1、第七讲 电化学专题二 基本理论 原电池原理及其应用1(2017高考天津卷)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是()A硅太阳能电池工作时，光能转化成电能B锂离子电池放电时，化学能转化成电能C电解质溶液导电时，电能转化成化学能D葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能解析：选 A。A 项，硅太阳能电池工作时，光能转化为电能，与氧化还原反应无关；B 项，锂离子电池放电时，化学能转化为电能，原电池总反应为氧化还原反应；C 项，电解质溶液导电时，电能转化为化学能，总反应为氧化还原反应；D 项，葡萄糖为人类生命活动提供能量时，葡萄糖发生氧化还原反应，化学能转化为热能。2(2016高考海南卷改编)
2、某电池以 K2FeO4 和 Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是()AZn 为电池的负极B正极反应式为 2FeO24 10H6e=Fe2O35H2OC该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池工作时 OH向正极迁移解析：选 A。A.根据化合价升降判断，Zn 化合价只能升高，故为负极材料，K2FeO4 为正极材料，正确；B.KOH 溶液为电 解 质 溶 液，则 正 极 反 应 式 为2FeO 24 6e 8H2O=2Fe(OH)310OH，错误；C.该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D.电池工作时阴离子 OH向负极迁移，错误。感悟高考1题型：选择题(主)、填空题(
3、次)2考向：高考对原电池原理的考查主要有以下几点：离子运动方向的判断(特别注意盐桥中离子的运动以及离子对于指定交换膜的通过问题)，能量转换类型，正负极的判断，正负极与反应类型的对应关系，电极反应式的书写及判断，有关计算问题。需要考生掌握原电池原理，会运用氧化还原反应的概念规律来分析问题，在平时的学习中重视上述几点的训练。1原电池正、负极的判断(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。(3)依据电子流动方向或电流方向判断。电子流动方向：由负极流向正极；电流方
4、向：由正极流向负极。(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2不同介质中电极反应式的书写技巧和步骤电极反应式属于以离子反应表达的氧化还原半反应，要遵循离子方程式拆分物质的规则。(1)先写出电极反应式的主要框架(待配平)酸性电解质，主要安排 H的位置如下负极：还原剂xe_ 氧化产物H；正极：氧化剂xeH 还原产物_。非酸性电解质(包括碱溶液、熔融盐及氧化物)，主要安排阴离子的位置如下负极：还原剂xe阴离子 氧化产物_；正极：氧化剂xe_ 阴离子还原产物。(2)依据化合价变化分
5、别计算氧化剂、还原剂与电子得失的比例。(3)根据电荷守恒配平离子，最后根据原子守恒配平其余物质。APt 电极上发生还原反应B随着使用，电解液的 pH 逐渐减小Ca mmol O2 反应，理论上可使 Pb 电极增重 68a mgDPb 电极上的反应式为 Pb2OH2e=Pb(OH)2解析：选 B。A.铅作负极失电子产生的铅离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铅，则铂电极作正极，发生还原反应，选项 A 正确；B.负极反应式：2Pb4OH4e=2Pb(OH)2，正极反应式：O24e2H2O=4OH，总反应式：2PbO22H2O=2Pb(OH)2，反应过程溶液 pH 不变，选项 B不正确；C.根据反应 2P
6、bO22H2O=2Pb(OH)2，a mmol O2 反应，理论上可使 Pb 电极增重 4a mmol17 g/mol68amg，选项 C 正确；D.Pb 电极为负极，反应式为 Pb2OH2e=Pb(OH)2，选项 D 正确。2(2015高考天津卷)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：选 C。A.Cu 作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO24
7、不参加电极反应，故甲池的c(SO24)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为 Zn2e=Zn2，乙池反应为 Cu22e=Cu，甲池中 Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有 64 g Cu 析出，则进入乙池的Zn2为 65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。“盐桥”的作用与化学平衡的移动3控制合适的条件，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
8、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：选 D。由图示结合原电池原理分析可知，Fe3得电子生成 Fe2被还原，I失电子生成 I2 被氧化，所以 A、B 正确；电流表读数为零时，Fe3得电子速率等于 Fe2失电子速率，反应达到平衡状态，所以 C 正确；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，所以 D 不正确。4某同学为探究 Ag和 Fe2的反应，按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，发现电压表指针偏移。电子由石墨经导线流向银。放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓 Fe2(SO
9、4)3 溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小回到零点逆向偏移。则电压表指针逆向偏移后，银为_(填“正”或“负”)极。由实验得出Ag和 Fe2反应的离子方程式是_。答案：负 Fe2AgFe3Ag电子流向的分析方法(1)改变条件，平衡移动；(2)平衡移动，电子转移；(3)电子转移，判断区域；(4)根据区域，判断流向；(5)根据流向，判断电极。原电池的简单设计5.(1)能量之间可相互转化：电解食盐水制备 Cl2 是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、铜片、铁片、锌片和导线
10、。完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并做相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲、乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。(2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(1)的材料中应选_作阳极。解析：(1)根据题给条件和原电池的构成条件可得：a若用 Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu 作正极，Zn 插入到 ZnSO4(aq)中，Cu 插入到CuSO4(aq)中。b若用 Fe、C
11、u、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu 作正极，Fe 插入到 FeSO4(aq)中，Cu 插入到CuSO4(aq)中。c画图时要注意电极名称、电极材料、电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。由于金属活动性 ZnFeCu，锌片或铁片作负极，由于Zn 或 Fe 直接与 CuSO4 溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。带有盐桥的原电池甲中负极没有和 CuSO4 溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与 CuSO4 溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不
12、可能全部转化为电能。(2)由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。答案：(1)(或其他合理答案)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出甲 在甲装置中，负极不和 Cu2接触，避免了 Cu2直接与负极发生反应而使化学能转化为热能(2)锌片1原电池的设计思路：首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。然后再分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若为溶液时则只能作电解质溶液。然后补充缺少的电极材料及电解质溶液。电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极(使用惰性电极也可)，
13、电解质溶液则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。最后再插入盐桥即可。2把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。新型化学电池1(2017高考全国卷，11，6 分)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
14、 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，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2，其中可能有 2Li2S62Li2e=3Li2S4，A 项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol 电子，负极有 0.02 mol Li(质量为 0.14 g)被氧化为Li，则负极质量减少 0.14 g，B 项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极 a 的导电性，C 项正确；充电过程中，Li2S2 的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中 Li2S2 的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中 Li2S2
15、的量越多，D 项错误。2(2016高考全国卷，11，6 分)Mg-AgCl 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：选 B。该电池中 Mg 作负极，失去电子发生氧化反应，生成 Mg2，A 项正确；正极反应为 AgCle=AgCl，B 项错误；电池放电时，Cl从正极向负极移动，C 项正确；在负极，Mg 会发生副反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2，D 项正确。感悟高考1题型：选择题(主)、填空题(次)2考向：新型化学电池仍
16、然考查原电池原理，考查点基本相同。只是此类试题的题意环境陌生度较高，题材新颖，图示显得复杂，但是这类问题落点较低，考生只要掌握原电池原理的规律，学会知识迁移，解决起来并非难事。高考中常见的新型电池有“氢镍电池”“高铁电池”“碱性锌锰电池”“海洋电池”“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO 燃料电池)“锂离子电池”“锌银电池”“纽扣电池”“Mg-AgCl 电池”“Mg-H2O2 电池”等。新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。1判断电极(1)“放电”时正、负极的判断负极：元素化合价升高或发生氧化反
17、应的物质；正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质。(2)“充电”时阴、阳极的判断阴极：“放电”时的负极在“充电”时为阴极；阳极：“放电”时的正极在“充电”时为阳极。2微粒流向(1)电子流向电解池：电源负极阴极，阳极电源正极；原电池：负极正极。提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。(2)离子流向电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3书写电极反应式(1)“放电”时电极反应式的书写依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。(2)“
18、充电”时电极反应式的书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。特别提醒 在书写“放电”时电极反应式时，要注意：(1)阳离子在正极上参与反应，在负极上就必须生成；(2)阴离子在负极上参与反应，在正极上就必须生成。“一池多变”的燃料电池1利用环境中细菌对有机质的催化降解能力，科学家开发出了微生物燃料电池，其装置如图所示，a、b 为惰性电极。利用该装置可将污水中的有机物(以C6H12O6为例)经氧化而除去，从而达到净化水的目的。下列说法不正确的是()Aa 为负极，电极反应式为 C6H12O66H2O24e=6C
19、O224HB反应过程中产生的质子通过离子交换膜扩散到好氧区C装置中的离子交换膜是阳离子交换膜D该装置可把电能转化为生物质能解析：选 D。该燃料电池中 C6H12O6 在负极反应生成二氧化碳，电极反应式为 C6H12O66H2O24e=6CO224H，故 A 正确；根据装置图可知，质子通过离子交换膜扩散到好氧区，故 B 正确；C 项，质子可通过离子交换膜扩散到好氧区，所以装置中的离子交换膜是阳离子交换膜，故 C 正确；该装置为原电池，可将生物质能转化为电能，故 D 不正确。2(2015高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A反应 CH4H2O=催化剂3
20、H2CO，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：选 D。A 选项，甲烷中的 C 为4 价，一氧化碳中的C 为2 价，每个碳原子失去 6 个电子，因此每消耗 1 mol甲烷失去 6 mol 电子，所以错误；B 选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为 H2CO2CO23 4e=3CO2H2O，所以错误；C 选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极 A 移动，所以错误；D 选项，电极
21、 B 上氧气得电子与二氧化碳反应生成碳酸根离子，所以正确。“久考不衰”的可逆电池(一)“传统”可逆电池的考查3镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiO(OH)2H2O 放电充电 Cd(OH)22Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是()A放电时负极得电子，质量减轻B放电时电解质溶液中的 OH向正极移动C充电时阴极附近溶液的 pH 减小D充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiO(OH)H2O解析：选 D。该可充电电池的放电过程的电极反应式为负极：Cd2e2OH=Cd(OH)2；正极：2NiO(OH)2
22、H2O2e=2Ni(OH)22OH，所以正确选项为 D。(二)“新型”可逆电池的考查4(2016高考全国卷，11，6 分)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)24 D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：选 C。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 OH，则充电时，OH浓度
23、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。5(2016高考四川卷)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=LiCoO2C6(x石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe2进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率快，正确。B.d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为 O22H2O4e=4OH，正确。C.若 d 为锌块，则由于金属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O22H2O4e=4OH，错误。
