2020年高三精准培优专练二十 原电池的电极方程式 化学 学生版

典例1．查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为CH3CHO，即：2CH3CH2OH+O2=2CH3CHO+2H2O。

下列说法中不正确的是（）
A．O2发生的反应是还原反应
B．正极的电极反应式为O2+4e－+4H+=2H2O
C．乙醇在正极发生还原反应
D．其中一个电极的反应式为CH3CH2OH-2e－=CH3CHO+2H+
典例2．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（）
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，正极反应式为6H2O+6e－==6OH－+3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－==Fe2+
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e－==H2↑
典例3．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆开，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应式”，一个是“还原反应式”。

如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+，可拆写为氧化反应式：Cu－2e−===Cu2+，还原反应式：2Fe3++2e－===2Fe2+。

据此，回答下列问题：
（1）将反应3Cu+ 8H++2NO－3===3Cu2++2NO↑+4H2O拆写为两个“半反应式”，还原反应式：____________________________________________。

（2）此原理可用于电化学。

锌-锰碱性电池广泛应用于日常生活，电池的总反应式为n(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)===n(OH)2(s)+2MnOOH(s)。

该电池的正极反应式为_____________ ______________________。

培优点二十原电池的电极方程式
一．原电池的电极方程式
二．对点增分集训
1．将反应2Fe3++2I－=2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。

下列说法不正确的是（）
A．盐桥中的+移向FeCl3溶液
B．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
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，乙中石墨电极为负极
2．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3n+22FeO4+8H2O3n(OH)2+2Fe(OH)3+4OH，下列叙述不正确的是（）
A．放电时负极反应式为3n-6e−+6OH−=3n(OH)2
B．充电时阳极反应式为2Fe(OH)3+10OH−-6e−=2FeO2−4+8H2O
C．放电时每转移3mol电子，正极有1mol 2FeO4被还原
D．放电时正极附近溶液的碱性减弱
3．钠离子电池成本低、安全性好，有望在未取代锂离子电池，某新型可充电钠离子电池放电的工作原理如图所示。

下列分析错误的是（）
A．出于环保考虑，应尽量避免使用重金属（如Pb）作为钠的合金化元素
B．放电时，Na+由右室移向左室
C．放电时，正极反应式为：Na0.44MnO2+0.56e−+0.56Na+＝NaMnO2
D．充电时，阴极质量变化4.6g时，外电路中通过0.1mol e−
4．综合如图判断，下列说法正确的是（）
A. 装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－=Fe2+
B. 装置Ⅰ中正极反应是O2+2H2O+4e－=4OH－
C. 装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D. 放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH分别增大和减小
5．可以将反应n+Br2nBr2设计成蓄电池，有下列四个电极反应：①Br2+2e−==2Br−②2Br−−2e−==Br2 ③n−2e−==n2+ ④n2+ +2e−==n，其中表示放电时的正极反应（即充电时的阳极）和放电时的负极反应的分别是（）
A．②和③B．②和①C．③和①D．④和①
6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg+2MnF3===2MnF2+MgF2。

下列有关说法不正确的是（）
A．镁为负极材料
B．正极的电极反应式为MnF3+e－===MnF2+F－
C．电子从镁极流出，经电解质流向正极
D．每生成1mol MnF2时转移1mol电子
7．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是（）
A．分子组成为C m(H2O)n的物质一定是糖类
B．微生物所在电极区放电时发生还原反应
C．放电过程中，H+从正极区移向负极区
D．正极反应式为MnO2+4H++2e－=Mn2++2H2O
8．铝是地壳中含量最多的金属元素，它性能稳定，供应充足，铝—空气电池具有能量密度高、工作原理简单、成本低、无污染等优点。

铝—空气电池工作原理示意图如图：
下列说法错误的是（）
A．若是碱性电解质溶液中，则电池反应的离子方程式为：4Al+3O2+6H2O+4OH−
=4Al(OH)−4
B．若是中性电解质溶液中，则电池反应的方程式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3
C．如果铝电极纯度不高，在碱性电解质溶液中会产生氢气
D．若用该电池电解氯化钠溶液（石墨作电极），当负极减少5.4g时，阳极产生6.72L 气体
9．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是()
A．a电极发生还原反应，作电池的正极
B．b电极反应式为2NO－3+10e－+12H+===N2↑+6H2O
C．H+由右室通过质子交换膜进入左室
D．标准状况下，电路中产生6mol CO2同时产生22.4 L的N2
10．（1）科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。

①上述生产硫酸的总反应方程式为____，b是____极（填“正”或“负”），b电极反应式为_____，a电极发生_____。

（填“氧化反应”或“还原反应”）
②生产过程中H+向___(填a或b)电极区域运动。

（2）将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极，其电极反应式为：_______，该燃料电池总反应式为：_____，电池在放电过程中溶液的pH将______（填“下降”或“上升”、“不变”）。

11．用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO－3)已成为环境修复研究的热点之一。

（1）Fe还原水体中NO－3的反应原理如图所示。

作负极的物质是________。

正极的电极反应式是______________。

（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO－3的去除率和pH，结果如下：
pH＝4.5时，NO－3的去除率低，其原因是_________________________。

12．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。

近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(就是H+)和水分子通过。

其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：
（1）该装置的能量转化形式为________。

（2）Pt(a)电极是电池________（填“正”或“负”）极；
（3）电解液中的H+向_____（填“a”或“b”）极移动；
（4）如果该电池工作时消耗1mol CH3OH，则电路中通过___ mol电子。

（5）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是________。

参考答案
一、原电池的电极方程式
典例1．【答案】C
【解析】A ．电池总反应2CH 3CH 2OH+O 2=2CH 3CHO+2H 2O 中，正极上O 2得电子反应
还原反应，故A 正确；B ．正极上O 2得电子反应还原反应，电极反应式为O 2+4e －+4H +=2H 2O ，
故B 正确；C ．乙醇应该在负极上发生氧化反应，正极上是O 2得电子发生还原反应，故C 错误；D ．乙醇在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH 3CH 2OH-2e －=CH 3CHO+2H +，故D 正确；故答案为C 。

典例2．【答案】B
【解析】①中电解质溶液为稀硫酸，Mg 比Al 活泼，Mg 作负极，Al 作正极；②中电解质溶液为NaOH 溶液，Al 失电子，作负极，Mg 作正极；③中Fe 在常温下遇浓硝酸钝 化，作正极，Cu 作负极；④中Fe 发生吸氧腐蚀，作负极，Cu 作正极。

据分析，①中Mg 作负极、②中Mg 作正极，③中Fe 作正极、④中Fe 作负极，故A 项错误；②中Mg 作正极，
发生还原反应，电极反应式为226H O 6e 6OH 3H --+=+↑，故B 项正确；③中Fe 作正极，
故C 项错误；④中Cu 作正极，电极反应式为22O 2H O 4e 4OH --++=，故D 项错误。

典例3．【答案】（1）8H ++ 2NO －3+6e －===2NO↑+4H 2O
（2）2MnO 2+ 2H 2O+2e －===2MnOOH+2OH －
【解析】（1）反应3Cu+8H ++2NO －3===3Cu 2+2NO↑+ 4H 2O ，
其中Cu 元素的化合价升高，被氧化，N 元素的化合价降低，被还原，还原反应式为8H ++2NO －3+6e －===2NO↑+4H 2O ；（2）
电池的总反应式为n(s)+2MnO 2(s)+2H 2O(l) ===n(OH)2(s)+2MnOOH(s)，其中锰元素的化合价降低，发生还原反应，该电池的正极反应式为2MnO 2+2H 2O+2e －===2MnOOH+2OH －
二、对点增分集训
1. 【答案】D
【解析】A 项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl 3溶液迁移，正确；B 项，反应开始时，乙中I －失去电子，发生氧化反应，正确；C 项，当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D 项，当加入Fe 2+，导致平衡逆向移动，则Fe 2+失去电子生成Fe 3+，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。

2. 【答案】D
【解析】根据电池反应式知，放电时负极上锌失电子发生氧化反应，所以电极反应式为3n-6e−+6OH−=3n(OH)2，选项A正确；充电时，阳极电极反应式与放电时正极反应式正好相反，电极反应式为2Fe(OH)3+10OH−-6e−=2FeO2−4+8H2O，选项B正确；放电时，每转移3 mol
电子，正极被还原的2FeO4的物质的量=3mol
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=1mol，选项C正确；放电时，正极反应式为
2FeO2−4+8H2O+6e−=2Fe(OH)3+10OH−，有氢氧根离子生成，则溶液碱性增强，选项D不正确；答案选D。

3. 【答案】D
【解析】Pb是重金属元素有毒，易造成环境污染，A正确；根据图示原电池放电时，左室Mn的化合价降低，得电子，发生还原反应，因此层状晶体做正极，钠合金做负极，Na+向正极移动，即Na+由右室移向左室，B正确；原电池放电时放电时，层状晶体做正极，根据图示，正极反应式为：Na0.44MnO2+0.56e−+0.56Na+＝NaMnO2，C正确；充电时，阴极质量变化4.6g时，即有4.6g的钠元素质量发生变化，为0.2mol的钠离子变成钠单质，外电路中通过0.2mol e−，D错误。

4.【答案】B
【解析】装置Ⅰ中锌比铁活泼，则负极为锌，反应式为n－2e－=n2+，装置Ⅱ中负极为铁，反应式为Fe－2e－=Fe2+，A错误；装置Ⅰ中电解质溶液呈中性，为氧气得电子的反应，正极反应为O2+2H2O+4e－=4OH－，B正确；装置Ⅰ中盐桥中的阳离子向左侧烧杯移动，装置Ⅱ中盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动，C错误；放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大，D错误。

5. 【答案】A
【解析】充电时，阳极上电解质溶液中的阴离子失去电子发生氧化反应，所以是溴离子失去电子发生氧化反应生成溴单质，电极反应式为2Br−−2e−=Br2；放电时，较活泼的金属锌失去电子发生氧化反应，电极反应式为n−2e−=n2+，故选A。

6.【答案】C
【解析】由电池反应知，镁作还原剂，发生氧化反应，镁极为负极，A项不符合题意；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，B项不符合题意；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项符合题意；锰元素由+3价降至+2价，D项不符合题意。

7. 【答案】D
【解析】由图中信息可知，在微生物的作用下，有机物在负极被氧化为二氧化碳，正极上二氧化锰被还原为Mn2+，用了质子交换膜，说明电解质是酸性的。

A. 分子组成为C m(H2O)n 的物质不一定是糖类，如HCHO就不是，A不正确；B. 微生物所在电极区为负极，放电时发生氧化反应，B错误；C. 原电池在放电过程中，阳离子向正极移动，故H+从负极区移向正极区，C不正确；D. 正极上二氧化锰被还原为Mn2+，电极反应式为MnO2+4H++2e－=Mn2++2H2O，D正确。

8.【答案】D
【解析】若是碱性电解质，铝失去电子后与碱液中的OH−反应，生成Al(OH)−4，反应方程式为4Al+3O2+6H2O+4OH−=4Al(OH)−4，故A正确；若是中性电解质，铝发生吸氧腐蚀失去电子，生成Al(OH)3，反应方程式为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3，故B正确；在碱液电解质溶液中，因铝纯度不高会形成原电池，发生析氢腐蚀，正极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−，故C正确；若用该电池电解氯化钠溶液(石墨作电极)，当负极减少5.4g时，转移0.6mol电子，但由于没说标况，所以阳极产生的气体体积不可知，故D错误；故答案为D。

9.【答案】B
【解析】A项，在该燃料电池中通入燃料的电极为负极，故电极a为负极，电极b为正极，a电极发生氧化反应，错误；B项，b电极为正极，发生还原反应，反应式为2NO－3+10e －+12H+==N2↑+6H2O，正确；C项，溶液中H+由负极移向正极，即由左室通过质子交换膜进入右室，错误；D项，不能确定有机物中碳元素的化合价，则不能计算转移的电子数，也不能通过二氧化碳计算氮气的体积，错误。

10.【答案】（1）2SO2+O2+2H2O=2H2SO4正
O2+4e−+4H+=2H2O 氧化反应 b
（2）CH4+10OH−-8e−=CO2−3+7H2O CH4+2O2+2OH−=CO2−3+3H2O 下降
【解析】（1）①根据图像上述总反应为二氧化硫与氧气和水反应生成硫酸，反应式为：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4；b为电池的正极，电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O；a为负极，失电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应；②电池工作时，内电路中阳离子向正极移动，则氢离子向b极移动；（2）甲烷燃料电池，甲烷为电池的负极，甲烷失电子与溶液中的氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH4+10OH−-8e−=CO2−3+7H2O；正极为：O2+4e−+2H2O=4OH−，得失电子总数相等时两式相加，总反应为：CH4+2O2+2OH−=CO2−3+3H2O，消耗溶液中的氢氧根离子，pH值下降；
11.【答案】（1）Fe NO－3+8e－+10H+ ===NH＋4+3H2O
（2）pH越大，Fe3+越易水解成FeO(OH)，FeO(OH)不导电，阻碍电子转移
【解析】（1）根据图可知，Fe失电子，使NO－3还原为NH＋4，故Fe作负极，结合电子守恒、电荷守恒和元素守恒写出正极的电极反应式：NO－3+8e－+10H+ ===NH＋4+3H2O。

（2）pH越大，Fe3+ 越容易水解生成不导电的FeO(OH)，阻碍反应进行，所以NO－3去除率低；pH 越小，越容易生成疏松、能导电的Fe3O4，所以NO－3去除率高。

12.【答案】（1）化学能转化为电能
（2）负
（3）b
（4）6 （5）对环境无污染
【解析】该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e−=CO2+6H+，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应O2+4H++4e−=2H2O，据此解答。

(1)该装置的能量转化形式为原电池反应是化学能转化为电能；(2)Pt(a)电极甲醇通入失电子发生氧化反应，是电池负极；(3)燃料电池中，通入燃料的电极Pt(a)为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt(b)为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电解液中的H+向正极移动，即向b电极移动；(4)通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e−=CO2+6H+，电子守恒，该电池工作时消耗1mol CH3OH，则电路中通过6mol电子；(5)燃料电池的能量转化率高，甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。