2021届高中化学考前三个月专项复习课件 命题区间五 角度一　原电池原理及化学电源

原电池原理及化学电源
角度一
1.构建原电池模型，类比分析原电池工作原理
高考必备知识
2.原电池正、负极判断的“五个角度”
3.化学电源中电极反应式书写的思维模板
(1)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。
(2)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。
(3)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意　①H＋在碱性环境中不存在；
②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；
③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式。
4.燃料电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式：
电解质环境
从电极反应式判断氧元素的存在形式
酸性电解质溶液
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质溶液
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
1.(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋
该电池工作时，下列说法错误的是
A.负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状
况)O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
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重练高考真题
解析　根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===
＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应
为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===
，C正确；
负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参
与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反
应，A正确；
负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
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2.[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，10]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是
A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===
2CO2↑＋7H＋
B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交
换膜
C.当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
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解析　由装置示意图可知，负极区CH3COO－
发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；
隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换
膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，
钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B
项错误；
电路中有1 mol 电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol
氯离子移向负极，C项正确；
负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
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3.(2019·全国卷Ⅰ，12)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NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
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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。
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4.(2018·浙江11月选考，17)最近，科学家研发
了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列
说法不正确的是
A.右边吸附层中发生了还原反应
B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
D.电解质溶液中Na＋向右移动， 向左移动
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解析　根据装置图中电子的流向，通H2的一极
为负极，出H2的一极为正极，电极反应式为：
负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O
正极：2H＋＋2e－===H2
A项，正极上发生还原反应；
C项，电池总反应式为H＋＋OH－===H2O；
D项，由于在负极区消耗OH－，所以Na＋向右移动，而 向左移动。
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题组一　原电池工作原理
1.(2019·武汉二模)Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb电池装置如图，下列说法错误的是
A. 从右向左迁移
B.电池的正极反应为Pb2＋＋2e－===Pb
C.左边ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变
D.若有6.5 g锌溶解，有0.1 mol 通过离子
交换膜
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精练预测押题
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解析　装置左侧电极为负极，右侧电极为正
极，阴离子移向负极，即 从右向左迁移，
A项正确；
电池的正极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋ ，
B项错误；
负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，产生ZnSO4，左边ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变，C项正确；
6.5 g锌溶解，转移0.2 mol e－，电解液中有0.2 mol负电荷通过离子交换膜，即有0.1 mol 通过离子交换膜，D项正确。
2.下面是利用盐桥电池从某些含碘盐中提取碘的两个装置，下列说法中正确的是
A.两个装置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ均作负极
B.碘元素在装置①中被还原，在装置②中被氧化
C.①中MnO2极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
D.装置①、②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5
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解析　装置①中碘离子失去电子，石墨Ⅰ是负极，装置②中碘酸钠得到电子，石墨Ⅱ作正极，A项错误；
根据A项分析可知，碘元素在装置①中被氧化，在装置②中被还原，B项错误；
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①中MnO2得到电子，溶液呈酸性，则电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C项错误；
①中1 mol碘化钠失去1 mol电子，②中1 mol碘酸钠得到5 mol电子，则装置①、②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5，D项正确。
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3.甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池，其工作原理如下图所示：
下列说法正确的是
A.N为正极，发生氧化反应
B.a气体为氧气，b气体为甲醇
C.甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小
D.若有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋从甲池通过交换膜进入乙池
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解析　燃料电池工作时，燃料发生氧化反应，失去电子，故M电极为负极，a气体为甲醇，电极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，甲醇在负极被氧化生成CO2。有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋生成，甲池溶液pH减小。N电极为正极，在其表面发生还原反应；电池中，阳离子从负极移向正极，H＋从甲池通过质子交换膜进入乙池。
题组二　新型化学电源的分析
4.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，
反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确
的是
A.电池内的O2－由电极乙移向电极甲
B.电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O
C.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时，电极乙上有22.4 L O2参与反应
D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
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解析　该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，
所以O2－由电极乙移向电极甲，A项正确；
电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，B项
错误；
当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上就有
1 mol O2参与反应，在标准状况下O2的体积为22.4 L，但题目没有指明该过程是否处于标准状况，C项错误；
在外电路中，电子由负极(甲)移向正极(乙)，D项错误。
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5.(2020·衡水中学四调)2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列
说法不正确的是
A.放电时B电极反应式为：I2＋2e－
===2I－
B.放电时电解质储罐中离子总浓度
增大
C.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D.充电时，A极增重65 g时，C区增加的离子数为4NA
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解析　放电时，B电极为正极，I2得到电子
生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A
正确；
放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－
2e－===Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度增大，B正确；
离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋、正电荷增加，正极区生成I－、负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C错误；
充电时，A极反应式Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，增加的离子总数为4NA，D正确。
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6.(2020·湖北省名师联盟高三4月月考)“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封
闭体系并有N2保护。下列关于该电池
的说法错误的是
A.若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
B.若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋
C.若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能转化
D.若用导线连接b、c，b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
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解析　用导线连接a、c，a极发生氧化反应，为负极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，a电极周围
H＋浓度增大，溶液pH减小，故A正确；
用导线连接a、c，c极为正极，发生还原
反应，电极反应为WO3＋xH＋＋xe－===HxWO3，故B错误；
用导线先连接a、c，再连接b、c，由光电池转化为原电池，实现太阳能向电能转化，故C正确；
用导线连接b、c，b电极为正极，电极表面氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正确。
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7.一种钌(Ru)配合物光敏太阳
能电池的工作原理及电池中发
生的反应如图所示：
下列说法正确的是
A.电极X为电池的正极
B.电池工作时，电能转变为光能
C.电池工作时，电极Y上发生还原反应
D.电池的电解质溶液中I－和 的浓度不断减小
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解析　电子由负极流向正极，故X为电池的负极，A项错误；
电池工作时，光能转变为电能，B项错误；
电极Y为正极，发生还原反应，C项正确；
通过信息③、④可知，电池的电解质溶液中I－和 的浓度不变，D项错误。
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练后反思
解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的一极为负极。
(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。