 4MnO22nH2O=4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确
43、的是()A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B比较 Mg、Al、Zn 三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4MnnO22nH2O4ne=4M(OH)nD在 Mg空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜解析 根据题给放电的总反应 4MnO22nH2O=4M(OH)n，氧气在正极得电子，由于有阴离子交换膜，正极反应式为 O22H2O4e=4OH，答案选 C。答案 C4(2016四川)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为 Li1xCoO2LixC6=LiC
44、oO2C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A放电时，Li在电解质中由负极向正极迁移B放电时，负极的电极反应式为 LixC6xe=xLiC6C充电时，若转移 1 mol e，石墨(C6)电极将增重 7x gD充电时，阳极的电极反应式为 LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi解析 放电时属于原电池，根据“正正负负”原理，阳离子向正极移动，A 项正确；放电时，负极失去电子，电极反应为 LixC6xe=xLiC6，B 项正确；充电时若转移 1 mol e，则石墨电极溶解1x mol C6，电极质量减小，C 项错误；充电时阳极失去电子，是原电池的正极反应的逆反应，D 项正确。答案 C5(2
45、015全国卷)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A正极反应中有 CO2 生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为 C6H12O66O2=6CO26H2O解析 C6H12O6 中 C 的平均化合价为 0 价，二氧化碳中 C 的化合物为4 价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，故 CO2 在负极生成，A 项错误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，B 项正确；质子交换膜只允许质子(即 H)通过，原电池中阳离子向正极移动，C 项正确；电池
46、的总反应实质是 C6H12O6 的氧化反应，D 项正确。答案 A6(2015天津)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO24)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析 原电池反应为 ZnCuSO4=ZnSO4Cu。Cu 电极作正极，Cu2在正极得电子，发生还原反应，A 项错误；由于两半池中的阴离子 SO24不能透过半透膜，故 c(SO24)都不变，B 项错误；甲池中由于生成 Zn2，而乙池中 Cu22e=Cu，则乙
47、池中的 CuSO4 部分变为 ZnSO4，导致乙池中溶液总质量变大，C 项正确；阴离子不能透过半透膜，D 项错误。答案 C7(2015江苏)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()A反应 CH4H2O=催化剂3H2CO，每消耗 1 mol CH4 转移 12 mol电子B电极 A 上 H2 参与的电极反应为 H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO23 向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为 O22CO24e=2CO23解析 CH4 中的 C 为4 价，反应后生成的 CO 中 C 为2 价，1 mol CH4 转移 6 mol e，A 项错误；由示意图可看
48、出，电解质离子中没有 OH，B 项错误；该燃料电池中，O2 在正极反应，CO 和 H2 在负极反应，原电池中 CO23 移向负极，C 项错误；由示意图可看出，电极 B 处 CO2 和 O2 结合，转化为 CO23，D 项正确。答案 D8(2015四川)FeSO4 在一定条件下可制得 FeS2(二硫化亚铁)纳米材料，该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为 4LiFeS2=Fe2Li2S，正极反应式是_。FeS24Li4e=Fe2Li2S 或 FeS24e=Fe2S29(2015安徽)常温下，将除去表面氧化膜的 Al、Cu 片插入浓 HNO3中组成原电池(图甲)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图乙所示，反应过程中有红棕色气体产生。0t1 时，原电池的负极是 Al 片，此时，正极的电极反应式是_，溶液中的 H向_极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_。2HNO3 e=NO2H2O正常温下铝在浓 HNO3 中发生钝化，氧化物薄膜阻止了铝的进一步反应，然后铜与浓 HNO3 反应解析 0t1 时，Al 作负极，Cu 作正极，正极反应为 2HNO3 e=NO2H2O；原电池工作时，阳离子向正极做定向移动；t1 时铝表面在浓 HNO3 中钝化后，氧化膜阻止了铝的进一步氧化，然后铜作负极，电流方向发生变化。
