《化学反应原理》主题之原电池原理及应用基本知识含答案.docx
《《化学反应原理》主题之原电池原理及应用基本知识含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《化学反应原理》主题之原电池原理及应用基本知识含答案.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《化学反应原理》主题之原电池原理及应用基本知识含答案
《化学反应原理》主题之
——原电池原理及应用基本知识
基本知识：
一、原电池
1、定义：
原电池是把转化成的装置。
2、原电池形成的条件：
3、原电池的工作原理
①粒子流向电流电子阴离子阳离子
②发生反应负极反应：
反应类型，发生反应
正极反应：
反应类型，发生反应
总反应：
反应类型，发生反应
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
二、化学电源
1、一次电池
2、二次电池（可充电池）——以铅蓄电池为例
放电时
负极：
充电时
阴极：
正极：
阳极：
总反应：
总反应：
做二次电池习题时，一定要看好充电方向还是放电方向，放电方向就是原电池的工作原理
①放电时的反应
a．负极反应：
Pb＋SO
－2e－===PbSO4；
b．正极反应：
PbO2＋4H＋＋SO
＋2e－===PbSO4＋2H2O；
c．总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
②充电时的反应
a．阴极反应：
PbSO4＋2e－===Pb＋SO
；
b．阳极反应：
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
；
c．总反应：
2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
3、燃料电池——以氢氧燃料电池为例
总反应：
酸性介质：
正极反应：
负极反应：
碱性介质：
正极反应：
负极反应：
熔融盐介质：
正极反应：
负极反应：
熔融氧化物介质：
正极反应：
负极反应：
1．下面装置中，能构成原电池的是________（填序号）。
答案 ②④⑥⑦⑨
2．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
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。
3．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。
4．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。
1．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，试说明原因：
________________________________________。
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
2．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。
请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。
答案
一思两变
1．将上题2中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。
答案
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，请画出产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系图像。
答案
3．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＋
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 4Li－4e－===4Li＋
（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），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↑。
2．Mg－AgCl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－
3．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－
3、燃料电池
介质
正极反应式
负极反应式
酸性
碱性
熔融碳酸盐
熔融氧化物
燃料：
氢气
电池总反应：
介质
正极反应式
负极反应式
酸性
碱性
熔融碳酸盐
熔融氧化物
燃料：
甲烷
电池总反应：
介质
正极反应式
负极反应式
酸性
碱性
熔融碳酸盐
熔融氧化物
燃料：
甲醇
电池总反应：
介质
正极反应式
负极反应式
酸性
碱性
熔融碳酸盐
熔融氧化物
燃料：
乙醇
电池总反应：
介质
正极反应式
负极反应式
酸性
碱性
熔融碳酸盐
熔融氧化物
燃料：
葡萄糖
电池总反应：
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）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
（2）碱性介质（如KOH） CH4－8e－＋10OH－===CO
＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
CH4＋2O2＋2OH－===CO
＋3H2O
（3）固体电解质（高温下能传导O2－）CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下CH4－8e－＋4CO
===5CO2＋2H2O2O2＋8e－＋4CO2===4CO
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
8．（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。
4．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见下图。
下列说法正确的是（ ）
A．a为CH4，b为CO2
B．CO
向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO
答案 D
解析 电极反应式为
负极：
CH4－8e－＋4CO
===5CO2＋2H2O
正极：
2O2＋8e－＋4CO2===4CO
根据图示中电子的移向，可以判断a处通甲烷，b处通O2，CO
应移向负极，由于是熔融盐，所以此电池在常温下不能工作。
5．如图是甲醇/过氧化氢燃料电池内部结构示意图。
工作时，甲醇和过氧化氢分别进入燃料电池的燃料腔和氧化剂腔，在各自催化剂的作用下发生反应，并向外界输出电能。
下列说法不正确的是（ ）
A．该电池的正极反应式：
H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
B．燃料腔中的多孔石墨电极为该燃料电池的负极，负极产生的H＋通过质子交换膜流向正极
C．电池工作时，1mol甲醇被氧化有6mol电子转移
D．电路中的电子经正极、负极、质子交换膜后再回到正极，形成闭合回路
答案 D
解析 电极反应式为
负极：
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
正极：
3H2O2＋6H＋＋6e－===6H2O
D项，电子由负极流向正极，不能通过质子交换膜，错误。
7．瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池示意图如图，有关说法正确的是（ ）
A．电流是由电极1经过电路流向电极2
B．电池工作时，正极附近pH增大
C．燃料电池电极1通入22.4LNH3，转移电子3mol
D．电极1反应为2NH3－6e－===N2＋6H＋
答案 B
解析 A项，燃烧电池中，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，故电流由电极2经外电路流向电极1；B项，电池工作时，正极氧气得到电子生成OH－，pH增大；C项，通入22.4L氨气，没有指明在标准状况下；D项，电解质溶液的环境为碱性，在电极反应方程式中不能出现H＋。
5．（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0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
答案 D
解析 根据电池总反应可以看出Cl2得电子，Ag失电子，所以在原电池中Cl2在正极上发生还原反应，Ag在负极上发生氧化反应。
正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，A项错误；因为电解质溶液为盐酸，所以负极上Ag失电子生成的Ag＋随即与附近的Cl－反应，B项错误；用氯化钠代替盐酸后，电极反应不发生改变，C项错误；当电路中转移0.01mole－时，负极生成0.01molAg＋，由于Ag＋＋Cl－===AgCl↓，所以消耗0.01molCl－，由于电荷守恒，同时有0.01molH＋通过阳离子交换膜转移至右侧溶液中，D项正确。
3．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。
下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．该装置中只涉及两种形式的能量转化
C．电池正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．P－型半导体连接的是电池负极
答案 C
解析 根据电子移向，a处应通H2，b处应通O2，A错误；在该装置中化学能转化为电能，电能转化为光能、热能等，B错误；P－型半导体连接的是电池正极，D错误。
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＋。
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。
1．（2014·浙江理综，11）镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。
NiMH中的M表示储氢金属或合金。
该电池在充电过程中的总反应方程式是：
Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH
已知：
6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO
下列说法正确的是（ ）
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－
B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：
H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
答案 A
解析 A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确；B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误；C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误；D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。
2．（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
答案 C
解析 图示所给出的是原电池装置。
A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，故正确。
4．（2014·大纲全国卷，9）下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（MH—Ni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
答案 C
解析 A项，在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正极发生的是还原反应，分析化合价的升降，正确；B项，因为该电池为金属氢化物镍电池，又有Ni（OH）2等产生，因此可用碱性溶液作电解质溶液，正确；C项，该反应为放电时的负极反应，错误；D项，氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密度越高，正确。
升级会员 