第六章 第一节 第3课时　化学电池（共72张PPT）

(共72张PPT)
第3课时　化学电池
第六章　第一节
1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。
2.掌握构成化学电池的基本要素，常见化学电池的工作原理及电极反应式的书写。
核心素养
发展目标
内容索引
一、一次电池　二次电池
二、燃料电池
随堂演练　知识落实
课时对点练
一次电池　二次电池
一
1.一次电池
(1)特点：电池放电后_____充电(内部的氧化还原反应______逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为_____，电极反应是________________。
②石墨棒为____，最终被还原的物质是________。
③NH4Cl糊的作用是_____________。
不能
无法
负极
Zn－2e－===Zn2＋
正极
二氧化锰
作电解质溶液
【思考1】　锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，写出负极的电极反应式：__________________________。
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
2.二次电池(充电电池)
(1)特点：二次电池在放电时所进行的_____________，在充电时可以__________，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。
(2)能量转化：化学能 电能。
(3)常见的充电电池：_______电池、_____电池、_______电池等。
氧化还原反应
逆向进行
铅酸蓄
镍氢
锂离子
【思考2】　铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
按要求回答下列问题：
(1)负极材料是____，正极材料是______，电解质溶液
是_______。
(2)放电时，电解质溶液中的H＋移向___________极。
(3)放电时，电解质溶液中硫酸的浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加____ g。
Pb
PbO2
稀硫酸
PbO2(或正)
减小
96
铅酸蓄电池的电极反应
归纳总结
1.某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是
A.锌筒是原电池的正极
B.石墨电极上发生氧化反应
C.铵根离子流向石墨电极
D.电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒
应用体验
√
锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨棒作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，A、B错误；
原电池中阳离子向正极移动，故铵根离子移向石墨电极，C正确；
电子经导线由负极锌筒流向石墨棒，D错误。
2.(2023·济南高一期中)氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF3 3MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是
A.放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2
B.放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极
C.放电时，化学能完全转化为电能
D.放电时，F－向正极移动
应用体验
√
放电时，Mg作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Mg＋2F－－2e－===MgF2，A项正确；
放电时，电子从镁电极流出，经导线流向正极，B项错误；
原电池是把化学能转化为电能的装置，但化学能不可能100%转化为电能，还有部分转化为热能等，C项错误；
放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故F－向负极移动，D项错误。
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燃料电池
二
1.概念
一种将燃料(如______、______、_____)和氧化剂(如_____)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
2.特点
(1)清洁、安全、高效等。
(2)能量转化率可以达到_____以上。
(3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。
3.应用
在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。
氢气
甲烷
乙醇
氧气
80%
4.氢氧燃料电池
【思考1】　(1)氢氧燃料电池的总反应方程式如何书写？
提示　燃料电池相当于燃料的燃烧，氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。
(2)如何判断氢氧燃料电池的正、负极？
提示　分析总反应的方程式可知，氢气失电子化合价升高，在负极上反应，氧气得电子化合价降低，在正极上反应。其规律是通燃料的一极作负极，通氧气的一极作正极。
氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，但正、负极反应与电解质溶液有关，氢氧燃料电池正、负极反应如下：
电解质溶液 负极 正极
酸性(H＋) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性(OH－) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
特别提醒　在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。
【思考2】　写出导电介质为固体电解质时的正、负极反应。
介质 电池反应：2H2＋O2===2H2O 负极 ________________________
正极 _________________
负极 _________________
正极 ______________________
2H2－4e－＋2O2－===2H2O
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
1.判断正误
(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电
(2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应
(3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能
(4)原电池中正极材料一定发生还原反应
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子
应用体验
×
×
×
×
×
应用体验
2.(2022·江西新余第一中学高一期末)国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是
A.电池工作时，电解质溶液中的H＋向
b极移动
B.a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－
===2H2O
C.b极为正极，发生氧化反应
D.当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2
√
电池工作时，H＋移向正极，故A正确；
a极发生的电极反应为H2－2e－===2H＋，
故B错误；
b极为正极，发生还原反应，故C错误；
题目中未说明是否是标准状况，无法
计算氧气的物质的量，故D错误。
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随堂演练　知识落实
1.(2023·广东江门高一期中)下列说法正确的是
A.锌锰电池是二次电池
B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C.化学电池的反应原理是氧化还原反应
D.铅酸蓄电池放电时正极是Pb
√
随堂演练
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随堂演练
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锌锰干电池为一次电池，故A错误；
燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，故B错误；
化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，故C正确；
铅酸蓄电池放电时，Pb被氧化，为原电池的负极，PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误。
2.镍氢电池是可充电电池，它的总反应是 H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是
A.电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大
B.电池放电时，镍元素被氧化
C.电池放电时，氢元素被还原
D.电池放电时，通入H2的一极是负极
√
随堂演练
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随堂演练
电池放电时，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，所以负极周围溶液的氢氧根离子减少，溶液的pH减小，A错误；
电池放电时，正极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===OH－＋Ni(OH)2，镍元素被还原，B错误；
电池放电时，氢元素化合价升高，被氧化，C错误。
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3.(2022·黑龙江大庆中学高一期中)纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述不正确的是
A.电池的正极发生还原反应
B.Zn为负极，发生氧化反应，反应过程中失去电子
C.电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极
D.电池使用时，电子由Zn极经电解质溶液流向Ag2O极
√
随堂演练
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随堂演练
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电池正极发生的是还原反应，故A正确；
根据电池的总反应可知，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，发生氧化反应，故B正确；
电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极，故C正确；
电子由负极经导线流向正极，电子不能进入电解质溶液中，故D错误。
4.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是
A.负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B.负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C.随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
随堂演练
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随堂演练
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课时对点练
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题组一　一次电池、二次电池
1.下列电池不属于二次电池(可充电电池)的是
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对点训练
√
铅酸蓄电池、镍镉电池、锂离子电池等可以反复充电，属于可充电电池，是二次电池；锌锰干电池不能充电，完全放电后不能再使用，是一次电池。
2.镍-镉(Ni-Cd)可充电电池的总反应为Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，放电时该电池的负极材料是
A.Cd B.NiO(OH)
C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2
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对点训练
√
放电时，Cd由0价到＋2价，失电子，故负极材料为Cd。
3.(2023·四川眉山高一校联考期中)普通锌锰干电池的结构如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作为电极，中央插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋
＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋2MnO(OH)。下列关于锌锰干电池的说法正确的是
A.当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原
B.电池负极反应为2MnO2＋ ＋2e－===2NH3
＋2MnO(OH)
C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D.外电路中每通过0.1 mol 电子，锌的质量理论上减少6.5 g
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对点训练
普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A错误；
根据原电池工作原理，负极应失电子，故电子
从负极通过外电路流向正极，B错误，C正确；
由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电
子，消耗锌的质量是65 g·mol－1 × ＝
3.25 g，D错误。
B.电池放电时，溶液的酸性增强
C.PbO2得电子，被氧化
D.PbO2是电池的负极
4.汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列说法正确的是
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对点训练
放电时，硫酸参加反应，导致溶液中氢离子浓度减小，则溶液的酸性减弱，故B错误；
PbO2得电子，被还原，Pb元素的化合价由＋4变为＋2，所以二氧化铅作正极，故C、D错误。
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对点训练
5.锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A.放电时，Li＋由B极向A极移动
B.放电时电池反应为4Li＋O2＋2H2O===
4LiOH
C.B电极反应中每转移2 mol电子，消耗
11.2 L的O2
D.电解液a可以是饱和食盐水
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对点训练
根据题图可知，A电极是负极，B电极是正极，原电池中阳离子向正极移动，放电时Li＋由A极向B极移动，A错误；
根据题图，放电时，锂、水与正极的氧气反应生成氢氧化锂，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，B正确；
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对点训练
B电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，每转移2 mol电子，消耗标准状况下11.2 L的O2，但是题干中未表明是否为标准状况，C错误；
金属锂可与水反应，电解液a不能是水溶液，D错误。
题组二　燃料电池
6.(2022·青岛高一检测)目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法错误的是
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：2H2O 2H2↑＋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
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对点训练
此循环过程中利用太阳能将H2O分解为H2和O2，然后利用氢氧燃料电池将化学能转化为电能，循环过程中并没有发生电解水的反应。
7.某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是
A.a极是负极，该电极上发生氧化反应
B.b极发生的电极反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C.电池总反应为2H2＋O2===2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
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对点训练
A项，a极通入H2，为负极，电极反应为H2＋2OH－－
2e－===2H2O，发生的是氧化反应；
B项，b极通入O2，为正极，电极反应为O2＋2H2O＋
4e－===4OH－；
C项，正、负极电极反应式相加可得电池总反应为2H2＋O2===2H2O；
D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。
8.(2023·长沙高一期末)新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)的处理，其放电时的工作原理如图所示，其中交换膜为质子交换膜。下列说法正确的是
A.N极为电池的负极
B.工作时，氢离子从N极移向M极
C.N极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D.标准状况下，N极消耗22.4 L O2，M极产生
CO2的体积为22.4 L
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对点训练
由图可知，O2→H2O发生还原反应，则N极为电池的正极，A错误；
N极是正极，阳离子移向正极，则H＋从M极移向N极，B错误；
N极发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；
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9.(2022·宁波咸祥中学高一期末)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，示意图如图。该电池工作时，下列说法正确的是
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的碱性增强
D.溶液中Cl－向正极移动
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分析可知，Mg电极为电池的负极，A错误；
H2O2通入的电极为正极，正极上H2O2得电子发生还原反应，B错误；
石墨电极的反应为H2O2＋2e－===2OH－，
生成OH－，溶液的碱性增强，C正确；
电解质溶液中的阴离子向负极移动，故
Cl－向负极移动，D错误。
综合强化
10.(2023·吉林高一期中)化学电源在日常生活和高科技领域中有广泛应用，下列说法错误的是
A.甲：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－
＋H2O===2Ag＋2OH－
B.乙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌
筒会变薄
C.丙：使用一段时间后，电解质溶液的
酸性减弱，导电能力下降
D.丁：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电
极附近溶液中H＋浓度增加
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综合强化
甲为纽扣电池，正极Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故A正确；
乙为锌锰干电池，锌筒作负极，发
生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，
故B正确；
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丙为氢氧燃料电池，放电过程中不断生成水，故电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，故C正确；
丁中Zn为负极，Cu为正极，原电池
工作时Zn2＋向Cu电极方向移动，硫
酸中氢离子得电子生成氢气，故溶液
中H＋浓度减小，故D错误。
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11.(2023·孝感高一检测)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是
A.Pt电极上发生的是氧化反应
B.外电路中，电子从Pt电极流向NiO电极
C.NiO电极上的电极反应式为NO＋O2－－
2e－===NO2
D.O2的电极反应产物是H2O
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由离子的定向移动可知NiO电极为原电池的负极，Pt电极为原电池的正极，发生还原反应，A错误；
NiO电极为原电池的负极，外电路中，电子
从NiO电极流向Pt电极，B错误；
NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧
化氮，所以电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，C正确；
Pt电极为原电池的正极，O2的电极反应产物是O2－，D错误。
12.(2022·贵州黔东南高一期中)Li-FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其原理示意图如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是
A.Li为电池的正极，发生氧化反应
B.电流由Li经负载，流向FeS2极
C.正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
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分析可知，Li为电池负极，发生氧化反应，A错误；
电流应从正极流出，B错误；
FeS2为正极，正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－，
C正确；
将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，D错误。
13.(2023·河北邯郸高一期中)化学电源在生产、生活中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)图中，正极电极反应式：__________________；电子流向：____(填“Zn”或“Cu”，下同)极经导线流入____极。
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2H＋＋2e－===H2↑
Zn
Cu
Zn-Cu-稀硫酸原电池中，Zn比Cu活泼，则Zn作负极，Cu作正极，正极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑；电子从负极流向正极，即从Zn流向Cu。
①写出放电时正极的电极反应式：________________________________
________。
(2)铅酸蓄电池是常见的二次电池，其工作原理如图所示。放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极电极反应式为Pb－2e－＋ ===PbSO4。
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综合强化
PbO2＋2e－＋4H＋＋ ===PbSO4
＋2H2O
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综合强化
②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，正极质量将增大_____g。
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综合强化
64
铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，根据PbO2～2e－～PbSO4，正极质量将增大(32＋16×2) g＝64 g。
(3)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。
已知：①电池的“理论比能量”指单位质量
的电极材料理论上能释放出的最大电能。
②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子
交换膜只允许阴离子通过。
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综合强化
比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为___________，该电池正极的电极反应式为________________________，若为
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综合强化
Al>Mg>Zn
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
阳离子
Mg-空气电池，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
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综合强化
正极上氧气得电子和水反应生成OH－，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
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综合强化
负极上Mg失电子生成Mg2＋，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则负极区溶液不能含有大量OH－，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜。
14.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，负极电极反应式为_____________________________。
(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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综合强化
正
负
Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－
Al
正
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综合强化
由题给信息可知，Cl2得电子在正极发生还原反应，Al失电子在负极发生氧化反应，所以通入Cl2(g)的电极是正极，投入Al(s)的电极是负极，其电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－；电子由负极(Al)经外电路流向正极。
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15.(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2 ＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
①高铁电池的负极材料是____。
②放电时，正极发生_____(填“氧化”或“还原”)反应。已知正极反应式为 ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则负极反应式为________
_______________________。
③放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
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综合强化
Zn
还原
Zn＋
2OH－－2e－===Zn(OH)2
正
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综合强化
高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去正极反应式得负极反应式，正极生成OH－，故正极附近溶液碱性增强。
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(2)锂锰电池的结构示意图如图，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质转移到MnO2晶格中生成LiMnO2。
①外电路的电流方向是由___(填“a”或“b”，
下同)极流向___极。
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综合强化
b
a
由题干知，Li＋转移到MnO2晶格中生成LiMnO2，故正极反应式为Li＋＋e－＋MnO2===LiMnO2。该电池中Li失去电子生成Li＋，所以Li作电池的负极，则a是负极，b是正极，所以外电路中的电流方向由正极流向负极，即从b极流向a极。
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②正极是_______，其电极反应式为__________________________。
③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？
____(填“是”或“否”)；原因是________
________________________。
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综合强化
MnO2
Li＋＋e－＋MnO2===LiMnO2
否
电极Li
是活泼金属，能与水反应
不能用水代替电池中的混合有机溶剂，因为Li是活泼金属，能与水反应。
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