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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化同步练习题
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化同步练习题，文件包含高中化学新版必修二第05讲化学能与电能教师提升版docx、高中化学新版必修二第05讲化学能与电能学生提升版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共36页， 欢迎下载使用。
5 化学能与电能
【知识导图】
【重难点精讲】
一、原电池的工作原理
1、原电池的定义：将化学能转变为电能的装置叫做原电池。
2、原电池的工作原理
（1）实验
实验1、如下图，把一锌片和一铜片插入稀H2SO4中。
现象：Zn片上有气泡出现。
反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑。Zn失电子生成Zn2+， H＋得电子生成H2。
实验2、把上图中的Zn、Cu用一导线连接起来，中间接一电流计G。
现象：Zn片逐渐溶解，Cu片上有气泡出现，电流计G指针发生偏转。
结论：Zn反应生成Zn2+而溶解，Cu片上有H2产生，有电流产生。
该实验中，产生了电流，就构成了原电池。
归纳总结：
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
电子流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
电子流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
总离子反应式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
注：原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。
(2)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。
二、原电池的组成条件
组成原电池必须具备三个条件：
（1）提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。
注：a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。
b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。
c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为：
负极：Zn－2e－＝Zn2+ 正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
（2）两个电极必须直接和电解质溶液接触，电解质溶液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。
注：电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
（3）必须有导线将两电极连接，形成闭合通路。
注：形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
三、原电池的正、负极的判断方法
原电池中正负极的判断方法如下：
（1）根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
（2）根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。
（3）根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
（4）根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。
（5）根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。
注：在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。
四、原电池电极反应式的书写
书写电极反应式时需掌握以下要点：
（1）需标出正负极及电极材料。
（2）遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）。
（3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。
（4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。
以氢氧燃料电池为例：
方法一：直接写。
负极电极反应式书写：
酸性介质中：H2失电子为负极，产物写成H+就可以。负极：2H2-4e-=4H+
碱性介质中：H2失电子的产物写成H+就不合适了，写成H2O更合适，根据电荷守恒，左边补OH-。负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O
正极电极反应式书写：
酸性介质中：O2得电子，根据电荷守恒再补4H+，产物写成H2O：
正极：O2+4H++4e-=2H2O
碱性介质中：O2得电子，产物写成OH-更合适，根据元素守恒，左边以H2O来补。正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
方法二：用总反应。
总反应：2H2+O2=2H2O 减去负极反应：2H2-4e-=4H+，将负极中失电子的H2抵消掉，可得酸性条件下的正极反应。
注：
①书写的原则是：按照负极发生氧化反应、正极发生还原反应的规律，正确判断出两极物质反应生成的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，结合质量守恒定律、电荷守恒配平各电极式，两电极反应式相加则得总反应式。结合具体的情况，我们可以概括为以下两种情况：a.根据两个电极反应式，写出总反应式，使两个电极式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的部分。若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。b.根据总反应式，写电极反应式一般分四个步骤：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。
②写电极反应式时应注意：
a.两极得失电子数相等。
b.电极反应式常用“”，不用“”。
c.电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。
五、原电池原理的应用
1.作化学电源。
人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。
2.比较金属的活动性。
原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。
3.加快氧化还原反应速率。
实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。
注：原电池为什么能加快化学反应速率？
以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示：
甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。
4.设计原电池
从理论上说，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。
例如，利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：
Cu失去电子作负极，FeCl3（Fe3+）在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼
性比Cu弱的金属或导电的非金属等。如图该原电池的电极反应式为：
负极（Cu）：CuCu2++2e—（氧化反应）
正极（C）：2Fe3++2e—2Fe2+（还原反应）
5.金属防腐蚀。
金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而损耗的过程。在金属腐蚀中，把不纯的金属跟电解质溶液接触时形成的原电池反应发生的腐蚀称为电化学腐蚀（区别于一般的化学腐蚀）。如钢铁的电化学腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了氧气、CO2，含有少量的H+和OH-，形成电解质溶液。它跟钢铁里的铁和少量的碳形成无数个微小的原电池。铁作负极，碳作正极：
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正极：O2+4e-+2H2O=4OH-
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
六、常见的几种化学电源
1、实用电池应具有的特点是：
能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。
2、常用原电池
（1）干电池
干电池即普通的锌锰电池，它是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂（吸收正极放出的H2，防止产生极化现象）。
电极反应：
负极：Zn＝Zn2+＋2e－
正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+
淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。
电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O
干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。
（2）充电电池
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的是氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现化学能转变为电能（放电）、再由电能转变为化学能（充电）的循环。
①铅蓄电池
铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
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)
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)
电池总反应式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l)
铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。
缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。
②银锌蓄电池
银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应：
放电电极反应：
负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH-
充电电极反应：
阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O；
阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH-
电池总反应式：
Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag
③锂电池
元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。
电极反应为：
负极：Li－e- ＝Li＋
正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2
总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2
（3）燃料电池
①氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为：
负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－，
正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
电池的总反应式为：2H2＋O2＝2H2O
②甲烷氧燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH－＝CO32－＋7H2O＋8e－
正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－
电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
注：a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。
b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。
c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳，
d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地
提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。
（4）海水电池
1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为：
负极：4Al＝4Al3＋＋12e－
正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－
这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。
（5）发展中的化学电源
当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。
七、废旧电池的问题
1、废旧电池的主要危害
我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。
金属种类
危害的表现
锰
过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
锌
锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
铅
铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。
镍
镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。
汞
汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
镉
镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。
2、废旧电池的回收利用
干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。
Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。
铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。
碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。
氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。
【典题精练】
考点1、考查原电池的工作原理
例1．下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在内电路中，电子由正极流向负极
B．在原电池中，一定是相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化
误区警示：规避原电池工作原理的3个失分点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。
(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
考点2、考查原电池正负极的判断及电极反应式的书写
例2．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↑
练后归纳：判断原电池正、负极的方法
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
考点3、考查原电池原理的应用
例3.．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为__________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：__________________________________
负极反应式：__________________________________
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：____________(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：________。
考点4、考查新型电池——可充电电池的工作原理
例4．“天宫一号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为2Ni(OH)22NiOOH＋H2。则下列说法正确的是( )
A．放电时，NiOOH发生氧化反应
B．充电时，a电极的pH增大，K＋移向b电极
C．充电时，a电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．放电时，负极反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
考点5、考查新型电池——燃料电池的工作原理
例5．如图所示为以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．该电池不能在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1 mol，便有1 mol H＋从阳极室进入阴极室
D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广
随堂练习：
一、选择题
1.下列电池中不易造成环境污染的是 ( )
A.镍镉电池 B.锌锰电池 C.铅蓄电池 D.氢氧燃料电池
2.下列关于充电电池的叙述,不正确的是 ( )
A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应
B.理论上充电电池可以被多次充放电
C.充电和放电属于可逆反应
D.较长时间不使用电池时,最好将电池取出并妥善存放
2.下列装置能形成原电池的是 ( )
A.①②③⑦ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②③⑥⑦
3.如图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法正确的是( )
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为Fe
C.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序为X>Y
4.下列关于原电池的叙述中正确的是 ( )
A.正极和负极必须是两种不同的金属
B.电子流入的一极为正极
C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5 g锌溶解,正极上就有0.1 g氢气生成
5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解液为硫酸,工作时的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。已知PbSO4难溶于水。下列结论正确的是( )
A.Pb为正极,被氧化 B.溶液的pH不断减小
C.只向PbO2处移动 D.电解液密度不断减小
6.目前,科学家提出了一种理想而且经济的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系,下列说法中错误的是 ( )
A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能
B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应
C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑
D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
7.某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是 ( )
A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极
B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片
C.若X为Fe,Y为石墨,石墨棒上有红色固体析出
D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应
二、非选择题
8.(15分)铜锌合金是一种记忆合金,颜色为金黄色 , 俗称黄铜。因其极像黄金 ,不法商贩用来牟取暴利。铜锌也能设计成原电池(如图),该电池以硫酸铜为电解质溶液,
(1)负极材料是什么?发生反应的类型是什么?写出电极反应式。锌片上的现象有哪些?
(2)正极材料是什么?发生反应的类型是什么?如何书写电极反应式?铜片上的现象有哪些?该原电池总反应的离子方程式是什么?
课后作业：
1．下列关于铜－锌－稀硫酸构成的原电池的有关叙述，错误的是( )
A．锌为负极，锌发生氧化反应
B．铜为正极，铜不易失去电子而受到保护
C．负极发生还原反应，正极发生氧化反应
D．外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极
原电池中正、负极的确定方法
注：原电池正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，即活泼电极不一定作负极
例：MgAlNaOH溶液形成的原电池中，铝作负极
2．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( )
A．Z>Y>X>W B．Z>X>Y>W
C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W
3．在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立的是( )
4．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，符合此电池反应的原电池是( )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Cu(NO3)2溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池
5．下列说法正确的是( )
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能
C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
6．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＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是( )
A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放电时正极反应为2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
7．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，则下列推断正确的是( )
A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．放电时负极有CO2生成
C．该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子
D．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
燃料电池电极反应书写的注意事项
(1)燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。
(2)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(3)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成OH－，碱性溶液中不能生成H＋；水溶液中不能生成O2－，而熔融电解质中O2被还原为O2－或CO。
(4)正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应，特别是碱性环境，生成的CO2与OH－反应生成CO。
8．研究人员最近发现了一种“水电池”，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应式为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列对“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式为5MnO2＋2e－===Mn5O
B．每生成1 mol AgCl转移2 mol电子
C．Cl－不断向“水电池”的正极移动
D．Ag发生还原反应
9．甲烷燃料电池能量转化率高。以KOH为电解质溶液，分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流，其电极反应式分别为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；2O2＋4H2O＋8e－===8OH－。下列说法错误的是( )
A．CH4在负极发生氧化反应
B．O2作为氧化剂发生还原反应
C．甲烷燃料电池实现了化学能转化为电能
D．分别将1 mol H2和1 mol CH4作燃料电池的原料，理论上产生的电量一样多
10．现有如下两个反应：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池：______________________。
(2)如果不能，说明其原因：________________________________________________________________。
(3)如果可以，则写出正、负极材料、其电极反应式、反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)。
负极：________，________________，________。
正极：________，________________，________。
原电池的设计方法
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应，只有自发进行的氧化还原反应才能被设计成原电池。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
11．氯－铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。试回答下列问题：
(1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。
(2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。
(3)外电路电子从________(填“Al”或“Cl2”)极流向________(填“正”或“负”)极。
(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为________NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
5 化学能与电能
【知识导图】
【重难点精讲】
一、原电池的工作原理
1、原电池的定义：将化学能转变为电能的装置叫做原电池。
2、原电池的工作原理
（1）实验
实验1、如下图，把一锌片和一铜片插入稀H2SO4中。
现象：Zn片上有气泡出现。
反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑。Zn失电子生成Zn2+， H＋得电子生成H2。
实验2、把上图中的Zn、Cu用一导线连接起来，中间接一电流计G。
现象：Zn片逐渐溶解，Cu片上有气泡出现，电流计G指针发生偏转。
结论：Zn反应生成Zn2+而溶解，Cu片上有H2产生，有电流产生。
该实验中，产生了电流，就构成了原电池。
归纳总结：
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
电子流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
电子流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
总离子反应式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
注：原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。
(2)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。
二、原电池的组成条件
组成原电池必须具备三个条件：
（1）提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。
注：a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。
b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。
c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为：
负极：Zn－2e－＝Zn2+ 正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
（2）两个电极必须直接和电解质溶液接触，电解质溶液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。
注：电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
（3）必须有导线将两电极连接，形成闭合通路。
注：形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
三、原电池的正、负极的判断方法
原电池中正负极的判断方法如下：
（1）根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
（2）根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。
（3）根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
（4）根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。
（5）根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。
注：在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。
四、原电池电极反应式的书写
书写电极反应式时需掌握以下要点：
（1）需标出正负极及电极材料。
（2）遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）。
（3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。
（4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。
以氢氧燃料电池为例：
方法一：直接写。
负极电极反应式书写：
酸性介质中：H2失电子为负极，产物写成H+就可以。负极：2H2-4e-=4H+
碱性介质中：H2失电子的产物写成H+就不合适了，写成H2O更合适，根据电荷守恒，左边补OH-。负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O
正极电极反应式书写：
酸性介质中：O2得电子，根据电荷守恒再补4H+，产物写成H2O：
正极：O2+4H++4e-=2H2O
碱性介质中：O2得电子，产物写成OH-更合适，根据元素守恒，左边以H2O来补。正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
方法二：用总反应。
总反应：2H2+O2=2H2O 减去负极反应：2H2-4e-=4H+，将负极中失电子的H2抵消掉，可得酸性条件下的正极反应。
注：
①书写的原则是：按照负极发生氧化反应、正极发生还原反应的规律，正确判断出两极物质反应生成的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，结合质量守恒定律、电荷守恒配平各电极式，两电极反应式相加则得总反应式。结合具体的情况，我们可以概括为以下两种情况：a.根据两个电极反应式，写出总反应式，使两个电极式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的部分。若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。b.根据总反应式，写电极反应式一般分四个步骤：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。
②写电极反应式时应注意：
a.两极得失电子数相等。
b.电极反应式常用“”，不用“”。
c.电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。
五、原电池原理的应用
1.作化学电源。
人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。
2.比较金属的活动性。
原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。
3.加快氧化还原反应速率。
实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。
注：原电池为什么能加快化学反应速率？
以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示：
甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。
4.设计原电池
从理论上说，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。
例如，利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：
Cu失去电子作负极，FeCl3（Fe3+）在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼
性比Cu弱的金属或导电的非金属等。如图该原电池的电极反应式为：
负极（Cu）：CuCu2++2e—（氧化反应）
正极（C）：2Fe3++2e—2Fe2+（还原反应）
5.金属防腐蚀。
金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而损耗的过程。在金属腐蚀中，把不纯的金属跟电解质溶液接触时形成的原电池反应发生的腐蚀称为电化学腐蚀（区别于一般的化学腐蚀）。如钢铁的电化学腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了氧气、CO2，含有少量的H+和OH-，形成电解质溶液。它跟钢铁里的铁和少量的碳形成无数个微小的原电池。铁作负极，碳作正极：
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正极：O2+4e-+2H2O=4OH-
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
六、常见的几种化学电源
1、实用电池应具有的特点是：
能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。
2、常用原电池
（1）干电池
干电池即普通的锌锰电池，它是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂（吸收正极放出的H2，防止产生极化现象）。
电极反应：
负极：Zn＝Zn2+＋2e－
正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+
淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。
电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O
干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。
（2）充电电池
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的是氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现化学能转变为电能（放电）、再由电能转变为化学能（充电）的循环。
①铅蓄电池
铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
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)
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)
电池总反应式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l)
铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。
缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。
②银锌蓄电池
银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应：
放电电极反应：
负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH-
充电电极反应：
阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O；
阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH-
电池总反应式：
Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag
③锂电池
元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。
电极反应为：
负极：Li－e- ＝Li＋
正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2
总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2
（3）燃料电池
①氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为：
负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－，
正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
电池的总反应式为：2H2＋O2＝2H2O
②甲烷氧燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH－＝CO32－＋7H2O＋8e－
正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－
电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
注：a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。
b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。
c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳，
d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地
提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。
（4）海水电池
1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为：
负极：4Al＝4Al3＋＋12e－
正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－
这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。
（5）发展中的化学电源
当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。
七、废旧电池的问题
1、废旧电池的主要危害
我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。
金属种类
危害的表现
锰
过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
锌
锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
铅
铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。
镍
镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。
汞
汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
镉
镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。
2、废旧电池的回收利用
干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。
Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。
铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。
碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。
氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。
【典题精练】
考点1、考查原电池的工作原理
例1．下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在内电路中，电子由正极流向负极
B．在原电池中，一定是相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化
误区警示：规避原电池工作原理的3个失分点
(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。
(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
考点2、考查原电池正负极的判断及电极反应式的书写
例2．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↑
练后归纳：判断原电池正、负极的方法
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
考点3、考查原电池原理的应用
例3.．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为__________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：__________________________________
负极反应式：__________________________________
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：____________(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：________。
考点4、考查新型电池——可充电电池的工作原理
例4．“天宫一号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为2Ni(OH)22NiOOH＋H2。则下列说法正确的是( )
A．放电时，NiOOH发生氧化反应
B．充电时，a电极的pH增大，K＋移向b电极
C．充电时，a电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．放电时，负极反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
考点5、考查新型电池——燃料电池的工作原理
例5．如图所示为以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．该电池不能在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1 mol，便有1 mol H＋从阳极室进入阴极室
D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广
随堂练习：
一、选择题
1.下列电池中不易造成环境污染的是 ( )
A.镍镉电池 B.锌锰电池 C.铅蓄电池 D.氢氧燃料电池
2.下列关于充电电池的叙述,不正确的是 ( )
A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应
B.理论上充电电池可以被多次充放电
C.充电和放电属于可逆反应
D.较长时间不使用电池时,最好将电池取出并妥善存放
2.下列装置能形成原电池的是 ( )
A.①②③⑦ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②③⑥⑦
3.如图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法正确的是( )
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为Fe
C.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序为X>Y
4.下列关于原电池的叙述中正确的是 ( )
A.正极和负极必须是两种不同的金属
B.电子流入的一极为正极
C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5 g锌溶解,正极上就有0.1 g氢气生成
5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解液为硫酸,工作时的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。已知PbSO4难溶于水。下列结论正确的是( )
A.Pb为正极,被氧化 B.溶液的pH不断减小
C.只向PbO2处移动 D.电解液密度不断减小
6.目前,科学家提出了一种理想而且经济的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系,下列说法中错误的是 ( )
A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能
B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应
C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑
D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
7.某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是 ( )
A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极
B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片
C.若X为Fe,Y为石墨,石墨棒上有红色固体析出
D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应
二、非选择题
8.(15分)铜锌合金是一种记忆合金,颜色为金黄色 , 俗称黄铜。因其极像黄金 ,不法商贩用来牟取暴利。铜锌也能设计成原电池(如图),该电池以硫酸铜为电解质溶液,
(1)负极材料是什么?发生反应的类型是什么?写出电极反应式。锌片上的现象有哪些?
(2)正极材料是什么?发生反应的类型是什么?如何书写电极反应式?铜片上的现象有哪些?该原电池总反应的离子方程式是什么?
课后作业：
1．下列关于铜－锌－稀硫酸构成的原电池的有关叙述，错误的是( )
A．锌为负极，锌发生氧化反应
B．铜为正极，铜不易失去电子而受到保护
C．负极发生还原反应，正极发生氧化反应
D．外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极
原电池中正、负极的确定方法
注：原电池正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，即活泼电极不一定作负极
例：MgAlNaOH溶液形成的原电池中，铝作负极
2．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( )
A．Z>Y>X>W B．Z>X>Y>W
C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W
3．在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立的是( )
4．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，符合此电池反应的原电池是( )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Cu(NO3)2溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池
5．下列说法正确的是( )
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能
C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
6．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＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是( )
A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放电时正极反应为2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
7．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，则下列推断正确的是( )
A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．放电时负极有CO2生成
C．该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子
D．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
燃料电池电极反应书写的注意事项
(1)燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。
(2)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(3)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成OH－，碱性溶液中不能生成H＋；水溶液中不能生成O2－，而熔融电解质中O2被还原为O2－或CO。
(4)正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应，特别是碱性环境，生成的CO2与OH－反应生成CO。
8．研究人员最近发现了一种“水电池”，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应式为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列对“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式为5MnO2＋2e－===Mn5O
B．每生成1 mol AgCl转移2 mol电子
C．Cl－不断向“水电池”的正极移动
D．Ag发生还原反应
9．甲烷燃料电池能量转化率高。以KOH为电解质溶液，分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流，其电极反应式分别为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；2O2＋4H2O＋8e－===8OH－。下列说法错误的是( )
A．CH4在负极发生氧化反应
B．O2作为氧化剂发生还原反应
C．甲烷燃料电池实现了化学能转化为电能
D．分别将1 mol H2和1 mol CH4作燃料电池的原料，理论上产生的电量一样多
10．现有如下两个反应：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池：______________________。
(2)如果不能，说明其原因：________________________________________________________________。
(3)如果可以，则写出正、负极材料、其电极反应式、反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)。
负极：________，________________，________。
正极：________，________________，________。
原电池的设计方法
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应，只有自发进行的氧化还原反应才能被设计成原电池。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
11．氯－铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。试回答下列问题：
(1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。
(2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。
(3)外电路电子从________(填“Al”或“Cl2”)极流向________(填“正”或“负”)极。
(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为________NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
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