1、1考点 11.1 原电池电化学知识是每年必考点，预计 2018 年高考中会与装置图结合起来，对电化学工作原理、电极反应式、离子与电子的运动方向、电化学原理应用进行考查。一、高考题再现：1 （2018 课标） 最近我国科学家设计了一种 CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯（石墨烯包裹的 ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe 2+-e-EDTA-Fe 3+2EDTA-Fe 3+H2S2H +S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述错误的是A. 阴极的电极反应：CO 2+2H+2e-CO+H
2、 2O B. 协同转化总反应：CO 2+H2SCO+H 2O+SC. 石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低D. 若采用 Fe3+/Fe2+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性【答案】C2 （2018 课标）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 NaCO2二次电池。将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO 2+4Na 2Na2CO3+C。2下列说法错误的是A. 放电时，ClO 4 向负极移动B. 充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2C. 放电时，正极反应为：3CO 2+4e 2CO 32 +CD. 充电时，正
3、极反应为：Na +eNa【答案】D3 （2018 课标）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O 2与 Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（ x=0 或 1） 。下列说法正确的是 A. 放电时，多孔碳材料电极为负极B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料 电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移D. 充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+（1 ）O 2【答案】D34（2017 课标）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8材料，电池反应为：16Li+ xS8=8Li2Sx（2 x8） 。下列说法错
4、误的是A电池工作时，正极可发生 反应：2Li 2S6+2Li+2e-=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性D电池充电时间越长，电池中的 Li2S2量越多【答 案】D【解析】A原电池工作时，Li +向正极移动，则 a 为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为 2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4，故 A 正确；B原电池工作时，转 移 0.02mol 电子时，氧化 Li 的物质的量为 0.02mol，质量为 0.14g，故 B 正确；C石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提
5、高电极 a 的导电性，故 C 正确；D电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的 Li 和 S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故 D 错误。 二、应试对策： 原电池工作原理1工作原理示意图(以铜锌原电池为例)42原电池电极的判断3. 原电池的负极一般，在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：(1) “活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。 (2) 在大部分原电池反应中，金属活动性较强的一极作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，例如： 冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。 NaOH 溶液作电解质溶液，
6、金属镁与金属铝作电极时，因铝能与 NaOH 溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。4. 原电池的设计从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池，实际设计时应注意以下几点： 负极(还原性较强的物质)； 正极是活动性较差的金属或能导电的非金属； 电解质溶液：两电极浸入电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液，能使产生 H2的速率加快。2比较金属活动性强弱3设计化学电池例如：以 FeCuCl 2=FeCl2Cu 为依据，设计一个原电池。(1) 将氧化 还原反应拆成氧化反应和还原反应两个
7、半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。5负极：Fe2e =Fe2 ，正极：Cu 2+2e =Cu。(2) 确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极； 若发生氧化反应的为气体(如 H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用 Fe 作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3) 确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用 CuCl2溶液作电解液。(4) 构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。4电化学防护：牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理 负极(阳极)是作保护材料的金属；
8、 正极(阴极)是被保护的金属设备。三电极反应式的书写总的原则同化学方程式的书写：先写反应物，再写生成物，根据化合价标出得失电子数，再根据电荷守恒和物料守恒配平，同时注意溶液的酸碱性。1. 先确定原电池的正、负极 ，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。2. 注意负极反应生成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写入负极反应式；若正极上的反应物质是 O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且 O2生成 OH ，若电解质溶液为酸性，则 H 必须写入正极反应式中，O 2生成水。3. 正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已
9、知电池反应的总反应式，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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。4. 燃料电池电极反应中，酸性溶液中不能出现 OH ，碱性溶液中不能出现 H ，水溶液中不能出现O2 ，而熔融电解质中 O2被还原为 O2 。例 1 利用反应 6NO2+8NH3=7N2+12H2O 构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是A. 电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B. 为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C. 电极 A 极反应式为
10、2NH3-6e-=N2+6H+ D. 当有 4.48LNO2(标准状况） 被处理时，转移电子为60.8mol【答案】C例 2 2016 年 8 月，联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市”在江苏如皋落户。用吸附了 H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是( )A. 电池总反应为 H2+2NiOOH 2Ni(OH)2 B. 放电时，甲电极为负极，OH -移向乙电极C. 放电时，乙电极反应为：NiO(OH)+H 2O+e-=Ni(OH)2+OH-D. 充电时，电池的碳电极与直流电源的正极相连【答案】C【解析】A放电时，正极电极反应式为 2NiO(OH)+2H2O+2
11、e-2Ni(OH) 2+2OH-，负极电极反应式为：例 3 一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如右图所示，图中有机废水中有机物可用 C6H10O5表示。下7列有关说法正确的是A. b 电极为该电池的负极 B. b 电极附近溶液的 pH 减小C. a 电极反应式：C 6H10O524e 7H 2O=6CO224H D. 中间室：Na 移向左室，Cl 移向右室【答案】C【解析】试题分析：A b 电极上硝酸根离子生成 N2应该是发生还原反应，B b 电极反应式：2NO 3-+10e-+6H2O =N2+12OH-故电极附近溶液的 PH 增大，D 原电池工作时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故
12、错。例 4 我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如下图所示，其中固体薄膜只允许 Li+通过。锂离子电池的总反应为 xLi +Li1-xMn2O4 LiMn2O4，下列有关说法错误的是A. 放电时，Li +穿过固体薄膜进入到水溶液电解质中B. 放电时，正极反应为 Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4C. 该电池的缺点是存在副反应:2Li +2H 2O 2LiOH+H2D. 充电时，电极 b 为阳极，发生氧化反应【答案】C8例 5 某手机电池采用了石墨烯电池，可充电 5 分钟，通话 2 小时。一种石墨烯锂硫电池（2Li+S 8=Li2S8）工作原理示意图如
13、图。已知参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。下列有关该电池说法不正确的是A. 金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B. A 电极为该电源的负极，发生氧化反应C. B 电极的反应：2Li +S8+2e-=Li2S8D. 电子从 A 电极经过外电路流向 B 电极，再经过电解质流回 A 电极【答案】D【解析】石墨烯锂硫电池总反应式为 2Li+S8=Li2S8，Li 失电子发生氧化反应，Li 是负极材料；A金属锂的摩尔质量小，单位质量的 Li 放出电能明显比其它金属，故 A 正确；B电池内部阳离子向正极移动，则A 电极为该电源的负极，发生氧化反应，故 B 正确；CB 为
14、电源的正极，发生的电极的反应为 2Li+S8+2e-=Li2S8，故 C 正确；D原电池的外电路中有电子转移，而电池的内部只有阴、阳离子的移动，没有电子的移动，故 D 错误；答案为 D。 例 6 利用如图装置，完成很多电化学实验下列有关此装置的叙述中，正确的是9A. 若 X 为锌棒，Y 为 NaCl 溶液， 开关 K 置于 M 处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阴极保护法B. 若 X 为碳棒，Y 为 NaCl 溶液，开关 K置于 N 处，可加快铁的腐蚀C. 若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜溶液，开关 K 置于 M 处，铜棒质量将增加，此时外电路中电子向铜电极移动D. 若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜
15、溶液，开关 K 置于 N 处，可用于铁表面镀铜，溶液中铜离子浓度将减小【答案】C例 7 高铁电池是一种可充电电池，其设计图如下所示：负极材 料是 Zn，氧化产物是 Zn(OH)2，正极材料是K2FeO4(易溶盐)，还原产物是 Fe(OH)3，电解质溶液是 KOH 水溶液。下列有关说法正确的是A. 高铁电池放电时正极反应为：Zn+2OH -2e-=Zn(OH)2B. 高铁电池充电时阴极反应为 Fe(OH)3+5OH-3e-=FeO42-+4H2OC. 高铁电池放电时的总反应为：2FeO 42-+8H2O+3Zn=2 Fe(OH)3+3 Zn(OH)2+4OH-D. 高能碱性电池比高铁电池工作电压更稳定【答案】C
