原電池和電解池相互轉(zhuǎn)換

張丙堯

說明:本文刊登于《中學(xué)生報·高考化學(xué)版》第32期

將原電池和電解池結(jié)合在一起，綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)實驗和化學(xué)計算等知識，是高考試卷中電化學(xué)部分的重要題型。該類題目的考查內(nèi)容通常有以下幾個方面：電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動、pH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)、運用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。

考點一：二次電池充放電的考查

例1．（2014廣東模擬 雙選）右圖是鉛蓄電池充、放電時的工作示意圖，

電解質(zhì)是H2SO4溶液。已知放電時電池反應(yīng)為：Pb + PbO2 + 4H＋+ 2SO42—==2PbSO4 + 2H2O，下列有關(guān)說法正確的是

A．K與N相接時，能量由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

B．K與N相接時，H＋向負(fù)極區(qū)遷移

C．K與M連接時，所用電源的a極為負(fù)極 

D．K與M相接時，陽極附近的pH逐漸減小 

【解析】A、K與N相接時，是原電池，Pb做負(fù)極，PbO2做正極，能量變化為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤； B、K與N相接時，是原電池，Pb做負(fù)極，PbO2做正極，氫離子移向正極，故B錯誤； C、K與M連接時，裝置是電解池，電解池中的Pb為陰極連接電源的負(fù)極，故C正確； D、K與M連接時，裝置是電解池，陽極是PbO2，電極反應(yīng)過程中生成氫離子，pH減小，故D正確；
    【答案】CD

例2．【廣東省惠州市2014屆高三4月模擬考試】 甲醇、氧氣和強堿溶液做電解質(zhì)的手機(jī)電池中的反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4OH- 2CO32-+6H2O，有關(guān)說法正確的是   

A．放電時，CH3OH參與反應(yīng)的電極為正極

B．放電時，負(fù)極電極反應(yīng)：CH3OH+8OH--6e- =CO32-+6H2O

C．標(biāo)況下，通入11.2LO2完全反應(yīng)有1mol電子轉(zhuǎn)移

D．充電時電解質(zhì)溶液的pH逐漸減小

【解析】原電池中還原劑一極做負(fù)極，氧化劑一極做正極，A錯；1 mol氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子為4 mol，11.2LO2完全反應(yīng)有0.5mol×4=2mol電子轉(zhuǎn)移故C錯；通入氧氣的一極為正極，反式為O2＋2H2O＋2e－===4OH－，故pH升高，D錯。
    【答案】B

變式訓(xùn)練1: (2010·浙江高考)Li－Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有關(guān)該電池的下列說法中，正確的是(　　)

A．Li－Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價為＋1價

B．該電池的電池反應(yīng)式為：2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋

D．充電時，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

變式訓(xùn)練2：【廣東省肇慶中學(xué)2014屆高三11月考】市場上經(jīng)常見到的標(biāo)記為Li-ion的電池。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料（碳作為金屬鋰的載體），電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li+的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式為： Li+2Li0.35NiO2   2Li0.85NiO2，下列說法不正確的是（　?。?/span>

A．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li-e-=Li+　

B．充電時，Li0．85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)

C．該電池既能用酸溶液又能用堿溶液作電解質(zhì)溶液。

D．放電過程中Li+向正極移動

考點二：開關(guān)轉(zhuǎn)化電池變化的考查

例3．（2014惠三模），用如圖裝置實驗，

下列敘述不正確的是

A、K與N連接時，組成原電池裝置

B．K與N連接時，石墨電極產(chǎn)生氣泡 

C．K與M連接時，一段時間后溶液的pH增小

D．K與M連接時，石墨電極的反應(yīng)為：2Cl--2e-==Cl2↑

【解析】K與N連接時，構(gòu)成原電池，發(fā)生析氫腐蝕，A、B正確；K與M連接時，電極反應(yīng)式為陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極：2H＋＋2e－=H2↑，一段時間后溶液的增大，C項錯誤，D正確。

【答案】C

   例4．（2011·安徽）11．某興趣小組設(shè)計如下微型實驗裝置。

    實驗時，現(xiàn)斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，下列有關(guān)描述正確的是 

A．?dāng)嚅_K2，閉合K1時，總反應(yīng)的離子方程式為：2H++2Cl—Cl2↑+H2↑

B．?dāng)嚅_K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅

C．?dāng)嚅_K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應(yīng)為：Cl2+2e—＝2Cl—

D．?dāng)嚅_K1，閉合K2時，石墨電極作正極

【解析】斷開K2，閉合K1時，裝置為電解池，兩極均有氣泡產(chǎn)生，表明石墨為陽極，銅為陰極，（若銅為陽極，則銅溶解），反應(yīng)為2Cl－＋2H2O H2↑＋2OH－＋Cl2↑，因此石墨電極處產(chǎn)生Cl2，在銅電極處產(chǎn)生H2，附近水的電離平衡被破壞使c(OH－)＞c(H＋)，溶液變紅，（兩極產(chǎn)生的氣體收集在裝置中可作斷開K1、閉合K2時的反應(yīng)的物質(zhì)),故A、B兩項均錯誤；斷開K1、閉合K2時，為原電池反應(yīng)，銅電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)為H2－2e－＋2OH－===2H2O，而石墨為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為Cl2＋2e－=2Cl－，故C項錯誤，D項正確。

【答案】D

變式訓(xùn)練3:如圖A為直流電源，B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽，

接通電路后，發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色，請?zhí)羁眨?/font>