1、第二讲 原电池 化学电源一、选择题1.课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A.原电池是将化学能转化成电能的装置B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C.图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流D.图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片【答案】D【解析】D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。2MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600700 ，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。已知该电池的总反应为2H2O2=2H2O，下列有关该电池的说法正确的是()A该电池的正极反应式为
2、4OH4e=O22H2OB该电池的负极反应式为H22e=2HC放电时OH向负极移动D当生成1 mol H2O时，转移2 mol电子【答案】D【解析】该燃料电池的燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，总反应为2H2O2=2H2O，负极反应式为2H22CO4e=2H2O2CO2，正极反应式为O22CO24e=2CO，故A、B均错误；电解质中移动的阴离子为CO，不是OH，故C错误；根据负极反应式知，生成1 mol H2O时转移2 mol电子，故D正确。3关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：微生物促进了电子的转移微生物所在电极区放电时发生还原反应放电过程中，H从正极区移向负极区正极反应式为：MnO
3、24H2e=Mn22H2O正确的是()ABCD【答案】C【解析】在微生物作用下Cm(H2O)n转化为CO2促进电子的转移，正确；微生物在右侧， 右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；根据电流的方向，放电过程中，H从负极区移向正极区，错误；电池左侧为电池的正极区，MnO2在H条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO24H2e=Mn22H2O，正确。4液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(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溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是()Ab电极发生氧化反应Ba电
4、极的电极反应式：N2H44OH4e=N24H2OC放电时，电流从a电极经过负载流向b电极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜【答案】B【解析】燃料电池燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应：N2H44OH4e=N24H2O，O2在正极发生还原反应：O24e2H2O=4OH，总反应为N2H4O2=N22H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH在正极生成，移向负极，所以离子交换膜应让OH通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。5已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2；锂硫电池的总反应为：2LiSLi2S。有关上述两种电池说法正确的是()A锂
5、离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电【答案】B【解析】锂离子电池放电时Li(阳离子)向正极迁移，A项错误；锂硫电池放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，发生氧化反应，则充电时，锂电极发生还原反应，B项正确；比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，二者的比能量不同，C项错误；题中装置是锂硫电池给锂离子电池充电，D项错误。6.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是()A.电极a为电池的负
6、极B.电极b上发生的电极反应：O24H4e=2H2OC.电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2SD.每17 g H2S参与反应，有1 mol H经质子膜进入正极区【答案】C【解析】根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2SO2=S22H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol
7、 H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O24H4e=2H2O，可知有1 mol H经质子膜进入正极区，故D正确。7.锌空气燃料电池可作电动车的动力电源，电解质溶液为KOH溶液，反应为2ZnO22H2O4OH=2Zn(OH)。下列说法正确的是()A.放电时，电解质溶液中K移向负极B.放电时，电解质溶液的pH不变C.充电时，阴极的反应为Zn(OH)2e=Zn4OHD.充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，则析出固体Zn为13 g【答案】C【解析】放电时，为原电池，溶液中阳离子向正极移动，即K向正极移动，故A错误；放电时，消耗氢氧根离子
8、，碱性减弱，pH减小，故B错误；充电时，阴极上发生得电子的还原反应，则阴极反应为Zn(OH)2e=Zn4OH，故C正确；产生1 mol氧气，转移电子为4 mol，充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，转移电子的物质的量为40.8 mol，根据Zn2e，则析出固体Zn：65 gmol126 g，故D错误。8钠离子电池具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点，特别适合于固定式大规模储能应用的需求。一种以Na2SO4水溶液为电解液的钠离子电池的总反应为：NaTi2(PO4)32Na2NiFe(CN)6Na3Ti2(PO4)32NaNiFe(CN)6(注：其中P的化合价为5，F
9、e的上标、代表其价态)。下列说法不正确的是()A放电时NaTi2(PO4)3在正极发生还原反应B放电时负极材料中的Na脱离电极进入溶液，同时溶液中的Na嵌入到正极材料中C该电池在较长时间的使用过程中电解质溶液中Na的浓度基本保持不变D充电过程中阳极反应式为：2NaNiFe(CN)62Na2e=2Na2NiFe(CN)6【答案】D【解析】由题给反应可知放电时，Fe转化为Fe，发生氧化反应，负极的电极反应式为：2Na2NiFe(CN)62e=2NaNiFe(CN)62Na(该反应为充电时阴极的逆反应)，正极为NaTi2(PO4)3发生还原反应：NaTi2(PO4)32e2Na=Na3Ti2(PO4
10、)3(该反应为充电时阳极的逆反应)。9.环保、安全的铝空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是()ANaCl的作用是增强溶液的导电性B正极的电极反应式为：O24e2H2O=4OHC电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大D用该电池做电源电解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为54 g【答案】C【解析】由图示可知Al电极为负极，电极反应式为：Al3e3OH=Al(OH)3，O2在正极反应：O24e2H2O=4OH，总反应方程式为：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，pH基本不变，A、B正确，C项错误；D项，1 mol KI制得1 mol KIO3转移6 mol电子，消
11、耗2 mol Al，即54 g铝，正确。10酶生物电池通常以葡萄糖作为反应原料，葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOX)和辅酶的作用下被氧化成葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如图所示。下列有关说法中正确的是()A该电池可以在高温条件下使用BH通过交换膜从b极区移向a极区C电极a是正极D电池负极的电极反应式为C6H12O6H2O2e=C6H12O72H【答案】D【解析】酶的主要成分为蛋白质，在高温条件下变性，丧失催化作用，A项错误；由图示电子的移动方向可知a为电池的负极，发生氧化反应：C6H12O6H2O2e=C6H12O72H，b为电池的正极，发生还原反应：H2O22e2H=2H2O，H通过交换膜
12、从a极移向b极，D项正确，B、C项错误。二、非选择题11.如图所示，是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为_；反应进行一段时间后溶液C的pH将_(填“升高”“降低”或“基本不变”)(2)若需将反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为_，B(正极)极材料为_，溶液C为_。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是_极，Cu极发生_反应，电极反应为_。反应过程溶液中c(Cu2)_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料
13、使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：电池总反应为2CH3OH3O2=2CO24H2O，则c电极是_(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为_。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为_L。【答案】(1)2H2e=H2升高(2)Cu石墨FeCl3溶液(3)负极还原Cu22e=Cu变小(4)负极CH3OH6eH2O=CO26H11.2【解析】(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2e=H2；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；
14、(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3，如FeCl3溶液；(3)Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，Cu2在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu22e=Cu，Cu2发生了反应，则c(Cu2)变小；(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH6eH2O=CO26H，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为11.2 L。12.如图所示，是原电池的装
15、置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为_；反应进行一段时间后溶液C的pH将_(填“升高”“降低”或“基本不变”)(2)若需将反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为_，B(正极)极材料为_，溶液C为_。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是_极，Cu极发生_反应，电极反应为_。反应过程溶液中c(Cu2)_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：电池总反应
16、为2CH3OH3O2=2CO24H2O，则c电极是_(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为_。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为_L。【答案】(1)2H2e=H2升高(2)Cu石墨FeCl3溶液(3)负极还原Cu22e=Cu变小(4)负极CH3OH6eH2O=CO26H11.2【解析】(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2e=H2；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质
17、发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3，如FeCl3溶液；(3)Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，Cu2在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu22e=Cu，Cu2发生了反应，则c(Cu2)变小；(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH6eH2O=CO26H，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标况下体积为11.2 L。13某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。(1)如图为某实验小组依据的氧化还原反应：(用离子方程式
18、表示)_ _。设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过_mol电子。(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为_，这是由于NH4Cl溶液显_(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因_，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式_，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的3价铁被氧化为更高的价态。”如果3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式_。(3)如图其他
19、条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是_，电极反应为_；乙装置中石墨(1)为_极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，乙装置中与铜丝相连石墨(2)电极上发生的反应式为_，产物常用_检验，反应的离子方程式为_。【答案】(1)FeCu2=Fe2Cu0.2(2)2H2e=H2酸性NHH2ONH3H2OH2Fe2Cl2=2Fe32Cl2Fe33Cl28H2O=2FeO6Cl16H(3)溶液变红O22H2O4e=4OH阴2Cl2e=Cl2湿润的淀粉碘化钾试纸Cl22I=2ClI2【解析】(1)若一段时间后，两电极质量相差12 g，消耗负极0
20、.1 mol Fe，同时正极生成0.1 mol Cu，导线中通过0.2 mol电子。(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，由于NH水解，NHH2ONH3H2OH，所以NH4Cl溶液显酸性，石墨电极上H得到电子，电极反应式为2H2e=H2；铁电极反应式为Fe2e=Fe2，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，发生反应的离子方程式为2Fe2Cl2=2Fe32Cl，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，由于存在Fe3，所以溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，如果原因是3价铁被氧化为FeO，则该反应的离子方程式为2Fe33Cl28H2O=2FeO6Cl16
21、H。(3)如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，则甲池为原电池，铁电极反应为Fe2e=Fe2，铜电极反应为O22H2O4e=4OH；乙池为电解池，石墨(2)电极为阳极，电极反应为2Cl2e=Cl2，石墨(1)电极为阴极，电极反应为Cu22e=Cu；所以一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，溶液变红，乙装置中石墨(2)电极产物可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，反应的离子方程式为Cl22I=2ClI2，反应后试纸变蓝。14.(1)可利用原电池装置证明反应AgFe2=AgFe3能发生。其中甲溶液是_，操作及现象是_。(2)2016江苏，20(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3，其电极反应式为_。(3)2016北京理综，26(1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。作负极的物质是_。正极的电极反应式是_。【答案】(1)FeSO4溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深(2)Cr2O14H6e=2Cr37H2O(3)铁NO8e10H=NH3H2O10