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2017年高考化学一轮复习精品导学案:专题6.2 原电池 化学电源(解析版)

资料类别: 化学/学案

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1.了解原电池的工作原理。
2.能写出电极反应式和电池反应方程式。
3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
 
一、原电池的工作原理及其应用
1.原电池的概念:将化学能转化为电能的装置。
2.原电池的构成条件:
(1)能自发地发生氧化还原反应。
(2)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。
①负极:活泼性较强的金属。
②正极:活泼性较弱的金属或能导电的非金属。
(3)电极均插入电解质溶液中。
(4)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
3.工作原理
以锌铜原电池为例

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	盐桥中含饱和KCl溶液,
K+移向正极,Cl-移向负极		原电池反应方程式	Zn + Cu2+===Zn2++  Cu		4.原电池原理的三大应用
(1)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。
(2)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。
(3)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。
如:根据反应2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
二、化学电源
1.一次电池(碱性锌锰干电池)。
碱性锌锰干电池的工作原理如图:

2.二次电池(以铅蓄电池为例)

(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。
3.燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
	酸性	碱性		负极反应式	2H2-4e-===4H+	2H2+4OH--4e-===4H2O		正极反应式	O2+4H++4e-===2H2O	O2+2H2O+4e-===4OH-		电池总反应式	2H2+O2===2H2O		
高频考点一 原电池的形成条件及正、负极的判断
例1.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.从理论上讲,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
 D
 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。
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
 D
 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↑
 B
  有关盐桥电池原理的考查
.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↑
 B
 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+。
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______________。
(3)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)
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
(3)锌片
高频考点三 平衡移动与“盐桥”作用
.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.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极
D
【解析】 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,电流表(A)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作正极
D.乙组操作时,C1上发生的电极反应为I2+2e-===2I-
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,所以甲组操作时,电流表(A)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ⅡB烧杯中加入NaOH溶液中,C2上发生: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。
 判断金属的活泼性
.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
 C
高频考点五 判断正、负极,书写化学电源电极反应式
.Li­SOCl2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LiAlCl4­SOCl2。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
________________________________________________________________________。
 (1)锂 4Li-4e-===4Li+
(2)2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑
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),4Li-4e-===4Li+。
(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↑。
可逆电池
.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6mol·L-1的KOH溶液。

(1)写出放电时的正、负极电极反应式。
负极:H2-2e-+2OH-===2H2O;
正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-。
(2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。
 阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-;
阳极:2Ni(OH)2+2OH--2e-===2NiO(OH)+2H2O。
我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(  )

A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
 C
【方法技巧】
1.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。
(4)燃料电池的电极反应中,酸性溶液中不能出现OH-,碱性溶液中不能出现H+,水溶液中不能出现O2-,而熔融电解质中O2被还原为O2-。

12016年高考北京卷】用石墨电极完成下列电解实验。
	实验一	实验二		装置	[			现象	a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化	两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……		下列对实验现象的解释或推测不合理的是(   )
A.a、d处:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B.b处:2Cl--2e-=Cl2↑
C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
【答案】B
【解析】
故相当于电镀,即m上有铜析出,D正确。
2.【2016年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示(   )

A.铜棒的质量      B.c(Zn2+)
C.c(H+)            D.c(SO42-)
【答案】C
【解析】3.【2016年高考四川卷】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(x<1)。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++ C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨C6电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+
【答案】C
【解析】 放电时,阳离子向正极移动,A正确;放电时,负极失去电子,B正确;充电时,若转移1mol电子,则石墨电极上溶解1/xmol C6,电极质量减少,C错误;充电时阳极失去电子,为原电池的正极的逆反应,D正确。
4.【2016年高考新课标Ⅰ卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(     )
A.通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成
【答案】B
【解析】5.【2016年高考新课标Ⅱ卷】Mg-AgCl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-=Ag
C.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正确,B错误;对原电池来说,阴离子由正极移向负极,C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正确。
2016年高考浙江卷】金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(   )

A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池,Al–空气电池的理论比能量最高
C.M–空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D.在M–空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
【答案】C
【解析】7.【2016年高考浙江卷】(15分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平衡反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3 H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-53.7kJ·mol-1   I
CO2(g)+ H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2   II
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:

【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醛的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H2O(l) H2O(g)  ΔH3=44.0kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在  极,该电极反应式是              。
【答案】
(5)阴    CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O
【解析】1.【2015新课标Ⅰ卷理综化学】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,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(   )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
【答案】A
【解析】首先根据原电池反应判断出厌氧反应为负极侧,有氧反应为正极侧。A、根据厌氧反应中碳元素的化合价的变化:葡萄糖分子中碳元素平均为0价,二氧化碳中碳元素的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,所以在负极生成。错误;B、在微生物的作用下,该装置为原电池装置。原电池能加快氧化还原反应速率,故可以说微生物促进了电子的转移。正确;C、原电池中阳离子向正极移动。正确;D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应。正确。 
2.【2015天津理综化学】锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是(   )

A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
【答案】C
【解析】3.【2015江苏化学】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(    )
A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子
B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-=2H2O
C.电池工作时,CO32-向电极B移动  
D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32-
【答案】D
【解析】4.(2015·浙江理综,11)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O­CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是(  )

A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是H2O+2e-===H2+O2-、CO2+2e-===CO+O2-
C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
 D
 由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应,此极上得到电子,应为阴极,故X极为电源的负极,A、B项正确;C项,根据电极上的反应物和生成物,可知总反应方程式正确;D项,因阳极电极反应式为2O2--4e-===O2↑,结合电子得失相等,可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,错误。
1.(2014·福建理综,11)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。 下列说法正确的是   (  )。

A.正极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-    
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成   
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变    
D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 
 D2.(2014·北京理综,8)下列电池工作时,O2在正极放电的是(  )。
			
		A.锌锰电池	B.氢燃料电池	C.铅蓄电池	D.镍镉电池		 B 氢燃料电池中,负极上 H2 放电,正极上 O2 放电,A、C、D 中均不存在 O2 放电,故选B。
3.(2014·新课标全国卷Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(  )。

A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
 C4. (2014·天津理综,6)已知:锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2
锂硫电池的总反应为:2Li+SLi2S
有关上述两种电池说法正确的是(  )。

A.锂离子电池放电时,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
 B A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;二次电池充电过程为电解的过程,阴极发生还原反应,B项正确;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,左边装置已经是放完电的电池,应为锂硫电池给锂离子电池充电。
5. (2014·大纲全国,9)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH­Ni电池)。下列有关说法不正确的是(  )。

A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e-―→Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时负极反应为:MH+OH-―→H2O+M+e-
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
 C 6.(2014·海南卷,16)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成 LiMnO2。回答下列问题:

(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。
(填字母)
(2)电池正极反应式为_______________________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?________(填“是”或“否”),原因是________________________________________________________________________。
(4)MnO2 可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________________________________________________________________________。
 (1)b a   (2)Li+ +  MnO2+e-===LiMnO2
(3)否 锂能与水发生反应    (4)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O 2∶1 由 Li+ 的迁移方向可知,b为正极,其电极反应为:Li++MnO2+e-===LiMnO2,a为负极,其电极反应为:Li - e-===Li+,电流由b流向a。由于锂能与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
7.(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LiCl­KCl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
 D 8.(2013·江苏,9)Mg­H2O2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,示意图如图。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
 C Mg­H2O2­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-(由于电解质溶液为中性溶液,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。
9.(2013·全国新课标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
 B 
1.X、Y、Z、M、N代表五种金属,有以下反应:
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中,M上冒气泡;
②M、N为电极,与N的盐溶液组成原电池,电子从M极流出,经过外电路,流入N极;
③Z+2H2O(冷水)===Z(OH)2+H2↑;
④水溶液中,X+Y2+===X2++Y。
则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为(  )
A.Z>X>Y>M>N			B.Z>Y>X>M>N
C.Z>X>Y>N>M			D.X>Y>M>N>Z
 A
 ①Y与M用导线连接放入稀硫酸中,M上冒气泡,证明M为原电池的正极,所以活动性:Y>M;②在原电池反应中,电子流出的电极为负极,电子流入的电极为正极,由于电子从M极流出,经过外电路,流入N极,所以活动性:M>N;③Z+2H2O(冷水)===Z(OH)2+H2↑,证明Z的活动性很强,是题目提供的所有的元素中最强的;④水溶液中,X+Y2+===X2++Y,则证明活动性:X>Y。所以这五种金属的活动性由强到弱的顺序为Z>X>Y>M>N。
2.某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(  )

A.乙烧杯中发生还原反应
B.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
C.电池工作时,盐桥中的SO移向甲烧杯
D.外电路的电流方向是从a到b
D
【解析】 3.将反应IO+5I-+6H+3I2+3H2O设计成如下图所示的原电池。开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸,电流表指针发生偏转,一段时间后,电流表指针回到零,再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液,电流表指针再次发生偏转。下列判断不正确的是(  )

A.开始加入少量浓硫酸时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.开始加入少量浓硫酸时,同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液,只有乙烧杯中溶液变蓝
C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.两次电流表指针偏转方向相反
 B
 加入少量浓H2SO4时,电极反应式:
负极:10I--10e-===5I2
正极:2IO+10e-+12H+===I2+6H2O
加入几滴浓NaOH溶液时,电极反应式:
负极:5I2+10e-===10I-
正极:I2-10e-+12OH-===2IO+6H2O
B项,根据电极反应可以看出,甲、乙烧杯中均有I2生成,所以甲、乙烧杯中溶液均变蓝。
4.甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的手机电池中的反应为
2CH3OH+3O2+4OH-2CO+6H2O。有关说法正确的是(  )
A.放电时,CH3OH参与反应的电极为正极
B.放电时,负极电极反应:CH3OH+8OH--6e-===CO+6H2O
C.标况下,通入11.2LO2完全反应有1mol电子转移
D.充电时电解质溶液的pH逐渐减小
 B
 5.甲醇燃料电池容易携带、容易存储等优点,目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型,下列有关说法正确的是(  )

A.Y极为电池的负极
B.X极的电极反应式:
CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+
C.若常温下用该电池电解100mLKCl溶液至pH=12时,电池质子交换膜迁移的A为0.01mol
D.空气以20%为氧气计算,X极每消耗1mol甲醇,Y极必消耗168L空气中的氧气
 B
 根据X极、Y极所通入的物质,可以判断,X极为负极,Y极为正极,其电极反应式为X极(负极):CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+;Y极(正极):O2+6e-+6H+===3H2O。C项,2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,n(OH-)=0.01mol·L-1×0.1L=10-3mol,所以电池质子交换膜迁移的A(H+)应为0.001mol;D项,没有给出氧气所处的条件,不能求出氧气的体积。
6.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列说法不正确的是(  )
A.在熔融电解质中,O2-向负极定向移动
B.电池的总反应为2C4H10+13O2===8CO2+10H2O
C.通入空气的一极是正极,电极反应为O2+4e-===2O2-
D.通入丁烷的一极是负极,电极反应为C4H10+26e-+13O2-===4CO2↑+5H2O
 D
 7.人工光合作用能够借助太阳能用CO2和水制备化学原料,如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法中正确的是(  )

A.催化剂a处通CO2气体,催化剂b处加水
B.催化剂a处发生的反应为2H2O+4e-===O2↑+4H+
C.该电池的电解质溶液可采用HCOOH溶液
D.在合成HCOOH的过程中,电池内部的H+的物质的量浓度不发生改变
 C
 根据电子流向,左边为负极,右边为正极,电极反应式为负极:2H2O-4e-===4H++O2;正极:2CO2+4e-+4H+===2HCOOH。A项,a处加入H2O,b处通CO2,错误;D项,电池总反应式为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2,HCOOH电离出H+,所以H+浓度应增大。
8.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时,可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图所示,其中的固体电解质是Y2O3­Na2O,O2-可以在其中自由移动。

下列有关叙述正确的是(  )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a
B.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b
C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
D.当固体电解质中有1molO2-通过时,电子转移4mol
 C
9.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总反应为NaTi2(PO4)3+2Na2NiFeⅡ (CN)6Na3Ti2(PO4)3+2NaNiFeⅢ(CN)6(注:其中P的化合价为+5,Fe的上标Ⅱ、Ⅲ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.充电过程中阳极反应式为2NaNiFeⅢ(CN)6+2Na++2e-===2Na2NiFeⅡ (CN)6
D.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
 C
 A项,放电时,NaTi2(PO4)3―→Na3Ti2(PO4)3,Ti的化合价由+4―→+3价,发生还原反应;C项,阳极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,阴极反应式为2NaNiFeⅢ(CN)6+2e-+2Na+===2Na2NiFeⅡ(CN)6。
10.寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂LiFePO4是一种新型汽车锂离子电池,总反应为FePO4+LiLiFePO4,电池中的固体电解质可传导离子,下列说法错误的是(  )
A.放电时,正极材料是磷酸亚铁锂(LiFePO4)
B.放电时,正极反应为FePO4+Li++e-===LiFePO4
C.充电时,Li+和Fe2+向阴极移动,PO向阳极移动
D.充电时,阴极反应为Li++e-===Li
 C
 放电时,电极反应式为负极:Li-e-===Li+,正极:FePO4+e-+Li+===LiFePO4;充电时,电极反应式为阴极:Li++e-===Li,阳极:LiFePO4-e-===Li++FePO4。C项,充电时,Li+在阳极生成,移向阴极得e-生成Li,Fe2+失去电子生成Fe3+和PO结合生成FePO4。
11.随着各地“限牌”政策的推出,电动汽车成为汽车届的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池,其工作原理如图,A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2。下列说法不正确的是(  )

A.充电时Li+从右边流向左边
B.放电时,正极锂的化合价未发生改变
C.充电时B作阳极,该电极放电时的电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
D.废旧钴酸锂(LiCoO2)电池进行“放电处理”让Li+进入石墨中而有利于回收
 D
 12. Mg—AgCl电池是一种用海水激活的一次电池,在军事上用作电动鱼雷的电池,电池的总反应可表示为Mg+2AgCl===MgCl2+2Ag。下列关于该电池的说法错误的是(  )
A.该电池工作时,正极反应为2AgCl+2e-===2Cl-+2Ag
B.该电池的负极材料可以用金属铝代替
C.有24gMg被氧化时,可还原得到108gAg
D.装有该电池的鱼雷在水中进行时,海水作为电解质溶液
 C
 A项,由电池反应方程式看出,Mg是还原剂、AgCl是氧化剂,故金属Mg作负极,正极反应为2AgCl+2e-===2Cl-+2Ag,故A正确;B项,该电池的负极材料可以用金属铝代替,故B正确;C项,电极反应式:Mg-2e-===Mg2+,24gMg即1mol被氧化时,转移电子是2mol,正极反应为2AgCl+2e-===2Cl-+2Ag,可还原得到216gAg,故C错误;D项,因为该电池能被海水激活,海水可以作为电解质溶液,故D正确。故答案选C。
13.锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:

(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
(2)电池正极反应式为_______________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?______(填“是”或“否”),原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为________________________________。K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。
 (1)b a
(2)MnO2+e-+Li+===LiMnO2
(3)否 电极Li是活泼金属,能与水反应
(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O 2∶1
14.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,在传统的锌铜原电池中,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的,电池总反应为VO2++V3++H2OV2++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)。
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_______________________。
 (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+
  














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