高考化学总复习专题 原电池化学电源精讲深剖.docx

1、高考化学总复习专题 原电池化学电源精讲深剖第2讲 原电池 化学电源1.（2019全国卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是A. 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B. 阴极区，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C. 正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+e= MV2+，放电生成的MV

2、2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H+2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2+e= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H+6MV+=6MV2+NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，A正确；B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+e= MV2+，放电

3、生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H+2MV+，B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2+e= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，D正确。2.（2019全国卷）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3DZn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)Zn

4、O(s)+2Ni(OH)2(s)。A. 三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B. 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH(aq)eNiOOH(s)+H2O(l)C. 放电时负极反应为Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)D. 放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D【解析】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)OH(aq)eNiOOH(s)H2O(l)

5、，B正确；C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l)，C正确；D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH通过隔膜从正极区移向负极区，D错误3.（2019天津）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是A. 放电时，a电极反应为B. 放电时，溶液中离子的数目增大C. 充电时，b电极每增重，溶液中有被氧化D. 充电时，a电极接外电源负极【答案】D【解析】A、放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘

6、离子，正极反应式为I2Br+2e=2I+Br，故A正确；B、放电时，正极反应式为I2Br+2e=2I+Br，溶液中离子数目增大，故B正确；C、充电时，b电极反应式为Zn2+2e=Zn，每增加0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br+2I-2e=I2Br，有0.02molI失电子被氧化，故C正确；D、充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，故D错误。4（2018课标）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是A. 放电时，C

7、lO4向负极移动B. 充电时释放CO2，放电时吸收CO2C. 放电时，正极反应为：3CO2+4e 2CO32+CD. 充电时，正极反应为：Na+eNa【答案】D【解析】A. 放电时是原电池，阴离子ClO4向负极移动，A正确；B. 电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；C. 放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e2CO32+C，C正确；D. 充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO32+C4e3CO2，D错误。5（2018课标）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池

8、放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。下列说法正确的是A. 放电时，多孔碳材料电极为负极B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C. 充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D. 充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1）O2【答案】D【解析】A题目叙述为：放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选项A错误。B因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），选项B错误。C充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔

9、碳电极移动，充电时向锂电极移动，选项C错误。D根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X，电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+，所以总反应为：2Li + (1)O2 Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-X 2Li + (1)O2，选项D正确。6（2018江苏）下列说法正确的是A. 氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B. 反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应C. 3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于66.021023D. 在酶催化淀粉水解反

10、应中，温度越高淀粉水解速率越快【答案】C【解析】A项，氢氧燃料电池放电时化学能不能全部转化为电能，理论上能量转化率高达85%90%，A项错误；B项，反应4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的S0，该反应常温下可自发进行，该反应为放热反应，B项错误；C项，N2与H2的反应为可逆反应，3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子数小于6mol，转移电子数小于66.021023，C项正确；D项，酶是一类具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用具有的特点是：条件温和、不需加热，具有高度的专一性、高效催化作用，温度越高酶会发生变性，催化活性降低，淀粉水解速率减慢，D项错误；答案选C。7（2

11、017天津）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【答案】A【解析】发生的反应中存在元素的化合价变化，则为氧化还原反应，以此来解答。A光能转化为电能，不发生化学变化，与氧化还原反应无关，故A选；B发生原电池反应，本质为氧化还原反应，故B不选；C发生电解反应，为氧化还原反应，故C不选；D发生氧化反应，故D不选。8(2017新课标）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：16Li

12、+xS8=8Li2Sx（2x8）。下列说法错误的是A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e=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的导电性D电池充电时间越长，电池中的Li2S2量越多【答案】D【解析】A由电池反应16Li+xS8=8Li2Sx（2x8）可知负极锂失电子发生氧化反应，电极反应为：Lie=Li+，Li+移向正极，所以a是正极，发生还原反应：S8+2e=S82，S82+2Li+=Li2S8，3Li2S8+2Li+2e=4Li2S6，2Li2S6+2Li+2e=3Li2S4，Li2S4+2Li+

13、2e=2Li2S2，据分析可知正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e=3Li2S4，故A正确；B负极反应为：Lie=Li+，当外电路流过0.02mol电子时，消耗的锂为0.02mol，负极减重的质量为0.02mol7g/mol=0.14g，故B正确；C硫作为不导电的物质，导电性非常差，而石墨烯的特性是室温下导电最好的材料，则石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性，故C正确；D充电时a为阳极，与放电时的电极反应相反，则充电时间越长，电池中的Li2S2量就会越少，故D错误。考纲解读考点内容说明原电池理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理

14、。原电池原理在高考中是必考内容之一，常在选择题和填空题中考查。 考点精讲考点一原电池1. 原电池(1) 概念：将化学能转化为电能的装置。(2) 实质：自发进行氧化还原反应，把化学能转化为电能。2原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置示意图现 象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，质量增加，电流表指针发生偏转电 极Zn电极Cu电极电极名称负极正极电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总反应式ZnCu2=CuZn23原电池形成的条件(1) 两个活泼性不同的电极。(2) 电解质溶液或熔融电解质，形成闭合回路(或两极直接接触)。(3) 能自发地发生氧化还原反

15、应。4. 电子流向负极 正极（电子不能通过溶液）5电极反应负极：一般是活泼性较强的金属，发生氧化反应。正极：一般是活泼性较弱的金属(或导电非金属)，发生还原反应。6. 盐桥的组成和作用 盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。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。典例1（2016课标）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Mg-2e-=Mg2+B正极反应式为Ag+e-=AgC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【答案】B【解析】根据题意，电池总

16、反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，负极反应为：Mg-2e=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2，D项正确；答案选B。典例2 (2016四川)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(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LixC6-xe-= xLi+ C6C充电时，若转

17、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LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+【答案】C【解析】A、放电时，阳离子在电解质中向正极移动，故正确；B、放电时，负极失去电子，故正确；C、充电时，若转移1 mol电子，则石墨电极上析出1 mol Li，电极质量增重7g，故错误；D、充电时阳极失去电子，为原电池的正极的逆反应，故正确。【总结提升】1工作原理示意图(以铜锌原电池为例)2原电池电极的判断3. 原电池的负极一般，在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：(1) “活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。 (2) 在大部分原电池反应中，金属活动性较强的一极

18、作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，例如： 冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。 NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。4. 原电池的设计从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池，实际设计时应注意以下几点： 负极(还原性较强的物质)； 正极是活动性较差的金属或能导电的非金属； 电解质溶液：两电极浸入电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。考点一精练：1（北京市丰台区2019届高三5月二模）Fe3O4中含

19、有、，分别表示为Fe（）、Fe（），以Fe3O4/Pd为催化材料，可实现用H2消除酸性废水中的致癌物NO2，其反应过程示意图如图所示，下列说法不正确的是APd上发生的电极反应为：H2 - 2e 2HBFe（）与Fe（）的相互转化起到了传递电子的作用C反应过程中NO2被Fe（）还原为N2D用该法处理后水体的pH降低【答案】D【解析】根据上面分析可知：A. Pd上发生的电极反应为：H2 - 2e 2H，故不选A；B. 由图中信息可知，Fe（）与Fe（）是该反应的催化剂，其相互转化起到了传递电子的作用，故不选B；C.反应过程中NO2被Fe（）还原为N2，故不选C；D.总反应为3H2+2 NO2+2H

20、+=N2+4H2O。，用该法处理后由于消耗水体中的氢离子，pH升高，故选D。2（2019年5月高三宁德市质检）科学家开发出NaCO2电池如下图所示。下列说法错误的是A电池放电时，钠发生氧化反应B正极的电极反应式：2CO2 + 2H2O + 2e = 2HCO3 + H2C理论上消耗23g钠，同时产生22.4L氢气（标准状况）D该装置既可以吸收二氧化碳，又能产生电能、氢燃料【答案】C【解析】A.根据图示可知Na电极失去电子，变为Na+，所以电池放电时，钠失去电子，发生氧化反应，A正确；B.在正极上，CO2、H2O（碳酸电离产生的H+）获得电子，发生还原反应，产生HCO3-、H2，电极反应式是：2

21、CO2 +2H2O+2e-= 2HCO3- + H2,B正确；C.23gNa的物质的量是1mol，根据电子守恒，产生H2的物质的量为0.5mol，则其在标准状况下的体积为V(H2)=0.5mol22.4L/mol=11.2L，C错误；D.通过该装置可以吸收二氧化碳，减少温室效应，同时产生电能，和氢气，产生了清洁能源的燃料氢燃料，D正确。3（湖南省怀化市2019届高三4月第二次模拟考试）锂锰电池结构如图所示，其中电解质溶于混合有机溶剂中，通过电解质迁移入晶格中生成。下列有关说法正确的是A外电路电流方向：abB电池正极反应式为： C可以用水代替电池中的混合有机溶剂D用该电池给铅蓄电池充电，a极与P

22、b电极相连【答案】D【解析】A、Li为负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从b极流向a极，故A错误；B、MnO2为正极，被还原，电极方程式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2，故B错误；C、因负极材料为Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂，故C错误；D、用该电池给铅蓄电池充电，要求正接正负接负充电，铅蓄电池Pb电极是负极，故D正确。考点二 原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。2比较金属活动性强弱3设计化学电池例如：以FeCuCl2=FeCl2Cu为依据，设计一个原电池。

23、(1) 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：Fe2e=Fe2，正极：Cu2+2e=Cu。(2) 确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若发生氧化反应的为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用Fe作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3) 确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作电解液。(4) 构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。4电化学防护：牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理 负极(

24、阳极)是作保护材料的金属； 正极(阴极)是被保护的金属设备。典例1（北京市顺义区2019届高三第二次统练）实验小组探究铝片做电极材料时的原电池反应，实验如下：煮沸冷却后的溶液电流计指针向右偏转，镁片、铝片表面产生无色气泡电流计指针迅速向右偏转，逐渐向零刻度恢复，经零刻度后继续向左偏转；镁片表面开始时无明显现象，一段时间后有少量气泡逸出；铝片表面持续有气泡逸出。电流计指针向左偏转。铝片表面有气泡逸出，铜片没有明显现象；约3分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝片表面气泡略有减少。下列说法不正确的是A实验中，镁片做原电池的负极B实验中，初始时的实验现象对应的原电池反应为：2Mg + O2 + 2H2O

25、 2Mg( OH) 2C实验中，一段时间后，铝片发生的电极反应式为：Al - 3 e - Al 3+D实验 可推知，铝片做电极材料时的原电池反应与另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2等因素有关【答案】C【解析】A.实验中，电解质溶液为盐酸，镁和铝都可以和盐酸反应，但是金属镁更活泼为负极，故A正确；B.实验中，初始时镁为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Mg+2OH-2e-=Mg(OH)2，Al为正极，溶解的氧气在此电极得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应2Mg + O2 + 2H2O 2Mg( OH) 2，故B正确；C.实验中，一段时

26、间后，铝为负极失电子发生氧化反应，电极反应式为2Al+8OH-6e-=2AlO2-+4H2O，镁为正极，氢离子在此电极得电子发生还原反应，电极反应式为6H2O+6e-=3H2+6OH-，故C错误；D. 实验 可推知，铝片做电极材料时的原电池反应与另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2等因素有关，故D正确。典例2（广东省2019届高三3月模拟考试一）芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池，电池结构如图所示： 电池工作时，下列说法错误的是A该装置将化学能转化为电能B负极上发生的电极反应为Li e LiC该电池可用LiOH溶液作电解质D电池工作时，电路中每流

27、过1 mol电子，正极增重7g【答案】C【解析】A. 该电池为原电池，所以该装置将化学能转化为电能，A项正确； B. 负极是锂失去电子，发生氧化反应，电极反应为Li-e-=Li+，B项正确； C. 电解质溶液中水与电极锂发生氧化还原反应，该电解池不能用水溶液作电解液，C项错误； D. 根据转移电子守恒，电路中每流过1 mol电子，正极上发生还原反应，正极材料要结合1mol锂离子，所以增重7g，D项正确。考点二精练：1（安徽省宣城市2019届高三第二次模拟考试）与甲、乙两套装置有关的下列说法正确的是A甲、乙装置中，锌棒均作负极，发生氧化反应B甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，故甲生成气泡的速率更快

28、C甲、乙装置的电解质溶液中，阳离子均向碳棒定向迁移D乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷，提高电池效率【答案】D【解析】A. 根据上述分析，甲不是原电池，故A错误；B. 甲中锌棒直接与稀H2SO4接触，发生化学腐蚀，乙中构成了原电池，负极失去电子的速率加快，因此正极放出氢气的速率增大，故B错误；C. 甲不是原电池，电解质溶液中的阳离子向锌移动，故C错误；D. 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，迅速平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性，提高电池效率，故D正确。2（四川省泸县第四中学2019届高三三诊模拟）锂铜空气燃料电池（如图）容量高、成本低，该电

29、池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为：2LiCu2OH2O2Cu2Li+2OH-，下列说法错误的是（ ） A放电时，当电路中通过0.1 mol电子的电量时，有0.1molLi+透过固体电解质向Cu极移动，有标准状况下1.12L氧气参与反应B整个反应过程中，氧化剂为O2C放电时，正极的电极反应式为：Cu2OH2O2e-2Cu2OH-D通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O【答案】A【解析】A、放电时，电解质中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，当电路中通过0.1 mol电子的电量时，根据4Cu+O2=2Cu2O，O2+4e-+2H2O=4OH-，正极上参与反应的氧气为0.025

30、mol，在标准状况下的体积为0.025mol22.4L/mol=0.56L，故A错误；B、通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，氧化剂为O2，故B正确；C、该电池通过一种复杂的铜腐蚀而产生电力，由方程式可知铜电极上并非是氧气直接放电，正极反应为Cu2O+H2O+2e-=Cu+2OH-，故C正确；D该电池通过一种复杂的铜腐蚀而产生电力，由方程式可知铜电极上并非是氧气直接放电，正极反应为Cu2O+H2O+2e-=Cu+2OH-，因此通入空气的目的是让氧气与铜反应生成Cu2O，故D正确。3（四川省教考联盟2019届高三第三次诊断性考试）按如图装置进行实验(a、b电极均为Cu电极)，实验开始观察到灵敏电流计的指针发生偏转。 下列有关说法正确的是Ab极电极反应为Cu - 2e-=Cu2+ B溶液中Cu2+穿过交换膜发生迁移C电流计指针偏转幅度将保持不变 D外电路转移的电子最多为0.02 mol【答案】D【解析】A、该装置浓度差电池，浓度增大