[转载]原电池和电解池相互转换

 

原电池和电解池相互转换

张丙尧

说明:本文刊登于《中学生报·高考化学版》第32期

将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。

考点一：二次电池充放电的考查

例1．（2014广东模拟 双选）右图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，

电解质是H2SO4溶液。已知放电时电池反应为：Pb + PbO2 + 4H＋+ 2SO42—==2PbSO4 + 2H2O，下列有关说法正确的是

A．K与N相接时，能量由电能转化为化学能

B．K与N相接时，H＋向负极区迁移

C．K与M连接时，所用电源的a极为负极 

D．K与M相接时，阳极附近的pH逐渐减小 

【解析】A、K与N相接时，是原电池，Pb做负极，PbO2做正极，能量变化为化学能转化为电能，故A错误； B、K与N相接时，是原电池，Pb做负极，PbO2做正极，氢离子移向正极，故B错误； C、K与M连接时，装置是电解池，电解池中的Pb为阴极连接电源的负极，故C正确； D、K与M连接时，装置是电解池，阳极是PbO2，电极反应过程中生成氢离子，pH减小，故D正确；
    【答案】CD

例2．【广东省惠州市2014届高三4月模拟考试】 甲醇、氧气和强碱溶液做电解质的手机电池中的反应为：2CH3OH+3O2+4OH- 2CO32-+6H2O，有关说法正确的是   

A．放电时，CH3OH参与反应的电极为正极

B．放电时，负极电极反应：CH3OH+8OH--6e- =CO32-+6H2O

C．标况下，通入11.2LO2完全反应有1mol电子转移

D．充电时电解质溶液的pH逐渐减小

【解析】原电池中还原剂一极做负极，氧化剂一极做正极，A错；1 mol氧气反应转移的电子为4 mol，11.2LO2完全反应有0.5mol×4=2mol电子转移故C错；通入氧气的一极为正极，反式为O2＋2H2O＋2e－===4OH－，故pH升高，D错。
    【答案】B

变式训练1: (2010·浙江高考)Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中，正确的是(　　)

A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价

B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋

D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

变式训练2：【广东省肇庆中学2014届高三11月考】市场上经常见到的标记为Li-ion的电池。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．该电池既能用酸溶液又能用碱溶液作电解质溶液。

D．放电过程中Li+向正极移动

 

考点二：开关转化电池变化的考查

例3．（2014惠三模），用如图装置实验，

下列叙述不正确的是

A、K与N连接时，组成原电池装置

B．K与N连接时，石墨电极产生气泡 

C．K与M连接时，一段时间后溶液的pH增小

D．K与M连接时，石墨电极的反应为：2Cl--2e-==Cl2↑

【解析】K与N连接时，构成原电池，发生析氢腐蚀，A、B正确；K与M连接时，电极反应式为阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－=H2↑，一段时间后溶液的增大，C项错误，D正确。

【答案】C

   例4．（2011·安徽）11．某兴趣小组设计如下微型实验装置。

    实验时，现断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是 

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl—Cl2↑+H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：Cl2+2e—＝2Cl—

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

【解析】断开K2，闭合K1时，装置为电解池，两极均有气泡产生，表明石墨为阳极，铜为阴极，（若铜为阳极，则铜溶解），反应为2Cl－＋2H2O H2↑＋2OH－＋Cl2↑，因此石墨电极处产生Cl2，在铜电极处产生H2，附近水的电离平衡被破坏使c(OH－)＞c(H＋)，溶液变红，（两极产生的气体收集在装置中可作断开K1、闭合K2时的反应的物质),故A、B两项均错误；断开K1、闭合K2时，为原电池反应，铜电极为负极，发生氧化反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，而石墨为正极，发生还原反应，电极反应为Cl2＋2e－=2Cl－，故C项错误，D项正确。

【答案】D

变式训练3:如图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，

接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：

(1)电源A的a为________极；

(2)滤纸B上发生的总化学方程式为___________________________________________。

(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，则电极e上发生的反应为________________

________________________________________________________。

槽中盛放的电镀液可以是____________________________________________________。

变式训练4:如下图装置，

A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，则： 

①标出电源的正、负极，a为______极，b为_____极。
②在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象______________。

③写出电极反应式：A中_________________，B中__________________。
④若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。
⑤若电流表指针不移动说明理由，若指针移动也说明理由_______________。 

 

变式训练答案与解析

变式训练1【解析】　在该电池中Li－Al是负极材料，该材料中Li的化合价为0，负极电极反应式为：Li－e－===Li＋，结合题给的正极的反应式可推出总反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B正确，A、C错误。D项，充电时，阴极上得电子发生还原反应，故D项错误。

【答案】B

变式训练2【解析】A、放电时，负极反应：Li-e-═Li+；正极反应：2Li0.35NiO2+e-+Li+═2Li0.85NiO2，故A正确； B、充电时，Li0.85NiO2的Ni的氧化数由3.15升高到3.65，被氧化，部分Li+还原为Li，故B正确； C、Li很活泼，会与水反应，不能用水溶液，故C错误； D、原电池中阳离子移向正极，Li+向正极移动，故D正确；

【答案】C．

变式训练3【解析】(1)接通电路后，发现B上的c点显红色，说明c为电解饱和食盐水的阴极，则电源A的a极为正极； (2)滤纸B上的反应即为电解饱和食盐水的反应2NaCl＋2H2O电解H2↑＋Cl2＋2NaOH；(3)电镀时应将镀层金属做阳极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，电镀液为镀层金属盐溶液。

【答案】(1)正      (2)2NaCl＋2H2O电解H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

(3)Zn－2e－===Zn2＋　ZnSO4溶液或ZnCl2溶液

变式训练4【解析】①切断K1，合闭K2、K3通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2：1，通过图象知，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，所以B极上得氢气，A极上得到氧气，所以B极是阴极，A极是阳极，故a是负极，b是正极．②浸有硫酸钠的滤纸和电极C、D与电源也构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的阳离子钾离子向阴极移动，阴离子高锰酸根离子向阳极移动，所以D极呈紫色；电解质溶液中氢离子和氢氧根离子放电，所以在两极上都得到气体．③A极上氢氧根离子失电子生成氧气和水，电极反应式为4OH--4e=2H2O+O2↑；C极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为4H++4e=2H2↑．④切断K2、K3，合闭K1，电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极．此装置构成氢氧燃料原电池，所以有电流通过，电流表的指针移动．

【答案】（1）  负极    正极  （2）紫色向D运动（3）4OH—＝O2+2H2O+4e—   .4H++4e—＝2H2或4H2O+4e—＝2H2十4OH—（4）是；形成氢氧燃料电池。