知识讲解_原电池和化学电源（提高）

1 高考总复习 原电池和化学电源 【考纲要求】 　 1．了解原电池的工作原理。 2．能写出原电池的电极反应式和反应的总方程式。 3．能根据氧化还原反应方程式设计简单的原电池。 4．能根据原电池原理进行简单计算。 5．熟悉常见的化学电源（一次电池、二次电池和燃料电池），能分析常见化学电池工 作原理，了解废旧电池回收的意义。 【考点梳理】 考点一、原电池的概念 1．能量的转化 原电池：将化学能转变为电能的装置。 电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。 2．工作原理 设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反 应分别在两个不同的区域进行，并使电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。 电子从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属或碳棒），负极发生氧化反应，正 极发生还原反应。 电极 电极材料 反应类型 电子流动方向 负极 还原性较强的金属 氧化反应 负极向外电路提供电子 正极 还原性较弱的金属 还原反应 正极从外电路得到电子 以下是锌铜原电池装置示意图： 要点诠释：盐桥的作用 a．组成：将热的饱和 KCl 或 NH4NO3 琼胶溶液倒入 U 形管中(不能产生裂隙)，即可得 到盐桥。将冷却后的 U 形管浸泡在 KCl 饱和溶液或 NH4NO3 饱和溶液中备用。 b．作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn 失去电子形成 的 Zn2+进入 ZnSO4 溶液，ZnSO4 溶液因 Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4 则由于 Cu2+ 变 为 Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从 锌片流向铜片，造成电流中断。 由于盐桥（如 KCl）的存在，其中阴离子 Cl-向 ZnSO4 溶液扩散和迁移，阳离子 K+则 向 CuSO4 溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间 断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4 溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液 与 KCl 溶液反应产生沉淀，可用 NH4NO3 代替 KCl 作盐桥。2 3．原电池的组成条件 (1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。 原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。 (2)电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子 定向移动成内电路。 (3)导线将两电极连接，形成闭合回路。 （4）有能自发进行的氧化还原反应。 4．原电池的判断方法 （1）先分析有无外接电池，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。 （2）多池相连，但无外电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看 做电解池。 5．原电池的正负极的判断方法 判断依据 负极 正极 电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中离子定 向移动方向 阴离子移向的负极 阳离子移向的正极 发生的反应 氧化反应 还原反应 反应现象 溶解的极 增重或有气泡放出的极 6．原电池中带电粒子的移动方向 在原电池构成的闭合电路中，有带电粒子的定向移动。在外电路上电子从负极经导线 上流入正极；在内电路上即在电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。具体情况见 图： 考点二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 例如：在锌与稀 H2SO4 反应时加入少量 CuSO4 溶液能使产生 H2 的速率加快。 2．比较金属活动性强弱 例如：有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入到稀 H2SO4 中，观察到 a 极溶解，b 极上 有气泡产生。根据现象判断出 a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性 a＞b。 3．用于金属的防护 将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌 块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。 4．原电池的设计 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是： （1）首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应； （2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。 ①电极材料的选择3 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且， 原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。 ②电解质溶液的选择 电解质溶液一般要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）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥）， 则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成 的原电池中，负极金属锌浸泡在含有 Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有 Cu2+的电 解质溶液中。 （3）按要求画出原电池装置图。 考点三、几种常见的电池 （一）电池的评价 比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。 （二）实用电池的特点 (1)能产生比较稳定而且较高电压的电流； (2)安全、耐用且便于携带，易于维护； (3)能够适用于各种环境； (4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小； (5)能量转换率高。 （三）几种常见的电池 1、一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。 干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。 碱性锌锰电池 构成：负极是锌，正极是 MnO2，电解质是 KOH 负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2； 正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－ 总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。 2、二次电池 ①铅蓄电池 放电电极反应： 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)； 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l) 总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l) 充电电极反应： 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)； 阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq) 总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 总反应方程式： Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l) 说明：4 a 负极 阴极 正极 阳极 b 电池的正负极分别和电源的正负极相连 c 各极的 pH 变化看各电极反应，电池的 pH 变化看电池总反应 ②镍一镉碱性蓄电池 负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2； 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－ 总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 3、燃料电池 电池 电极 反应 酸性电解质 碱性电解质 负极 2H2－4e－＝4H+ 2H2+4OH－－4e－＝4H2O 正极 O2+4H++4e－＝2H2O O2+2H2O+4e－＝4OH－ 氢氧 燃料 电池 总反应 2H2+O2＝2H2O 2H2+O2＝2H2O 负极 CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+ CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 正极 2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O 2O2+4H2O+8e－=8OH－ 甲烷 燃料 电池 总反应 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 负极 2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+ 2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－ +12H2O 正极 3O2 +12H+ +12e－＝6H2O 3O2+6H2O+12e－=12OH－ 甲醇 燃料 电池 总反应 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O 除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气 外，空气中的氧气也可作氧化剂。 燃料电池的能量转化率高于 80％，远高于燃烧过程（仅 30％左右），有利于节约能源。 燃料电池有广阔的发展前途。 （四）正确书写电极反应式 (1)列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。 (2)标明电子的得失。 (3)使质量守恒。 K 1 K 25 电极反应式书写时注意： ①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质 溶液中的阴离子应该写入负极反应式； ②若正极上的反应物质是 O2，且电解质溶液为中性或碱性，则 H2O 必须写入正极反应 式，且生成物为 OH－；若电解液为酸性，则 H+必须写入反应式中，生成物为 H2O。 ③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。 (4)正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去 较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。注意相加减时电子得失数目要相 等。 【典型例题】 类型一：原电池原理 例 1．铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是 A．正极反应为：Zn—2e-=Zn2+ B．电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu C．在外电路中，电子从负极流向正极 D．盐桥中的 K+移向 ZnSO4 溶液 【答案】BC 【解析】Zn 是负极，故 A 错；电池总反应和没有形 成 原电池的氧化还原反应相同，故 B 正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电 子由负极流向正极，故 C 正确；在溶液中，阳离子往正极移动，故 D 错误。 【总结升华】一定要记住：原电池工作时，电子沿导线从负极流向正极， 在溶液中阴 离子向负极移动。 举一反三： 【变式 1】用铜片、银片、Cu (NO3)2 溶液、AgNO3 溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3 的 U 型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag++e-=Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入 AgNO3 溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A. ①② B.②③ C.②④ D.③④ 【答案】C 【高清课堂：399158 例 2】 【变式 2】右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。 下列说法正确的是 A．该系统中只存在 3 种形式的能量转化 B．装置 Y 中负极的电极反应式为： O2+2H2O+4e－＝4OH－ C．装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并 能实现化学能与电能间的完全转化6 【答案】C 【解析】本题主要考查的是电化学知识。A 项，在该装置系统中，有四种能量转化的关 系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B 项，装置 Y 为氢氧燃料电池， 负极电极反应为 H2 -2e- + 2OH- = 2H2O；C 项，相当于用光能电解水，产生 H2 和 O2，实现 燃料（H2）和氧化剂（O2）的再生；D 项，在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生， 不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选 C 项。 【变式 3】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 能与 NaOH 溶液反应失去电子，是负极； ③中 Fe 在浓硝酸中易钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，A 错，C 错。②中电池总 反应为 2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑，负极电极反应式为 2Al+8OH――6e―==2AlO2― +4H2O，二者相减得到正极电极反应式为：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。 例 2．某同学根据离子反应方程式 2Fe3++Fe==3Fe2+来设计原电池。下列设计方案中可行的 是（ ） A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为 FeCl3 溶液 B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为 Fe(NO3)3 溶液 C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为 FeCl2 溶液 D．电极材料为石墨，电解质溶液为 FeCl3 溶液 【答案】B 【解析】由离子反应方程式可知，设计的原电池中 Fe 为负极，不与电解质溶液反应的 导体为正极，含 Fe3+的溶液为电解质溶液，故 B 项可行。 举一反三： 【变式 1】依据氧化还原反应：2Ag+ (aq)+Cu (s)==Cu2+ (aq)+2Ag (s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题：7 (1)电极 X 的材料是________；电解质溶液 Y 是________； (2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为________；X 电极上发生的电极反 应为________； (3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。 【答案】(1)Cu AgNO3 溶液 (2)正 Ag++e－==Ag Cu－2e－==Cu2+ (3)X Ag 【解析】由氧化还原反应：2Ag+ (aq)+Cu (s)==Cu2+ (aq)+2Ag (s)可知，可以选用 Cu (s)—Ag (s)—AgNO3 (aq)构成简易的原电池，因此上图中电极 X 的材料是 Cu，电解质溶液 Y 是 AgNO3 溶液，正极为 Ag，正极上发生的反应为 Ag++e－==Ag，负极为 Cu，负极上发生 的反应为 Cu－2e－==Cu2+，在外电路电子由负极流向正极，即从 X 电极流向 Ag 电极。 类型二：金属活动性强弱比较 例 3．根据下列实验事实： (1) X+Y2+ = X2+ + Y (2) Z + 2H2O（冷水）=Z(OH)2 + H2↑ (3)Z2+离子的氧化性比 X2+弱 (4)由 Y、W 作电极组成的原电池负极反应为：Y—2e－=Y2+， 由此可知，X、Y、Z、W 的还原性由强到弱的顺序是 A．X > Y > Z > W B．Y > X > W > Z C．Z > X > Y > W D．Z > Y > X > W 【答案】C 【解析】(1)X 能将 Y2+还原说明 X 的还原性强于 Y。(2)Z 能与冷水作用，说明 Z 一定 为活泼性很强的金属。(3)Z2+氧化性比 X2+弱说明 Z 的金属性强于 X。(4)在原电池中 Y 做负 极，故 Y 的活泼性强于 W。 举一反三： 【变式 1】X、Y、Z、W 四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。X、Y 相连时，X 为负极；Z、W 相连时，电流方向是 W→Z；X、Z 相连时，Z 极上产生大量气泡； W、Y 相连时，W 极发生氧化反应。据此判断四种金属的活泼性顺序是( ) A．X＞Z＞W＞Y B．Z＞X＞Y＞W C．W＞X＞Y＞Z D．Y＞W＞Z＞X 【答案】A 【解析】在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子，发生氧化反应；不活泼 的金属作为电池的正极，得到电子，发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的 方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向)。因此，X、Y 相连时，X 为负极， 则活泼性 X＞Y；Z、W 相连时，电流方向是 W→Z，则活泼性 Z＞W；X、Z 相连时，Z 极 上产生大量气泡，则活泼性 X＞Z；W、Y 相连时，W 极发生氧化反应，则活泼性 W＞Y。 综上所述，可以得出金属的活泼性顺序是 X＞Z＞W＞Y。 类型三：干电池 【高清课堂：399158 例 5】 例 4．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧 化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn (s)+2MnO2 (s)+2H2O (1)==Zn(OH)2 (s)+2MnOOH (s) 下列说法错误的是（ ） A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为：2MnO2 (s)+2H2O (1)+2e－==2MnOOH (s)+2OH－ (aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减少 6.5 g8 【答案】C 【解析】该电池工作时，Zn 应为负极，失去电子，故 A 正确。原电池正极发生得电子 反应，即还原反应，故 B 正确。电子应由原电池的负极流出，通过外电路流向正极，故 C 错误。由于 Zn 失去 2 mol 电子时，自身消耗的质量为 65 g，则失去 0.2 mol 电子，理论上消 耗 6.5 g，故 D 正确。 举一反三： 【变式 1】Zn-MnO2 干电池应用广泛，其电解质溶液是 ZnCl2－NH4Cl 混合溶液。 （1）该电池的负极材料是　　　　。电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负 极”）。 （2）若 ZnCl 2-NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因 是　　　　。欲除去 Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。 a.NaOH b.Zn　　　　c.Fe d.NH3·H2O (3)MnO2 的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的 MnSO4 溶液。阴极的电极反应式 是　　　　。若电解电路中通过 2mol 电子，MnO2 的理论产量为　　　　。 【答案】（1）Zn 正极 （2）锌与还原出来的 Cu 构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b （3）2H++2e-=H2↑ ，87g 【解析】（1）负极发生氧化反应，Zn 失电子，做负极。电子由负极经外电路流向正极。 （2）锌与还原出来的 Cu 构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新 杂质，所以应选 Zn 将 Cu2+ 置换为单质而除去。（3）阴极上得电子，发生还原反应，H+得 电子生成氢气。因为 MnSO4～MnO2～2 e-，通过 2mol 电子产生 1mol MnO2，质量为 87g。 【变式 2】锂电池是新一代高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制 成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li+MnO2==LiMnO2，下列说法正确的是（ ） A．Li 是正极，电极反应为：Li－e－==Li+ B．Li 是负极，电极反应为：Li－e－==Li+ C．MnO2 是负极，电极反应为：MnO2+e－==MnO2－ D．Li 是负极，电极反应为：Li－2e－==Li2+ 【答案】B 【解析】分析电池的总反应式 Li+MnO2==LiMnO2，可以知道 Li 失去电子，发生氧化反 应，所以 Li 是负极，电极反应为 Li－e－==Li+；MnO2 是正极，发生还原反应，电极反应为 MnO2+e－==MnO2－。 类型四：蓄电池 例 5．锂离子电池的总反应为：LixC+Li1﹣xCoO2 C+LiCoO2； 锂硫电池的总反应为：2Li+S Li2S。有关上述两种电池说法正确的是（　　） A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移9 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．图中表示用锂离子电池给锂硫电池充电 【思路点拨】电池充电的实质是把放电时发生的变化再复原的过程，即放电是原电池、 充电是电解的过程，解决该类题目时，先分清原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时 阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。 【答案】B 【解析】A、原电池中阳离子向正极移动，则锂离子电池放电时，Li+向正极迁移，故 A 错误； B、锂硫电池充电时，锂电极与外接电源的负极相连，锂电极上 Li+得电子发生还原反应， 故 B 正确； C、比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，锂硫电池放电时负 极为 Li，锂离子电池放电时负极为 LixC，两种电池的负极材料不同，所以比能量不同，故 C 错误； D、用锂离子电池给锂硫电池充电时，Li 为阴极，应与负极 C 相连，S 为阳极应与正极 LiCoO2 相连，故 D 错误； 故选 B。 【总结升华】原电池中应注意的 3 个“方向”： (1)外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极； (2)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极； (3)盐桥中(含饱和 KCl 溶液)离子移动方向：K+→正极，Cl-→负极。 举一反三： 【变式 1】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金上均匀涂上膏状的 PbSO4，干燥后再安 装，充电后即可使用，发生的反应是： 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 下列对铅蓄电池的说法中错误的是( ) A．需要定期补充硫酸 B．工作时 Pb 是负极，PbO2 是正极 c．工作时负极上发生的反应是 Pb－2e－+SO42－==PbSO4 D．工作时电解质溶液的密度减小 【答案】A 【解析】铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应 的物质是正极，所以 Pb 是负极，PbO2 是正极；在工作时，负极发生的反应是 Pb 失去电子 生成 Pb2+，而 Pb2+又与溶液中的 SO42－生成 PbSO4 沉淀；放电时消耗硫酸的量与充电时生成 硫酸的量相等，说明 H2SO4 不用补充；工作时（即放电时），H2SO4 被消耗，溶液中 H2SO4 的物质的越浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。 【变式 2】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳 定的放电电压。高铁电池的总反应为 　　3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，下列叙述不正确的 是　　　　　　 　　A．放电时每转移 3 mol 电子，正极有 1mol K2FeO4 被氧化 　　B．充电时阳极反应为：2Fe(OH)3－6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O 充电 放电10 　　C．放电时负极反应为：3Zn－6e－ +6OH－= 3Zn(OH)2 　　D．放电时正极附近溶液的碱性增强 【答案】A 【解析】A 项中放电时正极应被还原，D 项中放电时正极：2FeO42 － +6e － + 8H2O=2Fe(OH)3+ 10 OH－，故溶液的碱性增强。启示：分析问题要先定性后定量，注意 关键字词。 【变式 3】镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质 溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行： Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是 A．充电时阳极反应：Ni(OH)2 －e— + OH- == NiOOH + H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的 OH-向正极移动 【答案】A 　　【解析】由充电时方程式中的 Cd 和 Ni 的化合价的变化可知，Ni(OH)2 作阳极，电解质 溶液为 KOH 溶液，所以阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O；Cd(OH)2 作阴极，Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd 作负极，Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，Cd 周围的 c(OH－)下降，OH－向负极移动。 【变式 4】蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电 池分别在充电和放电时发生的反应：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是（ ） A．放电时，Fe 是负极，NiO2 是正极 B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中 C．放电时，负极上的电极反应为：Fe+2OH－－2e－==Fe(OH)2 D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 【答案】BD 【解析】蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属 Fe，A 正确。放 电时，Fe 是原电池的负极，Fe 失电子被氧化成 Fe2+。由于负极（Fe）的附近聚集较多的 Fe2+，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D 不正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应 分别是： 放电：负极，Fe－2e－+2OH－==Fe(OH)2； 正极，NiO2+2e－+2H2O==Ni(OH)2+2OH－。 充电：阴极，Fe(OH)2+2e－==Fe+2OH－； 阳极，Ni(OH)2－2e－+2OH－==NiO2+2H2O。 可见以上反应都是在碱性溶液中进行的，B 不正确，C 正确。 【变式 5】Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是 A. Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为+1 价 B. 该电池的电池反应式为：2Li+FeS＝Li2S+Fe C. 负极的电极反应式为 Al-3e-=Al3+ D. 充电时，阴极发生的电极反应式为： 【答案】B ·Åµç ³ä µç  放电 充电11 【解析】本题形式较新颖，车载电池的两极材料需要根据信息来判断。根据给出的正极 得电子的电极反应式，可知正极是 FeS 被还原，可以判断出原电池的负极应是 Li 被氧化， 电极反应式为 Li-e－=Li+。A 选项中 Li 的化合价为 0 价；B 选项是正确的；C 选项应为 Li-e-=Li+；D 选项中阴极发生的应当是还原反应 Li＋+e－=Li，D 项错误。 类型五：燃料电池 例 6．（2016 北京西城二模）已知某种微生物燃料电池工作原理如图所示。下列有关该电池 的说法中，正确的是（ ） A．外电路电子从 B 极移向 A 极 B．溶液中 H+由 B 极区移向 A 极区 C．电池工作一段时间后 B 极区溶液的 pH 减小 D．A 极电极反应式为：CH3COOH - 8e－+2H2O=2CO2 +8H+ 【思路点拨】根据图像信息判断正负极是解题的关键。 【答案】D 【解析】根据图像提供的信息得知，A 极发生失电子的氧化反应，为负极，B 极发生得 电子的还原反应，为正极。A 项，外电路电子是从负极到正极（由 A 到 B）；B 项，溶液中 H+ 由 A 极区移向 B 极区，与氧结合成水；C 项，由于 B 区不断消耗 H+，导致酸性减弱，pH 应该增大；D 项，A 极电极反应式为：CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2+8H+，故选 D。 【总结升华】（1）在燃料电池中，可燃物发生氧化反应，故通入燃料气的一极为负极； 氧气发生还原反应，故通入氧气的一极为正极。（2)要注意电解质溶液的酸碱性。 举一反三： 【变式 1】有人设计出利用 CH4 和 O2 反应，用铂电极在 KOH 溶液中构成原电池。电池的总 反应类似于 CH4 在 O2 中燃烧的反应，则下列说法中正确的是( ) ①每消耗 l mol CH4 可以向外电路提供 8 mol e－ ②负极上 CH4 失去电子，电极反应式为 CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O ③负极上 O2 获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e－==4OH－ ④电池放电时，溶液 pH 不断升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④ 【答案】A 【解析】CH4 在铂电极上发生类似于 CH4 在 O2 中燃烧的反应，即 CH4→CO2，严格地 讲生成的 CO2 还与 KOH 溶液反应生成 K2CO3，化合价升高，失去电子，作电池的负极，电 极反应式为 CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O，1 mol CH4 参加反应有 8 mol e－发生转移，O212 在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e－==4OH－。虽然正极产生 OH－， 负极消耗 OH－，但从总反应 CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O 可看出反应消耗了 KOH，所 以电池放电时溶液的 pH 不断下降，故①②正确，③④错误。 【变式 2】一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化 碳。该电池负极发生的反应是（ ） A．CH3OH (g) —2e―+O2 (g)==H2O (l)+CO2 (g)+2H+(aq) B．O2 (g)+4H+(aq)+4e―==2H2O (l) C．CH3OH (g)+H2O (l) —6e―==CO2 (g)+6H+(aq) D．O2 (g)+2H2O (l)+4e―==4OH― 【答案】C 【解析】甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故 B、 D 错误；A 项不是电极反应式。 【变式 3】肼（N2H4）－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是 20%～30% 的 KOH 溶液。电池总反应为：N2H4＋O2＝N2↑＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法 正确的是 A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e－＝4H2O＋N2↑ B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O C．溶液中阴离子向正极移动 D．溶液中阴离子物质的量基本不变 【答案】AD 类型六：其它电池 【高清课堂：399158 例 3】 例 7．某燃料电池所用的原料为 H2 和空气(含一定量的 CO2)，电解质为熔融的 K2CO3。电池 的总反应为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+CO32－-2e－= H2O+CO2。下列说法中正确的 是 A．正极反应为：4OH－＋4e－=2H2O+O2↑ B．电池放电时，电解质中 CO32-的物质的量将减小 C．放电时，电解质中 CO32－向负极移动 D．电池工作时，电子从正极经外电路流向负极 【答案】C 　　【解析】A 项中正极反应应为：O2+4e－+2 CO2＝2CO32－，B 项中 CO32-的物质的量应不 变，D 项中电池工作时，电子应从负极经外电路流向正极。 　　【总结升华】要注意电解质为熔融的 K2CO3 而不是水溶液。 举一反三： 【变式 1】熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电池，其工作原理如下图 所示： 负载 电 极 a 电 极 b A B X Y Y Y 熔融盐 Z e－ e－13 （1）电极 b 是该燃料电池的（填“正”或“负”）________极。 （2）若以氢气为燃料，则 A 是（填化学式） ，Y 是（填化学式） ； CO32－的移动方向是移向（填“电极 a”或“电极 b”） ；电极 b 的电极反 应是 。 【答案】（1）正 （2）H2 CO2 电极 a O2 +4e－+2CO2＝2CO32－ 【变式 2】 (2015 高考·江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池 的说法正确的是（ ） A．反应 CH4＋H2O 3H2＋CO,每消耗 1molCH4 转移 12mol 电子 B．电极 A 上 H2 参与的电极反应为：H2＋2OH--2e-=2H2O C．电池工作时，CO32-向电极 B 移动 D．电极 B 上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e-=2CO32- 【答案】D 【解析】 A：1molCH4→CO，化合价由-4 价→+2 上升 6 价，1molCH4 参加反应共转移 6mol 电子。 B：电解质为熔融碳酸盐，其电极反应式：CO＋H2＋2CO32--4e-=3CO2＋H2O。 C：根据原电池工作原理，电极 A 是负极，电极 B 是正极，阴离子向负极移动。 D：根据电池原理，O2、CO2 共同参加反应，其电极反应式：O2＋2CO2＋4e-=2CO32-。 故 选 ： D =====点燃 ======= 通电 ======= 电解 ======== 催化剂 △14 【巩固练习】 一、选择题：（每题只有 1 个选项符合题意） 1．(2015 高考·北京卷)在通风橱中进行下列实验： 下列说法不正确的是 A．Ⅰ中气体由无色变红综色的化学方程式：2NO+O2==2NO2 B．Ⅱ中的现象说明 Fe 表面形成致密的氧化层，阻止 Fe 进一步反应 C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀 HNO3 的氧化性强于浓 HNO3 D．针对Ⅲ中现象，在 Fe、Cu 之间连接电流计，可判断 Fe 是否被氧化 2．（2015 天津高考）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，下列有关叙述正确的是（　　） A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的 c(SO42－)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 3．将等质量的两份锌粒 a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量 CuSO4 溶液，下 列各图为产生氢气体积 V 与时间 t 的关系，其中正确的是（ ） 4．电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源为铅蓄电池， 其反应原理为： ，下列叙述正确的是（ ） A．电池放电时，PbO2 是电池的正极，被氧化15 B．电池放电时，SO42－只在负极发生反应 C．电池放电时，溶液的 pH 不断减小 D．电池放电时，正极反应式为：PbO2+4H++SO42－+2e－==PbSO4+2H2O 5．据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服 务。某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是（ ） A.正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH― B.工作一段时间后，电解液中 KOH 的物质的量不变 C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2=2H2O D.用该电池电解 CuCl2 溶液，产生 2.24LCl2（标准状况）时，有 0.1mol 电子转移 6．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH3CH2OH－4e － +H2O=CH3COOH+4H＋。下列有关说法正确的是（ ） A.检测时，电解质溶液中的 H＋向负极移动 B.若有 0.4mol 电子转移，则在标准状况下消耗 4.48L 氧气 C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O D.正极上发生的反应是：O2+4e－+2H2O=4OH－ 7．（2016 四川高考）某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为： Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x