【教材梳理】
一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
1．化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能——火力發(fā)電
(1)過(guò)程
化學(xué)能eq \(――→,\s\up9(燃料燃燒))熱能eq \(――→,\s\up9(蒸汽輪機(jī)))機(jī)械能eq \(――→,\s\up9(發(fā)電機(jī)))電能
(2)關(guān)鍵——燃燒(氧化還原反應(yīng))
2．化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能——化學(xué)電池
(1)實(shí)驗(yàn)探究
(2)原理分析
(3)原電池
①定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
②工作原理(以銅-鋅-稀硫酸原電池為例)
二、化學(xué)電池——新能源和可再生能源的重要組成部分
1．一次電池——鋅錳干電池
2.二次電池
3．發(fā)展中的燃料電池
【自主檢測(cè)】
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)火力發(fā)電過(guò)程經(jīng)過(guò)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。( )
(2)原電池工作時(shí)電子從正極流出。( )
(3)原電池中的陰離子移向正極。( )
(4)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放熱反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)成原電池。( )
(5)原電池中的負(fù)極反應(yīng)一定是電極材料失電子。( )
(6)任何氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是( )
A．只有甲 B．只有乙
C．只有丙 D．除乙均可以
解析：選C。甲裝置不能構(gòu)成閉合回路，乙裝置兩極材料相同，丁裝置酒精是非電解質(zhì)，只有丙裝置具備原電池的構(gòu)成條件。
學(xué)習(xí)任務(wù)1 原電池的構(gòu)成條件及正負(fù)極的判斷方法
1．原電池的構(gòu)成條件
記憶口訣：兩極一液一連線，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)定中心。
2．原電池的工作原理
(1)兩反應(yīng)：正極——還原反應(yīng)；負(fù)極——氧化反應(yīng)。
(2)三方向
①電流方向：正極→負(fù)極；
②電子流動(dòng)方向(導(dǎo)線中)：負(fù)極→正極；
③陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向(電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中)
陽(yáng)離子：負(fù)極→正極；
陰離子：正極→負(fù)極。
[名師點(diǎn)撥]
在原電池中，電子在導(dǎo)線中定向移動(dòng)(由負(fù)極流出，流入正極)，離子在溶液中定向移動(dòng)(陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極)，即“電子不下水，離子不上岸”或“電子走陸路，離子走水路”，它們共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。
3．原電池正負(fù)極的判斷方法
[易錯(cuò)提醒]
(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，如石墨。兩極材料可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。
(2)兩個(gè)活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，還必須有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。
(3)在判斷原電池正負(fù)極時(shí)，既要考慮金屬活潑性的強(qiáng)弱，也要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)。例如：Mg-Al-HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg，正極為Al；但是Mg-Al-NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al，正極為Mg。
(2020·淄博高一檢測(cè))如圖所示電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．B極為原電池的正極
B．A、B、C可分別為Zn、Cu和稀鹽酸
C．C中陽(yáng)離子向A極移動(dòng)
D．A極發(fā)生氧化反應(yīng)
[思維建模] 解答有關(guān)原電池問(wèn)題的思維流程如下：
[解析] 原電池中，負(fù)極金屬失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，溶解，質(zhì)量減小，故A極為負(fù)極，B極為正極，A、D項(xiàng)正確；A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時(shí)，可以構(gòu)成原電池，且現(xiàn)象符合題意，B項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向正極，C項(xiàng)錯(cuò)誤。
[答案] C
[延伸探究] (1)若將“B極上有氣泡產(chǎn)生”改為“B極上有金屬析出”，答案選什么？
(2)將例題中B項(xiàng)改為“A、B、C分別為Fe、Cu和濃硝酸”，能否構(gòu)成原電池？若能，正、負(fù)極分別是什么？
答案：(1)選BC。“B極上有金屬析出”說(shuō)明在正極上電解質(zhì)溶液中的金屬陽(yáng)離子發(fā)生還原反應(yīng)，B項(xiàng)也錯(cuò)誤。
(2)能構(gòu)成原電池。由于Fe遇濃硝酸鈍化，Cu常溫下可與濃硝酸反應(yīng)，故Fe做正極，Cu做負(fù)極。
1．下列各個(gè)裝置中能構(gòu)成原電池的是( )
解析：選B。該裝置兩電極的活潑性相同，不能構(gòu)成原電池，A錯(cuò)誤；該裝置符合原電池的構(gòu)成條件，能構(gòu)成原電池，B正確；酒精是非電解質(zhì)，該裝置不能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池，C錯(cuò)誤；該裝置沒(méi)有形成閉合回路，不能構(gòu)成原電池，D錯(cuò)誤。
2．如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上記錄如下，其中描述合理的是( )
①Zn為正極，Cu為負(fù)極 ②H＋向負(fù)極移動(dòng) ③電子流動(dòng)方向?yàn)橛蒢n經(jīng)外電路流向Cu ④Cu極上有H2產(chǎn)生 ⑤若有1 ml電子流過(guò)導(dǎo)線，則產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量為0.5 ml ⑥正極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
解析：選B。在該原電池中，Zn比Cu活潑，故Zn做負(fù)極，Cu做正極，電子由Zn流出經(jīng)外電路流向Cu，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，故每轉(zhuǎn)移1 ml電子時(shí)，產(chǎn)生H2 0.5 ml，在溶液中H＋向正極移動(dòng)，SOeq \\al(2－,4)向負(fù)極移動(dòng)，故①②⑥錯(cuò)誤，③④⑤正確。
學(xué)習(xí)任務(wù)2 原電池原理的應(yīng)用
1．加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行
一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池可以加快反應(yīng)進(jìn)行。
2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱
兩種金屬分別做原電池的兩極時(shí)，一般做負(fù)極的金屬比做正極的金屬活潑。
3．用于金屬的防護(hù)
將被保護(hù)的金屬與比其活潑的金屬連接。
4．設(shè)計(jì)原電池
(1)依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑為電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子(或在正極上被還原)。
(2)步驟(以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例)
(2020·岳陽(yáng)高一檢測(cè))把A、B、C、D四塊金屬浸在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成多種原電池。若A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，D上有氣泡逸出；A、C相連時(shí)，A極減輕；B、D相連時(shí)，B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小的排列是( )
A．A>C>D>BB．A>C>B>D
C．B>D>C>A D．A>B>C>D
[解析] A、B相連時(shí)，A為負(fù)極，說(shuō)明A與B相比較，A更加活潑；C、D相連，D上有氣泡逸出，則C為電源的負(fù)極，C比D活潑；A、C相連時(shí)，A極減輕，A參與了電極反應(yīng)，被消耗，則A為負(fù)極，A比C活潑；B、D相連，B為正極，則D是活潑金屬，做電源的負(fù)極，D比B活潑。故有A>C>D>B。
[答案] A
鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑取?br>(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：
________________________________________________________________。
(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫出原電池的裝置圖并標(biāo)出正、負(fù)極，在下列橫線上寫出電極反應(yīng)式。
正極反應(yīng)式：____________________________________________________；
負(fù)極反應(yīng)式：____________________________________________________。
[思維建模] 解答“設(shè)計(jì)原電池”類試題思維流程如下：
[解析] 依據(jù)反應(yīng)：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可得，氧化反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋，還原反應(yīng)為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，則設(shè)計(jì)思路明確：
原電池組成為Cu是負(fù)極，正極材料選用比銅不活潑的鉑或?qū)щ姷姆墙饘偈簦娊赓|(zhì)溶液選用FeCl3溶液。
[答案] (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)裝置圖如下：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
[誤區(qū)警示] 設(shè)計(jì)原電池裝置的兩個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)
(1)能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)一般是自發(fā)的放熱的氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(2)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，負(fù)極材料確定之后，正極材料的選擇范圍較廣，只要合理都可以。
1．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：
有由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是( )
A．a(chǎn)>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c
解析：選C。裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說(shuō)明a極金屬易失去電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒(méi)有形成原電池，由現(xiàn)象可知b比c活潑，且c位于金屬活動(dòng)性順序中氫的后面；裝置三和四均形成原電池，由現(xiàn)象易知d比c活潑，d比a活潑。 因此四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閐>a>b>c。
2．某原電池的總反應(yīng)離子方程式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，則下列關(guān)于該原電池的裝置中正確的是( )
解析：選C。該原電池的負(fù)極為鋅，正極是比鋅活潑性弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?，電解質(zhì)溶液中含有Cu2＋，故選C。
學(xué)習(xí)任務(wù)3 原電池電極反應(yīng)式的書寫
1．電極反應(yīng)式的書寫規(guī)律
(1)負(fù)極反應(yīng)式的書寫
①較活潑金屬做負(fù)極時(shí)，電極本身被氧化
若生成的金屬陽(yáng)離子不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其產(chǎn)物可直接寫為金屬陽(yáng)離子，如Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋；
若生成的金屬陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其電極反應(yīng)為兩反應(yīng)合并后的反應(yīng)，如鉛酸蓄電池的負(fù)極反應(yīng)為Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
②負(fù)極本身不反應(yīng)
氫氧(酸性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)為H2－2e－===2H＋；
氫氧(堿性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(2)正極反應(yīng)式的書寫
書寫時(shí)的總原則：首先根據(jù)元素化合價(jià)變化或氧化性強(qiáng)弱判斷得電子的微粒，其次確定該微粒得電子后生成什么物質(zhì)。
氫氧(酸性)燃料電池，正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
氫氧(堿性)燃料電池，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)書寫復(fù)雜電極反應(yīng)式的方法——加減法
①寫出總反應(yīng)，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4；
②寫出其中較為簡(jiǎn)單的一個(gè)半反應(yīng)(正極或負(fù)極)，如Li－e－===Li＋(負(fù)極)；
③利用總反應(yīng)與上述一極的反應(yīng)相減，即得另一電極的反應(yīng)式，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正極)。
2．一般電極反應(yīng)式的書寫思路
燃料電池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧氣(或空氣)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，若電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液，下面關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法正確的是( )
A．負(fù)極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．負(fù)極反應(yīng)式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．隨著放電的進(jìn)行，溶液的氫氧根濃度不變
D．放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)
[解析] O2＋2H2O＋4e－===4OH－應(yīng)為正極反應(yīng)式，A錯(cuò)誤；燃料氧化生成的二氧化碳不可能從強(qiáng)堿溶液中逸出，它將進(jìn)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化成碳酸根，所以負(fù)極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，B錯(cuò)誤；由于部分強(qiáng)堿和二氧化碳反應(yīng)，所以溶液的c(OH－)將減小，C錯(cuò)誤。
[答案] D
[方法總結(jié)] 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫
(1)寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的總反應(yīng)為CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)寫出正極反應(yīng)式。無(wú)論負(fù)極燃料是H2還是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH等)，正極一般都是O2發(fā)生還原反應(yīng)，若在堿性條件下，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性條件下，正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)寫出負(fù)極反應(yīng)式。負(fù)極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。
1．科學(xué)家近年來(lái)研制出一種新型細(xì)菌燃料電池，利用細(xì)菌將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進(jìn)入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池中發(fā)電，電池負(fù)極反應(yīng)式為( )
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：選C。根據(jù)題給信息可知，該燃料電池的總反應(yīng)式為2H2＋O2===2H2O；電解液為酸性溶液，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－，A錯(cuò)誤；又因?yàn)槿剂想姵刂胸?fù)極通入氫氣，正極通入氧氣，B、D錯(cuò)誤。
2．鋰電池是一代新型高能電池，它以能量密度大而受到普遍重視，目前已成功研制多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i＋MnO2===LiMnO2，下列說(shuō)法正確的是( )
A．Li是正極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e－===Li＋
B．Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e－===Li＋
C．MnO2是負(fù)極，電極反應(yīng)為MnO2＋e－===MnOeq \\al(－,2)
D．Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－2e－===Li2＋
解析：選B。根據(jù)原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，再結(jié)合總反應(yīng)可知，Li失去電子生成Li＋被氧化，為負(fù)極；MnO2得到電子被還原，為正極。
1．(2020·北京海淀區(qū)高一檢測(cè))下列設(shè)備工作時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是( )
解析：選A。A項(xiàng)，鋰離子電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，故正確；B項(xiàng)，太陽(yáng)能集熱器是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)，燃燒是放熱反應(yīng)，燃?xì)庠钍前鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，故錯(cuò)誤；D項(xiàng)，硅太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，故錯(cuò)誤。
2．下列有關(guān)電池的敘述不正確的是( )
A．水果電池是方便實(shí)用的家用電池
B．鉛酸蓄電池是一種常用的二次電池
C．氫氧燃料電池是一種高效、無(wú)污染的發(fā)電裝置
D．鋅錳干電池工作一段時(shí)間后，鋅外殼逐漸變薄
解析：選A。水果電池產(chǎn)生的電流非常微弱且不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間放電，不能作為家用電池；鉛酸蓄電池是一種常用的二次電池；氫氧燃料電池產(chǎn)物為水，無(wú)污染；鋅錳干電池工作時(shí)，Zn放電被消耗，故工作一段時(shí)間后鋅外殼會(huì)逐漸變薄，B、C、D項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤。
3．下列各裝置能構(gòu)成原電池的是( )
解析：選B。A項(xiàng)中兩電極相同，錯(cuò)誤；C項(xiàng)中蔗糖溶液是非電解質(zhì)溶液，錯(cuò)誤；D項(xiàng)中兩燒杯中溶液是分開的，沒(méi)有形成閉合回路，錯(cuò)誤。
4．(2020·白山第十九中學(xué)高一月考)a、b的活動(dòng)性均比氫強(qiáng)，a還可以從b的硝酸鹽中置換出b。將a、b用導(dǎo)線相連放入CuSO4溶液中，下列敘述中不正確的是( )
A．導(dǎo)線上有電流，電流方向由b到a
B．a(chǎn)極質(zhì)量減少，b極質(zhì)量增加
C．a(chǎn)極析出氫氣
D．a(chǎn)極發(fā)生氧化反應(yīng)，b極發(fā)生還原反應(yīng)
解析：選C。將a、b用導(dǎo)線相連放入CuSO4溶液中，構(gòu)成原電池，a是負(fù)極，b是正極，導(dǎo)線上有電流，電流方向由b到a，故A正確；在原電池中，負(fù)極a發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，質(zhì)量減輕，相對(duì)不活潑金屬b為正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，質(zhì)量增加，故B、D正確，C錯(cuò)誤。
5．(2020·北海高一期末)某鋰離子電池的工作原理如圖所示(a極材料為金屬鋰和石墨的復(fù)合材料，b極材料為FePO4和石墨的復(fù)合材料)，其電池反應(yīng)為L(zhǎng)i＋FePO4===LiFePO4。
(1)a為________極，電極反應(yīng)式為________________；b為________極，電極反應(yīng)式為________________________________________。
(2)電池內(nèi)部Li＋由________側(cè)移向________側(cè)。(填“左”或“右”)
(3)能否用磷酸溶液做電解質(zhì)？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)負(fù) Li－e－===Li＋ 正 FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4 (2)左 右 (3)否
6．如圖是氫氧燃料電池工作原理的示意圖。通常氫氧燃料電池有酸式(電解質(zhì)溶液為硫酸)和堿式[電解質(zhì)溶液為NaOH(aq)或KOH(aq)]兩種。試回答下列問(wèn)題：
(1)酸式氫氧燃料電池中：
負(fù)極反應(yīng)式為___________________________________________________；
正極反應(yīng)式為___________________________________________________；
電池總反應(yīng)為___________________________________________________。
(2)堿式氫氧燃料電池中：
負(fù)極反應(yīng)式為___________________________________________________；
正極反應(yīng)式為___________________________________________________；
電池總反應(yīng)為___________________________________________________。
解析：(1)正極上，O2得電子變?yōu)镺2－，溶液中O2－不能單獨(dú)存在，酸性條件下與H＋結(jié)合成H2O；負(fù)極上，H2失電子變?yōu)镠＋，H＋進(jìn)入電解質(zhì)溶液。(2)正極上，O2得電子變?yōu)镺2－，溶液中O2－不能單獨(dú)存在，堿性條件下與H2O結(jié)合成OH－；負(fù)極上，H2失電子變?yōu)镠＋，堿性條件下H＋不能大量存在，與OH－結(jié)合成H2O。
答案：(1)2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
[合格考檢測(cè)]
1．下列對(duì)于原電池的電極名稱敘述錯(cuò)誤的是( )
A．發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極
B．正極為電子流入的一極
C．比較不活潑的金屬為負(fù)極
D．電流的方向由正極到負(fù)極
解析：選C。原電池中相對(duì)活潑的金屬為負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬為正極，C項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)正確；原電池工作時(shí)，外電路中電子由負(fù)極流出，由正極流入，電流方向與電子流動(dòng)方向相反，B、D兩項(xiàng)正確。
2．下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是( )
A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池
B．銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C．甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極
解析：選B。鋰離子電池是可充電電池，屬于二次電池，A項(xiàng)正確；銅鋅原電池中，Cu為正極，Zn為負(fù)極，外電路中電子由負(fù)極流向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，C項(xiàng)正確；鋅錳干電池中，鋅電極為負(fù)極，D項(xiàng)正確。
3．汽車的啟動(dòng)電源常用鉛酸蓄電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示，放電時(shí)的電池反應(yīng)如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根據(jù)此反應(yīng)判斷下列敘述中正確的是( )
A．PbO2是電池的負(fù)極
B．Pb是負(fù)極
C．PbO2得電子，被氧化
D．電池放電時(shí)，溶液酸性增強(qiáng)
解析：選B。根據(jù)電池反應(yīng)可知，放電過(guò)程中Pb失去電子，因此Pb電極是原電池的負(fù)極，其電極反應(yīng)式為Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，故B項(xiàng)正確；PbO2在放電過(guò)程中得到電子被還原，為原電池的正極，故A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；由于原電池放電的過(guò)程中消耗硫酸，所以溶液的酸性減弱，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4．(2020·寧縣高一檢測(cè))如圖為水果電池的示意圖，下列說(shuō)法正確的是( )
A．鋅片做負(fù)極，質(zhì)量逐漸減小
B．電子由銅片沿導(dǎo)線流向鋅片
C．銅電極逐漸溶解
D．該裝置能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
解析：選A。鋅比銅活潑，則Zn做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，進(jìn)入溶液，所以質(zhì)量減小，A正確；Zn為負(fù)極，則Cu為正極，所以電子從鋅片沿導(dǎo)線流向銅片，B錯(cuò)誤；銅電極發(fā)生還原反應(yīng)，水果中的氫離子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，所以Cu不溶解，C錯(cuò)誤；該裝置是原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，D錯(cuò)誤。
5．(2020·三明第一中學(xué)月考)某原電池的電池反應(yīng)為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，與此電池反應(yīng)不符的原電池是( )
A．銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池
B．石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
C．鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池
D．銅片、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
解析：選C。由總反應(yīng)可知，負(fù)極應(yīng)為鐵，被氧化，電解質(zhì)溶液應(yīng)為含有Fe3＋的溶液，A、B、D中鐵都為負(fù)極，C中鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液構(gòu)成的原電池中，鋅片為負(fù)極，鐵片為正極，原電池反應(yīng)為Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋。
6．(2020·南京外國(guó)語(yǔ)高一檢測(cè))如圖所示，兩電極分別為碳棒和鐵片，若電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且a極上有大量氣泡生成，則以下敘述正確的是( )
A．a(chǎn)為負(fù)極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸
B．b為負(fù)極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液
C．a(chǎn)為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸
D．b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液
解析：選C。兩電極分別為碳棒和鐵片，若電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則說(shuō)明形成了原電池，由于活動(dòng)性：Fe>C，所以Fe為負(fù)極，C為正極，且a極上有大量氣泡生成，則溶液是硫酸溶液。b是Fe，做負(fù)極，在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋；a是正極，正極材料是C，在正極上發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑。
7．(2020·忻州第一中學(xué)月考)將編號(hào)為①②③④的四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可構(gòu)成原電池。①②相連時(shí)，外電路電流從②流向①；①③相連時(shí)，③為正極；②④相連時(shí)，②上有氣泡逸出；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是( )
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
解析：選B。在兩種金屬片相連浸入稀硫酸的原電池中，較活潑的金屬做負(fù)極、較不活潑的金屬做正極，電子從負(fù)極流向正極，負(fù)極上金屬失電子而導(dǎo)致質(zhì)量減少，正極上氫離子得電子生成氫氣，①②相連時(shí)，外電路電流從②流向①，則②是正極，①是負(fù)極，金屬活動(dòng)性：②③；②④相連時(shí)，②上有氣泡逸出，④為負(fù)極，②為正極，則金屬活動(dòng)性：④>②；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少，③為負(fù)極，④為正極，則金屬活動(dòng)性：③>④。通過(guò)以上分析可知，金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱順序是①③④②。
8．將兩根質(zhì)量相同的銅棒和鋅棒用導(dǎo)線相連接后插入CuSO4溶液中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，取出洗凈后干燥并稱重，兩棒質(zhì)量相差6.45 g，導(dǎo)線中通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為 ( )
A．0.1 ml B．0.2 ml
C．0.3 ml D．0.4 ml
解析：選A。負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋，1 ml Zn失去2 ml e－時(shí)減重65 g；正極：Cu2＋＋2e－===Cu，1 ml Cu2＋得到2 ml e－時(shí)增重64 g，則兩極質(zhì)量相差：65 g＋64 g＝129 g，現(xiàn)在兩棒質(zhì)量相差6.45 g，計(jì)算可得應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1 ml e－。
9．某同學(xué)為了探究原電池產(chǎn)生電流的過(guò)程，設(shè)計(jì)了如圖實(shí)驗(yàn)。
(1)打開K，觀察到的現(xiàn)象為_______________________________________。
(2)關(guān)閉K，觀察到的現(xiàn)象為_______________________________________，
此電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_______________________________________，
總反應(yīng)式為_____________________________________________________。
(3)關(guān)閉K，溶液中陽(yáng)離子向________(填“Zn”或“C”)極移動(dòng)，外電路中，電子流動(dòng)方向是____________________________________________(用Zn、C表示)。
解析：(1)打開K，鋅與硫酸銅溶液接觸，置換出銅，所以可以看到鋅棒上附著有紅色固體。(2)關(guān)閉K，形成原電池，鋅做負(fù)極，碳做正極，溶液中的銅離子在碳棒上得到電子生成銅，可以看到碳棒上附著有紅色固體；其正極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，總反應(yīng)式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 (3)關(guān)閉K，溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，即向碳棒移動(dòng)；電子從鋅極出來(lái)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向碳極。
答案：(1)鋅棒上附著有紅色固體
(2)碳棒上附著有紅色固體 Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(3)C Zn→C
[等級(jí)考檢測(cè)]
10．固體氧化物燃料電池是由美國(guó)西屋(Westinghuse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過(guò)。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是( )
A．有O2放電的a極為電池的負(fù)極
B．O2－移向電池的正極
C．b極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)為2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a(chǎn)極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：選C。在該燃料電池中，有O2放電的a極為電池的正極，A錯(cuò)誤；O2－移向電池的負(fù)極，B錯(cuò)誤；在該燃料電池中，有H2放電的b極為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正確；a極是正極，氧氣在正極得電子，則對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－，D錯(cuò)誤。
11．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲(chǔ)備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說(shuō)法中不正確的是 ( )
A．水既是氧化劑又是溶劑
B．放電時(shí)負(fù)極上有氫氣生成
C．放電時(shí)OH－向負(fù)極移動(dòng)
D．總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：選B。由題意知此電池名稱為鋰水電池，可推測(cè)其總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，再依據(jù)原電池原理寫出其電極反應(yīng)如下：負(fù)極為2Li－2e－===2Li＋，正極為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，在原電池內(nèi)部，放電時(shí)OH－向負(fù)極移動(dòng)，故A、C、D項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤。
12．有甲、乙兩位同學(xué)，他們一起做了水果電池的實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)如下：
試根據(jù)上表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回答下列問(wèn)題：
(1)實(shí)驗(yàn)2中負(fù)極是________，電極反應(yīng)式為_________________________。
(2)實(shí)驗(yàn)1和5電流方向相反的原因是_______________________________。
(3)由實(shí)驗(yàn)1～實(shí)驗(yàn)4可知，影響水果電池的電壓的因素為_____________。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)2、6和實(shí)驗(yàn)1、5的比較可發(fā)現(xiàn)水果電池的電壓還與________有關(guān)。
答案：(1)Zn Zn－2e－===Zn2＋
(2)水果類型(或電解質(zhì)溶液)相同時(shí)，實(shí)驗(yàn)1中鋅的還原性大于銅，鋅是負(fù)極，實(shí)驗(yàn)5中鋅的還原性小于鋁，鋅是正極
(3)水果的類型(或電解質(zhì)溶液)
(4)電極材料
13．(1)如圖為氫氧燃料電池的構(gòu)造示意圖，根據(jù)電子運(yùn)動(dòng)方向，可知氧氣從________(填“a”或“b”)口通入，X極為電池的________(填“正”或“負(fù)”)極。
(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷做電解質(zhì)，兩極上發(fā)生的電極反應(yīng)如下：
A極——2H2＋2O2－－4e－===2H2O
B極——O2＋4e－===2O2－
則A極是電池的________極；電子從該極________(填“流入”或“流出”)。
(3)微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，有一種銀鋅紐扣電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)如下：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
總反應(yīng)為Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag
①Zn是________極，Ag2O發(fā)生________反應(yīng)；
②電子由________極流向________極(填“Zn”或“Ag2O”)，當(dāng)電路中通過(guò)1 ml電子時(shí)，負(fù)極消耗物質(zhì)的質(zhì)量是________g；
③在使用過(guò)程中，電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量________(填“增大”“減小”或“不變”)。
解析：(1)氫氧燃料電池中，電子從負(fù)極向正極移動(dòng)，由題圖可知，X是負(fù)極，Y是正極，氧氣應(yīng)通入正極。(2)根據(jù)電極反應(yīng)可知，A極發(fā)生氧化反應(yīng)，為電池的負(fù)極，電子從該極流出。(3)①根據(jù)電極反應(yīng)可知Zn失電子被氧化而溶解，Ag2O得電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；②發(fā)生原電池反應(yīng)時(shí)，電子由負(fù)極經(jīng)外電路移向正極，即電子從Zn極經(jīng)外電路移向Ag2O極，當(dāng)電路中通過(guò)1 ml電子時(shí)，負(fù)極消耗Zn的質(zhì)量是32.5 g；③電池中KOH只起到增強(qiáng)導(dǎo)電性的作用，不參與反應(yīng)，故電池使用過(guò)程中KOH的物質(zhì)的量不變。
答案：(1)b 負(fù) (2)負(fù) 流出
(3)①負(fù) 還原 ②Zn Ag2O 32.5 ③不變課程標(biāo)準(zhǔn)
核心素養(yǎng)
1.以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。
2．從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識(shí)原電池的工作原理。
3．能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例，能辨識(shí)簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成要素。體會(huì)研制新型電池的重要性。
1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從宏觀(能量變化)和微觀(電子轉(zhuǎn)移)相結(jié)合的視角分析原電池的組成和工作原理。
2．科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：能從有關(guān)原電池的問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
鋅片上有氣泡產(chǎn)生，銅片上無(wú)氣泡產(chǎn)生
鋅與稀硫酸反應(yīng)生成H2，銅與稀硫酸不反應(yīng)
鋅片上無(wú)氣泡產(chǎn)生，銅片上有氣泡產(chǎn)生
產(chǎn)生H2(還原反應(yīng))的位置發(fā)生了改變
鋅片上無(wú)氣泡產(chǎn)生，銅片上有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
電極材料
電極名稱
電子轉(zhuǎn)移
電極反應(yīng)式
反應(yīng)類型
鋅
負(fù)極
失電子
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反應(yīng)
銅
正極
得電子
2H＋＋2e－===H2↑
還原反應(yīng)
電池反應(yīng)的離子方程式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
構(gòu)造示意圖
工作
原理
負(fù)極
鋅筒
鋅被氧化逐漸消耗
電解質(zhì)
氯化銨糊
正極
石墨棒
二氧化錳被還原
特點(diǎn)
放電后不能充電；便于攜帶，價(jià)格低
步驟
實(shí)例
將反應(yīng)拆分為電極反應(yīng)
↓
選擇電極材料
↓
選擇電解質(zhì)
↓
畫出裝置圖
負(fù)極反應(yīng)
Fe－2e－===Fe2＋
正極反應(yīng)
Cu2＋＋2e－===Cu
負(fù)極：較活潑金屬，一般為發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬
Fe
正極：活潑性弱于負(fù)極材料的金屬或石墨
Cu或C
一般為與負(fù)極反應(yīng)的電解質(zhì)
CuSO4溶液
實(shí)驗(yàn)裝置
部分實(shí)
驗(yàn)現(xiàn)象
a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大
b極有氣泡產(chǎn)生，c極無(wú)變化
d極溶解，c極有氣泡產(chǎn)生
電流從a極流向d極
A
B
C
D
鋰離子電池
太陽(yáng)能集熱器
燃?xì)庠?br>硅太陽(yáng)能電池
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電極材料
水果品種
電極間距cm
電壓/mV
1
鋅
銅
菠蘿
3
900
2
鋅
銅
蘋果
3
650
3
鋅
銅
柑橘
3
850
4
鋅
銅
西紅柿
3
750
5
鋅
鋁
菠蘿
3
650
6
鋅
鋁
蘋果
3
450

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第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化

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