Transcript H 2 O反应

考能特训
解题技能4
新型化学电源的高考
命题角度及解题指导
高考中的新型电池，有“氢镍电池”、“高
铁电池”、“锌—锰碱性电池”、我国首创的“海
洋电池”、“燃料电池”（如新型细菌燃料电池、
氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃
料电池、CO燃料电池）、“锂离子电池”、“银锌
电池”、“纽扣电池”等。这些电池一般具有高能
环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量释
放的能量）高等特点。
1
取材于这些知识点的试题，由于题材广、信
息新、陌生度大，所以，大多数考生对这类试题感
到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主
要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以下几种
考查角度：
角度一
新型电池“放电”时正极、负极的判断
【知识基础】在Zn-Cu原电池中，较活泼的金属
材料作负极，较不活泼的金属材料或非金属材料作
正极。负极：Zn-2e-
Zn2+；正极：2H++2e-
H2↑。
2
【解题指导】
元素化合价升高的物质
负极材料 发生氧化反应的物质
新型电池中
正极材料
元素化合价降低的物质
发生还原反应的物质
3
【典例导析1】被称之为“软电池”的纸质电池，采
用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在
其另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和
氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O
ZnO+2MnO（OH）。下列说
法正确的是
（
）
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C.当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子
个
数为1.204×1023
D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O
4
解析
由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催
化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B错；
电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，
电解液内电流的形成是由于阴、阳离子的定向移
动，C错；电池负极反应式为Zn-2e-+H2O
ZnO+2H+, 用总反应式减去负极反应式得正极反应式
为2MnO2+2e-+2H2O
2MnO(OH)+2OH-。
答案 D
5
角度二
新型电池“放电”时正极、负极上电极反
应
式的书写
【知识基础】铅蓄电池［Pb-PbO2（H2SO4溶液）］
2
4
电极反应的书写：
负极：①Pb-2e-
Pb2+;②Pb2++SO
2PbSO

4
4
。
把二者合起来，即负极反应式：Pb-2e-+SO
PbSO4。
2  2+
正极：PbO2得电子变为Pb
，①PbO2+2e-+4H+
4
Pb2++2H2O；Pb2+跟SO
2
4
结合生成PbSO4，②Pb2++SO
2
PbSO
4。把二者合起来，即正极反应式：
4
PbO2
+2e-+4H++SO
2
4 PbSO4+2H2O。
6
【解题指导】
首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反
应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。
对于较为复杂的电极反应，可以利用总反应-较简单
一极电极反应式=较复杂一极电极反应式的方法解决。
7
【典例导析2】（2009·广东，14）可用于电动汽车
的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液
为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列
说法正确的是
（
）
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应
都为：O2+2H2O+4e-
4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+3OH-
-3e-
Al（OH）3↓
C.以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电
解液的pH保持不变
D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
8
解析
电池工作时，正极上O2得到电子被还原，电
极
反应为：O2+2H2O+4e-
4OH-,A正确；电解液为
NaOH溶液时，在负极上产生的是NaAlO2而不是
Ａl(OH)3,B错误；电池的总反应为：4Al+3O2+4NaOH
4NaAlO2+2H2O,消耗NaOH，pH减小;电池工
作
时，电子通过外电路由负极流向正极。
答案
A
9
角度三
新型电池“充电”时阴极、阳极的判断
【知识基础】充电的实质就是把放电时发生的变化
再复原的过程。如铅蓄电池：
【解题指导】
首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根
据电池充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，
进行分析。
10
【典例导析3】（2009·浙江理综，12）市场上经常
见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。
它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金
属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子
材料。这种锂离子电池的电池反应式为：
Li+2Li0.35NiO2
2Li0.85NiO2
下列说法不正确的是
A.放电时，负极的电极反应式：Li-e-
（
）
Li+
B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原
反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
11
解析
A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负
极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一
种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反
应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反
应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子
应迁移至正极失电子，故错。
答案
D
12
角度四
新型电池充、放电时，电解质溶液中离子
移
动方向的判断
【知识基础】原电池中，阳离子移向正极，阴离子
2
+移向
移向负极，如Zn-Cu（稀H
SO
）电池中：H
2
4
4
Cu极；SO
移向Zn极。电解池中，阳离子移向阴
极，阴离子移向阳极，符合带电微粒在电场中的运
【解题指导】
动规律。
首先应分清电池是放电还是充电；再判断出正、负
极或阴、阳极，进而即可确定离子的移动方向。
13
【典例导析4】（2008·广东，16改编）LiFePO4电池具有稳
定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。
电池反应为：FePO4+Li
LiFePO4,电池的正极材
料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为
电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是（
）
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向正极移动
C.充电过程中，电池正极材料的质量减少
D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-
LiFePO4
14
解析
由于Li能和稀H2SO4、H2O反应,因此电解质不
能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，
阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电
过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4
-e-
Li++FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量
会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正
极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。
答案
A
15
迁移应用
3
1. 下 图 Ⅰ 、 Ⅱ 分 别 是 甲 、 乙 两 组 同 学 将 反 应
4 AsO
+2I-+2H+
3
3
AsO
+I2+H2O设计成的原电池装
置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴
加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适
量40% NaOH溶液。
16
下列叙述正确的是
（
）
A.甲组操作时，微安表指针发生偏转
B.甲组操作时，溶液颜色不变
C.乙组操作时，C2作正极
D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e2I-
17
解析
AsO
3
3
甲组操作时发生的反应为AsO34 +2I- +2H+
+I2+H2O，有碘单质生成，因此溶液的颜色变
深，但装置构成的原电池中两极直接接触（一极是
AsO
3
3
3
/AsO
4
，另一极是I2/I- ），呈短路状态，
因此
微安表中无电流通过，A、B错；乙组操作时，由
3
3
于向图ⅡB烧杯中逐滴加入烧碱，此时原电池发生的
3
4
反应为AsO
+I2+H2O
AsO
+2I-+2H+，此时C2
棒上发生氧化反应，作负极，C1棒上发生还原反
应，作正极，电极反应式为I2+2e答案
2I-。
D
18
2.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它
以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一
极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状
态下能传导O2-。下列对该燃料电池的说法不正确的是
（
）
A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极
B.该电池的总反应是：C3H8+5O2
3CO2+4H2O
C.电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下
的丙烷被完全氧化
D.通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：
C3H8-20e-+10O2-
3CO2+4H2O
19
解析
该燃料电池的化学原理是：C3H8+5O2
3CO2+4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为
负极：C3H8-20e-+10O2通入O2的电极为正极：O2+4e-
3CO2+4H2O,C正确；
2O2-，产生的
O2-将向负极移动，A项错。
答案
A
20
3.（2009·四川，29）新型锂离子电池在新能源的
开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的
动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4 ）是新型锂离子
电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH3COO)2Fe］、
磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在
800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚
铁锂,同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合
溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电
解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，
在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸
亚铁锂。
21
在锂离子的电池中，需要一种有机聚合物作为正、
负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体
之一（用M表示）的结构简式如下：
请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在
惰性气体氛围中进行。其原因是
。
22
（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、
乙酸外，还有
、
、
（填化学
式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应
式为
。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：
。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸
亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反
应式为
。
23
解析
（1）LiFePO4中有Fe2+，Fe2+容易被氧化，所以
制备LiFePO4时要在无氧条件下操作。
（2）根据信息给定的方法一所发生的反应中的反应
物和部分生成物，再根据元素守恒，可写出该反应
的化学方程式：
Li2CO3+2（CH3COO）2Fe+2NH4H2PO4
2LiFePO4
+4CH3COOH↑+2NH3↑+H2O↑+CO2↑。
（3）方法二中，阳极Fe放电生成Fe2+，Fe2+再与
H2PO

+
4 、Li 反应生成LiFePO4。
（5）该锂离子电池在充电过程中，阳极的LiFePO4
生成FePO4,则该电池放电时正极的反应是FePO4生成
LiFePO4,其电极反应式是FePO4+Li++e-
LiFePO4。
24
答案（1）为防止亚铁化合物被氧化
（2）CO2
（3）Fe+H2PO
H2 O

4
NH3
+Li+-2e-
LiFePO4+2H+
（4）
（5）FePO4+Li++e-
LiFePO4
25
易错题重练
1.(2009·海南，12)已知：Fe2O3(s) 3+
3
2
C(s)
2
CO2(g)+2Fe(s)
ΔH1=+234.1 kJ/mol
（1）
3
2
C(s)+O2(g)
CO2(g)
ΔH2=-393.5A
kJ/mol （2）
则2Fe(s)+
O2(g)
3
）
2
（
A.-824.4 kJ/mol
kJ/mol
C.-744.7 kJ/mol
Fe2O3(s) 的ΔH是
3
2
3
2
B.-627.6
D.-169.4
26
2.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl-、Br-、
Na+、Mg2+）的装置如图所示（a、b为石墨电
极）。下列说法中，正确的是
（
）
27
A.电池工作时，正极反应式为：O2+2H2O+4e-
4OHB.电解时，a电极周围首先生成Cl2
C.电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴
极→溶液→阳极→正极
D.忽略能量损耗，当电池中消耗0.02 g H2时，b
极
周围会产生0.02 g H2
28
解析
由于磷酸为电解质，电池的正极反应为：
O2+4H++4e-
2H2O,A错；a电极与原电池正极
相
连，为电解池的阳极，由于Br-还原性强于Cl-，因
此Br - 先放电，B错；电解时，电子流动路径是：
负极→阴极，阳极→正极，电子不能从溶液中通
过，C错；根据通过的电子守恒，当电池中消耗
0.02 g H2时，b极周围会产生0.02 g H2,D对。
答案
D
29
3.下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对
值
C
均正确）
（
）
A.C2H5OH（l）+3O2(g)
2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-1 367.0 kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)
NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=+57.3 kJ/mol（中和热）
C.S（s）+O2(g)
SO2(g)
ΔH=-
30
4.下列有关热化学方程式的叙述正确的是
（
）
A.已知2H2(g)+O2(g)
2H2O(g)
ΔH=-483.6
kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8 kJ
B.已知C（石墨，s）
C（金刚石，s）
ΔH＞0,则金刚石比石墨稳定
C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中
和，
放出28.65 kJ的热量，则表示该反应中
和热的
热化学方程式为：NaOH(aq)+HCl(aq)
31
解析
H 2 的燃烧热应该以生成液态水为标准，
所
以A不正确；由于石墨转变为金刚石的ΔH＞0，
所以金刚石的内能比石墨的高，内能越高越不稳
定，B不正确；同物质的量的碳完全燃烧（生成
CO 2 ）放出的热量要比不完全燃烧（生成CO）放
出的热量多，所以ΔH1＜ΔH2,D不正确。
答案
C
32
5.某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常
见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合
后，在交换膜处SO 24 从右向左移动。下列分
析不正确的是
（
）
A.溶液中c(A2+)增大
B.B的电极反应：B-2e-
B2+
C.y电极上有Cl2产生，发生氧化反应
D.反应初期x电极周围出现白色沉淀，随后
33
2
选 项 A ， 当 K 闭 合 后 ， 在 交 SO
换膜
处
4
解析
从
右向左移动，说明A为原电池的负极，该极的金
属A失去电子：A-2e-
A2+，c(A2+)增大；选
项
B，若金属B是不活泼金属，溶液中的B2+获得电
子生成B。
答案
B
34
6.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好
等优点，可用于电动汽车。电池反应为：
FePO 4 +Li
放电
充电
LiFePO 4 。电池的正极材料是
LiFePO4，负极材料是石墨，含有导电固体为
电
解质。下列有关LiFePO4电池的说法不正确的
是
(
)
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向正极移动
C.充电过程中，电池正极材料的质量减少
35
解析
由于Li能和稀H 2 SO 4 、H 2 O反应，因此电解
质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电
池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移
动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电
子，即LiFePO 4-e-
Li++FePO4，因此阳极材料
（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过
来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知
B、C、D正确。
答案
A
36
7.日常生活中常用的普通锌-锰干电池有7种物
质：NH 3 、Mn 2 O 3 、ZnCl 2 、MnO 2 、NH 4 Cl、Zn
和H 2 O，它们分别是锌-锰电池中氧化还原反
应
的反应物和生成物，该干电池的结构如图所
示。下列说法正确的是
（
）
37
A.普通锌-锰干电池中电解质溶液为ZnCl2、
MnCl2
B.石墨电极发生的反应为：2MnO2+2NH
 +2e
4
Mn2O3+2NH3+H2O
C.放电时，NH

向负极移动
4
D.用该电池电解饱和AlCl3溶液，析出2.7 g Al时，
溶解9.75 g Zn
38
解析
选项A，题目提供的7种物质中，只有NH4Cl
和ZnCl 2 是可溶性的,分析元素价态变化可知Zn失
去电子为原电池的负极：Zn-2e-
Zn2+，所以
电池中电解质溶液为NH4 Cl；选项B，石墨为正极
材料，7种物质中，MnO2在该极获得电子生成
Mn2O3:2MnO2+2NH 4 +2e-
Mn2O3+2NH3+H2O；选
项C，正极消耗NH 4 ，所以放电时NH 4 向正极移
动；选项D，根据离子的放电能力，电解饱和
AlCl3溶液时，首先是H+在阴极放电生成H2，而不
是析出Al。
答案
B
39
答题规范6
热化学方程式、电极方程
式的书写规范
学生案例
1.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放
出 28.65kJ的热量,则表示该反应中和热的热化
学
1
2
1
1
2 NaOH(l)+ 2
HCl(l)
NaCl(s)+
H方程式为
ΔH=-28.65 kJ
2O(l)
1
2
。
规范答案
NaOH(aq)+HCl(aq)
NaCl(aq)+H2O(l)
40
2.下图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图：
请回答下列问题：
520
（1）乙烷的燃烧热ΔH= a

kJ/mol。
（2）根据该图写出二甲醚燃烧热的热化学方
aCH3OCH3(g)+CO2(g)
dCO2(g)+H2O(l)
式： kJ/mol
ΔH=-485
程
41
规范答案
（1）-1 560
（2）CH3OCH3(g)+3O2(g)
2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1 455 kJ/mol
42
3.电极方程式的书写
（1）铅蓄电池放电时，电流流入的极为正
其电极方程式 Pb-2e2+
Pb
为：
极，
。
H2-2e2H+
（2）氢氧燃料电池若用KOH作电解质溶液，其
负极反应式
为
O2+4e-+2H2O
。
4OH（3）氢氧燃料电池若用H2SO4作电解质溶液，
其正极反应式
CH4-8e-+8OH+4H2O
（4）依据CH
4+2O2
CO2
↓
为
CO2+2H2O，利用KOH
溶液作电解质溶液制成燃料电池，则负极反应
。
43
（5）为了贯彻“绿色环保”理念，某汽车尾气研
究小组根据汽油（用C 4 H 10 表示）燃料电池的工作
原理（一个电极通入空气，另一个电极通入汽油
蒸气，掺杂了Y 2 O 3 和ZrO 2 晶体作电解质，其在高
温下传导O 2 ）设计汽油燃料电池，从而减少废气
的
为
排
放
。
+4e-+2H
其 O2正
极 2O 反
4OH-式
应
。
44
（6）Cu2O是一种半导体材料，基于绿
色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示
意图如图，电极总反应：2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
Cu2+
其阳极反应式 Cu-2e为
。
2
规范答案
4
（1）负
Pb-2e-+SO
PbSO4↓
（2）H2-2e-+2OH2H2O
（3）O2+4e-+4H+
2H2O 32 
（4）CH4-8e-+10OHCO
+7H2O
（5）O2+4e2O2（6）2Cu-2e-+2OHCu2O+H2O
45