- 电化学基础
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铅蓄电池是典型的可充型电池,电池总反应为:Pb+PbO2+4H++2S
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原):
放电时,正极的电极反应是 ;电解液中H2SO4的浓度将变 ;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加 g。
正确答案
PbO2+2e-+4H++S
放电时正极上发生还原反应,由总电池反应知,发生还原反应的物质为PbO2,产物为PbSO4,同时消耗H2SO4,故正极反应为:PbO2+2e-+4H++S
阳极反应式：2CO＋2CO
阴极反应式： ，总电池反应式： 。
正确答案
O2＋2CO2＋4e－===2CO
根据课本“牺牲阳极的阴极保护法”知，阳极也即是负极，阴极也即是正极。将原电池的材料拆分，阳极为2CO＋2CO
Al－Mg在不同的电解质溶液中分别构成原电池A、B。如下图所示:
指出各池中的负极材料并写出其电极方程式。
①负极材料:
A池 ，B池 。
②电极反应式:
A池:正极 ，负极 。
B池:正极 ，负极 。
③从构成原电池的几个组成部分来看,判断原电池的负极,除了要考虑金属的活泼性外，还要考虑
正确答案
（１）①Ａ池镁作负极材料，Ｂ池中铝作负极材料 ②Ａ池：正极2H++2e－=H2↑，负极Mg－2e－=Mg2+；Ｂ池：正极6H2O+6e－=3H2↑+6OH－，负极2Al－6e－+8OH－=2AlO2－+4H2O；③池中能够发生的氧化还原反应
在A池中可与稀硫酸发生化学反应的有镁和铝Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑；2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑由于镁的金属活泼性大于铝，所以该电池中的化学反应为Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑，镁失电子作电池负极，铝作正极。在Ｂ池中能发生的化学反应只有铝和碱的反应，即2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3O2↑,所以该电池中铝失电子作电池负极，而镁只能作正极。
根据所学知识回答下列问题，在如图所示装置中
（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象为 ，正极反应式为 ，负极反应式为 ，
该装置中的能量变化形式为 。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为 ，装置中总反应方程式为 。
正确答案
（1）电流表指针偏转，铝片表面冒气泡（2分）；2H＋＋2e-=H2↑（1分），Mg-2e-=Mg2+（1分），化学能转化为电能（1分）。（2）Al（1分），2Al+2NaOH＋2H2O=2NaAlO2+2H2↑（2分）。
原电池反应属于自发的氧化还原反应，镁比铝活泼，但在氢氧化钠溶液中，铝能反应而镁不能。
（1）用FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的化学方程式为： ；若将该反应设计成如图的原电池，请在图中完成标注。
（2）实验证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，现有下列反应：
①C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H>0；
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H<0 ；
③NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O(1) △H<0 。
上述反应可以设计成原电池的是 （填序号），如若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计的原电池其负极反应为 。
正确答案
（1）2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2（2分） 见下图（2分，1个标注1分）
（2）②（1分） H2—2e－+2OH－ ＝2H2O（2分）
试题分析：形成原电池的条件是：①是一个氧化还原反应；②得有两个活泼性不同的电极；③得有电解质溶液；④构成闭合回路。
1991年我国首创以铝－空气－海水为能源的新型“海水电池”，该电池以海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。它比干电池能量高20～50倍。其总反应式表示为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。
（1）该电源的负极材料为 ，（2）写出正极反应式为 ： 。
正确答案
（1）铝 （2） O2＋2H2O＋4e－===4OH－
试题分析：（1）原电池中，负极发生氧化反应；根据题意知，该电池以海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流，则负极材料为铝；（2）原电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
如图，A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
（1）A中反应的离子方程式为_____________________________。
（2）B中Sn极的电极反应式为____________________________。
（3）C中被腐蚀的金属是________，总反应的化学方程式为_____________________。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序为__________。
（填序号）。
正确答案
（1）Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑
（2）2H＋＋2e－=H2↑
（3）Zn Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑ B>A>C
A中铁与稀H2SO4反应；B中形成Sn－H2SO4－Fe原电池，其中Fe作负极，Sn作正极，负极的电极反应是Fe—2e－=Fe2＋，正极的电极反应是2H＋＋2e－=H2↑；C中形成Zn－H2SO4－Fe原电池，Zn作负极被腐蚀，总反应方程式为Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。比较A、B、C三种情况可知：B中Fe作负极，被腐蚀得最快，C中的Fe作正极，被腐蚀得最慢。
已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸.按要求回答:
(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.说明原因 .
(2)若电极材料选铜和石墨,电解质溶液选硫酸铜溶液,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,后面两空不填)
(3)通常说的燃料电池都以铂为电极,将燃烧反应的化学能转化为电能,在燃料电池中,可燃物在 极反应, 在另一极反应。
正确答案
(1)铜铝接触在潮湿的环境中形成原电池反应，加快了铝腐蚀的速率，易造成电路断路。(2)能、负极反应式为2Cu－4e－=2Cu2+；正极反应式为O2+4H++4e－=2H2O (3)负、助燃物
(2)铜虽然是活泼性弱的金属，但不是惰性电极，铜与石墨导线连接在盐溶液中可以构成原电池装置，铜作负极。正极反应是溶解在溶液中的氧气得电子，酸性溶液中的电极反应为：O2+4H++4e－=2H2O，中性或弱碱性溶液中的电极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－。
Zn＋2MnO2＋2NH
(1)试写出干电池放电时的正、负电极反应式：正极：___________负极：___________
干电池用久了就会变软，其原因是____________________________________________。
(2)正极反应中，前后经历了下列两个反应：
2NH
2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O
如果正极反应没有MnO2的参与，干电池将难以持续稳定工作。试说明理由。
(3)在通电10 min的时间内参加反应的MnO2质量约为多少？外电阻消耗的电能是多少？
(4)许多国家对废旧电池进行回收，从保护环境和节约能源解释为什么要回收废旧电池。
正确答案
(1)2MnO2＋2NH
(2)正极反应中间产物H2附着于石墨，增加电池内阻。
(3)0.813 g；1.01×103 J。
(4)可以回收到大量的金属材料和化工原料。废旧电池有害于生态环境的物质在自然条件下极难被降解；废旧锌—锰干电池含有高浓度的氯化铵溶液，埋在土壤中会使土壤酸化，种子脱水死亡。
这是一道物理、化学综合试题，涉及能量转化、原电池原理、环境保护及电路计算等知识。各问之间有渗透，但彼此间相对独立，学生思维空间有较大的自由度。
依题意：
I=
转移电子的物质的量为：
9.34×10－3mol×87 g·mol－1="0.813" g。
外电阻消耗电能W=I2Rt="(1.5" A)2×0.75 Ω×600 s=1.01×103 J。
剪长约6cm、宽2cm的铜片、铝片各一片，分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上（间隔2cm）。将铜片与铝片分别和电流表的“+”、“－”端相连接，电流表指针调到中间位置。取两个50mL的小烧杯，在一个烧杯中注入约40mL的浓硝酸，在另一只烧杯中注入40mL0.5mol/L的硫酸溶液。试回答下列问题：
（1）两电极同时插入稀硫酸中，电流表指针偏向 （填“铝”或“铜”）极，铝片上电极反应式为 ；
（2）两电极同时插入浓硝酸时，电流表指针偏向 （填“铝”或“铜”）极，此时铝是 （填“正”或“负”）极，铝片上电极反应式为 。
正确答案
电流表指针偏向Al。（电流方向从正极到负极）。电极反应式为：Al-3e－=Al3+。
电流表指针偏向Cu，Al作正极，且电极反应式为：NO3-+4H++3e－=NO+2H2O。
电极的确定依赖于具体的电极反应，在这个问题上，学生易受思维定势的影响，以为金属越活泼，便一定是负极，殊不知，在浓硝酸中，Al表面产生了钝化，发生反应的是Cu。因此，当Al、Cu同时插入稀硫酸时，电流表指针偏向Al。（电流方向从正极到负极）。电极反应式为：Al-3e－=Al3+。而当Al、Cu同时插入浓硝酸时，电流表指针偏向Cu，Al作正极，且电极反应式为：NO3-+4H++3e－=NO+2H2O。
（1）以锌、石墨棒为两极，硫酸铜溶液为电解液组成的原电池。
负极反应式是：______________；正极反应式是：______________
（2）某反应是吸热反应，且所吸收的热能由外部热源（如酒精灯）提供，提供的热能主要起到______________的作用。
（3）利用下列反应：Fe ＋ 2Fe3+ ＝ 3Fe2+ 制一个化学电池（给出若干导线和一个小灯泡，电极材料和电解液自选），画出实验装置图，注明电解质溶液名称和正负极材料，写出电极反应式。
①
②_______是负极，负极反应式：_____________________
③_______是正极，正极反应式：_____________________
正确答案
（1）Zn -2-= Zn2+；Cu2+ + 2e-= Cu
（2）破坏反应物中的化学键
（3）①
②Fe是负极，负极反应式：Fe -2e- =Fe2+
③Cu（C）是正极，正极反应式：2Fe3+＋2e-=2 Fe2+
（1）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是__________________。
A．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H>0
B．2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H<0
C．NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O(1) △H<0
（2）以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应式为__________________________________。
（3）电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过导线与图中电解池相连，其中
a为电解液，X和Y均为惰性电极，则
①若a为CuSO4溶液，则电解时的化学反应方程式为 ______________________________。
②若电解含有0.04molCuSO4和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的pH=___________（假设电解后溶液体积不变）。
正确答案
（1）B
（2）O2+ 4e-+2H2O=4OH-（3）①2CuSO4+H2O
（每空2分共8分）在由铜锌组成的原电池（电解质是稀硫酸）中，有位同学在铜电极收集到了12 g的气体，(1) 铜锌原电池的正、负极的电极反应：
正极：_______________________________ 负极：____________________________
(2) 铜电极产生12 g气体的过程中有___ __g的锌溶解。
(3) 铜电极产生12 g气体的过程中有___ __mol的电子发生了转移。
正确答案
略
有些化学反应的化学能能直接转化成电能
I．利用Fe+CuSO4=FeSO4+Cu反应，设计一个原电池：
（1）在右框中画出装置图（标明电解质溶液、正、负极和电极材料）
（2）下列说法中，正确的是______．（填字母）
A．电解质溶液中阳离子向负极移动 B．电子通过外导线由负极流向正极
C．当导线中有1mol电子通过时，理论上正极放出1g气体
D．若所选电极的质量相等，理论上两极质量差为60g，导线中有1mol电子通过
II．三套装置如图所示，A、B、C烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸．
（1）比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序为______；
（2）若C中电解质溶液是氯化钠溶液，则Fe电极的电极反应式为______；
III．目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为：Cd+2NiO（OH）+2H2O
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．
（1）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．
（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，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作用价值．在酸性土壤中这种污染特别严重，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（单位质量电极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十年，它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为Li+MnO2=LiMnO2．
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）．
正确答案
I．（1）在Fe+CuSO4=FeSO4+Cu反应中，Fe被氧化，应为原电池的负极，正极为活泼性较Fe弱的金属或非金属，电解质为CuSO4溶液，可设计原电池为，故答案为：
；
（2）A．电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故A错误；
B．原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，故B正确；
C．正极反应为Cu2++2e-=Cu，无气体生成，故C错误；
D．当有1mol电子通过时，负极铁的质量减少为
II．（1）B中铁为负极，发生电化学腐蚀，A为化学腐蚀，C铁为原电池的正极，不易被腐蚀，所以腐蚀速率由快到慢的顺序为B、A、C，故答案为：B、A、C；
（2）若C中电解质溶液是氯化钠溶液，发生吸氧腐蚀，正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
III．（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，充电时是将电能转化为化学能，放电时将电能转化为化学能，为不同条件下的反应，不是可逆反应，故答案为：②④；
（2）Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水但能溶于酸，在酸性土壤中生成生成Ni2+ 和Cd2+，导致污染特别严重，
故答案为：Ni（OH）2、Cd（OH）2可被酸溶解，生成Ni2+ 和Cd2+；
（3）金属锂较活泼，易与水反应，反应的方程式为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑，故答案为：2Li+2H2O═2LiOH+H2↑．
（1）实事证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_________________。
A．C(s)+H2O(g)=CO(g)十H2(g) △H>0
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H<0
C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H<0
（2）以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极反应为：________________。
（3）电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过导线与下图中电解池相连，其中，a为电解液，X和Y是两块电极板，
则：
①若X和Y均为惰性电极，a为CuSO4溶液，则电解时的化学反应方程式为_______________________。通过一段时间后，向所得溶液中加入0．2molCuO粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为__________________。
②若X、Y分别为铁和铜，a仍为CuSO4溶液，则Y极的电极反应式为________________________。
正确答案
（1）C
（2）H2+2OH--2e-==2H2O
（3）①CuSO4+2H2O
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