高中化学专题复习原电池 化学电源含答案.docx

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高中化学专题复习原电池化学电源含答案

原电池化学电源

考点一　原电池的工作原理

1．概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．原电池的构成条件

（1）一看反应：

看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应）。

（2）二看两电极：

一般是活泼性不同的两电极。

（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

3．工作原理

以锌铜原电池为例

（1）反应原理

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

电子流向

由Zn片沿导线流向Cu片

盐桥中

离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

（2）盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：

a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

题组一　原电池的形成条件及正负极的判断

1．有关电化学知识的描述正确的是（　　）

A．CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是。

3．（2017·信阳质检）分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

【总结】1．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，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。

2．判断原电池正、负极的5种方法

说明：

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

题组二　应用原电池原理比较金属活动性强弱

4．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：

（1）A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性；

（2）C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C，活动性；

（3）A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性；

（4）B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，活动性；

（5）用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性。

综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为。

5．（2016·襄阳一模）有A、B、C、D四种金属，做如下实验：

①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②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；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入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（　　）

A．A＞B＞C＞DB．C＞D＞A＞B

C．D＞A＞B＞CD．A＞B＞D＞C

题组三　聚焦“盐桥”原电池

6．根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH降低B．烧杯b中发生氧化反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－=Cl2↑

7．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

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

8．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO

＋2I－＋2H＋AsO

＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。

甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB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I2＋2e－=2I－

考点二　化学电源　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．日常生活中的三种电池

（1）碱性锌锰干电池——一次电池

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

（2）锌银电池——一次电池

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

正极反应：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

（3）二次电池（可充电电池）

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

①放电时的反应

a．负极反应：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4；

b．正极反应：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O；

c．总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电时的反应

a．阴极反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

；

b．阳极反应：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

；

c．总反应：

2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

注　可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

2．“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

种类

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总

反应式

2H2＋O2===2H2O

备注

燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

1．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：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，有关该电池的说法正确的是（　　）

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

2．有一种MCFC型燃料电池，该电池所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。

电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应：

H2＋CO

－2e－===H2O＋CO2。

下列说法正确的是（　　）

A．电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极，形成闭合回路

B．电池放电时，电池中CO

的物质的量将逐渐减少

C．正极反应为：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．放电时CO

向负极移动

3．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极板是惰性材料，电池总反应式为

Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO

2PbSO4＋2H2O

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：

（1）放电时：

正极的电极反应式是；电解液中H2SO4的浓度将变；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成，B电极上生成，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将。

【总结】可充电电池常考查内容

（1）充、放电时电极的判断。

（2）充、放电时电极反应及反应类型的判断。

（3）充、放电时离子（外电路中电子的移动方向的判断）。

（4）充、放电时电解质溶液离子浓度的变化，特别是酸、碱性的变化。

专题新型电源及电极反应式的书写

近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。

解析这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等。

1．电极反应式书写的一般步骤（类似氧化还原反应方程式的书写）

2．已知总方程式，书写电极反应式

（1）书写步骤

①步骤一：

写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目（ne－）。

②步骤二：

找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。

③步骤三：

写电极反应式。

负极反应：

还原剂－ne－==氧化产物正极反应：

氧化剂＋ne－=还原产物

（2）书写技巧

若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

如：

CH3OCH3（二甲醚）酸性燃料电池中：

总反应式：

CH3OCH3＋3O2=2CO2＋3H2O

正极：

3O2＋12H＋＋12e－=6H2O负极：

CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋

特别提醒：

简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。

3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结

负极

正极

题组一　判断正、负极，书写化学电源电极反应式

1．Li－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4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

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。

2．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－

负极：

；

正极：

。

3．铝－空气海水电池：

以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3；

负极：

；

正极：

。

题组二　“一池多变”的燃料电池

4．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2SO4）

负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

（2）碱性介质（如KOH）

负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

负极：

；

正极：

；

总反应式：

。

题组三　根据图示理解新型电源工作原理

5．热激活电池可用作火箭、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混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。

该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。

下列有关说法正确的是（　　）

A．正极反应式：

Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B．放电过程中，Li＋向负极移动

C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb

D．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转

6．一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CH4＋H2O

3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO

向B电极移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

7．一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6mol·L－1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。

8．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。

该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由（填字母，下同）极流向极。

（2）电池正极反应式为。

（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？

（填“是”或“否”），原因是。

高考真题　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．（2016·全国卷Ⅱ，11）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Mg－2e－===Mg2＋

B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移

D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑

2．（2016·全国卷Ⅲ，11）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2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

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Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

3．（2015·全国卷Ⅰ，11）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C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O

4．（2015·天津理综，4）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（SO

）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

5．（2014·新课标全国卷Ⅱ，12）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（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．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

跟踪训练

1．下面4种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是（　　）

2．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。

一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示。

该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。

下列关于该燃料电池的叙述不正确的是（　　）

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B．负极发生的电极反应式：

N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O

C．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触

D．该燃料电池持续放电时，K＋从负极向正极迁移，因而离子交换膜需选用阳离子交换膜

第2题图第3题图

3．（2016·信阳高三模拟）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。

用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示，下列关于描述正确的是（　　）

A．电池工作时H＋移向负极

B．该电池用的电解质溶液是KOH溶液

C．甲电极反应式：

CO（NH2）2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋

D．电池工作时，理论每净化1molCO（NH2）2，消耗33.6LO2

4．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应：

2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。

下列有关说法正确的是（　　）

A．该电池为可充电电池

B．每有0.1molO2反应，则迁移H＋0.4mol

C．正极反应式：

CH2=CH2－2e－＋2OH－===CH3CHO＋H2O

D．电子移动方向：

电极a→磷酸溶液→电极b

5．“神舟7号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCPC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾，已知该电池的总反应为2H2＋O2=2H2O，负极反应为H2＋CO

－2e－=CO2↑＋H2O，则下列推断中，正确的是（　　）

A．电池工作时，CO

向负极移动

B．电池放电时，外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极

C．正极的电极反应：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

D．通氧气的电极为阳极，发生氧化反应

6．目前科学家已开发出一种新型燃料电池—固体氧化物电池，该电池用辛烷（C8H18）作燃料，电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子，下列说法正确的是（　　）

A．电池工作时，氧气发生氧化反应

B．电池负极的电极反应：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电池负极的电极反应：

C8H18＋25O2－－50e－===8CO2＋9H2O

D．若消耗的O2为11.2L（标准状况），则电池中有1mol电子发生转移

7．如图所示，装置（Ⅰ）是一种可充电电池的示意图，装置（Ⅱ）为电解池的示意图；装置（Ⅰ）的离子交换膜只允许Na＋通过。

已知电池充、放电的化学方程式为2Na2S2＋NaBr3

Na2S4＋3NaBr。

当闭合开关K时，X极附近溶液先变红色。

下列说法中正确的是（　　）

A．闭合K时，装置（Ⅰ）中Na＋从右到左通过离子交换膜

B．闭合K时，A电极的电极反应为NaBr3＋2Na＋＋2e－===3NaBr

C．闭合K时，X电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

D．闭合K时，当有0.1molNa＋通过离子交换膜，则X电极上析出气体在标准状况下的体积为1.12L

第7题图第8题图

8．大功率的镍氢电池使用在油电混合动力车辆中。

镍氢电池（NiMH电池）正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金，下列关于该电池的说法中正确的是（　　）

A．放电电池内部H＋向负极移动

B．充电时，将电池的负极与外接电源的正极相连

C．充电时阳极反应为Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O

D．放电时负极的电极反应式为MHn－ne－===M＋nH＋

9．蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。

有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应为NiO2＋Fe＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2，下列有关该电池的说法中正确的是（　　）

A．放电时电解质溶液显强酸性

B．充电时阳极反应为Ni（OH）2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O

C．放电时正极附近溶液pH减小

D．充电时阴极附近溶液的碱性保持不变

10．（2017·贵州高三质检）铁镍蓄电池充放电时的总反应：

Fe＋Ni2O3＋3H2O

Fe（OH）2＋2Ni（OH）2，下列有关该电池的说法不正确的是（　　）

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

11．高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，充放电时的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

下列叙述正确的是（　　）

A．放电时，负极反应式为3Zn－6e－＋6OH－===3Zn（OH）2

B．放电时，正极区溶液的pH减小

C．充电时，每转移3mol电子，阳极有1molFe（OH）3被还原

D．充电时，电池的锌电极接电源的正极

12．

（1）高铁酸钾（K2FeO4）不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。

如图1是高铁电池的模拟实验装置：

①该电池放电时正极的电极反应式为；

若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，理论消耗Zng（已知F＝96500C·mol－1）。

②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向（填“左”或“右”）移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向（填“左”或“右”）移动。

③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有。

（2）有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，电池正极的电极反应式是，A是。

第

（2）题图第（3）题图

（3）利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如下图所示。

该电池中O2－可以在固体介质NASICON（固溶体）内自由移动，工作时O2－的移动方向（填“从a到b”或“从b到a”），负极发生的电极反应式为。

原电池化学电源参考答案

【考点1】C2②④⑥⑦B

4

（1）A>B　

（2）C>D　（3）A>C　（4）D>B（5）B>E　A>C>D>B>E

5C6B7D8D

【考点2】AD3

（1）PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O　小　48

（2）Pb　PbO2　对换

【专题】1

（1）锂　4Li－4e－===4Li＋

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

2负极：

Mg－2e－===Mg2＋正极：

2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－

3答案　4Al－12e－===4Al3＋　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

4

（1）CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋=4H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2O

（2）CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（3）答案　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－CH4＋2O2=CO2＋2H2O

（4）CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O2O2＋8e－＋4CO2===4CO

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

DD

7

（1）负极：

H2－2e－＋2OH－===2H2O；正极：

2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－。

（2）阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O。

8

（1）b　a

（2）MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2（3）否　电极Li是活泼金属，能与水反应

【高考真题】BCACC

【跟踪训练】CDCBACDCBCA

12

（1）①FeO

＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3↓＋5OH－　0.2②右　左

③使用时间长、工作电压稳定

（2）N2＋8H＋＋6e－===2NH