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第二节 化学电源
（一）典型例题
例1．锌锰干电池是日常生活中常用的干电池，其结构如右图所示： 正极材料：MnO2、石墨棒 负极材料：锌片
电解质：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物
Zn＋2MnO2＋2NH4＝2Zn2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O ＋＋电池总反应可表示为：
试写出其电极反应式：负极： 正极：
【解析】根据总反应式书写电极反应式，关键在于：将一个氧化还原反应拆开为两个反应，阳极（原电池负极、电解池正极）为氧化反应，阴极（原电池正极、电解池负极）为还原反应，并用电子来配平反应式。
＋＋
【答案】Zn＝Zn2＋2e； 2MnO2＋2NH4＋2e＝Mn2O3＋2NH3＋H2O。
【例2】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极：Pb＋SO42-－2e? == PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋SO42-＋2e? ==PbSO4↓＋2H2O
今若制得Cl2 0.050mol ，这时电池内消耗的H2SO4 的物质的量至少是 （ ） A．0.025mol B．0.050mol C．0.10mol D．0.20mol
解析：蓄电池两极得（失）电子的物质的量理论上应等于电解池两极得（失）电子的物质的量。据题示信息找出如下关系：
答案：C
点评：本题属于新情境试题，要求考生抓住转移2mol e-才能生成1mol Cl2 这一关键，还要读懂题示信息中2mol e- 与4molH+ 的关系，才能找到电解池内消耗的n(H2SO4) 。
【例3】航天技术上使用的氢—氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢—氧燃料电池有酸是和碱式两种，它们放电时的电池总反应为： 2H2 + O2 = 2 H2O 。酸式氢—氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为： 2H2 – 4e- == 4 H+，其正极反应表示为___________；碱式氢—氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应表示为： O2 +2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为________________________________________。
解析：原电池两电极反应之和为总反应。因氢—氧燃料电池的总反应为2H2 + O2 = 2 H2O。
所以酸式氢—氧燃料电池的正极反应可用总反应减去负极反应即得；碱式氢—氧燃料电池的负极反应可用总反应减去正极反应即得。
答案：正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 负极：2H2 + 4OH- = 4H2O 【例4】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
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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极为电池的正极
C.a极对应的电极反应为：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH- D.该电池的总反应方程式为：2H2 + O2 == 2H2O 解析：本题以考生完全陌生的燃料电池，考查原电池知识点的掌握程度。无论什么电池，其本质都是自发的氧化还原反应。所以先整体把握，可知总反应相当于H2氧化成水；再逐层推理：正极a处应为O2得到电子被还原，负极b处为H2失电子被氧化。
答案：D
点评：新信息与已有知识的结合应用，是检验自学能力的标志之一。
【例5】氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。以下有数种说法：
①负极反应为O2+2H2O+4e- 4OH- ②负极反应为2H2+4OH- - 4e- 4H2O
③电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。
正确的组合是（ ）
Ａ.①③④ B.②③ C.②④ D.①④ 解析：氢氧燃料电池可以看作是H2在O2中燃烧放出的热全部转化为电能，其总反应为2H2+O2==2H2O。同时应该注意到，电解质溶液中的电解质会影响正、负极的电极反应。该燃料电池电解质为KOH，则负极反应为：2H2+4OH--4e-==4H2O，正极反应为：O2+2H2O+4e-==4OH-。负极反应消耗OH-，c(OH-)变小，pH下降；正极反应生成OH-，c(OH-)变大，pH升高。电池工作时，阴离子移向负极。
答案：B
点评：燃料电池是原电池的创新，但其基本原理不变，即物质在正极发生还原反应，物质在负极发生氧化反应。
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（二）基础练习
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一、选择题
1．如右图所示，烧杯内盛水，铁圈和银圈直接相连接，在接头处用一根绝缘细线吊住使之平衡，小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，一段时间后可观察到的现象是（ ）
A.两圈仍保持平衡 B.铁圈向下倾斜
C.银圈向下倾斜 D.有气泡产生，两圈摇摆不定
2．锌锰干电池，在放电时总反应的化学方程式可以表示为：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3(s)
+2NH3↑+H2O。 此种电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是（ ）
A. Zn B. 碳 C. MnO2和NH4+ D. Zn2+和NH3
3．将Zn片和Cu片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，下列各叙述中正确的是（ ）
A. 正极附近，c(SO42-)逐渐增大 B. 负极附近，c(SO42-)逐渐增大
C. 正、负极附近，c(SO42-)基本不变 D. Zn片、Cu片同时有气泡冒出时说明Zn片不纯
4．把一小块镁、铝合金放入 6mol·L-1的NaOH溶液中，可以形成微型原电池。则该原电池负极上发生的电极反应为（ ）
－－－－
A.Mg-2e=Mg2+ B.Al+4OH-3e=AlO2+2H2O
－－－－
C.4OH-4e=2H2O+O2↑ D.2H2O+2e=2OH+H2 ↑ 5．用锂制造的电池性能优越,如心脏起搏器中使用的新型Li-I2电池,其使用寿命已超过10年, Li-I2电池在使用时要不断地充电,放电,其中发生的某一化学反应可简化为：2Li+I2=2LiI,下列说法正确的是（ ）
A．负极反应是2I--2e-=I2 B．该电池以LiI水溶液为电解质溶液 C．以惰性非水有机溶剂为电解质 D．这是电池放电的化学反应
6．质子交换膜氢氧燃料电池是利用质子（H+）的定向移动导电。该电池工作时正极的电极反应式可能为（ ）
———
A．O2+4H++4e=2H2O B．O2+4e=2O2
———
C．H2－2e=2H+ D．2H2+2O2－4e=2H2O
7．目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na+导电的β—Al2O3陶瓷作固体电解质，反应为：2Na＋xS
Na2Sx，以下说法不正确的是
( )
A．放电时，钠作负极，硫作正极 B．钠硫电池应该在较高温度下使用
C．充电时，钠极与外电源的正极相连，硫极与外电源的负极相连
－
D．充电时，阳极发生的反应是：Sx2－2e＝xS
＋－
8．α－AgI是一种固体导体，导电率很高。为研究α－AgI到底是Ag导电还是I导电，设计了如下实验，下列有关结论正确的是（ ）
A．若α－AgI是Ag导电则通电一段时间后晶体密度不均匀
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＋
＋
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B．若α－AgI是Ag导电则通电一段时间后晶体密度仍均匀
－
C．若α－AgI是I导电则通电一段时间后晶体密度不均匀
－
D．若α－AgI是I导电则通电一段时间后晶体密度仍均匀
9．某原电池反应的总反应的离子方程式为2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ ，不能实现该反应的原电池是 （ ）
A.正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液 C.正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe(SO4)3溶液 D.正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 10. 下列变化中，属于原电池反应的是 （ ） A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层
B.白铁（镀锌）表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色的保护层
D.铁与稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液时，可使反应加速
11.把金属M放入盐N(NO)3溶液中，发生如下反应：M+N2+== M2++N，以下叙述正确的是（ ）
A.常温下金属M和N都不跟水反应
B.M和N用导线连接放入稀H2SO4中，一定构成原电池，且N极上有H2放出 C.M和N用导线连接并平行放入N(NO3)2溶液中，一定构成原电池 D.由M和N构成的原电池，M一定是负极，且N上一定产生H2
12．下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 A.在氧化-还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强 C.甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能
D.将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极
13.按图装置实验，若x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴应表示（ ）
①c(Ag) ②c(NO3) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量 A.①③ B.③④ C.①②④ D.② 二、填空题
14．如图示实验中，把四根洁净的金属条A、B、C、D轮流放置在没有盐溶液的滤纸上面并压紧。在每次轮流实验时，记录了电压表指针的移动方向和电压表的读数（如右表）。
（1） 金属可能是最强的还原剂；
（2） 金属不能从硫酸铜溶液中置换铜。
＋
-
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15．观察右图装置，按题意填写下列空白：
（1）若试管内液面下降，则溶液X显_________性，铁钉发生__________腐蚀，其负极电极反应为___________________；正极电极反应为_________________________________________________________。
（2）若试管内液面上升，则溶液X显________性，铁钉发生_______腐蚀，其负极电极反应为___________________；正极反应为_______________________________。 （三）能力测试 1．（1）把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片 （填―有‖或―没有‖）气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来（见下图A），组成一个原电池，负极为 ，正极的电极反应式为 。
－
（2）如果烧杯中最初装入的是2mol·L1 500mL的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池（见下图B，假设产生的气体没有损失），当在标准状况下收集到11.2L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度应为（溶液体积变化忽略不计） 。
（3）如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接，插入氯化钠溶液中（见下图C），放置数天后，主要发生 电化学腐蚀，写出正极的电极反应式 。
（4）生活中利用原池原理生产了各样的电池，废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程，其最主要原因是 。 （A）回收利用电池外壳的金属
（B）防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染 （C）防止电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 （D）回收其中的石墨电极
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第二节 化学电源参考答案
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第二节 化学电源 （二）基础练习
1．C 2．C 3．C 4．B 5．CD 5．A 6．C 7．BC 9.CD 10.BD 11.A、C 12.CD 13.D 14．（1）C， （2）B 15．（1）酸 析氢，Fe－2e- = Fe2+； 2H++2e-==H2↑
（2）中 吸氧 ，2Fe－4e- = 2Fe2+；O2 + 4e- +2H2O = 4OH-
（三）能力测试
1．本题考查了原电池原理、化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法，同时考查电极反应式的书写能力及环保意识。
（1）此问重在考查原电池原理，判断正负极，书写电极方程式。纯净的锌片与酸反应放出氢气，铜不能与酸反应，连接成闭合回路后，锌的活泼性强因此作负极放电：Zn – 2e == Zn2+，正极为铜，溶液中的H+放电。
（2）本题考查基于原电池原理的有关计算的能力。
（3）金属的腐蚀分为两种：化学腐蚀（与化学物质直接接触而发生化学反应）和电化学腐蚀（由于构成原电池而发生电极反应），电化学腐蚀中又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。此问考查对吸氧腐蚀和析氢腐蚀的了解。 （4）此问考查学生的环保意识。
答案：（1）没有 锌片 2H++2e=H2↑
－－
（2）c(H2SO4)=1 mol·L1 c(ZnSO4)=1 mol·L1
－
（3）吸氧 2H2O+O2+4e= 4OH （4）B
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《第二节 化学电源》典型例题和习题
