原电池（教师）.doc

第一节　原电池
一、原电池
1．原电池定义：将化学能转变为电能的装置。
2．实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。
3．简单原电池的构成条件：
①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发进行的氧化还原反应。
二、原电池的工作原理
工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。
以铜锌原电池为例：
1．在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2＋进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；
CuSO4溶液中，Cu2＋从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。
锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；
铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反应是自发进行的。
2．闭合回路的构成：
外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，
内电路：溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。
三、原电池正负极判断的方法

特别提醒　应用此要点，须注意：
原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。
四 电极反应式的书写方法

五 原电池原理的应用
1． 依据原电池原理比较金属活动性强弱
2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池
(1)电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质。因此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选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，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＋的溶液中。
(2)电极材料的选择
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反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。正极和负极之间
产生的电势差是电子(阴、阳离子)移动的动力。
六 盐桥

（1） 双液的作用：避免非电化学反应发生。
（2） 盐桥的作用：中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。
（3）
盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2＋进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋过多，带正电荷。Cu2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2＋过少，SO过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl－向ZnSO4溶液迁移，K＋向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。
七 例题
1．下列各装置能形成原电池的是(　　)

答案　D
解析　判断一个装置能否构成原电池，要看是否符合原电池的构成条件：①电极材料(活动性不同的金属、金属与非金属、金属与金属氧化物)；②电解质溶液；③构成闭合回路；④能自发进行的氧化还原反应。A装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；B装置：酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；C装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；D装置：符合原电池构成的条件，能形成原电池。
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是(　　)

A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
答案　C
解析　因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D错；又因两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H＋，故C正确。
3．把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为(　　)　　　　　　　　　　　　　
A．A>B>C>D B．A>C>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A
答案　C
解析　金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>C、C>D、D>B，故正确答案为C。
4．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是(　　)
A．通入乙烷的电极为正极
B．参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少
D．负极反应式为C2H6＋6H2O－14e－===2CO＋18H＋
答案　C
解析　乙烷燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为2∶7，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H＋显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正极反应式为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正极氧气得电子，理论上形成O2－，但该粒子在水中不稳定，必须以OH－形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H6＋36OH－－28e－===4CO＋24H2O。
5.将两份过量的锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　)

解析：选B　加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多
6．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶
液、硫酸。按要求回答下列问题：
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因
________________________________________________________________________。
(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________。若能，请写出电极反应式，负极：____________________，正极：
________________________。(若不能，后两空不填)
(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
答案　(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀
(2)能　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
解析　(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。
(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
(3)因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。

学生练习
1．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
答案　D
解析　由反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2可知，反应开始时，甲中Fe3＋发生还原反应，乙中I发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。
2．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是(　　)

A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 L
答案　B
解析　由葡萄糖微生物燃料电池结构示意图可知，此燃料电池是以葡萄糖为燃料，以氧气为氧化剂，以质子交换膜为隔膜，以惰性材料为电极的一种燃料电池。由于是微生物电池，而微生物的生存温度有一定的范围，所以高温下微生物不一定能够生存，A错误；放电时，负极：C6H12O6被微生物分解成CO2、H＋和电子，电极反应式：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B正确；负极产生的H＋透过质子交换膜进入正极室，C错误；负极产生的电子沿外电路从负极流向正极，在正极室与H＋和氧气发生反应生成水。总反应方程式为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，由总反应方程式可知：每消耗1 mol氧气，理论上可以生成标准状况下CO2气体22.4 L，D错误。
3．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。

(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：
负极___________________________________________________________________，
正极___________________________________________________________________。
(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：
负极____________________________________________________________________，
正极___________________________________________________________________。
总反应离子方程式为______________________________________________________。
(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强(填写元素符号)。
(4)由此实验，可得到如下哪些结论？________。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析
(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判断原电池中正、负极”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案_____________________________________________________________。
答案　(1)Mg－2e－===Mg2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(3)Mg　Al　(4)AD
(5)不可靠　将两种金属电极连上电流表而构成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而判断电子的流动方向，再来确定原电池的正、负极
解析　(1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极上为Al被氧化生成Al3＋后与OH－反应生成AlO，电极反应式为2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O；正极产物为H2，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。
(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极，若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。
(4)选AD。Mg的金属活动性一定比Al强，金属活动性顺序表是正确的，应用广泛。
(5)判断正、负极可根据回路中电流方向或电子流向等进行判断，直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极是不可靠的。
4．(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________；
银片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；
②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol－1，电子电量为1.60×10－19C)
答案　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)①4.5 L　②3.8×104 C
解析　(1)锌片、银片与稀硫酸构成原电池
锌片为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋
银片为正极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑
(2)①锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x。
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
65 g 22.4 L
60 g－47 g＝13 g x
x＝13 g×22.4 L÷65 g＝4.5 L
②反应消耗的锌为：13 g÷65 g·mol－1＝0.20 mol
1 mol Zn变为Zn2＋时，转移2 mol e－，则通过的电量为：0.20 mol×2×6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝3.8×104C。

化学电源
新型电池

碱性锌锰电池
锌银电池
电池结构
负极：Zn
正极：MnO2
电解质溶液：KOH溶液
负极：Zn
正极：Ag2O
电解质溶液：KOH溶液
电极反应
正极
2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
负极
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
总反应式
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag

铅蓄电池
氢氧燃料电池
电池结构
负极：Pb
正极：PbO2
电解质溶液：H2SO4溶液
负极：H2
正极：O2
电解质：酸性电解质
电极反应
正极
PbO2(s)＋SO(aq)＋4H＋(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
负极
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
2H2－4e－===4H＋
总反应式
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
2H2＋O2===2H2O
普通锌锰电池
干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末(黑色)——用于吸收在正极上生成的氢气(以防止产生极化现象)；B：用饱和氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。电极反应式为：
负极(锌筒)：Zn－2e－===Zn2＋
正极(石墨)：2NH＋2e－===2NH3＋H2↑
H2＋2MnO2===Mn2O3＋H2O
总反应式为Zn＋2NH＋2MnO2===Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O。
锂电池
锂电池是负极为Li的电池(正极可以是MnO2、CuO、FeS2等)，锂电池是一种微型电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。
电极反应式如下：负极：8Li－8e－===8Li＋；正极：3SOCl2＋8e－===SO＋2S↓＋6Cl－；电池总反应式为：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S↓。
锂电池是一种高能电池，它具有比能量高、电压高、工作温度宽和可储存时间长等优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，以及作为火箭、导弹等的动力电源。
碱性蓄电池
这类电池的寿命一般比铅蓄电池长很多，且携带很方便。
Ni－Cd电池：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电
充电

2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。
Ni－Fe电池：Fe＋2NiO(OH)＋2H2O放电
充电

2Ni(OH)2＋Fe(OH)2。
燃料电池
氢氧燃料电池一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液一般为40% KOH溶液。电极反应式如下：负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，总反应式：2H2＋O2===2H2O。
除了氢氧燃料电池外，甲烷、煤气等燃料，空气、氯气等氧化剂也可以作为燃料电池的原料。电解质可以呈酸性，也可以呈碱性。
3．燃料电池的优点
(1)能量转化率高。燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程(能量转换率仅30%多)。
(2)污染小。如氢氧燃料电池产物为水，不污染环境。燃料电池发电站排放废弃物少，运行时噪音低，被称为“绿色”发电站。
典型例题
例1　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放电
充电

3Zn(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．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O
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
答案　C
解析　该电池放电时负极发生氧化反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极发生还原反应：FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，电极附近溶液碱性增强，D正确，C不正确；充电时阳极发生氧化反应：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O，B正确。
例2　电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO放电
充电

2PbSO4＋2H2O

则下列说法正确的是(　　)
A．放电时：负极板上发生了还原反应
B．放电时：正极反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4
C．充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连
D．充电时：阳极反应是PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋
答案　D
解析　铅蓄电池在放电时，负极为Pb，失去电子发生氧化反应，正极为PbO2，得到电子发生还原反应，故A、B错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充电器电源的正极，故C错误，D正确。故正确答案为D。
例3　(1)今有2H2＋O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式为_____________________、
________________________________________________________________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为_____________________、________________________________________________________________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？
________________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：______________________、______________________。
答案　(1)H2　O2　负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O　正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋　正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
解析　根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
学生练习

1．锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为：Zn(s)＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3＋H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是(　　)

A．Zn B．碳 C．MnO2和NH D．Zn2＋和NH3
答案　C
解析　Zn在负极上被氧化，剩余的物质将在正极上反应得到Mn2O3，NH3和H2O。
2．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)

A．有O2放电的a极为电池的负极
B．有H2放电的b极为电池的负极
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2高温,2H2O
答案　BD
解析　固体介质允许O2－通过，说明为非水体系，因此a极反应不正确，这种表达是水溶液中进行的反应，a极反应应该是：O2＋2e－===O2－，b极反应：H2－2e－===2H＋，总反应方程式是H2＋O2H2O
4．为体现“绿色奥运”、“科技奥运”的理念，中国将在2008年北京奥运会时推出国产燃料电池汽车，作为马拉松领跑车和拍摄车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。下图是某科技杂志登载的该电池原理示意图。下列叙述正确的是(　　)

A．工作时，“阳极”周围溶液的酸性增强
B．氢气在电极上发生还原反应
C．图中标出的“阴极”实际是原电池的负极
D．工作过程中，质子(H＋)从“阴极”一边透过质子交换膜移动到“阳极”一边与OH－反应生成水
答案　A
解析　注意运用好图示，由题意知，阳极即为原电池的负极，发生的反应为2H2－4e－===4H＋，阴极为正极，反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
5．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是(　　)
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．电池的总反应是：2C4H10＋13O28CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－―→4CO2＋5H2O
答案　C
解析　本题以丁烷燃料电池为载体综合考查了原电池原理涉及的有关“电子流向、电极反应式、总反应式”等的内容，侧重考查学生对原电池原理的理解程度。由原电池原理知负极失电子后经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系，O2－不可能移向正极，A错；燃料电池不是在点燃的条件下发生的，B错误；原电池反应就是一个氧化还原反应，只是氧化反应和还原反应分别在两极进行；丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D错误；O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C正确。
6．摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可以连续使用一个月。已知该电池的总反应式为：
2CH3OH＋3O2＋4KOH放电
充电

2K2CO3＋6H2O
请填空：
(1)放电时：负极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
(2)通入甲醇一端的电极是________极，电池在放电过程中溶液的pH将(填“上升”、“下降”或“不变”)。
答案　(1)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
(2)负　下降

解析　(1)CH3OH中C元素从－2价变成＋4价，所以CH3OH是负极反应物，发生氧化反应，反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，因电解质为KOH，所以CH3OH的氧化产物不是CO2而是CO。
(2)在上述电池反应中，甲醇被氧化，则通入甲醇的电极为负极，在放电过程中生成的CO2与强碱反应消耗强碱，使溶液的pH下降。
7．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍—镉(Ni—Cd)电池，其电池总反应可以表示为：
Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电
充电

2Ni(OH)2＋Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是(　　)
①以上反应是可逆反应　②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能　④放电时化学能转变为电能
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为
______________________。
(3)另一种常用的电池是锂电池(锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7)。由于它的比容量(单位质量电板材料所能转换的电量)特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达10年。它的负极用金属锂制成；电池总反应可表示为：Li＋MnO2―→LiMnO2
试回答：锂电池比容量特别大的原因是
________________________________________________。
锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因______________________________。
答案　(1)B　(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
(3)锂的摩尔质量小　2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析　(1)Ni—Cd电池的充、放电条件不相同，因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解，生成重金属离子Ni2＋和Cd2＋，污染土壤。
(3)Li的相对原子质量小，因此单位质量的Li比其他金属转换的电量大，即Li电池的比容量大；Li是一种非常活泼的金属，用水配制该Li电池的电解质溶液时，Li能与H2O发生反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。
8．氢氧燃料电池，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的KOH溶液，电池总反应为2H2＋O2===2H2O，该电池工作时，下列说法正确的是(　　)
①负极质量减轻　②负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－　③负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O　④正极区pH升高，而负极区pH降低　⑤溶液中阴离子移向负极
A．①③④　　　　B．②③⑤ C．③④⑤ D．④⑤
答案　C
解析　氢氧燃料电池中H2在负极上发生氧化反应，由于是碱性条件，所以电极反应为：2H2－4e－＋4OH－===4H2O，负极区OH－浓度降低，正极上O2发生还原反应，得电子转化为OH－，电极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正极区OH－浓度增大，而且溶液中阴离子向负极移动，故③④⑤说法正确。
点拨　解题关键点：掌握原电池工作原理，弄清原电池工作时，溶液中阴离子移动的方向与电流方向相反。易错点：易将阴、阳离子定向移动方向同电流方向之间的关系弄混淆。
9．零排放车载燃料电池曾被美国《时代》杂志列为21世纪改变人类生活的十大新科技之首。为体现“绿色奥运”、“科技奥运”，2008年北京奥运会可能会出现中国自己生产的燃料电池汽车，作为马拉松领跑车和电视拍摄车，预计该车装着“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池其工作原理如下图，则下列叙述不正确的是(　　)

A．正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．负极反应为：2H2－4e－===4H＋
C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极
D．总反应式为：2H2＋O2===2H2O
答案　C
解析　该燃料电池为氢氧燃料电池，其总反应式为2H2＋O2===2H2O，该燃料电池是通过质子(H＋)来传递电荷的，H＋也分别参与了正、负电极的反应，但H＋在电池的内部应由负极(产生H＋)定向移动至正极(消耗H＋)，H＋在整个过程中，消耗量与生成量相等。
10．2006年，科学家们发明了一种能够给电子设备提供动力的生物燃料电池。该电池包括两

个涂覆着酶的电极，它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．左边为该电池的负极
B．该电池可在高温环境下使用
C．该电池负极反应为：H2－2e－===2H＋
D．该电池正极反应为：O2＋4e－===2O2－
答案　C
解析　该电池右边为负极，失电子生成H＋，左边为正极，O2＋4e－＋4H＋===2H2O，该电池由于两个电极上都涂有酶，因此不可在高温环境下使用，因为高温时酶会失去活性。

4．锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、能量高而受到普遍重视。目前已经研制成功了多种锂电池。某种锂电池的总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。若该电池提供5库仑(C)电荷量(其他损耗忽略不计)，则消耗的正极材料的质量约为(电子电荷量取1.60×10－19C)(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　
A．3.6×103 g B．7×10－4 g C．4.52×10－3 g D．4.52×10－2 g
答案　C
解析　由题中方程式可知：n(MnO2)＝n(e－)，则m(MnO2)
＝×87 g/mol
＝4.52×10－3 g
12．天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2＋C6放电
充电

CoO2＋LiC6，下列说法正确的是(　　)
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－===Li＋＋C6
B. 放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
答案　B
解析　充电时，Li被氧化，电池阳极反应为Li－e－===Li＋，故A项错误；由于Li为活泼金属，可与羧酸、醇等物质反应，故C项错误；由于Li的摩尔质量较小，所以锂电池的电能量应较高，故D项错误。
点拨　本题以锂离子电池的工作原理为考查点，意在考查同学们对原电池、电解池原理(待学)的理解程度。A项，充电时，发生电解池反应，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应Li＋＋C6＋e－===LiC6；B项，放电时发生原电池反应，电池正极发生还原反应；C项，含活泼氢的有机物作电解质易得电子；D项，锂相对原子质量小，其密度最小，所以锂离子电池的比能量高。
13．(2014·全国卷Ⅱ)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(　　)

A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
解析：选C　图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D项，放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
14．(2015·江门质检)LiSO2电池具有输出功率高且低温性能好的特点，其电解质为LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，Li＋可在其中移动。电池总反应式为2Li＋2SO2Li2S2O4。下列有关该电池的