1、培优点二十 原电池的电极方程式典例 1实验发现，298K 时，在 FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe 3 立即被还原+成 Fe2 。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法+正确的是（ ）A该原电池的正极反应是 Zn2e =Zn2 +B左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C该电池铂电极上有气泡出现D该电池总反应为 3Zn+ 2Fe3 =2Fe+ 3Zn2+ +【解析】该电池的总反应为 Zn+ 2Fe3 =2Fe2 + Zn2 ，所以左烧杯 Pt为正极，+ + +电极反应为 Fe3 + e =Fe2 ，右烧杯 Zn为负极，电极反应为 Zn2e =Zn2 。由+ + +于左烧
2、杯中的 Fe3 被还原为 Fe2 ，所以左烧杯中溶液的红色逐渐褪去。+ +【答案】B典例 2一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如下图所示，图中有机废水中有机物可用 C6H10O5表示。下列有关说法正确的是（ ）Ab 电极为该电池的负极Bb 电极附近溶液的 pH减小Ca 电极反应式：C 6H10O524e + 7H2O=6CO2+ 24H + D中间室：Na + 移向左室，Cl 移向右室【解析】b 电极上硝酸根离子得电子生成 N2，发生还原反应，故 b电极应为正极，A错误；b 电极反应式：2NO + 10e + 6H2O=N2+ 12OH ，故 b电极附近溶液的 pH增大，3一原电池的电极方
3、程式B错误；原电池工作时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D 错误。【答案】C典例 3一个完整的氧化还原反应方程式可以拆开，写成两个“半反应式” ，一个是“氧化反应式” ，一个是“还原反应式” 。如 2Fe3 + Cu=2Fe2 + Cu2 ，可拆写为氧+ + +化反应式：Cu2e =Cu2 ，还原反应式：2Fe 3 +2e =2Fe2 。据此，回答下列问+ + +题：（1）将反应 3Cu+ 8H +2NO =3Cu2 + 2NO+ 4H 2O拆写为两个“半反应式” ，还+ 3 +原反应式：_。（2）此原理可用于电化学。锌锰碱性电池广泛应用于日常生活，电池的总反应式为Zn(s)+ 2MnO2
4、(s)+ 2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)。该电池的正极反应式为_。【解析】 （1）反应 3Cu+ 8H + 2NO =3Cu2 + 2NO+ 4H2O，其中 Cu元素的化合+ 3 +价升高，被氧化，N 元素的化合价降低，被还原，还原反应式为 8H + 2NO + + 36e =2NO+ 4H2O；（2）电池的总反应式为 Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l) =Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)，其中锰元素的化合价降低，发生还原反应，该电池的正极反应式为 2MnO2+ 2H2O+ 2e =2MnOOH+ 2OH【答案】 （1）8H + 2NO +
5、6e =2NO+ 4H 2O+ 3（2）2MnO 2+ 2H2O+ 2e =2MnOOH+ 2OH1某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是（ ）(盐桥中装有含琼胶的 KCl饱和溶液)AFe 作正极，发生氧化反应B负极反应：2H + 2e =H2+C工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH均不变D工作一段时间后，NaCl 溶液中 c(Cl )增大【解析】此原电池的负极是铁，发生氧化反应，正极是石墨，H 在此发生还原反应，+二对点增分集训右池中氢离子在石墨棒上被还原为 H2不断逸出，使溶液酸性减弱，所以溶液的 pH有变化。【答案】D2如图所示，杠杆 AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铜球和空
6、心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中分别滴入 CuSO4浓溶液和 FeSO4浓溶液。一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)（ ）A杠杆为导体或绝缘体时，均为 A端高 B端低B杠杆为导体或绝缘体时，均为 A端低 B端高C当杠杆为导体时，A 端低 B端高D当杠杆为导体时，A 端高 B端低【解析】当杠杆为导体时，构成原电池，Fe 球作负极，Cu 球作正极，电极反应式分别为负极：Fe2e =Fe2 ，正极：Cu 2 + 2e =Cu，铜球质量增加，铁球质量减少， + +杠杆 A端低 B端高。【答案】D3某同学做如下实验：装置图 1 图 2现象
7、 电流表指针未发生偏转 电流表指针发生偏转下列说法正确的是（ ）A “电流表指针未发生偏转” ，说明铁片、铁片均未被腐蚀B用 K3Fe(CN)3溶液检验铁片、附近溶液，可判断电池的正、负极C铁片、所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等D铁片的电极反应式为 Fe3e =Fe3+ 【解析】对比两个盐桥的双液装置，图 1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的化学腐蚀，且腐蚀速率相等。图 2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀，且浓度大的一极是负极，发生的反应是 Fe2e =Fe2+ ，可以用 K3Fe(CN)3检验 Fe2+ 的存在，若产生蓝色沉淀，就证明含有 Fe
8、2+ ，B 正确。【答案】B4利用人工光合作用合成甲酸的原理为 2CO2+ 2H2O 2HCOOH+ O2，装置如下 太 阳 能 光 触 媒图所示。下列说法不正确的是（ ）A该装置将太阳能转化为化学能和电能B电极 1周围 pH增大C电极 2上发生的反应为 CO2+2H+ +2e =HCOOHDH + 由电极 1室经过质子膜流向电极 2室【解析】在太阳能作用下 CO2和 H2O转化为 HCOOH和 O2，并且有电子流动，太阳能转化为化学能和电能，A 正确；电极 1流出电子，反应式是 2H2O4e =4H+ +O2，周围 pH减小，B 错误；根据总反应方程式推出电极 2上发生的反应为 CO2+2H
9、+ +2e =HCOOH，C 正确；电极 1反应产生 H+ ，电极 2反应消耗 H+ ，故 H+ 由电极 1室经过质子膜进入电极 2室，D正确。【答案】B5我国科学家研发出一种新型的锂离子电池，放电时有关离子转化关系如下图所示，下列说法正确的是（ ）ALi + 透过膜除允许 Li + 通过外，还允许 H2O分子通过B放电时，进入贮罐的液体发生反应：S 2O + 2Fe2+ =2Fe3+ + 2SO28 24C充电时，钛电极与外电源的负极相连D充电时，电池内部发生的总反应为 Li+ Fe 3+ = Li+ + Fe2+ 【解析】Li + 透过膜只允许 Li+ 通过，故 A错误；钛电极是电池的正极
10、，充电时，应该与外电源的正极相连，故 C错误；放电时电池总反应为 Li+ Fe3+ =Li+ +Fe2+ ，则充电时发生的总反应为 Li+ +Fe2+ Li+Fe3+ ，故 D错误。= = = = =通 电 【答案】B6一种以 NaBH4和 H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）A电池的正极反应为 H2O2+ 2e =2OHB电池放电时 Na+ 从 a极区移向 b极区C电子从电极 b经外电路流向电极 aDb 极室的输出液经处理后可输入 a极室循环利用【解析】由图分析可知，通入 a电极的为 BH ，其中的 B失电子，化合价升高，生成4BO ，因此 a为电池的负极。b
11、为电池的正极，H 2O2中 O由 1价降到2 价发生还原反应，2反应式为 H2O2+ 2e =2OH ，A 正确；原电池工作时，电解质溶液中的阳离子由负极区向 正极区移动，B 正确；电子由负极流出，正极流入，即 ab，C 错误；正极区产生的 OH经处理后输入 a极室可循环使用，D 正确。【答案】C7 “直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能。用熔融 Na2CO3作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是（ ）A该电池的总反应为 C+ O2=CO2B煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高C进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响D电
12、子由电极 b沿导线流向电极 a，入口 A加入的物质为煤粉【解析】A 项，在原电池中阴离子移向电源负极，由图中 CO 移向左边可知 a为负23极，电极反应为 C+2CO 4e =3CO2，b 为正极，电极反应为 O2+ 2CO2+4e =2CO ，23 23所以该电池的总反应为 C+O2=CO2，故 A正确；B 项，煤直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能，所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低，故 B错误；C 项，将煤块粉碎成粉末状，有利于在电极 a附近参与反应，加快了反应速率，故 C错误；D 项，a 为负极，电子由负极 a沿导线流向正极 b，故 D错误。【答案】A8液体燃料电池相比于气体
13、燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N 2H4)为燃料的电池装置如下图所示。下列有关叙述正确的是（ ）A该燃料电池放电时，正极发生氧化反应，pH 变大Ba 极的反应式：N 2H4+ 4OH 4e =N2+ 4H 2OC放电时，电流从 a极经过负载流向 b极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜【解析】根据原电池的工作原理，正极得电子，发生还原反应，通空气的一极为正极，反应式为 O2+2H2O+ 4e =4OH ，pH 增大，故 A错误；通肼的一极为负极，反应式为N2H4+4OH 4e =N2+4H 2O，故 B正确；根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电流的方向和电子移动的方向
14、相反，即电流从 b极经过负载流向 a极，故 C错误；根据电极反应式，OH 应从正极流向负极，交换膜应选用阴离子交换膜，故 D错误。【答案】B9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，下图是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH 2)2转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是（ ）AM 电极有 CO2和 N2生成BH + 透过质子交换膜由左向右移动C微生物促进了反应中电子的转移DN 电极反应式为 O2+2H2O+4e =4OH【解析】因为是质子交换膜，因此反应的环境呈酸性，有 O2的一边(N)是正极反应区，即 O2+ 4H+ + 4e =2H2O。尿素 CO(NH2)2转化为
15、对环境无害物质，M 极反应为 CO(NH2)2+ H2O6e =CO2+ N 2+ 6H + ，H + 应该透过质子交换膜由左向右移动；在微生物的作用下，此装置构成原电池，加速了反应的进行，促进了反应中电子的转移。综上，A、B、C 正确，D错误。【答案】D10科学家预言，燃料电池是 21世纪获得电能的重要途径。甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。试回答以下问题：（1）配平电池放电时发生的化学方程式：CH3OH+_O2 _CO 2+_H2O。（2）在硫酸电解质溶液中，CH 3OH失去电子，此电池的正极发生的反应是_，负极发生的
16、反应是_。（3）电解质溶液中的 H+ 向_极移动，向外电路释放电子的电极是_极。【解析】 （1）根据得失电子守恒配平反应方程式，注意 CH3OH中的 H显+1 价，O 显2 价。 （2）电极反应的书写应注意电解质溶液，本题给出的是酸性溶液。(3)由电极反应可知，H + 在正极被消耗，在负极生成，所以 H+ 向正极移动。【答案】 （1）2 3 2 4 （2）3O 2+12H+ +12e =6H2O2CH3OH+2H2O12e =2CO2+12H+ （3）正 负11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。3（1）Fe 还原水体中 NO 的反应原理如图所示。3作负极
17、的物质是_。正极的电极反应式是_。（2）将足量铁粉投入水体中，经 24小时测定 NO 的去除率和 pH，结果如下：3初始 pH pH2.5 pH4.5NO 的去除率3 接近 100% 50%24小时 pH 接近中性 接近中性铁的最终物质形态pH4.5 时，NO 的去除率低，其原因是_。3【解析】 （1）根据图可知，Fe 失电子，使 NO 还原为 NH ，故 Fe作负极，结合电子3 4守恒、电荷守恒和元素守恒写出正极的电极反应式：NO +8e +10H+ =NH +3H2O。 （2）pH3 4越大，Fe 3+ 越容易水解生成不导电的 FeO(OH)，阻碍反应进行，所以 NO 去除率低；pH 越3
18、小，越容易生成疏松、能导电的 Fe3O4，所以 NO 去除率高。3【答案】 （1）Fe NO +8e +10H+ =NH +3H2O3 4（2）pH 越大，Fe 3+越易水解成 FeO(OH)，FeO(OH)不导电，阻碍电子转移12锂电池应用越来越广泛，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其正极(以多孔碳为主)很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。其工作原理如图，电池总反应为 4Li+O2+2H2O=4LiOH。请回答下列问题：（1）该电池的正极反应式是_。（2）在负极的有机电解液和正极的水性电解液之间，用只能通过锂离子的固体电解质隔开，使用该固体电解质的优点有_。（3）正极使用水性电解液的优点是_。【解析】 （1）O 2+2H2O+4e =4OH 。 （2）在负极的有机电解液和空气极的水性电解液之间，用只能通过锂离子的固体电解质隔开，既可防止两种电解液发生混合，又可防止水和氧气与负极的锂金属发生反应。（3）该电池正极若使用非水性电解液，则生成的是固体氧化锂(Li 2O)，而使用水性电解液时，生成的氢氧化锂(LiOH)溶于水，这样就不会引起空气极的碳孔堵塞。【答案】 （1）O 2+2H2O+4e =4OH（2）既可防止两种电解液混合，又可防止水和氧气等和负极的锂金属发生反应（3）可防止正极的碳孔堵塞