原电池高二化学讲义课时作业(人教版2019选择性必修1)(原卷版)

第四章 化学能与电能
第1节 原电池
1. 以铜锌原电池为例，了解原电池的工作原理。

2. 熟悉几种常见化学电源的组成及工作原理，会熟练书写电极反应式。

知识点一 原电池工作原理。

知识点二 化学电源。

知识点一 原电池工作原理
1．概念：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。

2．构成条件： (1)具有两个电极。

(2)合适的离子导体(如电解质溶液)。

(3)形成闭合回路。

(4)能自发地发生氧化还原反应。

3．工作原理(以铜锌原电池为例)： (1)实验现象。

①电流表指针发生偏转。

②锌片逐渐溶解。

③铜片上有红色物质析出。

④将盐桥取出，电流表指针回到0点。

(2)工作原理。

电极名称 负极 正极 电极材料 Zn
Cu
电极反应 Zn －2e －
===Zn 2＋
Cu 2＋
＋2e －
===Cu 反应类型 氧化反应
还原反应
电子流向 由负极沿导线流向正极 电流方向 由正极沿导线流向负极
离子移向 (内电路) 阴离子向_负 极移动，阳离子向_正 极移动；盐桥含饱和KCl 溶液，K ＋
移向_正 极，Cl －
移向_负 极
盐桥的作用
①连接内电路形成闭合回路。

②平衡电荷，使电池能持续提供电流。

知识点二 化学电源 一、一次电池 1．基本构造
2．组成：正极：碳棒；负极：Zn ；电解质：KOH 。

3．工作原理
负极反应： ； 正极反应： ； 总反应： ；
4．特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。

二、二次电池
1．铅蓄电池
(1)基本构造
(2)组成
负极：Pb；正极：PbO2；电解质溶液：H2SO4。

(3)工作原理
①放电过程：
负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极：；
总反应：；
②充电过程：铅蓄电池的充电过程与其放电过程相反。

③铅蓄电池的充、放电过程：
(4)优缺点
①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。

②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。

2．锂离子电池
(1)组成
负极：嵌锂石墨；正极：LiCoO2(钴酸锂)；电解质溶液：LiPF6(六氟磷酸锂)
(2)工作原理
①放电过程：负极：Li x C y－x e－===x Li＋＋C y；正极：Li1－x CoO2＋x Li＋＋x e－===LiCoO2；
总反应：Li x C y＋Li1－x CoO2===LiCoO2＋C。

放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中。

②充电过程：充电时，锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极极，嵌入石墨中。

③锂离子电池的充、放电过程：
(3)优点:质量小、体积小、储存和输出能量大等。

3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)
1．基本构造
2．工作原理
负极反应：H 2－2e －===2H ＋；正极反应：12O 2＋2H ＋＋2e －
===H 2O ；
总反应：H 2＋1
2
O 2===H 2O 。

【归纳总结】
【例1】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，用如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
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1mol电子时，模拟海水理论上除盐
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
【例2】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
【例3】一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO3－4＋2B(OH)－4＋4H2O。

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4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)－4＋4VO3－4
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
【变式1】氨可用于燃料电池，易液化，运输储存方便，安全性能更高。

新型 NH2O2燃料电池的装置如图示，电池工作时总反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列说法正确的是：
A．电极a作负极 B．NH3发生还原反应
C．OH⁻向电极 b方向迁移2
【变式2】镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面的应用前
景广阔。

如图为“镁-次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂
合金。

下列说法不正确的是
A．F电极的电势比E电极高
B．电子从E电极经导线流向F电极
C．E电极可能存在自腐蚀反应Mg＋2H2O=Mg(OH)2↓＋H2↑
D．F电极反应式为ClO＋2e＋2H+=Cl＋H2O
【变式3】燃料电池近几年发展迅速，如图是科学家利用页岩气设计的一
种固态(熔盐)燃料电池工作示意图。

下列说法错误的是
A．电极材料采用石墨烯，吸附甲烷的电极为负极，发生氧化反应
B．通入氧气的电极上电极反应式为
2 22
3 O2CO4e2CO
--++=
C．电池工作时，CO32向通甲烷的电极一侧移动
D．该电池的优点是二氧化碳可循环利用，不会释放温室气体1.氨热再生电池工作原理如图所示，下列说法正确的是
A ．b 为负极
B ．SO 42从左室向右室迁移
C ．电池工作时，右池中的CuSO 4溶液的浓度增大
D ．a 电极上的反应为Cu2e −+4NH 3=[Cu(NH 3)4]2+
2.科学家利用2H S 废气资源回收能量并得到单质硫，设计出质子膜2H S 燃料电池。

质子膜2H S 燃料电池的结构示意图如图所示，下列说法正确的是
A ．电极a 发生还原反应
B ．电极b 上发生的电极反应：+-22O +4H -4e 2H O =
C ．每217g H S 参与反应，有+2mol H 经质子膜进入正极区
D ．电路中每通过2 mol 电子，同时消耗222.4 L H S (标准状况)
3．据报道，科学家已经研制出固体氧化物燃料电池，该电池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()2O
-
在其间通过，其工作原
理如图所示(多孔电极a 、b 均不参加电极反应)。

下列说法正确的是 A ．有2H O 放出的a 极为电池的正极
B ．b 极对应的电极反应式为：22O 4e 2H O 4OH --++→
C ．正极对应的电极反应式为：22O 4H 4e 2H O +-
++→
D ．该电池的总反应式为：2222H O 2H O +=
4．某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工作原理如图所示。

下列说法正确的是 A ．电池工作时b 极发生氧化反应
B ．a 极的电极反应式为CH 3OH+6e+H 2O=CO 2↑+6H +
C ．电池工作中，当电路中转移6mol 电子时右侧溶液氢离子减少2mol
D ．每处理1molCr 2O 27-，a 电极上会生成2
5．新一代电池体系是化学、物理等学科的基础理论研究与应用技术的前沿。

锂硒电池具有优异的循环稳定性，其工作原理如图所示。

下列有关说法正确的是
A ．电极I 为该电池的负极，放电时被还原
B ．电极材料Se 可由2SO 通入亚硒酸(23H SeO )溶液中反应制得，则该反应中
氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
C ．锂硒电池放电时正极的电极反应式为422Li 4Se 2e Li Se +-
++=
D ．该电池放电时，电子由电极I 经电解质溶液通过LAGP 隔膜流向电极II
6．双阴极微生物燃料电池处理+4NH 一N 废水的工作原理下图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如下图(b)所示。

下列说法正确的是
A ．I 室为负极区
B ．Y 离子交换膜为阴离子交换膜
C ．Ⅲ室中除了O 2→H 2O ，主要发生的反应为+4NH +2O 2=3NO -
+2H ++H 2O
D ．生成2，理论上需要消耗10gO 2
7.一种水系Li －I 2太阳能液流电池，通过I/I 3-正极电解液的连接，将Li －I 2液流电池和太阳能电池集成为一
个可充放电电池。

充电时，光敏化剂Dye 在光电极吸收光能发生反应：Dye=e+Dye +从而驱动电极反应。

下列说法正确的是
A ．图中显示为电池充电的过程，充电效率与光照产生的e 和Dye +有关
B ．放电时，左侧将含有I 3-的电解液贮存起来
C ．放电时，Li +从正极穿过离子交换膜向负极移动
D ．充电时锂金属电极质量理论上增加14g ，阳极区增加2molDye + 8.为了消除氢氧化物污染，可以设计出一种装置处理硝酸厂尾气的同时获得电能，工作原理如图所示。

装置中电极均为涂装催化剂的网状电极，两侧电解质为同浓度的盐酸。

下列说法错误的是 A ．2N 在电池正极生成，由2NO 发生还原反应所得
B ．通入4CH 的电极反应为422CH 2H O 8e =CO 8H -++-+
C ．若有H +通过质子交换膜，则有1.12L(标准状况)甲烷被氧化
D ．装置工作一段时间后，两侧电极室中溶液的pH 不变
9.一种新型NaZn 双离子二次电池放电时的工作原理如图所示。

该二次电池放电时，下列有关说法正确的是 A ．M 极发生还原反应
B ．电子由M 极通过NaOH 溶液移向N 极
C ．Na +通过阳离子交换膜向M 极移动
D ．N 极电极反应式为NaMnO 2+xNa ++xe=NaMnO 2 10．2021年我国科研人员以二硫化钼(MoS 2)作为电极催化剂，研发出一种Zn －NO 电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示。

已知双极膜可将水解离为H +和OH ，并实现其定向通过，则下列说法错误的是
A ．Zn/ZnO 电极电势要比MoS 2电极电势高
B ．电池工作时NaOH 溶液和Na 2SO 4浓度均变小
C ．Zn/ZnO 电极表面发生的反应为Zn2e+2OH=ZnO+H 2O
D ．当电路通过1mole 时，整个电池系统质量会增大
11.燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。

(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

①A 为生物燃料电池的 (填“正”或“负”)极。

②正极反应式为 。

③放电过程中，H +由 极区向 极区迁移(填“正”或“负”)。

④在电池反应中，每消耗氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是 。

(2)一氧化碳无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。

一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化忆一氧化钠，其中O 2可以在固体介质NASICON 中自由移动，传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。

①电子由电板 通过传感器流向电极 (填“a”或“b”)；
②负极反应式为 。

12．原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。

(1)现有如下两个反应：
A ．()222NaOH CuCl =2NaCl Cu OH ++
B ．2442Zn H SO =ZnSO H ++↑
上述反应中能设计成原电池的是 (填字母代号)，电池正极发生了
反应(填“氧化”或“还原”)。

(2)将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是(填字母代号)。

A．乙中铜片上没有明显变化
B．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
C．两烧杯中溶液的pH均增大
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲乙(填“>”、“<”或“=”)，电子的流向是(填“从Zn到Cu”或“从Cu到Zn”)。

③请写出图中构成原电池的装置负极的电极反应式。