第2節(jié) 原電池 化學(xué)電源一、選擇題1課堂學(xué)習(xí)中，同學(xué)們利用鋁條、鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流計(jì)、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論錯(cuò)誤的是()A原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置B原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成C圖中a極為鋁條、b極為鋅片時(shí)，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流D圖中a極為鋅片、b極為銅片時(shí)，電子由銅片通過(guò)導(dǎo)線流向鋅片解析：選D。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，A正確；原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成，B正確；圖中a極為鋁條、b極為鋅片時(shí)，構(gòu)成原電池，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流，C正確；圖中a極為鋅片、b極為銅片時(shí)，鋅片作負(fù)極，電子由鋅片通過(guò)導(dǎo)線流向銅片，D錯(cuò)誤。2.如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說(shuō)法正確的是()A外電路的電流方向?yàn)閄外電路YB若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵CX極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)D若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性強(qiáng)弱為XY解析：選D。外電路電子流向?yàn)閄外電路Y，電流方向與其相反，X極失電子，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Y極得電子，作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。若兩電極分別為鐵和碳棒，則Y為碳棒，X為鐵。3鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A電池工作時(shí)，鋅失去電子，電解液內(nèi)部OH向負(fù)極移動(dòng)B電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g解析：選C。 A鋅的化合價(jià)升高，失去電子，電解液內(nèi)部OH向負(fù)極移動(dòng)，A正確；B負(fù)極失去電子，正極得到電子，則根據(jù)總反應(yīng)式可判斷正極是二氧化錳得到電子，電極反應(yīng)式為2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)，B正確；C電池工作時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，C錯(cuò)誤；D由總的反應(yīng)式可知消耗0.2 mol電子時(shí)負(fù)極消耗0.1 mol鋅，則消耗鋅的質(zhì)量0.1 mol65 g/mol6.5 g，D正確。4根據(jù)下圖，判斷下列說(shuō)法正確的是()A裝置和裝置中負(fù)極反應(yīng)均是Fe2e=Fe2B裝置和裝置中正極反應(yīng)均是O22H2O4e=4OHC裝置和裝置中鹽橋中的陽(yáng)離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng)D放電過(guò)程中，裝置左側(cè)燒杯和裝置右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大解析：選D。裝置中，由于Zn比Fe活潑，所以Zn作原電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2；Fe作正極，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH，由于正極有OH生成，因此溶液的pH增大。裝置中，F(xiàn)e作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2；Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2，正極由于不斷消耗H，所以溶液的pH逐漸增大，據(jù)此可知A、B均錯(cuò)誤，D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子移向正極，所以C錯(cuò)誤。5如圖為某原電池的結(jié)構(gòu)示意圖，下列說(shuō)法中不正確的是()A原電池工作時(shí)的總反應(yīng)為ZnCu2=Zn2Cu，該反應(yīng)一定為放熱反應(yīng)B原電池工作時(shí)，Zn電極流出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)C原電池工作時(shí)，Cu電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，CuSO4溶液藍(lán)色變深D如果將Cu電極改為Fe電極，Zn電極依然作負(fù)極解析：選C。由圖可知：原電池總反應(yīng)為ZnCu2=Zn2Cu，自發(fā)進(jìn)行且放熱的反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池，A正確；Zn比Cu活潑，故作負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；Cu作正極，Cu2得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，CuSO4溶液顏色變淺，C不正確；Fe也不如Zn活潑，故Zn電極依然作負(fù)極，D正確。6鋰電池的構(gòu)造如圖所示，電池內(nèi)部“”表示放電時(shí)Li的遷移方向，電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1xCoO2LixC6LiCoO26C，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A該電池的負(fù)極為L(zhǎng)iCoO2B電池中的固體電解質(zhì)可以是熔融的氯化鈉、干冰等C充電時(shí)的陰極反應(yīng)：Li1xCoO2xLixe=LiCoO2D外電路上的“”表示放電時(shí)的電子流向解析：選B。根據(jù)鋰離子的移動(dòng)方向，確定LiCoO2是負(fù)極，碳電極是正極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路移向正極，充電時(shí)為電解池，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，故A、C、D正確。干冰是固體二氧化碳，屬于非電解質(zhì)，故B錯(cuò)誤。7乙烯催化氧化成乙醛可設(shè)計(jì)成如圖所示的燃料電池，能在制備乙醛的同時(shí)獲得電能，其總反應(yīng)為2CH2=CH2O22CH3CHO。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()Aa電極發(fā)生還原反應(yīng)B放電時(shí)，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，理論上需要消耗28 g乙烯Cb電極反應(yīng)式為O24e2H2O=4OHD電子移動(dòng)方向：電極a磷酸溶液電極b解析：選B。由題圖可以看出a極通入乙烯，作負(fù)極，放電時(shí)乙烯發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙醛，A項(xiàng)錯(cuò)誤；CH2=CH2CH3CHO中碳元素化合價(jià)發(fā)生變化，可以看出每轉(zhuǎn)移2 mol電子有1 mol乙烯被氧化，B項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液顯酸性，b極通入氧氣，放電后生成水，電極反應(yīng)式為O24e4H=2H2O，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)電子從負(fù)極通過(guò)外電路向正極移動(dòng)，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。8.一種用于驅(qū)動(dòng)潛艇的液氨液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關(guān)該電池說(shuō)法正確的是()A該電池工作時(shí)，每消耗22.4 L NH3轉(zhuǎn)移3 mol電子B電子由電極A經(jīng)外電路流向電極BC電池工作時(shí)，OH向電極B移動(dòng)D電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2 4H 4e=2H2O解析：選B。A項(xiàng)，溫度、壓強(qiáng)未知，不能計(jì)算22.4 L NH3的物質(zhì)的量，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該電池中通入氧氣的電極B為正極，電極A為負(fù)極，電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B，正確；C項(xiàng)，電池工作時(shí)，OH向負(fù)極移動(dòng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，該電池電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O22H2O4e=4OH，錯(cuò)誤。9目前科學(xué)家已開(kāi)發(fā)出一種新型燃料電池固體氧化物電池，該電池用辛烷(C8H18)作燃料，電池中間部分的固體氧化物陶瓷可傳遞氧離子，下列說(shuō)法正確的是()A電池工作時(shí)，氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)B電池負(fù)極的電極反應(yīng)：O22H2O4e=4OHC電池負(fù)極的電極反應(yīng)：C8H1825O250e=8CO29H2OD若消耗的O2為11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則電池中有1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移解析：選C。該電池工作時(shí)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極上燃料辛烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C8H1825O250e=8CO29H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L氧氣的物質(zhì)的量為0.5 mol，根據(jù)O24e=2O2，當(dāng)消耗0.5 mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為氧氣的4倍，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2 mol，D項(xiàng)錯(cuò)誤。10下圖是一種燃料型電池檢測(cè)儀的工作原理示意圖。下列說(shuō)法不正確的是()A該儀器工作時(shí)酒精濃度越大，則電流強(qiáng)度越大B工作時(shí)外電路電子流向?yàn)閄YC檢測(cè)結(jié)束后，X極區(qū)的pH增大D電池總反應(yīng)為2CH3CH2OHO2=2CH3CHO2H2O解析：選C。A該圖為酒精燃料電池，該儀器工作時(shí)酒精濃度越大，則單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移電子數(shù)越多，電流強(qiáng)度越大，正確；B燃料電池中通入燃料的一極發(fā)生氧化反應(yīng)作原電池的負(fù)極，所以X是負(fù)極，Y是正極，電子從外電路的負(fù)極流向正極，正確；C酒精發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙醛和氫離子，所以X極區(qū)的氫離子濃度增大，pH減小，錯(cuò)誤；D燃料電池的反應(yīng)實(shí)質(zhì)就是乙醇與氧氣反應(yīng)生成乙醛和水，所以電池總反應(yīng)為2CH3CH2OHO2=2CH3CHO2H2O，正確。二、非選擇題11根據(jù)下列原電池的裝置圖，回答問(wèn)題：(1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)；反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后溶液C的pH將_(填“升高”“降低”或“基本不變”)。(2)若需將反應(yīng)：Cu2Fe3=Cu22Fe2設(shè)計(jì)成如上圖所示的原電池裝置，則負(fù)極A極材料為_(kāi)，正極B極材料為_(kāi)，溶液C為_(kāi)。(3)用CH4和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下：則電極d是_(填“正極”或“負(fù)極”)，電極c的反應(yīng)方程式為_(kāi)。若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則上述燃料電池消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)L。解析：(1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2，A電極為正極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為2H2e=H2；氫離子濃度減小，氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高。(2)將反應(yīng)Cu2Fe3=Cu22Fe2設(shè)計(jì)成如題圖所示的原電池裝置，Cu元素的化合價(jià)由0價(jià)升高到2價(jià)，失電子作原電池的負(fù)極，則負(fù)極A極材料為Cu，正極B極材料為石墨或比銅活潑性弱的金屬，F(xiàn)e3在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，溶液C用可溶性鐵鹽，即含F(xiàn)e3的溶液。(3)根據(jù)甲烷燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖可知，電子流出的電極為負(fù)極，c為負(fù)極，d為正極，在燃料電池中，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，甲烷在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電極c的反應(yīng)方程式為CH48e2H2O=CO28H。根據(jù)正極電極反應(yīng)式：O24e4H=2H2O，可知線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時(shí)，消耗的O2為0.5 mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.5 mol22.4 L/mol11.2 L。答案：(1)2H2e=H2升高(2)Cu石墨(或比銅活潑性弱的金屬)含F(xiàn)e3的溶液(3)正極CH48e2H2O=CO28H11.212化學(xué)在能源開(kāi)發(fā)與利用中起著十分關(guān)鍵的作用。氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料。.氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極)：(1)對(duì)于氫氧燃料電池，下列敘述不正確的是_。Aa電極是負(fù)極，OH移向負(fù)極Bb電極的電極反應(yīng)為O22H2O4e=4OHC電池總反應(yīng)式為2H2O22H2OD電解質(zhì)溶液的pH保持不變E氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置(2)上圖右邊裝置中盛有100 mL 0.1 molL1 AgNO3 溶液，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)，此時(shí)AgNO3溶液的pH_(溶液體積變化忽略不計(jì))。.已知甲醇的燃燒熱H726.5 kJmol1，在直接以甲醇為燃料的電池中，理想狀態(tài)下，消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1 kJ，則該燃料電池的理論效率為_(kāi)(燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比)。解析：.(1)C項(xiàng)電池反應(yīng)不需要反應(yīng)條件，故C錯(cuò)；隨著燃料電池的不斷反應(yīng)，水越來(lái)越多，KOH溶液濃度逐漸減小，pH逐漸降低，故D錯(cuò)。(2)右池為電解池，其電極反應(yīng)為陽(yáng)極：4OH4e=O22H2O，陰極：4Ag4e=4Ag，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH，故生成0.01 mol H，c(H)0.1 molL1，pH1。.該燃料電池的理論效率100%96.6%。答案：.(1)CD(2)1.96.6%13.LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。(1)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)。(2)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。.熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視。某燃料電池以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。(3)該燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式為_(kāi)。(4)該燃料電池正極電極反應(yīng)式為_(kāi)。解析：(1)原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4Li4e4Cl=4LiCl，則正極的電極反應(yīng)式用總反應(yīng)方程式減去負(fù)極反應(yīng)得2SOCl24e=4ClSSO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中S元素的化合價(jià)仍是4價(jià)，未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以SOCl2與水反應(yīng)的產(chǎn)物是二氧化硫與氯化氫，氯化氫與水結(jié)合形成白霧，則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是出現(xiàn)白霧，有刺激性氣味氣體生成；化學(xué)方程式為SOCl2H2O=SO22HCl。(3)燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以丁烷在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，因?yàn)槿廴诘腒2CO3為電解質(zhì)，所以生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為C4H1013CO26e=17CO25H2O。(4)正極是氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，并與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O22CO24e=2CO。答案：(1)2SOCl24e=4ClSSO2(2)出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體生成SOCl2H2O=SO22HCl(3)C4H1013CO26e=17CO25H2O(4)O22CO24e=2CO14(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置：該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為_(kāi)；若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn_g(已知F96 500 Cmol1)。鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向_(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向_(填“左”或“右”)移動(dòng)。圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有_。(2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是_，A是_。(3)利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2可以在固體介質(zhì)NASICON (固溶體)內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)O2的移動(dòng)方向_(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)。解析：(1)放電時(shí)石墨為正極，高鐵酸鉀在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1106096 5000.006 2(mol)。理論消耗Zn的質(zhì)量為0.006 2 mol265 gmol10.2 g。電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng)；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)。由題圖中高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，可知高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定。(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失電子在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N28H6e=2NH，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液。(3)工作時(shí)電極b作正極，O2由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為COO22e=CO2。答案：(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2右左使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定(2)N28H6e=2NH氯化銨(3)從b到aCOO22e=CO2