新教材適用2024版高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第18講原電池化學(xué)電源課件

這是一份新教材適用2024版高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第18講原電池化學(xué)電源課件，共60頁。PPT課件主要包含了考點(diǎn)一，考點(diǎn)二，必備知識(shí)·梳理夯實(shí)，自發(fā)進(jìn)行，氧化還原，2反應(yīng)原理，Zn片，Cu片，電極材料，裝置如下圖所示等內(nèi)容，歡迎下載使用。
第18講　原電池　化學(xué)電源
1.能分析、解釋原電池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。2．能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。3．能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決實(shí)際問題，如新型電池的開發(fā)等。
考點(diǎn)一　原電池的工作原理及應(yīng)用
1.原電池定義及本質(zhì)原電池是把________能轉(zhuǎn)化為________的裝置。其反應(yīng)本質(zhì)是____________的____________反應(yīng)。
2.原電池的構(gòu)成條件 (1)能____________的氧化還原反應(yīng)，一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。 (2)電極，一般是活潑性不同的兩電極。 (3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。 (4)形成閉合回路。
3.原電池工作原理(以銅鋅原電池為例) (1)兩種裝置
4.原電池中的三個(gè)移動(dòng)方向
[微點(diǎn)撥]　(1)原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導(dǎo)線連接兩個(gè)電極，也可以是兩電極相接觸。(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。(3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液(離子不上岸，電子不下水)。(4)注意鹽橋不能用一根導(dǎo)線連接，因?yàn)閷?dǎo)線是不能傳遞陰陽離子的。用導(dǎo)線連接后相當(dāng)于一個(gè)是原電池，一個(gè)是電解池。
5.原電池原理的四大應(yīng)用 (1)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源
設(shè)計(jì)實(shí)例：根據(jù)反應(yīng)2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2設(shè)計(jì)的原電池為：
(2)加快氧化還原反應(yīng)的速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率________。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率________。 (3)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作________，而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬導(dǎo)體)作________。
(4)用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池________而受到保護(hù)。例如：要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的________。
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)任何氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池。( 　　)(2)任何原電池一定是活潑性不同的兩金屬電極。( 　　)(3)任何原電池的電子流向一定從負(fù)極流出，流入正極。( 　　)(4)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高。( 　　)
(5)任何原電池工作時(shí)，正極本身一定不參加反應(yīng)，負(fù)極本身一定參加反應(yīng)。( 　　)(6)對(duì)于Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋反應(yīng)，設(shè)計(jì)原電池時(shí)兩極材料可以是Cu與Fe。( 　　)(7)原電池工作時(shí)，溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋中的陽離子向正極移動(dòng)。( 　　)[提示]　陽離子向正極移動(dòng)，陰離子移向負(fù)極。
(8)在銅鋅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。( 　　)[提示]　電子不經(jīng)過電解質(zhì)溶液。(9)某原電池反應(yīng)為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含瓊脂的KCl飽和溶液。( 　　)[提示]　瓊脂中的Cl－會(huì)進(jìn)入AgNO3溶液和銀離子反應(yīng)。
(10)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負(fù)極。( 　　)[提示]　活潑金屬不一定作負(fù)極，鋁－NaOH溶液－鎂電池中鋁作負(fù)極。(11)把鋅片和銅片用導(dǎo)線連起來，浸入食鹽水中，不能形成原電池。( 　　)[提示]　發(fā)生了吸氧腐蝕，形成原電池。
(12)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極。( 　　)[提示]　氧化反應(yīng)是失去電子的反應(yīng)，因此在原電池中一定為負(fù)極上的反應(yīng)。(13)Mg-Al-稀H2SO4組成的原電池中，Mg作負(fù)極，Mg-Al-NaOH溶液組成的原電池中，Mg作正極。( 　　)
(15)反應(yīng)CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故利用該反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池，把其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。( 　　)(16)由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池中，正極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋。( 　　)
(17)因?yàn)殍F的活潑性強(qiáng)于銅，所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中組成原電池，必是鐵為負(fù)極、銅為正極。( 　　)(18)在Cu|CuSO4|Zn原電池中，正電荷定向移動(dòng)的方向就是電流的方向，所以Cu2＋向負(fù)極移動(dòng)。( 　　)
2．在如圖所示的4個(gè)裝置中，不能形成原電池的是_______(填序號(hào))，并指出原因________________________________________。
①中酒精是非電解質(zhì)；④中未形成閉合回路
3．(1)在雙液原電池中，鹽橋的作用是什么？[提示]　形成閉合回路，使兩溶液保持電中性。(2)能用金屬代替鹽橋嗎？為什么？[提示]　不能。在電路接通的情況下，鹽橋是原電池內(nèi)電路的一部分，鹽橋中含有的陰、陽離子定向移動(dòng)，從而達(dá)到傳導(dǎo)電流及保持溶液呈電中性的目的；若用金屬代替鹽橋，溶液中的離子不能通過金屬，故不能用金屬代替鹽橋。
(3)依據(jù)氧化還原反應(yīng)2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示(鹽橋?yàn)槭⒂蠯NO3瓊脂的U形管)。
請(qǐng)回答下列問題：①電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y中的溶質(zhì)是___________(填化學(xué)式)。②銀電極為電池的___極，其電極反應(yīng)式為____________________。
Ag＋＋e－===Ag
(4)設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。①寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：______________________________________________。②若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是A．負(fù)極：______________________________。B．正極：______________________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
③在表中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：
微考點(diǎn)1　原電池的工作原理 (2021·遼寧適應(yīng)性測(cè)試)Hg-Hg2SO4標(biāo)準(zhǔn)電極常用于測(cè)定其他電極的電勢(shì)，測(cè)知Hg-Hg2SO4電極的電勢(shì)高于Cu電極的電勢(shì)。以下說法正確的是( 　　)
A．K2SO4溶液可用CCl4代替B．Hg-Hg2SO4電極反應(yīng)為Hg2SO4－2e－===2Hg＋SOC．若把Cu-CuSO4體系換作Zn-ZnSO4體系，電壓表的示數(shù)變大D．微孔瓷片起到阻隔離子通過的作用
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)1〕　(1) (2023·山東濱州檢測(cè))根據(jù)化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池(選用相同的鹽橋)時(shí)，下列各項(xiàng)合理的是( 　　)
[解析]　原電池中，負(fù)極材料的活動(dòng)性一般強(qiáng)于正極材料，Zn比Fe活潑，形成原電池時(shí)Zn作負(fù)極，A、C項(xiàng)均錯(cuò)誤；使用鹽橋，形成雙液原電池時(shí)，為得到穩(wěn)定電流，正極、負(fù)極半電池中的電解質(zhì)溶液一般是電極金屬材料形成的鹽溶液，D項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確。
(2)如圖為一原電池裝置，下列敘述中正確的是( 　　)①銅離子在銅片表面被還原?、邴}橋中的K＋移向ZnSO4溶液?、垭娏鲝匿\片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片?、茔~是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生?、菡龢O反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu?、迣?shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作?、邔\片浸入CuSO4溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①⑤⑦ B．①③④C．②⑤⑦ D．④⑥⑦
[解析]　該原電池中，較活潑的金屬鋅作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，較不活潑的銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電子由負(fù)極鋅流出，經(jīng)導(dǎo)線流向銅電極(電流的方向與之相反)，負(fù)極、正極的反應(yīng)分別為負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋，正極：Cu2＋＋2e－===Cu；鹽橋中的陽離子向正極區(qū)硫酸銅溶液中遷移，故①、⑤正確，②、③、④錯(cuò)誤；取出鹽橋后不能構(gòu)成閉合回路，原電池不能繼續(xù)工作，⑥錯(cuò)誤；無論是否為原電池，反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，均為氧化還原反應(yīng)，⑦正確。
微考點(diǎn)2　聚焦“鹽橋”原電池 (1) (2023·河北衡水檢測(cè))某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示原電池裝置(鹽橋中吸附有飽和K2SO4溶液)。下列說法正確的是( 　　)
[解析]　正極發(fā)生還原反應(yīng)，為Fe3＋＋e－===Fe2＋，故A錯(cuò)誤；左邊燒杯中發(fā)生Fe3＋＋e－===Fe2＋，則左燒杯中溶液的紅色逐漸變淺，故B正確；陰離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋中的SO流向乙燒杯，故C錯(cuò)誤；若將甲燒杯中的溶液換成稀硝酸，硝酸可氧化銅，銅為負(fù)極，電流表指針偏轉(zhuǎn)方向不變，故D錯(cuò)誤。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)2〕　 (2023·湖南永州一中月考)某化學(xué)興趣小組利用反應(yīng)Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，下列說法正確的是( 　　)A．Zn為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋C．電子流動(dòng)方向?yàn)槭姌O→電流表→鋅電極D．鹽橋中K＋向ZnCl2溶液移動(dòng)，Cl－向FeCl3溶液移動(dòng)
[解析]　由電池總反應(yīng)可知，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnCl2，則Zn為負(fù)極，A錯(cuò)誤；石墨電極是正極，F(xiàn)e3＋發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe2＋，電極反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正確；原電池中電子由負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流向正極，則電子流動(dòng)方向?yàn)殇\電極→電流表→石墨電極，C錯(cuò)誤；電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，故鹽橋中K＋向FeCl3溶液移動(dòng)，Cl－向ZnCl2溶液移動(dòng)，D錯(cuò)誤。
作用：連接內(nèi)電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流[若沒有鹽橋，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)間后，負(fù)極的正電荷增多而導(dǎo)致電子(負(fù)電荷)難以流出，正極負(fù)電荷增多也會(huì)導(dǎo)致電子流入困難，從而電池電流減弱]鹽橋?qū)щ娎玫氖顷?、陽離子的定向移動(dòng)，使電解質(zhì)溶液保持電中性，從而使原電池能相對(duì)持續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)生電流，鹽橋不能用導(dǎo)線代替。
微考點(diǎn)3　原電池原理的應(yīng)用 (1) (2022·四川成都模擬)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：
由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)順序是( 　　)A．a(chǎn)>b>c>d B．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c
[解析]　把四個(gè)實(shí)驗(yàn)從左到右分別編號(hào)為①、②、③、④，則由實(shí)驗(yàn)①可知，a作原電池負(fù)極，b作原電池正極，金屬活動(dòng)性：a>b；由實(shí)驗(yàn)②可知，b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化，則活動(dòng)性：b>c；由實(shí)驗(yàn)③可知，d極溶解，則d作原電池負(fù)極，c作正極，活動(dòng)性：d>c；由實(shí)驗(yàn)④可知，電流從a極流向d極，則d極為原電池負(fù)極，a極為原電池正極，活動(dòng)性：d>a。綜上所述可知活動(dòng)性：d>a>b>c。
(2)一定量的稀鹽酸跟過量鋅粉反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速率又不影響生成H2的總量，可采取的措施是( 　　)A．加入少量稀NaOH溶液B．加入少量NaNO3固體C．加入少量NaHSO4固體D．加入少量CuSO4溶液
[解析]　加入少量稀NaOH溶液，NaOH和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉和水，稀鹽酸濃度降低，所以反應(yīng)速率降低且生成氫氣的總量減少，故A錯(cuò)誤；加入硝酸鈉，硝酸根離子具有強(qiáng)氧化性，生成NO，不生成氫氣，故B錯(cuò)誤；加入少量NaHSO4，NaHSO4完全電離生成氫離子，相當(dāng)于增大氫離子濃度，反應(yīng)速率加快，但增大生成氫氣總量，故C錯(cuò)誤；加入少量硫酸銅溶液，鋅和銅離子反應(yīng)生成Cu，Zn、Cu和稀鹽酸構(gòu)成原電池加快反應(yīng)速率，且生成氫氣總量不變，故D正確。
(3) (2021·河北卷，16節(jié)選)我國科學(xué)家研究Li－CO2電池，取得了重大科研成果?；卮鹣铝袉栴}：Li－CO2電池中，Li為單質(zhì)鋰片，則該電池中的CO2在______(填“正”或“負(fù)”)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。研究表明，該電池反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鋰和單質(zhì)碳，且CO2電還原后與鋰離子結(jié)合形成碳酸鋰按以下4個(gè)步驟進(jìn)行，寫出步驟Ⅲ的離子方程式。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)3〕　(1) (2023·經(jīng)典習(xí)題匯編)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是( 　　)
[解析]　等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，銅－鋅－稀硫酸形成原電池，反應(yīng)速率增大，即a產(chǎn)生H2的速率大于b，但部分鋅與CuSO4反應(yīng)了，故生成的氫氣少于b，圖像應(yīng)為A。
(2)(此題為重題學(xué)生書中已刪除)設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。①負(fù)極反應(yīng)式：______________________________。②正極反應(yīng)式：______________________________________。③電池總反應(yīng)方程式：_______________________________。
④從不含鹽橋、含鹽橋兩個(gè)角度畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：
(2)某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活潑性，完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活潑性。該原理的離子方程式為____________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活潑性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)。
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
裝置如圖所示
正極反應(yīng)：_____________________。負(fù)極反應(yīng)：_____________________。
2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案：____________________________________________________________________________(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：______________________________________。
將鐵片置于CuSO4溶液中，若鐵片表面覆蓋一層銅，說明Fe比Cu活潑性強(qiáng)
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
[解析]　方案Ⅰ：鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，F(xiàn)e＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而銅與酸不反應(yīng)。方案Ⅱ：設(shè)計(jì)原電池時(shí)以鐵、銅為電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸或鹽酸等溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是鐵溶解，而銅極上有無色氣泡產(chǎn)生。在負(fù)極：Fe失去電子變?yōu)镕e2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋；在正極，溶液中的H＋獲得電子變?yōu)镠2,2H＋＋2e－===H2↑。
方案Ⅲ：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)時(shí)注意原理與方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單。將鐵片置于CuSO4溶液中，若鐵片表面覆蓋一層銅，說明Fe比Cu的金屬活潑性強(qiáng)，離子方程式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)
1 原電池工作原理示意圖
2 原電池電極反應(yīng)書寫時(shí)的注意事項(xiàng)①負(fù)失氧、正得還。②注意溶液的酸堿性，視情況在電極反應(yīng)方程式兩邊添加H＋、OH－、H2O等，使其符合電荷守恒和質(zhì)量守恒。③注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。④活潑金屬不一定為負(fù)極，如鎂、鋁和氫氧化鈉溶液組成的電池中，鋁為負(fù)極。
1.一次電池只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用。 (1)堿性鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
負(fù)極材料：________電極反應(yīng)：_______________________________正極材料：碳棒電極反應(yīng)：__________________________________________
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)紐扣式鋅銀電池總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
電解質(zhì)是KOH負(fù)極材料：________電極反應(yīng)：_______________________________正極材料：____________電極反應(yīng)：______________________________________
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2.二次電池兩個(gè)電極均參與電極反應(yīng)：“放電”為原電池原理，“充電”為電解原理
[微點(diǎn)撥]?、倏沙潆婋姵爻潆姇r(shí)原來的負(fù)極連接電源的負(fù)極作陰極；同理，原來的正極連接電源的正極作陽極，簡(jiǎn)記為負(fù)連負(fù)，正連正。②可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。③燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。
3.燃料電池 (1)氫氧燃料電池是將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，目前最成熟的氫氧燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)以CO為燃料氣，請(qǐng)分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負(fù)極的電極反應(yīng)和總反應(yīng)。
2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋
2CO＋O2===2CO2
O2＋4e－===2O2－
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
2CO＋O2===2CO2
(3)鋁—空氣—海水電池負(fù)極材料為鋁片，正極材料為鉑片，電解質(zhì)溶液為海水。負(fù)極反應(yīng)：_______________________________。正極反應(yīng)：__________________________________。總反應(yīng)：_____________________________________。
4Al－12e－===4Al3＋
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
(4)甲烷—氧氣燃料電池(正極反應(yīng)式與氫氧燃料電池正極反應(yīng)式相同，下面只需寫出負(fù)極反應(yīng)式即可)①_________________________________________(堿性介質(zhì))②_______________________________________(酸性介質(zhì))
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
③____________________________________________________(碳酸鹽作介質(zhì))④__________________________________________________(熔融的金屬氧化物作介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2－)
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)堿性鋅錳電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長。( 　　)[提示]　堿性鋅錳電池MnO2是氧化劑參與電極反應(yīng)。(2)負(fù)極材料不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)就不能構(gòu)成原電池。( 　　)(3)燃料電池中的燃料在負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)。( 　　)(4)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H2－4e－===4H＋。( 　　)
(5)可充電電池中的放電反應(yīng)和充電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)。( 　　)[提示]　可充電電池的充電與放電不是在相同條件下發(fā)生的，故不是可逆反應(yīng)。(6)二次電池充電時(shí)，充電器的正極連接二次電池的正極。( 　　)[提示]　充電時(shí)正極連接電源的正極，作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。(7)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后將熱能轉(zhuǎn)化為電能。( 　　)[提示]　燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(8)鉛蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)極質(zhì)量均增加。( 　　)[提示]　鉛蓄電池放電時(shí)，負(fù)極鉛、正極二氧化鉛均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，質(zhì)量均增加。(9)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移。( 　　)[提示]　在原電池中陽離子在電解質(zhì)溶液中移向正極。(10)根據(jù)反應(yīng)4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S設(shè)計(jì)的可充電電池是一種應(yīng)用廣泛的鋰電池，可用水溶液作電解質(zhì)溶液。( 　　)
(11)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。( 　　)
(13)碘可用作鋰碘電池的材料，該電池反應(yīng)為2Li(s)＋I(xiàn)2(s)===2LiI(s)，則碘電極作該電池的負(fù)極。( 　　)[提示]　碘在反應(yīng)中的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，碘作正極。(14)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 ml電子時(shí)，消耗的H2SO4為0.1 ml。( 　　)(15)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.1 ml電子時(shí)，負(fù)極增加4.8 g。( 　　)
(16)若使反應(yīng)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進(jìn)行，可用鋅、鐵作電極材料。( 　　)(17)固體酸燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質(zhì)傳遞H＋，電池總反應(yīng)可表示為2H2＋O2===2H2O，則電池工作時(shí)電子從通O2的一極通過外電路流向通H2的一極。( 　　)
2．電子表和電子計(jì)算器中所用的是紐扣式的微型銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解液為KOH溶液。工作時(shí)電池總反應(yīng)為Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2(1)工作時(shí)電流從____________極流向________極(兩空均選填“Ag2O”或“Zn”)。(2)負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________________。(3)工作時(shí)電池正極區(qū)的pH________(選填“增大”“減小”或“不變”)。(4)外電路中每通過0.2 ml電子，鋅的質(zhì)量理論上減少__________g。
3．(1)①氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度將________(填“減小”“增大”或“不變”，下同)，溶液的pH________。②氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度將________，溶液的pH________。
(2)如圖是甲烷燃料電池的工作原理示意圖，根據(jù)燃料電池有關(guān)知識(shí)回答：
a電極為燃料電池的________(填“正極”或“負(fù)極”)，其電極反應(yīng)為____________________________________________________；電池總反應(yīng)為__________________________________________________。
(3)Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。請(qǐng)回答下列問題：①電池的負(fù)極材料為___，發(fā)生的電極反應(yīng)為________________。②電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為______________________________。
4Li－4e－===4Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
[提示]　分析反應(yīng)的化合價(jià)變化，可知Li失電子，被氧化，為還原劑，SOCl2得電子，被還原，為氧化劑。①負(fù)極材料為Li(還原劑)，4Li－4e－===4Li＋。②正極反應(yīng)式可由總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(2) (2021·河北卷，9)K－O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯(cuò)誤的是( 　　)
A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽極C．產(chǎn)生1 Ah電量時(shí)，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9 g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9 g水
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)1〕　(1)堿性鋅錳電池的總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的說法不正確的是( 　　)A．Zn作負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2B．MnO2作正極，發(fā)生還原反應(yīng)C．電池工作時(shí)，電流由MnO2經(jīng)外電路流向ZnD．電池工作時(shí)，KOH沒有發(fā)揮作用
[解析]　Zn作負(fù)極，被氧化生成Zn(OH)2，電極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A項(xiàng)正確；MnO2作正極，被還原生成MnO(OH)，B項(xiàng)正確；電池工作時(shí)，電流由正極流向負(fù)極，則電流由MnO2經(jīng)外電路流向Zn，C項(xiàng)正確；電池工作時(shí)，KOH未參與電池總反應(yīng)，但起到導(dǎo)電作用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
(2)Li－FeS2電池是目前電池中綜合性能最好的一種電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知電池放電時(shí)的反應(yīng)為4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列說法正確的是( 　　)A．Li為電池的正極B．電池工作時(shí)，Li＋向負(fù)極移動(dòng)C．正極的電極反應(yīng)式為FeS2＋4e－===Fe＋2S2－D．將熔融的LiCF3SO3改為LiCl的水溶液，電池性能更好
[解析]　根據(jù)電池反應(yīng)式知，放電時(shí)Li失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則Li是負(fù)極，電極反應(yīng)式為Li－e－===Li＋，F(xiàn)eS2為正極，正極反應(yīng)式為FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。通過以上分析知，Li為電池負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯(cuò)誤，C正確；放電時(shí)，陽離子Li＋向正極移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；將熔融的LiCF3SO3改為LiCl的水溶液，Li和水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫氣，所以不能將熔融的LiCF3SO3改為LiCl的水溶液，故D錯(cuò)誤。
化學(xué)電源中電極反應(yīng)的書寫方法1 拆分法：①寫出原電池的總反應(yīng)，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)，注明正、負(fù)極，并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及電子得失守恒配平兩個(gè)半反應(yīng)：(正極)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，(負(fù)極)Cu－2e－===Cu2＋。
2 加減法：①寫出總反應(yīng)。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。②寫出其中容易寫出的一個(gè)電極反應(yīng)(正極反應(yīng)或負(fù)極反應(yīng))。如Li－e－===Li＋(負(fù)極反應(yīng))。③利用總反應(yīng)減去容易寫出的一個(gè)電極反應(yīng)，得到另一個(gè)電極反應(yīng)，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正極反應(yīng))。
微考點(diǎn)2　二次電池(2021·湖南卷，10)鋅/溴液流電池是一種先進(jìn)的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯(cuò)誤的是( 　　)A．放電時(shí)，N極為正極B．放電時(shí)，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時(shí)，M極的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
[解析]　該電池放電反應(yīng)總方程式：Zn＋Br2===ZnBr2，放電時(shí)，Br2在正極反應(yīng)，ZnBr2被循環(huán)回路“回收”至左側(cè)貯液器中，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，鋅極為陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Zn2＋＋2e－===Zn，C項(xiàng)正確；放電時(shí)，Br2得電子產(chǎn)生Br－通過隔膜遷移向負(fù)極區(qū)，形成ZnBr2回流至左到貯液器，Zn失電子產(chǎn)生Zn2＋，通過隔膜遷移至正極區(qū)，形成ZnBr2回流至右側(cè)貯液器，充電時(shí)，Zn2＋得電子生成Zn在M極放電，部分Zn2＋在隔膜上生成沉積鋅，而Br－在貯液器處轉(zhuǎn)化為Br2復(fù)合物貯存，該過程中Zn2＋、Br－都可以通過隔膜，D項(xiàng)正確。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)2〕　 (2020·全國Ⅰ卷)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn－CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯(cuò)誤的是( 　　)
1 二次電池的解題思路
2 二次電池電極反應(yīng)式的書寫方法①先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)。②寫出一個(gè)比較容易書寫的電極反應(yīng)式(書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)③在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。④充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反。
微考點(diǎn)3　燃料電池 (1) (2023·山東濱州檢測(cè))如圖所示是幾種常見的化學(xué)電源示意圖，有關(guān)說法不正確的是( 　　)
A．氫氧燃料電池的正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－B．干電池工作時(shí)，H＋向石墨電極移動(dòng)C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2 ml電子，負(fù)極質(zhì)量減輕207 gD．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
[解析]　氫氧燃料電池的正極是O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，堿性條件下的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A正確；干電池的石墨是正極，則電池工作時(shí)H＋向正極移動(dòng)，即向石墨電極移動(dòng)，故B正確；鉛蓄電池工作過程中，負(fù)極上鉛失電子，生成硫酸鉛，且硫酸鉛在負(fù)極上析出，硫酸鉛是難溶物質(zhì)，則負(fù)極質(zhì)量應(yīng)該增加而非減小，故C錯(cuò)誤；干電池是一次電池，鉛蓄電池是可充電電池，屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，故D正確。
(2)燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，以下是氫氧燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖：
(PTFE*為聚四氟乙烯的縮寫，工作溫度65 ℃左右)
下列說法不正確的是( 　　)A．電極室a為負(fù)極室，電極室b為正極室B．燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的能量利用率高C．堿性電解液的氫氧燃料電池，氧化生成的水在O2側(cè)產(chǎn)生；酸性電解液電池，水在H2側(cè)產(chǎn)生D．多孔隔膜既是電解液的倉庫，也是反應(yīng)產(chǎn)物H2O的通道，電解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固態(tài)離子導(dǎo)體
[解析]　電極室a中氫氣失電子產(chǎn)生氫離子，為負(fù)極室，電極室b中氧氣得電子產(chǎn)生氫氧根離子，為正極室，選項(xiàng)A正確；燃料電池的能量主要為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化率比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的能量(熱能部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能再轉(zhuǎn)化為電能)利用率高，選項(xiàng)B正確；堿性電解液的氫氧燃料電池，H2失電子產(chǎn)生的氫離子與氫氧根離子反應(yīng)生成水，氧化生成的水在H2側(cè)產(chǎn)生；酸性電解液電池，O2得電子產(chǎn)生氫氧根離子與氫離子反應(yīng)生成水，水在O2側(cè)產(chǎn)生，選項(xiàng)C不正確；多孔隔膜既是電解液的倉庫，也是反應(yīng)產(chǎn)物H2O的通道，電解液除KOH溶液外也可用稀H2SO4或固態(tài)離子導(dǎo)體，起到導(dǎo)電的作用，選項(xiàng)D正確。
燃料電池是利用燃料與氧氣或空氣或其他氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類化學(xué)電源，基本工作原理與原電池相同：
解題的關(guān)鍵是正確分析書寫電極反應(yīng)。書寫方法與信息型氧化還原反應(yīng)方程式的書寫相似：
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)3〕　(1)煤是一種重要的化工原料，有“工業(yè)的糧食”之美稱，生活中把煤當(dāng)作燃料直接燒掉，能量轉(zhuǎn)化率并不高，且能造成環(huán)境污染?；谶@一原因，科技工作者研發(fā)出直接煤—空氣燃料電池，其工作原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是( 　　)
(2) (2021·山東卷，10)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH－O2、N2H4－O2、(CH3)2NNH2－O2清潔燃料電池，下列說法正確的是( 　　)A．放電過程中，K＋均向負(fù)極移動(dòng)B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2－O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1 ml O2時(shí)，理論上N2H4－O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2 L
[解析]　堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4－O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C元素和N元素的化合價(jià)均為－2價(jià)，H元素的化合價(jià)為＋1價(jià)，所以根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；N2H4－O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮?dú)夂退?，其總反?yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可
本講要點(diǎn)速記：1.原電池中的能量轉(zhuǎn)化及本質(zhì)(1)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)反應(yīng)本質(zhì)：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2.原電池中粒子的“移動(dòng)方向”(1)外電路中電子移動(dòng)方向：負(fù)極→正極。(2)外電路中電流方向：正極→負(fù)極。(3)電池內(nèi)部離子移動(dòng)方向：陰離子→負(fù)極，陽離子→正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動(dòng)方向：K＋→正極，Cl－→負(fù)極。
3.判斷原電池正負(fù)極的六種方法電極材料、電極現(xiàn)象、電子移動(dòng)方向、離子移動(dòng)方向、得失電子、電解質(zhì)溶液。(1)負(fù)極：較活潑金屬、氧化反應(yīng)、電子流出、電流流入、陰離子移向的一極、不斷溶解。(2)正極：不活潑金屬或非金屬、還原反應(yīng)、電子流入、電流流出、陽離子移向的一極、電極增重。
4.化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般方法(1)明確兩極的反應(yīng)物。(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物。(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物。(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。
注意：①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H＋，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境中結(jié)合H2O，生成OH－；③若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。
5.充電電池類題目的解答方法(1)電池放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)，充電時(shí)發(fā)生電解池反應(yīng)，在充電時(shí)電池的負(fù)極接電源的負(fù)極，即負(fù)極接負(fù)極后為陰極，正極接正極后為陽極。(2)充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)、充電時(shí)的陽極反應(yīng)與放電時(shí)的正極反應(yīng)分別互為逆反應(yīng)。