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第2讲 原电池 化学电源 [考纲要求] 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 考点一 原电池及其工作原理 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．工作原理 以铜锌原电池为例 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沿导线流向Cu 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 3. 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。 深度思考 1．在下列原电池图示中依据电子流向和离子移动方向画出形成闭合回路的原理。 2．判断正误，正确的划"√"，错误的划"×" (1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极 ( ) (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强 ( ) (3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应( ) (4)带有"盐桥"的原电池比不带"盐桥"的原电池电流持续时间长 ( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ 题组一 原电池正、负极的判断 1．下列有关原电池的说法中正确的是 ( ) A．在内电路中，电子由正极流向负极 B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极 C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生 D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化 答案 D 解析 A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。 2．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↑ 答案 B 解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。 归纳总结 原电池正、负极判断方法 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 原电池工作原理的考查 3．下列装置中能构成原电池产生电流的是 ( ) 答案 B 解析 A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。 4．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．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 答案 D 解析 CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。 反思归纳 规避原电池工作原理的4个易失分点 (1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。 (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。 (4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。考点二 原电池原理的应用 1．用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 2．设计制作化学电源 (1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。 (2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 3．比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 4．加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。 题组一 判断金属的活泼性 1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是 ( ) A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 答案 B 解析 金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A-B原电池，A为负极；C-D原电池，C为负极；A-C原电池，A为负极；B-D 原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。 2．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＞D B．C＞D＞A＞B C．D＞A＞B＞C D．A＞B＞D＞C 答案 C 解析 ①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，金属活动性A＞B；②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，金属活动性D＞A；③根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性B＞Cu；Cu能置换出C，说明金属活动性Cu＞C。则四种金属活动性的排列顺序是D＞A＞B＞C。 反思归纳 比较金属活泼性的"三种方法" (1)根据原电池：一般情况下，负极大于正极。 (2)根据电解池：易得电子的金属阳离子，相应金属的活动性较弱。 (3)根据金属活动性顺序表。 题组二 设计原电池 3．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是( ) A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 答案 D 解析 根据Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Cu作负极，含有Fe3＋的溶液作为电解质溶液，比Cu活泼性弱的作为正极。 4．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极_____________________，正极_____________，并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。 答案 Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 反思归纳 "装置图"常见失分点提示 (1)不注明电极材料名称或元素符号。 (2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)不能连成闭合回路。 题组三 改变化学反应速率 5．电工经常说的一句口头禅："铝接铜，瞎糊弄"，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：________________________________________。 答案 铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路 6．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示) (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________ (3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。 答案 (1)A (2)B (3)C 解析 加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋===CH3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但生成H2的体积不变，所以C项正确。 反思归纳 改变Zn与H＋反应速率的方法 (1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。 (2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。 考点三 化学电源 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 ①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4； ②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； ③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 (2)充电时的反应 ①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； ②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； ③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 4．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 深度思考 1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？ 答案 2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH______。 (填"减小"、"增大"或"不变") (2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH________。 (填"减小"、"增大"或"不变") 答案 (1)减小 减小 (2)减小 增大 题组一 化学电源中电极反应式的书写 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____________。 答案 (1)锂 Li－e－===Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑ 解析 分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。 (1)负极材料为Li(还原剂)，Li－e－===Li。 (2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。 2．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：__________________________________________________________________。 答案 4Al－12e－===4Al3＋ 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 思维模型 化学电源中电极反应式书写的一般步骤 "加减法"书写电极反应式 (1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 (2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。 (3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 题组二 "久考不衰"的可逆电池 3．一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6 mol·L－1的KOH溶液，下列说法正确的是 ( ) A．充电时阴极发生氧化反应 B．充电时将碳电极与电源的正极相连 C．放电时碳电极反应为H2－2e－===2H＋ D．放电时镍电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ 答案 D 解析 充电时，阴极得电子，发生还原反应，A错误；充电时，碳电极为阴极，与电源的负极相连，B错误；放电时碳电极的反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，C错误。 题组三 "一池多变"的燃料电池 4．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法： (1)酸性条件 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O① 燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O② ①－②×2，得燃料电池负极反应式：______________________。 (2)碱性条件 燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O① 燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－② ①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________。 (3)固体电解质(高温下能传导O2－) 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－ ② ①－②×2，得燃料电池负极反应式：_________________________。 (4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO ② ①－②×2，得燃料电池负极反应式：_______________________________________。 答案 (1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (4)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 思维模型 燃料电池电极反应式的书写 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况： (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－ (4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 再根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式 电池负极反应式＝电池的总反应式－电池正极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。 考点四 盐桥原电池的专题突破 1．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：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。 2．单池原电池和盐桥原电池的对比 图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会 升高。 图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。 关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。 深度思考 1．能用金属代替盐桥吗？ 答案 不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属代替盐桥，电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然结果就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。所以，只有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即"盐桥"。 2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？ 答案 可以，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。因为负极区发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，例如硫酸铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况，至于电解液要跟电极相同那只是一个做题的技巧，具体问题具体分析就行。 题组一 根据装置明确原理 1．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 答案 B 解析 由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。 2．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4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 答案 C 解析 当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为 负极：Fe－2e－===Fe2＋， 正极：Cu2＋＋2e－===Cu， 铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。 题组二 平衡移动与"盐桥"作用 3．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，乙中的石墨电极为负极 答案 D 解析 由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。 4．已知在酸性条件下发生的反应为AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作： Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸 Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液 结果发现电流计指针均发生偏转。 试回答下列问题： (1)两次操作中指针为什么发生偏转？ (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。 (3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为___________；(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为_____________________________________________________________________。 (5)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液(填"A"或"B")。 答案 (1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。 (2)操作Ⅰ加酸，c(H＋)增大，AsO得电子，I－失电子，所以C1是负极，C2是正极。操作Ⅱ加碱，c(OH－)增大，AsO失电子，I2得电子，此时，C1是正极，C2是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流计指针偏转方向不同。 (3)2I－－2e－===I2 (4)AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O (5)A 解析 由于酸性条件下发生反应AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，碱性条件下发生反应AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素：①不同环境中的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路。 当加酸时，c(H＋)增大，C1：2I－－2e－===I2，是负极；C2：AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O，是正极。 当加碱时，c(OH－)增大，C1：I2＋2e－===2I－，是正极；C2：AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O，是负极。 反思归纳 (1)当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流计指针示数为零；当电流计指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。 (2)电子流向的分析方法 改变条件，平衡移动；平衡移动，电子转移； 电子转移，判断区域；根据区域，判断流向； 根据流向，判断电极。 探究高考 明确考向 全国卷Ⅰ、Ⅱ高考题调研 1．(2013·新课标全国卷Ⅰ，10)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是 ( ) A．处理过程中银器一直保持恒重 B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 答案 B 解析 原电池原理及应用。 铝质容器、变黑的银器及食盐溶液构成原电池装置，铝作负极，变质的银器作正极。负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。Al3＋与S2－在溶液中不能大量共存，能发生水解相互促进反应2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原电池总反应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故B项正确，C项错误；A项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应，银器中Ag2S被还原成Ag，质量减轻，A项错误；D项，黑色褪去的原因是黑色的Ag2S转化为Ag，D项错误。 2．(2013·新课标全国卷Ⅱ，11)"ZEBRA"蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( ) A．电池反应中有NaCl生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 答案 B 解析 结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A项，负极反应为Na－e－===Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。 3．[2012·新课标全国卷，26(4)]与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为______________，该电池总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 答案 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－ 解析 正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，两电极反应式相加得2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。 各省市高考题调研 1．(2013·江苏，1)燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是 ( ) A．甲醇 B．天然气 C．液化石油气 D．氢气 答案 D 解析 甲醇、天然气(CH4)、液化石油气(气态烃)燃烧均生成CO2和H2O，CO2会造成温室效应，氢气燃烧只生成H2O，因此最环保的是氢气，D项正确。 2．(2013·江苏，9)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是 ( ) A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C．石墨电极附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正极移动 答案 C 解析 Mg-H2O2-海水电池，活泼金属(Mg)作负极，发生氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正极(石墨电极)发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－(由于电解质为中性溶液，则生成OH－)，A、B项错误，C项正确；原电池电解质溶液中Cl－向负极移动，D项错误。 3．(2012·四川理综，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是 ( ) A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案 C 解析 解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4 mol电子时消耗1 mol O2，则转移0.4 mol电子时消耗2.24 L O2，故B、D错；电池反应式即正负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。 4．(2013·安徽理综，10)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0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转 答案 D 解析 正极应得到电子发生还原反应，A错误；放电时为原电池，阳离子移向正极，B错误；每转移0.1 mol电子，根据电子守恒，应生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C错误；常温下，电解质不能熔融形成自由移动的离子，所以不能导电，故指针不偏转，D正确。 5．(2012·福建理综，9)将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是 ( ) A．Cu电极上发生还原反应 B．电子沿 Zn→a→b→Cu 路径流动 C．片刻后甲池中c(SO)增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色 答案 A 解析 将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。 6．(2013·高考试题组合) (1)[2013·广东理综，33(2)(3)]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 ①完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 ②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________。 ③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是__________。 ④根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在上述的材料中应选__________作阳极。 (2)[2013·北京理综，26(4)]通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下： ①Pt电极上发生的是________反应(填"氧化"或"还原") ②写出NiO电极的电极反应式：__________________________________。 答案 (1)①(或其他合理答案) ②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出 ③甲 在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能 ④锌片 (2)①还原 ②NO＋O2－－2e－===NO2 解析 (1)①根据题给条件和原电池的构成条件可得： a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 c．注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。 ②由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。 ③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。 ④由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。 (2)由图示可知原电池发生反应为2NO＋O2===2NO2，NO为还原剂，O2为氧化剂，O2在Pt电极得电子发生还原反应：O2＋4e－===2O2－。NO在NiO电极上失电子发生氧化反应：NO＋O2－－2e－===NO2。 7．(2012·高考试题组合) (1)[2012·海南，13(4)]肼-空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为_______________________________________________________。 (2)[2012·江苏，20(3)]铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为_________________。 答案 (1)N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑ (2)2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O 解析 (1)该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑。(2)由铝电池原理图可知，Al作负极，AgO/Ag作正极，电池反应式为2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O。 练出高分 1．下列反应没有涉及原电池的是 ( ) A．生铁投入稀盐酸中 B．铜片与银片用导线连接后，同时插入FeCl3溶液中 C．纯锌投入硫酸铜溶液中 D．含铜的铝片投入浓硫酸中 答案 D 解析 A项生铁中含碳，投入稀盐酸中时构成原电池；B项构成原电池；C项锌置换出铜后，构成锌铜原电池；D项浓硫酸不导电，不能构成原电池。 2．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是 ( ) A．由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ 答案 C 解析 由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极材料是Fe，反应式为Fe－2e－=== Fe2＋，C错。 3．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。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，正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，则下列推断正确的是 ( ) A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O B．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性 C．该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子 D．放电时负极有CO2生成 答案 D 解析 由总反应式减去正极反应式得到负极反应式：2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，则可判断负极有CO2生成，A项错误，D项正确；该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾，在常温下无法工作，B项错误；该电池供应2 mol水蒸气时，转移的电子为4 mol，C项错误。 4．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在一定温度下供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图。下列说法中错误的是 ( ) A．电池工作时，质子向电池的正极迁移 B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极 C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋ D．b极上发生的电极反应是4H＋＋O2＋4e－===2H2O 答案 C 解析 a极上发生的是失电子的氧化反应，电极反应是C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C错。 5．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，电流计(G)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做正极 D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－ 答案 D 解析 装置Ⅰ中的反应，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作，电流计(G)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深。向装置Ⅱ的B烧杯中加入NaOH溶液，AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。 6．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是 ( ) ①通入CH4的电极为正极 ②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O ④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动 ⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动 A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③ 答案 B 解析 根据题意知发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反应产生的CO2在KOH溶液中会转化为CO。CH4为还原剂，应为电源的负极，所以①错误；正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正确，③错误；放电时溶液(原电池内电路)中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。 7．一种太阳能电池的工作原理如下图所示，电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液，下列说法不正确的是 ( ) A．K＋移向催化剂b B．催化剂a表面发生的化学反应：[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－ C．[Fe(CN)6]3－在催化剂b表面被氧化 D．电解池溶液中的[Fe(CN)6]4－和[Fe(CN)6]3－浓度基本保持不变 答案 C 解析 根据电子的流向，左电极为负极，右电极为正极，K＋移向正极，A项正确；负极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，正极反应式为[Fe(CN)6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－，B、D正确；C项[Fe(CN)6]3－在催化剂b表面被还原，错误。 8．太阳能光伏发电系统是被称为"21世纪绿色光源"的半导体照明(LED)系统(如图)。已知发出白光的LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG，化学式：Y3Al5O12)芯片封装在一起做成。下列说法中不正确的是 ( ) A．光伏发电是将太阳能转变为电能 B．上图中N区半导体为负极，P区半导体为正极，电流从a流向b C．YAG中钇显＋3价 D．Ga与N在元素周期表中不处于同一主族 答案 B 解析 B项，电流从b流向a，错误；C项，根据元素化合价的代数和为零可判断Y的化合价为＋＝＋3价。 9．由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是 ( ) A．石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极 B．Y的化学式可能为NO C．石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5 D．石墨Ⅱ极上发生氧化反应 答案 C 解析 A项，氧气在反应中被还原，所以石墨Ⅱ是正极，石墨Ⅰ是负极，故不正确；B项，Y是NO2被氧化后的产物，则为N2O5，故不正确；D项，石墨Ⅱ极上发生的是还原反应。 10．实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋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Zn－2e－===Zn2＋ B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去 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＋ 答案 B 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Zn－2e－===Zn2＋。由于左烧杯中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。 11．某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果： 实验序号 A B 烧杯中的液体 灵敏电流计指针是否偏转 1 Zn Zn 乙醇 无 2 Zn Cu 稀硫酸 有 3 Zn Zn 稀硫酸 无 4 Zn Cu 苯 无 5 Cu C 氯化钠溶液 有 6 Mg Al 氢氧化钠溶液 有 分析上述实验，回答下列问题： (1)实验2中电流由________极流向________极(填"A"或"B")。 (2)实验6中电子由B极流向A极，表明负极是________(填"镁"或"铝")电极。 (3)实验5表明________(填字母序号，下同)。 A．铜在潮湿空气中不会被腐蚀 B．铜的腐蚀是自发进行的 (4)分析上表有关信息，下列说法不正确的是________。 A．相对活泼的金属一定作负极 B．失去电子的电极是负极 C．烧杯中的液体必须是电解质溶液 D．原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属) 答案 (1)B A (2)铝 (3)B (4)A 解析 (1)电流是由正极流向负极，实验2中，Cu为正极，Zn为负极；(2)电子由负极流向正极，实验6中电子由B极流向A极，表明负极是B(Al)；(3)实验5是铜的吸氧腐蚀，说明铜的腐蚀是自发进行的；(4)判断原电池负极时，不能简单地比较金属的活动性，要看反应的具体情况，如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；在原电池中负极失去电子，发生氧化反应；必须有电解质溶液形成闭合回路；活泼性不同的两种金属，或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。 12．(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。 ①某原电池装置如图所示，上图右侧烧杯中的电极反应式为____________，左侧烧杯中的c(Cl－)____________(填"增大"、"减小"或"不变")。 ②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧电极(指均在"左电极"或"右电极")产生H2。请在两池上标出电极材料(填"Fe"或"C")。 (2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为________________，正极反应式为______________。电池中的锌粉能和KOH发生反应，该反应类似于铝粉与KOH的反应，其化学方程式是____________________________，因此电池长时间不用会发生体积的膨胀和漏液。 (3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①写出正极反应式：____________。 ②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成H2________ L(标准状况)。 答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ 增大 ②甲池中：左-Fe，右-C，乙池中：左-Fe，右-C (2)Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－ Zn＋2KOH===K2ZnO2＋H2↑ (3)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ ②6.72 解析 (1)①原电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧烧杯中电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl－向负极迁移，故NaCl溶液中c(Cl－)增大。②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据电池的总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。由已知条件知，在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，C作原电池的正极，在右侧。(2)根据图示可知碱性锌锰干电池两极材料分别是Zn和MnO2，放电后的产物为Zn(OH)2和MnOOH，因此易得总反应式和正极反应式。(3)以转移的电子数为桥梁建立K2FeO4和H2的物质的量的关系：2K2FeO4～3H2，由此可知生成H2 0.3 mol，在标准状况下的体积为6.72 L。 13．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题： (1)此原电池的正极是石墨__________(填"a"或"b")，发生________反应。 (2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填"甲"或"乙")烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为 甲________________________________________________________________________； 乙________________________________________________________________________。 (4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。 答案 (1)a 还原 (2)乙 (3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－===5Fe3＋ (4)0.5 解析 (1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。 14．(1)分析如图所示的四个装置，回答下列问题： ①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为____________、_________。 ②装置c中产生气泡的电极为________电极(填"铁"或"铜")，装置d中铜电极上的电极反应式为___________。 (2)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为_____________、_____________。 答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O ②铁 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2 金属铬易被稀硝酸钝化 解析 (1)在稀H2SO4溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，正极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑。在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，负极的反应式为Al－3e－＋ 4OH－===AlO＋2H2O。在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO的还原反应，产生气泡。装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)由图1可知还原性Cr>Cu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，导致活动性降低。 15．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。下图是钒电池基本工作原理示意图： 请回答下列问题： (1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。 (2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O充电放电V2＋＋VO＋2H＋。放电时的正极反应式为__________，充电时的阴极反应式为_______________。放电过程中，电解液的pH________(填"升高"、"降低"或"不变")。 (3)钒电池基本工作原理示意图中"正极电解液"可能是________(填字母序号)。 a．VO、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液 c．VO溶液 d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液 (4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中"隔膜"的离子是_____________。 答案 (1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解 (2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高 (3)acd (4)H＋ 解析 (1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。 (2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO＋2H＋＋e－=== VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。 (3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。 (4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。 1 |
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