版高考化学一轮复习 第22讲 化学电源电极反应式的书写练习 新人教版.docx

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版高考化学一轮复习第22讲化学电源电极反应式的书写练习新人教版

第22讲　化学电源、电极反应式的书写

【考纲要求】　1.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2.能书写常见电源电极反应式和电池反应方程式。

考点一|常见化学电源（基础送分型——自主学习）

授课提示：

对应学生用书第108页

[巩固教材知识]

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：

负极（Zn），电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2；

正极（MnO2），电极反应式：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

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－2e－＋SO

===PbSO4；

②正极反应：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O；

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===

2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应。

①阴极反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

；

②阳极反应：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO

；

③总反应：

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。

电池

酸性

碱性或中性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2－4e－＋4OH－===4H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应式

2H2＋O2===2H2O

4.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。

（　　）

（2）手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。

（　　）

（3）若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁做电极材料。

（　　）

（4）碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。

（　　）

（5）燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。

（　　）

（6）氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋，O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

（　　）

（7）铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2mol电子时，消耗0.1molH2SO4。

（　　）

（8）二次电池充电时接线方式为

—·

·—

。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×　（8）√

[练透基础小题]

题点一　常见化学电源电极反应式的书写

1．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

答案：

B

2．（RJ选修4·P783题改编）镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：

Cd＋2NiO（OH）＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2由此判断错误的是（　　）

A．放电时，Cd做负极

B．放电时，NiO（OH）做负极

C．电解质溶液为碱性溶液

D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2

答案：

B

3．（RJ选修4·P781题改编）碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2，则其正极反应为_____________________________________。

答案：

MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－

题点二　原电池的简单计算

4．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。

该电池放电过程产生MnOOH。

（1）该电池的正极反应式为_________________________________________，

电池反应的离子方程式为__________________________________________。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。

（已知F＝96500C·mol－1）

解析：

（1）该电池为酸性锌锰干电池，电极反应式负极为：

Zn－2e－===Zn2＋，正极：

2MnO2＋2e－＋2H＋===2MnOOH。

（2）电量Q＝It＝0.5A×5×60s＝150C，则m（Zn）＝

×65g·mol－1＝0.05g。

答案：

（1）MnO2＋H＋＋e－===MnOOH

2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋

[注：

式中Zn2＋可写为Zn（NH3）

、Zn（NH3）2Cl2等，H＋可写为NH

]

（2）0.05

5．二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池（5.93kW·h·kg－1）。

若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_________。

解析：

二甲醚直接燃料电池的总反应为CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O，负极反应式的书写步骤：

第一步先写反应物、生成物：

CH3OCH3——2CO2；

第二步写明转移电子数：

CH3OCH3－12e－——2CO2；

第三步配平：

3H2O＋CH3OCH3－12e－===2CO2＋12H＋。

答案：

CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

考点二|电极反应式的书写（重点保分型——师生共研）

授课提示：

对应学生用书第109页

[考向精练提考能]

考向一　已知原电池总反应写电极反应式

1．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_______________________________。

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），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↑。

答案：

（1）锂　4Li－4e－===4Li＋

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－试书写该电池的正、负极电极反应式。

答案：

负极：

Mg－2e－===Mg2＋

正极：

2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－

考向二　燃料电池电极反应式的书写

3．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2SO4）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

_____________________________________________________。

（2）碱性介质（如KOH）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

________________________________________________________。

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

____________________________________________________。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________；

总反应式：

_____________________________________。

答案：

（1）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋8e－＋8H＋===4H2O

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（2）CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（3）CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

2O2＋8e－===4O2－

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

（4）CH4－8e－＋4CO

===5CO2＋2H2O

2O2＋8e－＋4CO2===4CO

CH4＋2O2===CO2＋2H2O

4．（2015·全国高考课标卷Ⅰ）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

解析：

根据微生物电池工作原理示意图可知：

C6H12O6在负极上发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋；O2在正极上发生还原反应，电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O。

负极有CO2生成，A项错误；B项，微生物促进了反应中电子的转移，正确；C项，质子通过交换膜从负极区移向正极区，正确；D项，电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，正确。

答案：

A

[备考提醒]　总反应式法书写电极反应式

1．书写步骤

步骤一：

写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目（ne－）。

步骤二：

①找出正、负极发生反应的物质。

②确定溶液的酸碱性。

步骤三：

写电极反应式。

负极反应：

还原剂－ne－===氧化产物

正极反应：

氧化剂＋ne－===还原产物

2．书写技巧

若电极反应式较难时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即得较难的电极反应式。

考向三　可充电电池电极反应式的书写

电池充电的实质就是放电时发生变化再复原的过程。

如铅蓄电池：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

5．（2016·全国高考卷Ⅲ）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

解析：

充电时为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动，发生的反应为2Zn（OH）

===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，电解质溶液中c（OH－）增大，故A项、B项均错误；放电时负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

，故C项正确；每消耗1molO2电路中通过4mol电子，故D项错误。

答案：

C

6．2013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

解析：

由图可知，b极（Li电极）为负极，a极为正极，放电时，Li＋从负极（b）向正极（a）迁移，A项、D项正确；该电池放电时，负极：

xLi－xe－===xLi＋，正极：

Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，a极Mn元素的化合价发生变化，C项错误；由放电反应可得充电时的反应，B项正确。

答案：

C

7．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池（如图所示）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。

________________________________________________________________________。

（2）写出充电时的阴、阳极电极反应式。

________________________________________________________________________。

答案：

（1）负极：

H2－2e－＋2OH－===2H2O；

正极：

2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－

（2）阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；

阳极：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O

[真题发掘·知识串联]串线索　固双基　回扣关键知识

以两个甲烷燃料电池串联为载体　串联原电池的相关知识

授课提示：

对应学生用书第110页

高考载体　（海南高考卷改编）

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

知识串联——高考还可以这样考

（1）通入甲烷的一极作原电池的________极（填“正”或“负”下同），通入O2的一极作原电池的________极。

（2）该甲烷燃料电池中，负极反应式为____________________，正极反应式为____________________。

（3）电池工作时，燃料电池中OH－向哪一极移动？

________。

K＋向哪一极移动？

________________________。

（4）甲烷燃料电池工作时，若某一电极上消耗11.2L（标准状况下）的CH4气体，线路中转移电子的个数是多少？

________________________。

（5）若将甲烷燃料电池的电解质溶液由KOH溶液改为稀硫酸，试分别写出其正、负极的电极反应式。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b极得到的气体是什么？

________________________________________________________________________。

答案：

（1）负　正　

（2）CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O　2O2＋4H2O＋8e－===8OH－　（3）OH－向负极移动　K＋向正极移动　（4）4NA　（5）负极：

CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋　正极：

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O　（6）H2

课时作业（授课提示：

对应学生用书第287页）

1．（2016·全国高考卷Ⅱ）MgAgCl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↑

解析：

MgAgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误。

答案：

B

2.

（2017·北京朝阳统考）纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，图中这种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。

下列有关该纸电池说法不合理的是（　　）

A．Zn为负极，发生氧化反应

B．电池工作时，电子由MnO2流向Zn

C．正极反应：

MnO2＋e－＋H2O===MnO（OH）＋OH－

D．电池总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnO（OH）

解析：

锌为负极，失电子发生氧化反应，A正确；电池工作时，电子由Zn（负极）流向MnO2（正极），B错误；正极上MnO2得到电子，发生的反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO（OH）＋OH－，C正确；电池总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnO（OH），D正确。

答案：

B

3．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（　　）

A．放电时金属锂做负极

B．放电时OH－向正极移动

C．水既是氧化剂又是溶剂

D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

解析：

原电池中活泼金属做负极，锂比铁活泼，故锂做负极，A正确；原电池中，放电时阴离子向负极移动，B错误；金属锂和水反应生成氢氧化锂和氢气，该反应中，水是氧化剂，水在电池中还是溶剂，C正确；锂水电池中，金属锂和水反应生成氢氧化锂和氢气，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故D正确。

答案：

B

4．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2mol水蒸气的同时转移2mol电子

D．放电时负极有CO2生成

解析：

由总反应式减去正极反应式可得到负极反应式：

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，在常温下碳酸钾为固体，电池无法工作，B项错误；由电池总反应式可知，该电池供应2mol水蒸气时，转移的电子为4mol，C项错误。

答案：

D

5．一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．电池总反应为CH4＋H2O===3H2＋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，CO

向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析：

1molCH4→CO，C元素的化合价由－4价→＋2价，升高6价，故1molCH4参加反应时共转移6mol电子，故A错误；熔融碳酸盐环境中没有OH－，A电极上H2参与的电极反应式为H2＋CO

－2e－===CO2＋H2O，故B错误；根据原电池工作原理可知，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；根据电池原理可知，O2、CO2共同参加反应，正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO

，故D正确。

答案：

D

6.

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

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，错误；B项，Y是NO2被氧化后的产物，应为N2O5，错误；D项，石墨Ⅱ极上发生的是还原反应，错误。

答案：

C

7．某固体酸燃料电池以NaHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。

下列有关说法正确的是（　　）

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

C．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2

解析：

H2失电子发生氧化反应，则a为负极，电子通过外电路由a极流向b极，故A错误；原电池中，阳离子向正极移动，所以H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极，故B正确；该电池为酸性燃料电池，则正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故C错误；因没有说明是否为标准状况，则消耗H2的体积不一定为1.12L，故D错误。

答案：

B

8．（2016·四川高考卷）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＋xLi＋

解析：

由放电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，在原电池内部阳离子由负极向正极迁移，A、B项均正确；充电时阴极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，阳极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，转移xmole－，石墨电极增重7xg，若转移1mole－，石墨电极将增重7g，C项不正确，D项正确。

答案：

C

9．（2017·河南信阳五县联考）新型LiFePO4可充电锂离子动力电池放电时正极反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，负极反应为Li－e－===Li＋。

下列说法中正确的是（　　）

A．充电时动力电池上标注“＋”的电极应与外接电源的正极相连

B．放电时电池反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4

C．放电时电池内部Li＋向负极移动

D．放电时，在正极上Li＋得电子被还原

解析：

充电时动力电池上标注“＋”的电极上发生氧化反应，应与外接电源的正极相连，A正确；放电时电池总反应是FePO4＋Li===LiFePO4，B错误；放电时原电池