1、精准培优专练培优点二十 原电池的电极方程式一原电池的电极方程式典例1查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为CH3CHO，即：2CH3CH2OH+O2=2CH3CHO+2H2O。下列说法中不正确的是（ ）AO2发生的反应是还原反应B正极的电极反应式为O2+4e+4H+=2H2OC乙醇在正极发生还原反应D其中一个电极的反应式为CH3CH2OH-2e=CH3CHO+2H+【答案】C【解析】A电池总反应2CH3CH2OH+O2=2CH3CHO+2H2O中，正极上O2得电子反应还原反应，故A正确；B正极上O2得电子反
2、应还原反应，电极反应式为O2+4e+4H+=2H2O，故B正确；C乙醇应该在负极上发生氧化反应，正极上是O2得电子发生还原反应，故C错误；D乙醇在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH3CH2OH-2e=CH3CHO+2H+，故D正确；故答案为C。典例2分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（ ）A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，正极反应式为6H2O+6e=6OH+3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2+D中Cu作正极，电极反应式为2H+2e=H2【答案】B【解析】中电解质溶液为稀硫酸，Mg比Al活泼，Mg作负极，Al作正极；中电解质溶液为NaOH溶液，Al失电子，
3、作负极，Mg作正极；中Fe在常温下遇浓硝酸钝化，作正极，Cu作负极；中Fe发生吸氧腐蚀，作负极，Cu作正极。据分析，中Mg作负极、中Mg作正极，中Fe作正极、中Fe作负极，故A项错误；中Mg作正极，发生还原反应，电极反应式为，故B项正确；中Fe作正极，故C项错误；中Cu作正极，电极反应式为，故D项错误。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：2Fe3+2e=2Fe2。据此，回答下列问题：（1）将反应3Cu+ 8H+2NO=3Cu2+2NO+
4、4H2O拆写为两个“半反应式”，还原反应式：_。（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(s)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)。该电池的正极反应式为_。【答案】（1）8H+ 2NO+6e=2NO+4H2O（2）2MnO2+ 2H2O+2e=2MnOOH+2OH【解析】（1）反应3Cu+8H+2NO=3Cu22NO+ 4H2O，其中Cu元素的化合价升高，被氧化，N元素的化合价降低，被还原，还原反应式为8H+2NO+6e=2NO+4H2O；（2）电池的总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l) =Zn(O
5、H)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。二对点增分集训1将反应2Fe3+2I=2Fe2+I2设计成如图所示的原电池。下列说法不正确的是（ ）A盐桥中的K+移向FeCl3溶液B反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极【答案】D【解析】A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I失去电子，发生氧化反应，正确；C项
6、，当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。2高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，下列叙述不正确的是（ ）A放电时负极反应式为3Zn-6e+6OH=3Zn(OH)2B充电时阳极反应式为2Fe(OH)3+10OH-6e=2FeO+8H2OC放电时每转移3mol电子，正极有1mol K2FeO4被还原D放电时正极附近溶液的碱性减弱【答
7、案】D【解析】根据电池反应式知，放电时负极上锌失电子发生氧化反应，所以电极反应式为3Zn-6e+6OH=3Zn(OH)2，选项A正确；充电时，阳极电极反应式与放电时正极反应式正好相反，电极反应式为2Fe(OH)3+10OH-6e=2FeO+8H2O，选项B正确；放电时，每转移3 mol电子，正极被还原的K2FeO4的物质的量=1mol，选项C正确；放电时，正极反应式为2FeO+8H2O+6e=2Fe(OH)3+10OH，有氢氧根离子生成，则溶液碱性增强，选项D不正确；答案选D。3钠离子电池成本低、安全性好，有望在未来取代锂离子电池，某新型可充电钠离子电池放电的工作原理如图所示。下列分析错误的是
8、（ ）A出于环保考虑，应尽量避免使用重金属（如Pb）作为钠的合金化元素B放电时，Na+由右室移向左室C放电时，正极反应式为：Na0.44MnO2+0.56e+0.56Na+NaMnO2D充电时，阴极质量变化4.6g时，外电路中通过0.1mol e【答案】D【解析】Pb是重金属元素有毒，易造成环境污染，A正确；根据图示原电池放电时，左室Mn的化合价降低，得电子，发生还原反应，因此层状晶体做正极，钠合金做负极，Na+向正极移动，即Na+由右室移向左室，B正确；原电池放电时放电时，层状晶体做正极，根据图示，正极反应式为：Na0.44MnO2+0.56e+0.56Na+NaMnO2，C正确；充电时，阴
9、极质量变化4.6g时，即有4.6g的钠元素质量发生变化，为0.2mol的钠离子变成钠单质，外电路中通过0.2mol e，D错误。4综合如图判断，下列说法正确的是（ ）A. 装置和装置中负极反应均是Fe2e=Fe2+B. 装置中正极反应是O2+2H2O+4e=4OHC. 装置和装置中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D. 放电过程中，装置左侧烧杯和装置右侧烧杯中溶液的pH分别增大和减小【答案】B【解析】装置中锌比铁活泼，则负极为锌，反应式为Zn-2e=Zn2+，装置中负极为铁，反应式为Fe-2e=Fe2+，A错误；装置中电解质溶液呈中性，为氧气得电子的反应，正极反应为O2+2H2O+4e=4OH，B
10、正确；装置中盐桥中的阳离子向左侧烧杯移动，装置中盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动，C错误；放电过程中，装置左侧烧杯和装置右侧烧杯中溶液的pH均增大，D错误。5可以将反应Zn+Br2ZnBr2设计成蓄电池，有下列四个电极反应：Br2+2e=2Br 2Br2e=Br2 Zn2e=Zn2+ Zn2+ +2e=Zn，其中表示放电时的正极反应（即充电时的阳极）和放电时的负极反应的分别是（ ）A和B和C和D和【答案】A【解析】充电时，阳极上电解质溶液中的阴离子失去电子发生氧化反应，所以是溴离子失去电子发生氧化反应生成溴单质，电极反应式为2Br2e=Br2；放电时，较活泼的金属锌失去电子发生氧化反应，电极反应式
11、为Zn2e=Zn2+，故选A。6可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg+2MnF3=2MnF2+MgF2。下列有关说法不正确的是（ ）A镁为负极材料B正极的电极反应式为MnF3+e=MnF2+FC电子从镁极流出，经电解质流向正极D每生成1mol MnF2时转移1mol电子【答案】C【解析】由电池反应知，镁作还原剂，发生氧化反应，镁极为负极，A项不符合题意；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，B项不符合题意；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项符合题意；锰元素由+3价降至+2价，D项不符合题意。7如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是（
12、）A分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类B微生物所在电极区放电时发生还原反应C放电过程中，H+从正极区移向负极区D正极反应式为MnO2+4H+2e=Mn2+2H2O【答案】D【解析】由图中信息可知，在微生物的作用下，有机物在负极被氧化为二氧化碳，正极上二氧化锰被还原为Mn2+，用了质子交换膜，说明电解质是酸性的。A. 分子组成为Cm(H2O)n的物质不一定是糖类，如HCHO就不是，A不正确；B. 微生物所在电极区为负极，放电时发生氧化反应，B错误；C. 原电池在放电过程中，阳离子向正极移动，故H+从负极区移向正极区，C不正确；D. 正极上二氧化锰被还原为Mn2+，电极反应式为MnO2+4
13、H+2e=Mn2+2H2O，D正确。8铝是地壳中含量最多的金属元素，它性能稳定，供应充足，铝空气电池具有能量密度高、工作原理简单、成本低、无污染等优点。铝空气电池工作原理示意图如图：下列说法错误的是（ ）A若是碱性电解质溶液中，则电池反应的离子方程式为：4Al+3O2+6H2O+4OH=4Al(OH)B若是中性电解质溶液中，则电池反应的方程式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3C如果铝电极纯度不高，在碱性电解质溶液中会产生氢气D若用该电池电解氯化钠溶液（石墨作电极），当负极减少5.4g时，阳极产生6.72L气体【答案】D【解析】若是碱性电解质，铝失去电子后与碱液中的OH反应，生成Al
14、(OH)，反应方程式为4Al+3O2+6H2O+4OH=4Al(OH)，故A正确；若是中性电解质，铝发生吸氧腐蚀失去电子，生成Al(OH)3，反应方程式为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3，故B正确；在碱液电解质溶液中，因铝纯度不高会形成原电池，发生析氢腐蚀，正极反应式为2H2O+2e=H2+2OH，故C正确；若用该电池电解氯化钠溶液(石墨作电极)，当负极减少5.4g时，转移0.6mol电子，但由于没说标况，所以阳极产生的气体体积不可知，故D错误；故答案为D。9一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是()Aa电极发生还原反应，作电池的正极Bb电极反应式为2NO+10e+1
15、2H+=N2+6H2OCH+由右室通过质子交换膜进入左室D标准状况下，电路中产生6mol CO2同时产生22.4 L的N2【答案】B【解析】A项，在该燃料电池中通入燃料的电极为负极，故电极a为负极，电极b为正极，a电极发生氧化反应，错误；B项，b电极为正极，发生还原反应，反应式为2NO+10e+12H+=N2+6H2O，正确；C项，溶液中H+由负极移向正极，即由左室通过质子交换膜进入右室，错误；D项，不能确定有机物中碳元素的化合价，则不能计算转移的电子数，也不能通过二氧化碳计算氮气的体积，错误。10（1）科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。上述生产硫酸的总反应方程式为_，b是_极（填“正”或“
16、负”），b电极反应式为_，a电极发生_。（填“氧化反应”或“还原反应”）生产过程中H+向_(填a或b)电极区域运动。（2）将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极，其电极反应式为：_，该燃料电池总反应式为：_，电池在放电过程中溶液的pH将_（填“下降”或“上升”、“不变”）。【答案】（1）2SO2+O2+2H2O=2H2SO4 正 O2+4e+4H+=2H2O 氧化反应 b （2）CH4+10OH-8e=CO+7H2O CH4+2O2+2OH=CO+3H2O 下降 【解析】（1）根据图像上述总反应为二氧化硫与氧气和水反应生成硫酸，反应式为
17、：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4；b为电池的正极，电极反应式为：O2+4e+4H+=2H2O；a为负极，失电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应；电池工作时，内电路中阳离子向正极移动，则氢离子向b极移动；（2）甲烷燃料电池，甲烷为电池的负极，甲烷失电子与溶液中的氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH4+10OH-8e=CO+7H2O；正极为：O2+4e+2H2O=4OH，得失电子总数相等时两式相加，总反应为：CH4+2O2+2OH=CO+3H2O，消耗溶液中的氢氧根离子，pH值下降；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。（1）Fe还原
18、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_。（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：初始pHpH2.5pH4.5NO的去除率接近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_。【答案】（1）FeNO+8e+10H+ =NH+3H2O（2）pH越大，Fe3+越易水解成FeO(OH)，FeO(OH)不导电，阻碍电子转移【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）pH
19、越大，Fe3+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越小，越容易生成疏松、能导电的Fe3O4，所以NO去除率高。12科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(就是H+)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：（1）该装置的能量转化形式为_。（2）Pt(a)电极是电池_（填“正”或“负”）极；（3）电解液中的H+向_（填“a”或“b”）极移动；（4）如果该电池工作时消耗1mol CH3OH，则电路中通过_ mol电子。（5）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池
20、有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是_。【答案】（1）化学能转化为电能 （2）负 （3）b （4）6 （5）对环境无污染 【解析】该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e=CO2+6H+，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应O2+4H+4e=2H2O，据此解答。(1)该装置的能量转化形式为原电池反应是化学能转化为电能；(2)Pt(a)电极甲醇通入失电子发生氧化反应，是电池负极；(3)燃料电池中，通入燃料的电极Pt(a)为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt(b)为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电解液中的H+向正极移动，即向b电极移动；(4)通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e=CO2+6H+，电子守恒，该电池工作时消耗1mol CH3OH，则电路中通过6mol电子；(5)燃料电池的能量转化率高，甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。10