2019年高考化學(xué) 試卷拆解考點(diǎn)必刷題 專題11.1 原電池考點(diǎn)透視.doc
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考點(diǎn)11.1 原電池 電化學(xué)知識是每年必考點(diǎn),預(yù)計2018年高考中會與裝置圖結(jié)合起來,對電化學(xué)工作原理、電極反應(yīng)式、離子與電子的運(yùn)動方向、電化學(xué)原理應(yīng)用進(jìn)行考查。 一、高考題再現(xiàn): 1.(2018課標(biāo)Ⅰ)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實(shí)現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為: ①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+ 該裝置工作時,下列敘述錯誤的是 A. 陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-=CO+H2O B. 協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2S=CO+H2O+S C. 石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低 D. 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性 【答案】C 2.(2018課標(biāo)Ⅱ)我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液,鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料,電池的總反應(yīng)為:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列說法錯誤的是 A. 放電時,ClO4-向負(fù)極移動 B. 充電時釋放CO2,放電時吸收CO2 C. 放電時,正極反應(yīng)為:3CO2+4e? =2CO32-+C D. 充電時,正極反應(yīng)為:Na++e?=Na 【答案】D 3.(2018課標(biāo)Ⅲ)一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時,O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是 A. 放電時,多孔碳材料電極為負(fù)極 B. 放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C. 充電時,電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D. 充電時,電池總反應(yīng)為Li2O2-x=2Li+(1-)O2 【答案】D 4.(2017課標(biāo)Ⅲ)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應(yīng)為:16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是 A.電池工作時,正極可發(fā)生反應(yīng):2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4 B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負(fù)極材料減重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性 D.電池充電時間越長,電池中的Li2S2量越多 【答案】D 【解析】A.原電池工作時,Li+向正極移動,則a為正極,正極上發(fā)生還原反應(yīng),隨放電的多少可能發(fā)生多種反應(yīng),其中可能為2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4,故A正確;B.原電池工作時,轉(zhuǎn)移0.02mol電子時,氧化Li的物質(zhì)的量為0.02mol,質(zhì)量為0.14g,故B正確;C.石墨能導(dǎo)電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導(dǎo)電性,故C正確;D.電池充電時間越長,轉(zhuǎn)移電子數(shù)越多,生成的Li和S8越多,即電池中Li2S2的量越少,故D錯誤。 二、應(yīng)試對策: 原電池工作原理 1.工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例) 2.原電池電極的判斷 3. 原電池的負(fù)極 一般,在原電池反應(yīng)中活潑金屬作負(fù)極包含兩層含義: (1) “活潑”是指相對活潑而不是絕對活潑。 (2) 在大部分原電池反應(yīng)中,金屬活動性較強(qiáng)的一極作負(fù)極,另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外,例如: ① 冷的濃硝酸作電解質(zhì)溶液,金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時,鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化,金屬活動性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)作負(fù)極。 ② NaOH溶液作電解質(zhì)溶液,金屬鎂與金屬鋁作電極時,因鋁能與NaOH溶液反應(yīng),作負(fù)極,而金屬活動性強(qiáng)的鎂只能作正極。 4. 原電池的設(shè)計 從理論上講,能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計成原電池,實(shí)際設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點(diǎn): ⑴ 負(fù)極(還原性較強(qiáng)的物質(zhì)); ⑵ 正極是活動性較差的金屬或能導(dǎo)電的非金屬; ⑶ 電解質(zhì)溶液:兩電極浸入電解質(zhì)溶液中,陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極。 原電池原理的應(yīng)用 1.加快氧化還原反應(yīng)的速率 例如:在鋅與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液,能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2.比較金屬活動性強(qiáng)弱 3.設(shè)計化學(xué)電池 例如:以Fe+CuCl2===FeCl2+Cu為依據(jù),設(shè)計一個原電池。 (1) 將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng),分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+, 正極:Cu2++2e-===Cu。 (2) 確定電極材料 若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì),可用該金屬直接作負(fù)極;若發(fā)生氧化反應(yīng)的為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子,可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用Fe作負(fù)極,用鉑絲或碳棒作正極。 (3) 確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可,如本例中可用CuCl2溶液作電解液。 (4) 構(gòu)成閉合回路:將電極用導(dǎo)線連接,使之構(gòu)成閉合回路。 4.電化學(xué)防護(hù):犧牲陽極的陰極保護(hù)法——利用原電池原理 ① 負(fù)極(陽極)是作保護(hù)材料的金屬; ② 正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。 三.電極反應(yīng)式的書寫 總的原則同化學(xué)方程式的書寫:先寫反應(yīng)物,再寫生成物,根據(jù)化合價標(biāo)出得失電子數(shù),再根據(jù)電荷守恒和物料守恒配平,同時注意溶液的酸堿性。 1. 先確定原電池的正、負(fù)極,列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì),并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 2. 注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存,則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式;若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2,且電解質(zhì)溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應(yīng)式中,且O2生成OH-,若電解質(zhì)溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應(yīng)式中,O2生成水。 3. 正、負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式,可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式,然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式,即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。 4. 燃料電池電極反應(yīng)中,酸性溶液中不能出現(xiàn)OH-,堿性溶液中不能出現(xiàn)H+,水溶液中不能出現(xiàn) O2-,而熔融電解質(zhì)中O2被還原為O2-。 例1利用反應(yīng)6NO2+8NH3=7N2+12H2O構(gòu)成電池的方法,既能實(shí)現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放,減輕環(huán)境污染,又能充分利用化學(xué)能,裝置如圖所示。下列說法不正確的是 A. 電流從右側(cè)電極經(jīng)過負(fù)載后流向左側(cè)電極 B. 為使電池持續(xù)放電,離子交換膜需選用陰離子交換膜 C. 電極A極反應(yīng)式為2NH3-6e-=N2+6H+ D. 當(dāng)有4.48LNO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況) 被處理時,轉(zhuǎn)移電子為0.8mol 【答案】C 例2 2016年8月,聯(lián)合國開發(fā)計劃署在中國的首個“氫經(jīng)濟(jì)示范城市”在江蘇如皋落戶。用吸附了H2的碳納米管等材料制作的二次電池的原理如圖所示。下列說法正確的是( ) A. 電池總反應(yīng)為H2+2NiOOH2Ni(OH)2 B. 放電時,甲電極為負(fù)極,OH-移向乙電極 C. 放電時,乙電極反應(yīng)為:NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- D. 充電時,電池的碳電極與直流電源的正極相連 【答案】C 【解析】A.放電時,正極電極反應(yīng)式為2NiO(OH)+2H2O+2e-═2Ni(OH)2+2OH-,負(fù)極電極反應(yīng)式為:例3一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如右圖所示,圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示。下列有關(guān)說法正確的是 A. b電極為該電池的負(fù)極 B. b電極附近溶液的pH減小 C. a電極反應(yīng)式:C6H10O5-24e-+7H2O===6CO2↑+24H+ D. 中間室:Na+移向左室,Cl-移向右室 【答案】C 【解析】試題分析:A b電極上硝酸根離子生成N2應(yīng)該是發(fā)生還原反應(yīng),B b電極反應(yīng)式:2NO3-+10e-+6H2O ==N2+12OH-故電極附近溶液的PH增大,D原電池工作時陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)極移動,故錯。 例4我國科學(xué)家發(fā)明的水溶液鋰電池為電動汽車發(fā)展掃除了障礙,裝置原理如下圖所示,其中固體薄膜只允許Li+通過。鋰離子電池的總反應(yīng)為xLi +Li1-xMn2O4LiMn2O4,下列有關(guān)說法錯誤的是 A. 放電時,Li+穿過固體薄膜進(jìn)入到水溶液電解質(zhì)中 B. 放電時,正極反應(yīng)為Li1-xMn2O4+xLi++xe- LiMn2O4 C. 該電池的缺點(diǎn)是存在副反應(yīng):2Li +2H2O2LiOH+H2↑ D. 充電時,電極b為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng) 【答案】C 例5某手機(jī)電池采用了石墨烯電池,可充電5分鐘,通話2小時。一種石墨烯鋰硫電池(2Li+S8=Li2S8)工作原理示意圖如圖。已知參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小稱為該電池的比能量。下列有關(guān)該電池說法不正確的是 A. 金屬鋰是所有金屬中比能量最高的電極材料 B. A電極為該電源的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng) C. B電極的反應(yīng):2Li++S8+2e-=Li2S8 D. 電子從A電極經(jīng)過外電路流向B電極,再經(jīng)過電解質(zhì)流回A電極 【答案】D 【解析】石墨烯鋰硫電池總反應(yīng)式為2Li+S8=Li2S8,Li失電子發(fā)生氧化反應(yīng),Li是負(fù)極材料;A.金屬鋰的摩爾質(zhì)量小,單位質(zhì)量的Li放出電能明顯比其它金屬,故A正確;B.電池內(nèi)部陽離子向正極移動,則A電極為該電源的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),故B正確;C.B為電源的正極,發(fā)生的電極的反應(yīng)為2Li++S8+2e-=Li2S8,故C正確;D.原電池的外電路中有電子轉(zhuǎn)移,而電池的內(nèi)部只有陰、陽離子的移動,沒有電子的移動,故D錯誤;答案為D。 例6利用如圖裝置,完成很多電化學(xué)實(shí)驗(yàn).下列有關(guān)此裝置的敘述中,正確的是 A. 若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕,這種方法稱為犧牲陰極保護(hù)法 B. 若X為碳棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于N處,可加快鐵的腐蝕 C. 若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于M處,銅棒質(zhì)量將增加,此時外電路中電子向銅電極移動 D. 若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于N處,可用于鐵表面鍍銅,溶液中銅離子濃度將減小 【答案】C 例7高鐵電池是一種可充電電池,其設(shè)計圖如下所示:負(fù)極材料是Zn,氧化產(chǎn)物是Zn(OH)2,正極材料是K2FeO4(易溶鹽),還原產(chǎn)物是Fe(OH)3,電解質(zhì)溶液是KOH水溶液。下列有關(guān)說法正確的是 A. 高鐵電池放電時正極反應(yīng)為:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 B. 高鐵電池充電時陰極反應(yīng)為Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O C. 高鐵電池放電時的總反應(yīng)為:2FeO42-+8H2O+3Zn=2 Fe(OH)3+3 Zn(OH)2+4OH- D. 高能堿性電池比高鐵電池工作電壓更穩(wěn)定 【答案】C- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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