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第六单元化学反应与能量第20讲原电池与化学电源【复习目标】1、了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2、了解常见化学电源的种类及其工作原理。3、了解离子交换膜的类型和隔膜在实际生产中的应用。【知识梳理】一、原电池概念原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应构成条件能自发发生的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)般是活泼性不同的两电极(金属或非金属)形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中工作原理反应原理负极正极锌片铜片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化反应还原反应电子由Zn片沿导线流向Cu片电流由Cu片沿导线流向Zn片盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极盐桥的作用盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既构成了闭合回路，又能阻止反应物的直接接触，使能量利用转化更高效对于金属、金属电极，通常较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极，如原电池：Zn—Cu—CuSO4
电极的确定中，Zn作负极，Cu作正极，Al—Mg——KOH中，Al作负极，Mg作正极；对于金属、非金属电极，金属作负极，非金属作正极；对于金属、化合物电极，金属作负极，化合物作正极原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应若不电极断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，通常为原电池的负极，若原电池电极上有气体生成、电极质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，通常为原电池的正极电子流动方向是由负极流向正极,电子流出的一极为负极，流入的一极为正极；电流是由正极流向负极，电流流出的一极为正极，流入的一极为负极；在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向是负极原理的应用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。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快两种金属分别作原电池的两极，一般作负极的金属比作正极的金属活泼使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极设计制作化学电源，设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以，电解质溶液一般能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)例题1、下列说法正确的是。①电池工作时，负极失去的电子均通过溶液转移到正极上②在原电池中失去电子的一极是阴极，发生的是还原反应③原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成④铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀⑤将铝片和镁片用导线连接后，插入盛有NaOH溶液，铝作负极⑥电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极⑦原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应⑧锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极上就有0.1g氢气生成⑨原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动⑩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，电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
⑪盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子⑫原电池装置中，电极Ⅰ上发生还原反应作原电池的负极【答案】④⑤⑩【解析】电子是通过导线转移到正极的，①错误；失去电子的一极是负极，发生氧化反应，②错误；原电池的两极可以是两种不同的金属，也可以是金属和非金属、非金属和非金属，还可以都是金属铂但必须导电，③错误；铝制品表面易形成致密的氧化膜，隔绝了铝与空气的接触，故铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀，④正确；由于镁与NaOH溶液不反应而铝能，铝片作负极，⑤正确；电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，⑥错误；原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，⑦错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极上有0.2g氢气生成，⑧错误；原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，盐桥中的阳离子向正极移动，⑨错误；电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，⑩正确；盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子，⑪错误；该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，⑫错误。[指点迷津]原电池基础知识的易错点：(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成AlO。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形成闭合回路。(4)用总电池反应式减去一极的电极反应式时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。二、化学电源1.化学电源的类型
一次电池碱性锌锰电池正极反应式：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH－负极反应式：Zn+2OH－—2e—=Zn(OH)2总反应方程式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2锌银电池正极反应式：Ag2O+H2O+2e－=2Ag+2OH－负极反应式：Zn+2OH－—2e—=Zn(OH)2总反应方程式：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag二次电池放电正极反应式：PbO2＋4H+＋SO42－＋2e-＝PbSO4↓＋2H2O负极反应式：Pb＋SO42－－2e-＝PbSO4↓充电阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+＋SO42－阴极反应式：PbSO4＋2e-＝Pb＋SO42－总反应方程式PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O燃料电池酸性环境正极反应式：O2+4H++4e-=2H2O负极反应式：2H2-4e-=4H+碱性环境正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-负极反应式：2H2-4e-+4OH-=4H2O固体电解质（能传导O2－）正极反应式：O2＋4e－===2O2－负极反应式：2H2-4e-+2O2－=4H2O熔融碳酸盐(熔融K2CO3)正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO负极反应式：2H2-4e-+2CO=4H2O＋2CO2总反应方程式2H2+O2=2H2O2.电极反应式书写写总反应式CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中总反应方程式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O确定正负极在正极上发生还原反应的物质是氧化剂，在负极上发生氧化反应的物质是还原剂负极反应式：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
写电极反应式正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O书写技巧若某电极反应式较难写时，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，即可得出较难写的电极反应式例题2、写出下列反应的电极反应式。（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72－转化为Cr3+，其电极反应式为 。(2)下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图(a、b均为多孔性Pt电极)。b电极是 (填“正”或“负”)极,a电极上的电极反应式为 。(3)开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如下图所示,通入a气体的电极是原电池的 极(填“正”或“负”),其电极反应式为 。(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是 。 (5)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为 ,该电池总反应的离子方程式为 。 (6)Mg-H2O2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，示意图如下，H2O2在石墨电极上发生的电极反应式为 。(7)铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。该电池反应的化学方程式为 。
(8)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极的电极反应式为 。(9)近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下,Pt(a)电极是电池的 极,电极反应式为 ,Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ,电池的总反应式为 。(10)下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图,电极a附近发生的反应是。【答案】(1)Cr2O72－+6e-+14H+=2Cr3++7H2O(2)正 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+(3)负CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+(4)Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2(5)FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH-2FeO42-+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-(6)H2O2+2e-=2OH-(7)2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O(8)NO2+NO32－-e-=N2O5(9)负 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+还原 O2+4H++4e-=2H2O2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
（10）C6H6O-28e-+11H2O6CO2↑+28H+【解析】（1）在正极上Cr2O72－得电子生成Cr3+的同时与H+反应生成H2O，电极反应式为Cr2O72－+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。(2)二甲醚是燃料,所以a极是负极,b极是正极。a电极上发生氧化反应,由图可知是酸性电池,由二甲醚燃烧化学方程式可知反应转移12个电子,产物为二氧化碳,由电荷守恒得出电极反应式。(3)根据甲醇燃料电池的工作原理图可知,电子由通入a气体的电极流出,所以通入a气体的电极是负极,甲醇在负极失电子生成CO2,则电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。(4)利用题中信息可知放电时NiO(OH)作正极,发生还原反应,则Al作负极,因电解质溶液为NaOH,则放电时Al极发生氧化反应生成NaAlO2,由此容易写出电池总反应式。(5)正极发生还原反应,K2FeO4被还原为Fe3+,由于是碱性环境,故生成Fe(OH)3,电极反应式为FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH-;负极发生氧化反应,由于是碱性环境,Zn被氧化生成Zn(OH)2,电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。两电极反应式相加得2FeO42-+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。(6)石墨电极为正极，H2O2发生还原反应生成OH-，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-。(7)铝作负极，失电子被氧化，在碱性溶液中生成NaAlO2，AgO作正极，得电子被还原为Ag，电解质溶液为NaOH溶液，所以其电池反应式为2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O。(8)因为石墨电极Ⅱ上通入的O2得电子，故在石墨电极Ⅰ上NO2失电子，与迁移过来的N结合生成+5价NO32－的氧化物N2O5，电极反应式为NO2+NO32－-e-=N2O5。(9)从示意图中可以看出电极Pt(a)上CH3OH转化为CO2,发生氧化反应,为负极,酸性介质中电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;Pt(b)电极上O2得电子发生还原反应,为正极,电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。（10）燃料电池是原电池,可将化学能转化为电能,A正确;燃料电池中通入氧气的一极发生还原反应,是正极,加燃料的一极发生氧化反应,是负极,电极b发生的反应为4H++O2+4e-2H2O,氢离子被消耗,pH增大,C错误;电极a是苯酚被氧化生成CO2和H+,电极反应式为C6H6O-28e-+11H2O6CO2↑+28H+。【课时练习】1．（2021年朝阳市高三月考）用A、B、C、D四块金属片进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极②A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡③C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极逐渐变小
据此，判断四种金属的活动性顺序是A．A＞C＞D＞BB．C＞A＞B＞DC．A＞B＞C＞DD．B＞D＞C＞A2．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是A．a电极是该电池的正极B．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极C．b电极发生还原反应D．H＋由右室通过质子交换膜进入左室3．研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的离子交换膜隔开，下列说法错误的是A．该燃料电池的总反应方程式为：HCOOH+Fe3+=CO2↑+H2OB．放电过程中，K+向右移动C．放电过程中需要补充的物质A为H2SO4D．电池负极电极反应式为：HCOO-+2OH--2e-=+H2O4．全钒液流电池的放电原理为VO+V2++2H+=VO2++V3++H2O，该电池续航能力强，充电时间短。用太阳能电池给全钒液流电池充电的装置示意图如图所示。下列说法错误的是
A．太阳能电池放电时，化学能转化为电能B．电极M上的电势低于电极N上的电势C．交换膜可选用质子交换膜D．全钒液流电池放电时，正极的电极反应式为VO+2H++e-=VO2++H2O5．中科院研制出了双碳双离子电池，以石墨(Cn)和中间相炭微粒球(MCMB)为电极，电解质溶液为含有KPF6的有机溶液，其充电示意图如下。下列说法错误的是A．固态KPF6为离子晶体B．放电时MCMB电极为负极C．充电时，若正极增重39g，则负极增重145gD．充电时，阳极发生反应为Cn+xPF6－－xe-=Cn(PF6)x6．中国向世界郑重承诺，努力争取2060年前完成“碳中和”。一种微生物电解池(MEC)既可以处理有机废水，又有助于降低碳排放，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是A．a电极为MEC的阳极B．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移
C．b电极的电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2OD．a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2相等7．工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。下列说法正确的是A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变B．N为电池正极，电极反应式为C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向D．电路中转移电子时，极电解质溶液增重8．某华人科学家和他的团队研发出“纸电池”(如图)。这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，厚度仅为0.5毫米。纸内的离子“流过”水和氧化锌组成电解液，电池总反应式为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)。下列说法正确的是A．该电池的正极材料为锌B．该电池反应中二氧化锰发生氧化反应C．电池的正极反应式为MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-D．当有0.1mol锌溶解时，流经电解液的电子数为1.204×10239．微生物燃料电池(MFC)以厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖)，同时处理含Cu2+废水，装置如图所示，下列说法正确的是
A．N极发生氧化反应B．温度越高，反应速率越快，电池工作效率越高C．原电池中电子的移动方向是：M→导线→N→电解质溶液→M，阴离子移向M极D．N极的电极反应式：Cu2++2e-=Cu10．K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水11．某同学利用葡萄糖的氧化反应原理，设计了如图所示的装置。下列说法正确的是A．若形成原电池时，B极是负极B．若形成原电池时，溶液中阳离子向A极移动C．若原电池内电解液含有NaOH溶液时，则A的电极反应式为：C6H12O6-24e-+36OH-=6CO
+24H2O12．利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示，H＋、O2、NO等共存物会影响修复效果。下列说法错误的是A．反应①②③④均为还原反应B．水体修复过程溶液的pH保持不变C．④的电极反应式为NO＋10H＋＋8e-=NH＋3H2OD．修复过程中可能产生Fe(OH)313．在学习氧化还原反应时，某同学提出Ag+具有较强氧化性，I-具有较强还原性，二者也可发生氧化还原反应。为验证这个问题，该学生设计了系列实验。(1)研究AgNO3溶液与KI溶液反应产物向盛有1mL1mol/LAgNO3溶液的试管中加入1mL1mol/LKI溶液，振荡试管，向其中加入___，溶液无明显变化。(提示：若发生氧化还原反应，I-应被氧化为单质)(实验结论)二者混合只发生沉淀反应，无明显氧化还原反应。(2)验证Ag+的氧化性将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中铁的氧化产物，将溶液中的Ag+除尽后，进行了如下实验。可选用试剂：①KSCN溶液②NaOH溶液③酸性KMnO4溶液。请完成下表：操作现象结论取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡____存在Fe3+取少量除尽Ag+_____存在Fe2+
后的溶液于试管中，加入1～2滴____(填序号)溶液，振荡(实验结论)铁的氧化产物为Fe2+和Fe3+，则Ag+氧化性强于Fe3+。另一同学用pH计测得常温该硝酸银溶液的pH为5.50，于是该同学对实验结论提出质疑。你认为他提出质疑的理由可能是____。(3)电池原理探究Ag+与I-之间的氧化还原反应按图设计原电池。电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。读懂文中划线部分内容，请回答以下问题：根据下表数据，盐桥中应选择_____作为电解质。阳离子u∞×108(m2∙s-1∙V-1)阴离子u∞×108(m2∙s-1∙V-1)Li+4.074.61Na+5.197.40Ca2+6.59Cl-7.91K+7.628.27(4)已知Cl2能氧化+4价的硫为+6价的硫。请写出Na2SO3溶液和Cl2反应反应的离子方程式____。(5)硫酸亚铁受热可按下式分解：aFeSO4=bFeO+cFe2O3+dSO3+eSO2+fO2，a、b、c、d、e、f为待定系数，若d：e：f=3：4：1，则b：c=_____。14．某化学兴趣小组的几位同学探究原电池原理的应用时，做了如下的实验：
I.原电池原理判断金属的活泼性(1)实验前，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，若根据他的判断，两个装置中的Al都是__极；实际实验时发现两个装置中的电流表偏转方向不同，则以下的有关中判断正确的是__。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，故应具体问题具体分析(2)乙同学利用打磨过的铜片和铝片设计了如图的实验装置，并测量和绘制了原电池的电流(I)随时间(t)的变化曲线(极短时间电流反转)，则图中t1时刻之后阶段，负极材料是__。II.铜与浓硝酸反应探究(3)乙同学又将铜片直接放入浓硝酸中：①实验现象为___。②待反应停止后，若铜有剩余，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是___(用离子方程式表示)。③若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生气体5.6L(标况)。则所消耗浓硝酸的物质的量是____mol。15．某小组探究Na2SO3溶液和KIO3溶液的反应。实验I：向某浓度的KIO3酸性溶液(过量)中加入Na2SO3溶液(含淀粉)，一段时间(ts)后，溶液突然变蓝。查阅资料知：IO在酸性溶液中氧化I-，发生的反应为IO+5I-+6H+=3I2+3H2O。
(1)针对ts前溶液未变蓝，小组做出如下假设：i.ts前未生成I2，是由于反应的活化能__(填“大”或“小”)，反应速率慢导致的。ii.ts前生成了I2，但由于存在Na2SO3，Na2SO3将生成的I2还原。(2)下述实验证实了假设ii合理。实验II：向实验I的蓝色溶液中加入__，蓝色迅速消失，后再次变蓝。(3)进一步研究Na2SO3溶液和KIO3溶液反应的过程，装置如图。实验III：K闭合后，电流表的指针偏转情况记录如表：表盘时间/s0～t1t2～t3t4偏转位置右偏至“Y”处指针回到“0”处，又返至“X”处；如此周期性往复多次……指针归零①K闭合后，取b极区溶液加入盐酸酸化的BaCl2溶液，生成白色沉淀。②0～t1s时，从a极区取溶液于试管中，滴加淀粉溶液，溶液变蓝；直接向a极区滴加淀粉溶液，溶液未变蓝。判断a极的电极反应式为__。③结合反应解释t2～t3s时指针回到“0”处的原因___。(4)综合实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列说法正确的是__(填字母代号)。A．对比实验Ⅰ、Ⅱ，ts后溶液变蓝，I中SO被完全氧化B．对比实验Ⅰ、Ⅲ，ts前IO未发生反应C．实验Ⅲ中指针返回X处的原因，可能是I2氧化SO16．原电池是将化学能转化为电能的装置，某兴趣小组利用数据采集器和传感器等仪器对原电池进行实验探究。I.能量变化探究实验操作数据及图像现象与结论
将60mL1mol/LCuSO4溶液置于100mL烧杯中，向其中加入1g镁粉（1）反应过程中，化学能直接转化为能；将60mL1mol/LCuSO4溶液置于100mL烧杯中，平行插入铜片和镁片，与电流传感器形成闭合回路（2）体系温度变化很小，原因是；反应过程中，镁片和铜片的质量变化分别为：；II.原电池电压影响因素的测定如图所示，在培养皿中进行微型实验，用浸有饱和KNO3溶液的滤纸充当盐桥，在滤纸间隔位置放置金属片，并滴三滴相应溶液，用电压传感器的两个探头分别与不同的金属表面接触形成闭合回路，测定电压。(3)准确配制一定物质的量浓度的溶液时，操作X应在__________(填字母)之间。
A．②③B．③④C．④⑤(4)以上五种金属的活动性由活泼到不活泼的顺序为_________________。(5)实验条件下，连接不同金属片时所得数据见下表，表中Y极代表__________(填“正”或“负”)极，预测表中Ag和Zn相连接时，测得电压的数值a可能的范围为____________；Fe和Mg相连接时，Z极的电极反应式为__________，Y极的电极反应式为____________。Y极Z极测得电压/VAgFe1.009AgZnaAgMg2.114FeZn0.473FeMg1.111ZnMg0.6361.(2019年兰州模拟)被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是( )A．该电池的正极为锌B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C．当0.1molZn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
解析：A项，由电池反应知，Zn元素化合价由0变为＋2，Zn失电子作负极，错误；B项，该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂，错误；C项，电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流，错误；D项，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，正确。答案：D1.(2021年茂名市高州中学高三月考)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是( )A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24LH2时，b池生成17.40gNa2S4【解析】根据放电后Na2S2转化为Na2S4，S元素化合价升高，知Na2S2被氧化，故负极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A项错误；充电时阳极上发生氧化反应，NaBr转化为NaBr3，电极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B项错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C项正确；放电时b池为负极区域，发生氧化反应：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，用该电池电解饱和食盐水，产生标准状况下2.24LH2时转移0.2mol电子，生成0.1molNa2S4，其质量为17.40g，D项错误。答案：C4.(2021年东莞厚街中学高三月考)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下图所示。下列说法错误的是( )A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3
。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。答案：B参考答案1.A【解析】活泼性较强的金属作原电池的负极，易失去电子而被氧化；原电池中电子从负极流经外电路流向正极，电流从正极沿外电路流向负极；原电池正极上得电子生成气体或析出单质，以此可确定金属的活泼性强弱。①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A极为负极，所以活泼性：A＞B；②A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡，说明C极是正极，所以金属活泼性：A＞C；③原电池中，电流从正极流向负极，C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C，所以金属活泼性：C＞D；④B、D相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极逐渐变小，D极发生氧化反应，说明D极是负极，所以金属活泼性：D＞B；综上可知金属活泼性顺序是：A＞C＞D＞B。故选A。2.C【解析】A．a电极上，苯酚转化为CO2，C元素的化合价升高，发生氧化反应，故a电极是该电池的负极，A项错误；B．a电极为负极，b电极为正极，则电池工作时，电流由b电极沿导线流向a电极，B项错误；C．b电极上，转化为N2，N元素化合价降低，发生还原反应，C项正确；D．阳离子向电池正极移动，b电极为正极，故H＋由左室通过质子交换膜进入右室，D项错误。3.A【解析】A．该装置是燃料电池，因此总方程式为2HCOOH+O2+2OH-=2+2H2O，选项A错误；B．根据图示，该燃料电池加入HCOOH的一端为负极，通入O2的一端为正极，因此放电时K+向正极移动，即向右移动，选项B正确；C．在正极一端发生的反应为O2+4Fe2++4H+=4Fe3++2H2O，需要消耗H+，且排出K2SO4，可推出需要补充的物质A为H2SO4，选项C正确；
D．根据图示，负极的电极反应式为：HCOO-+2OH--2e-=+H2O，选项D正确。4.A【解析】A．太阳能电池放电时存在光能转化为电能，故A错误；B．由图知，M为阴极，N为阳极，则电极M上的电势低于电极N上的电势，故B正确；C．由放电总反应知，阳极反应式为VO2＋+H2O-e-=+2H+，阴极反应式为V3++e-=V2+，则交换膜适合选择质子交换膜，故C正确；D．全钒液流电池放电时，正极得电子，反应式为+2H++e-=VO2＋+H2O，故D正确。5.C【解析】A．由图可知，固态KPF6能电离生成PF和K+，则固态KPF6为离子晶体，故A正确；B．根据放电时离子的移动方向可知充电时石墨电极为阳极、MCMB电极为阴极，则放电时石墨电极为正极、MCMB电极为负极，故B正确；C．充电时，PF移向阳极、K+移向阴极，二者所带电荷数值相等，则移向阳极的PF和移向阴极的K+数目相等，即n(PF)=n(K+)=39g÷39g/mol=1mol，n(PF)=nM=1mol×145g/mol=145g，即充电时，若负极增重39g，则正极增重145g，故C错误；D．充电时，阳极发生失去电子的氧化反应，即反应为Cn+xPF6－－xe-=Cn(PF6)x，故D正确。6.D【解析】电极a上有机质转化为CO2，发生氧化反应，所以a为阳极，电极b上CO2转化为CH4，发生还原反应，所以b为阴极。A．电极a上有机质转化为CO2，发生氧化反应，所以a为阳极，A正确；B．工作时为电解池，电解池中阳离子由阳极向阴极迁移，所以质子将从a电极室向b电极室迁移，B正确；C．电极b上CO2得电子被还原，结合迁移过来的氢离子生成CH4和H2O，根据电子守恒和元素守恒可得电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O，C正确；D．有机质中C元素的化合价不一定和甲烷中C元素的化合价相同，所以a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2不一定相等，D错误。7.C【解析】A．根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；
B．根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为，故B错误；C．原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；D．根据，电路中转移电子时，极生成0.5mol水，电解质溶液增重，故D错误。8.C【解析】根据电池总反应式Zn+2MnO2+H2O═ZnO+2MnO(OH)可知，Zn元素化合价升高，被氧化，Mn元素化合价降低，被还原，则锌作负极、二氧化锰作正极，负极电极反应为Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2O，正极电极反应为2MnO2+2e-+2H2O═2MnO(OH)+2OH-。A．由上述分析可知，该原电池中，锌元素化合价由0价变为+2价，锌失电子被氧化，发生氧化反应，作负极，故A错误；B．由上述分析可知，该原电池中，锰元素化合价由+4价变为+3价，得电子发生还原反应，二氧化锰作正极，故B错误；C．由上述分析可知，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2+e-+H2O═MnO(OH)+OH-，故C正确；D．电子从负极沿导线流向正极，不经过电解质溶液，故D错误。9.D【解析】该微生物燃料电池工作时，厌氧微生物催化氧化葡萄糖，同时处理含Cu2+废水，则葡萄糖所在的M电极为负极，负极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-＝6CO2↑+24H+，N电极为正极，正极反应式为Cu2++2e-=Cu。A．由题意可知，厌氧微生物催化氧化葡萄糖，即葡萄糖发生失电子的氧化反应，则所在的M电极为负极，N电极为正极，发生还原反应，故A错误；B．高温环境能使蛋白质凝固变性，导致电池不能正常工作，所以该电池不能在高温环境中工作，故B错误；C．原电池工作时，废水中阴离子移向负极，电子通过导线由负极流向正极，不能通过溶液传递，故C错误；D．N电极为原电池的正极，Cu2+得电子生成Cu，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故D正确。10.D【解析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。
A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；C．由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C正确；D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/mol=1.8g，故D错误。11.C【解析】A．B极通入氧气说明B极为正极，故A错误；B．由于B极生成氢氧根离子，阳离子向B极移动，故B错误；C．电解液含有NaOH溶液时，C6H12O6失去电子，生成的CO2与OH-反应生成，故C正确；D．形成原电池时A极是负极，电子由A极通过导线流向B极，故D错误。12.B【解析】A．反应①②③④分别根据碳、氮、氧、氢元素的化合价的变化判断，化合价都在降低，元素原子得到电子，发生还原反应，故A正确；B．由图示判断反应②氢离子的浓度降低，反应③中生成氢氧根离子，故溶液的碱性增强，故B错误；C．根据图示④的反应物和生成物中氮化合价的降低利用电子守恒及原子守恒书写电极反应为；NO＋10H＋＋8e-=NH＋3H2O，故C正确；D．修复过程中溶液显碱性，会发生反应：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3故D正确。13.（1）淀粉溶液（2）溶液变为红色；③；溶液的紫色褪去；NO具有强氧化性，可将Fe2+氧化为Fe3+（3）KNO3（4）+Cl2+H2O=+2Cl−+2H+（5）3：2【解析】(1)淀粉遇碘单质变蓝，检验有无碘单质，可用淀粉溶液；(2)Fe3+遇SCN-溶液变为血红色；Fe2+检验可用酸性KMnO4溶液，Fe2+
具有还原性能被酸性KMnO4溶液氧化，酸性KMnO4溶液紫色褪去；pH计测得常温该硝酸银溶液的pH为5.50，由于酸性环境下，NO具有强氧化性，可将Fe2+氧化为Fe3+；(3)盐桥中电解质电离的阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（U∞）应尽可能地相近，Ag+与Cl-、HCO、SO反应不能选用，阴离子只剩余NO可选，NO电迁移率（U∞）与K+最接近，故盐桥中应选择KNO3作为电解质；(4)已知Cl2能氧化+4价的硫为+6价的硫，其还原产物是氯离子，则Na2SO3溶液和Cl2反应反应的离子方程式为+Cl2+H2O=+2Cl－+2H+。(5)硫酸亚铁受热可按下式分解：aFeSO4=bFeO+cFe2O3+dSO3+eSO2+fO2，a、b、c、d、e、f为待定系数，若d：e：f=3：4：1，根据硫原子守恒a＝3+4＝7，根据铁原子守恒b+2c＝7，根据氧原子守恒28＝b+3c+3×3+4×2+1×2，解得b＝3，c＝2，所以b：c=3：2。14.（1）正；AD（2）Cu（3）①铜片逐渐溶解，溶液变蓝色，且有红棕色气体生成②3Cu+8H++3=3Cu2++2NO↑+4H2O③0.65【解析】I.(1)金属活动性顺序表中，镁比铝活泼，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，所以甲同学认为Al都是正极；A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意涉及到的化学反应原理，选择合适的电解质，故A正确；B．两个装置中的电流表偏转方向不同，是因为两个原电池涉及的化学反应不一样，一个是镁和盐酸反应，一个是铝和氢氧化钠反应，并不能说明镁的金属性不一定比铝的金属性强，故B错误；C．该实验说明应根据原电池涉及的反应来判断正负极，而不是盲目根据金属活动性顺序来判断，故根据该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值的说法错误，故C错误；D．该实验说明化学研究，不能盲目套用经验，应根据研究对象，反应条件，具体问题具体分析，故D正确；(2)(I)开始时，由于铝片比铜片活泼，铝片是负极，铝片失电子，但铝片遇浓硝酸反应后会使其表面生成致密氧化膜而钝化，则电流会越来越小，t1时刻之后，那么就是铜和浓硝酸反应了，所以电流出现反转，此时，铜失去电子，是负极。II.(3)①铜和浓硝酸反应生成二氧化氮气体，同时生成硝酸铜，故其反应现象是铜片逐渐溶解，溶液变蓝色，且有红棕色气体生成。
②加入的稀硫酸会电离出大量氢离子，氢离子会和硝酸铜的硝酸根离子和剩余的少量铜继续反应，其离子方程式为3Cu+8H++3=3Cu2++2NO↑+4H2O。③铜和浓硝酸反应过程中，硝酸浓度会逐渐变小，所以生成的气体是NO和NO2混合气体，根据产生气体5.6L(标况)，所以混合气体的物质的量为0.25mol，根据NO和NO2的化学式，根据N元素守恒，可知被还原的硝酸总共是0.25mol，根据关系式Cu~Cu(NO3)2~2HNO3，根据参加反应铜的质量12.8g，其物质的量为0.2mol，可知，还有0.4mol硝酸参与反应，所以该过程中消耗的硝酸总的物质的量为0.25mol+0.4mol=0.65mol。15.（1）大（2）少量Na2SO3（3）IO+6e-+6H+=I-+3H2O；此时，a极发生反应IO+5I-+6H+=3I2+3H2O，IO不再与SO发生反应，外电路无电流通过（4）AC【解析】(1)i.活化能越大，反应速率越慢，ts前未生成I2，是由于反应的活化能大，反应速率慢导致的；(2)若假设ii合理，则需要向实验I的蓝色溶液中加入Na2SO3，开始时Na2SO3将生成的I2还原，溶液蓝色褪去，之后再发生IO+5I- +6H+=3I2+3H2O，有碘单质生成，溶液又变蓝色；(3)②0～t1 s时，直接向a极区滴加淀粉溶液，溶液未变蓝，说明a极IO被还原成I-，电极方程式为IO+6e-+6H+=I-+3H2O；③t2～t3 s时指针回到“0”处，说明外电路无电流通过，可能是此时a极发生反应IO+5I-+6H+=3I2+3H2O，IO不再与SO发生反应，外电路无电流通过；(4)A．碘能氧化SO，ts后溶液变蓝，说明碘单质有剩余，所以I中SO被完全氧化，故A正确；B．对比实验Ⅰ、Ⅲ可知ts前IO发生还原反应，故B错误；C．碘单质能氧化SO，实验Ⅲ中指针返回X处的原因，可能是I2氧化SO，故C正确；选AC。16.（1）热能（2）电池工作过程中，化学能主要转化为电能；减小、增加（3）B（4）Mg、Zn、Fe、Cu、Ag（5）正；1.009Zn>Fe，因此Ag和Zn相连接时，测得电压的数值a可能的范围为：1.009
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