高中化学原电池 化学电源高考考点解析.docx
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高中化学原电池化学电源高考考点解析
递进题组 提升素养
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题组一 原电池工作原理的考查
1.下列各装置中,在铜电极上不能产生气泡的是( )
解析:
装置A和C中无外接电源,符合构成原电池的条件,是原电池装置,电池的总反应式均为Zn+2H+===Zn2++H2↑,铜做正极,放出H2。
装置B是电解装置,铜做阳极,失去电子逐渐溶解,无气体生成,起始时阴极Ag上有H2逸出。
装置D也是电解装置,铜做阴极,溶液中H+得到电子在阴极逸出H2,起始时的电解总反应式可表示为:
2Ag+2H+
2Ag++H2↑。
答案:
B
2.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图的文字。
有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.此电池工作时,外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上减小3.25g
解析:
电池工作时,锌失去电子,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,所以外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上应减少6.5g,所以D项错。
答案:
D
题组二 原电池正、负极的判断
3.某氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液,下列有关该电池的叙述正确的是( )
A.正极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
B.电池工作时,OH-向正极移动
C.工作一段时间后,电解质溶液的pH变大
D.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24LCl2(标准状况)时,有0.1mole-转移
解析:
电池工作时,OH-应向负极移动,B选项错误;氢氧燃料电池总的反应为2H2+O2===2H2O,n(OH-)不变而溶液体积增大,pH应变小,C选项错误;CuCl2电解的总的方程式为:
CuCl2
Cu+Cl2↑,每生成0.1molCl2有0.2mole-转移,D选项错误。
答案:
A
4.固体氧化物燃料电池是由美国某公司研制开发的。
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下图所示,其中多孔电极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:
本题以完全陌生的燃料电池,考查学生对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,生成O2-,负极b处应为H2失电子被氧化。
答案:
D
题组三 原电池原理的应用
5.电工经常说的一句口头禅:
“铜接铝,瞎糊弄”,所以电工操作规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用,说明原因:
______________。
答案:
铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池,加快了铝的腐蚀,易造成电路断路
6.把适合题意的图象填在横线上(用A、B、C、D表示)
AB
CD
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(3)将
(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,则图象是________。
解析:
加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu,形成原电池,加快反应速率,
(1)a中Zn减少,H2体积减小;
(2)中由于H2SO4定量,产生H2的体积一样多;(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时,由于CH3COO-+H+CH3COOH,a中c(H+)减少,反应速率减小,但产生H2的体积不变,所以C项正确。
答案:
(1)A
(2)B (3)C
题组四 化学电源中电极反应式的书写
7.铝空气海水电池:
以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为:
4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
负极:
_____________________________________________________;
正极:
_____________________________________________________。
答案:
4Al-12e-===4Al3+
3O2+6H2O+12e-===12OH-
8.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。
近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。
其工作原理的示意图如下:
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的________极,电极反应式为_________________;Pt(b)电极发生______反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为____________________。
(2)电池的总反应方程式为________________。
(3)如果该电池工作时电路中通过2mol电子,则消耗的CH3OH有________mol。
解析:
Pt(a)原料为CH3OH和水,产物为CO2、H+和水,根据C化合价由-2价升到+4价,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)原料为O2、H+,产物为H2O,O化合价由0价降低为-2价,发生还原反应,为正极。
答案:
(1)负 CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+ 还原 O2+4H++4e-===2H2O
(2)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
(3)
题组五 不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响
9.以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法:
(1)酸性条件
燃料电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O ①
燃料电池正极反应式:
O2+4H++4e-===2H2O ②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
___________________________。
(2)碱性条件
燃料电池总反应式:
CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O ①
燃料电池正极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH- ②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
___________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
燃料电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O ①
燃料电池正极反应式:
O2+4e-===2O2- ②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
____________________________。
(4)熔融碳酸盐(如:
熔融K2CO3)环境下
电池总反应式:
CH4+2O2===CO2+2H2O ①
正极电极反应式:
O2+2CO2+4e-===2CO
②
①-②×2,得燃料电池负极反应式:
___________________________。
答案:
(1)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
(2)CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O
(3)CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
(4)CH4+4CO
-8e-===5CO2+2H2O
题组六 可逆反应与原电池的工作原理
10.已知在酸性条件下发生的反应为AsO
+2I-+2H+===AsO
+I2+H2O,在碱性条件下发生的反应为AsO
+I2+2OH-===AsO
+H2O+2I-。
设计如图装置(C1、C2均为石墨电极),分别进行下列操作:
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液
结果发现电流表指针均发生偏转。
试回答下列问题:
(1)两次操作中指针为什么发生偏转?
__________________________
_______________________________________________________________。
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反?
试用化学平衡移动原理解释之。
_____________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为________________________;
(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为________________________。
(5)操作Ⅱ过程中,盐桥中的K+移向________烧杯溶液(填“A”或“B”)。
答案:
(1)两次操作中均能形成原电池,化学能转变成电能。
(2)(Ⅰ)加酸,c(H+)增大,AsO
得电子,I-失电子,所以C1极是负极,C2极是正极。
(Ⅱ)加碱,c(OH-)增大,AsO
失电子,I2得电子,此时,C1极是正极,C2极是负极。
故发生不同方向的反应,电子转移方向不同,即电流表指针偏转方向不同。
(3)2I--2e-===I2
(4)AsO
+2OH--2e-===AsO
+H2O
(5)A
1.[2013·安徽理综卷]热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
解析:
负极反应为Ca失电子,A项错;放电过程中,阳离子移向正极,B项错;由电池总反应方程式可知,每转移2mole-,生成1molPb,即每转移0.1mol电子,理论上生成10.35gPb,故C项错;D项,由题干信息可知,常温下,该电池反应不能发生,故D项正确。
答案:
D
2.
(1)[2012·海南高考节选]肼(N2H4)空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,负极的反应式为______________________。
(2)[2012·江苏高考节选]铝电池性能优越,AlAgO电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。
该电池反应的化学方程式为___________________。
解析:
(1)N2H4和O2反应生成N2和H2O,N2H4在负极上失电子结合OH-生成N2和H2O。
(2)原电池负极发生氧化反应(铝被氧化),正极发生还原反应(AgO被还原),结合电解质溶液可知,铝转化为偏铝酸钠。
答案:
(1)N2H4+4OH--4e-===4H2O+N2↑
(2)2Al+3AgO+2NaOH===2NaAlO2+3Ag+H2O