化学二轮考点突破高考选择题题型突破原电池原理和化学电池.docx
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化学二轮考点突破高考选择题题型突破原电池原理和化学电池
高考选择题题型突破:
——原电池原理和化学电池
【考点透析】
1.构建原电池模型,类比分析原电池工作原理
构建如图Zn|H2SO4|Cu原电池模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识(如:
化合价的变化、得失电子情况等),能迅速判断原电池的正、负极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确书写电极反应式和电池总反应式,掌握原电池的工作原理。
2.化学电源中电极反应式书写的思维模板
(1)明确直接产物:
根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。
(2)确定最终产物:
根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。
(3)配平:
根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意 ①H+在碱性环境中不存在;②O2-在水溶液中不存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-;③若已知总反应式时,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得较难写出的另一极的电极反应式。
【方法总结】
充电电池的解题技巧
(以xMg+Mo3S4
MgxMo3S4为例)
☞方法归纳
原电池解题“四步曲”
【新题特训】
1.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。
下列说法错误的是
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析 由题图和题意知,电池总反应是3H2+N2===2NH3。
该合成氨反应在常温下进行,并形成原电池产生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A项正确;观察题图知,左边电极发生氧化反应MV+-e-===MV2+,为负极,不是阴极,B项错误;正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3,C项正确;电池工作时,H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D项正确。
答案 B
2.(2019·汉中市重点中学联考)一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示,石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e-+H2O===MnO(OH)+OH-。
该装置工作时,下列叙述正确的是
A.Al电极区的电极反应式Al-3e-+3NH3·H2O===Al(OH)3+3NH
B.石墨电极上的电势比Al电极上的低
C.每消耗27gAl,有3mol电子通过溶液转移到石墨电极上
D.若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液,电极反应式相同
解析 MnO2在石墨电极上得电子为正极,Al电极为负极,在氨水溶液中Al失电子生成Al(OH)3沉淀,电极方程式为Al-3e-+3NH3·H2O===Al(OH)3+3NH
,A正确;正极(石墨电极)上的电势比负极(Al电极)上的高,B错误;电子只能通过导线由Al电极转移到石墨电极上,C错误;Al(OH)3是两性物质,可以被NaOH溶液溶解,所以电极反应式不相同,D错误。
选A。
答案 A
4.MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是
A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-===Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
解析 MgAgCl电池的电极反应:
负极Mg-2e-===Mg2+,正极2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误;在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确;Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
答案 B
5.(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池,结构如图所示。
电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)
ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
解析 该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积,可以高效沉积ZnO,且所沉积的ZnO分散度高,A正确;根据题干中总反应可知该电池充电时,Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH,其电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l),B正确;放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO,电极反应式为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l),C正确;电池放电过程中,OH-等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区,D错误。
答案 D
6.(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。
将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na
2Na2CO3+C。
下列说法错误的是
A.放电时,ClO
向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为3CO2+4e-===2CO
+C
D.充电时,正极反应为Na++e-===Na
解析 根据电池的总反应知,放电时负极反应:
4Na-4e-===4Na+
正极反应:
3CO2+4e-===2CO
+C
充电时,阴(负)极:
4Na++4e-===4Na
阳(正)极:
2CO
+C-4e-===3CO2↑
放电时,ClO
向负极移动。
根据充电和放电时的电极反应式知,充电时释放CO2,放电时吸收CO2。
答案 D
7.(2019·天津市河东区二模)下图为某二次电池充电时的工作原理示意图,该过程可实现盐溶液的淡化。
下列说法错误的是
A.充电时,a为电源正极
B.充电时,Cl-向Bi电极移动,Na+向NaTi2(PO4)2电极移动
C.充电时,新增入电极中的物质n(Na+)∶n(Cl-)=1∶3
D.放电时,正极的电极反应为BiOCl+2H++3e-===Bi+Cl-+H2O
解析 充电时,Bi失电子生成BiOCl,反应为Bi+Cl-+H2O-3e-===BiOCl+2H+,则Bi为阳极,所以a为电源正极,b为负极,NaTi2(PO4)2为阴极得电子发生还原反应,反应为NaTi2(PO4)2+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3,根据得失电子守恒,新增入电极中的物质:
n(Na+)∶n(Cl-)=3∶1,C错误;放电时,Bi为正极,BiOCl得电子发生还原反应,NaTi2(PO4)2为负极。
故选C。
答案 C
8.(2019·烟台、菏泽联考)已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO
存在。
我国研究的Al—H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域,装置示意图如下。
下列说法错误的是
A.电池工作时,溶液中OH-通过阴离子交换膜向Al极迁移
B.Ni极的电极反应式是HO
+2e-+H2O===3OH-
C.电池工作结束后,电解质溶液的pH降低
D.Al电极质量减轻13.5g,电路中通过9.03×1023个电子
解析 Al作负极,可推知OH-(阴离子)穿过阴离子交换膜,往Al电极移动,A正确;Ni为正极,因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子,又已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO
存在,可知HO
得电子变为OH-,电极反应式是HO
+2e-+H2O===3OH-,B正确;Al电极反应式为Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O,Ni极的电极反应式是HO
+2e-+H2O===3OH-,总反应为2Al+3HO
===2AlO
+H2O+OH-,显然电池工作结束后,电解质溶液的pH升高,C错误;Al电极质量减轻13.5g,即Al消耗了0.5mol,因而转移电子数为0.5×3NA=9.03×1023,D正确。
故选C。
答案 C
9.如图所示,装置Ⅰ为新型电池,放电时B电极的反应式为NaBr3+2Na++2e-===3NaBr,装置Ⅱ为铅蓄电池。
首先闭合K1和K2,当铅蓄电池充电结束后,断开K1,闭合K2。
下列说法正确的是( )
A.闭合K1、K2时,每有0.1molNa+通过离子交换膜,装置II溶液中有0.1mol电子转移
B.装置Ⅰ放电时的A电极反应式为2Na2S2-2e-===Na2S4+2Na+
C.断开K1、闭合K2时,b电极的电极反应式为PbO2+2e-+SO42-+4H+===PbSO4+2H2O
D.断开K1、闭合K2时,装置Ⅱ中SO42-向a电极迁移
【答案】B
【解析】闭合K1、K2时,有0.1molNa+通过离子交换膜,说明有0.1mol电子电子转移,闭合K1、K2时,灯泡和铅蓄电池并联,装置Ⅱ溶液中电子转移小于0.1mol,A错误;装置Ⅰ为新型电池,放电时的A电极为原电池的负极,电极反应式为:
2Na2S2-2e-===Na2S4+2Na+,B正确;断开K1、闭合K2时,装置Ⅱ为原电池反应,b电极为负极,负极的电极反应式为Pb-2e-+SO42-==PbSO4,C错误;断开K1、闭合K2时,装置Ⅱ为原电池,b为负极,,溶液中中SO42-向负极电极迁移,移向b电极,D错误;正确选项B。
10.我国对可呼吸的钠-二氧化碳电池的研究取得突破性进展,该电池的总反应式为:
4Na+3CO2
2Na2CO3+C,其工作原理如图所示(放电时产生的碳酸钠固体储存于碳纳米管中)。
关于该电池,下列说法错误的是
A.充电时,Na+从阳极向阴极移动
B.可以用乙醇代替TEGDME做有机溶剂
C.放电时,当转移lmo
l电子负极质量减轻23g
D.放电时,正极反应为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C
【答案】B
【解析】已知4Na+3CO2
2Na2CO3+C,放电时Na为负极,充电时Na金属片连接电源的负极为阴极;A.充电时是电解池,Na+从阳极向阴极移动,故A正确;B.Na能与乙醇反应,不可代替TEGDME做有机溶剂,故B错误;C.放电时,当转移lmol电子时,负极氧化的钠为1mol,即质量减轻23g,故C正确;D.放电时,正极上CO2发生还原反应生成C,发生的电极反应为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C,故D正确,答案为B。
11.(2019·临沂二模)我国科学家发明了一种“可固氮”的锂氮二次电池,将可传递Li+的醚类作电解质,电池的总反应为6Li+N2
2Li3N。
下列说法正确的是
A.固氮时,锂电极发生还原反应
B.脱氮时,钌复合电极的电极反应2Li3N-6e-===6Li++N2↑
C.固氮时,外电路中电子由钌复合电极流向锂电极
D.脱氮时,Li+向钌复合电极迁移
解析 固氮时,锂电极失电子发生氧化反应,故A错误;脱氮时,钌复合电极的电极反应为正极反应的逆反应:
2Li3N-6e-===6Li++N2↑,故B正确;固氮时,外电路中电子由锂电极流向钌复合电极,故C错误;脱氮时,Li+向锂电极迁移,故D错误。
选B。
答案 B
12.(2019·惠州一调)下图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是
A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应式为:
2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
B.乙池中的Ag不断溶解
C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量Cu(OH)2固体
D.当甲池中280mL(标准状况下)O2参加反应时,乙池中理论上可析出1.6g固体
解析 甲池为燃料电池,电解质为KOH,CO2与KOH反应生成K2CO3,因此总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,故A错误;甲池中通甲醇一极为负极,Ag与甲池的负极相连为阴极,反应式为Cu2++2e-===Cu,质量增重,故B错误;乙池中电解后生成硫酸、铜和氧气,要想复原,需要加入CuO,故C错误;建立O2~4e-~2Cu,氧气的物质的量为
=0.0125mol,m(Cu)=0.0125mol×2×64g·mol-1=1.6g,D正确。
答案 D
13.某新型水系钠离子电池工作原理如图所示。
TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电,充电时Na2S4还原为Na2S。
下列说法不正确的是
A.充电时,太阳能转化为电能,电能又转化为化学能
B.放电时,a极为负极
C.M是阴离子交换膜
D.充电时,阳极的电极反应式为3I--2e-===I
解析 根据题意及图示可知,TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电。
则充电时,太阳能转化为电能,电能又转化为化学能,充电时Na2S4还原为Na2S,放电和充电互为逆过程,所以a是负极,b是电池的正极,在充电时,阳极上发生失电子的氧化反应:
3I--2e-===I
。
交换膜允许钠离子自由通过,应该是阳离子交换膜。
答案 C
14.(2019·重庆西南大学附中月考)一种新型锰氢二次电池原理如图所示。
该电池以MnSO4溶液为电解液,碳纤维与Pt/C分别为电极材料,电池的总反应为Mn2++2H2O
MnO2+2H++H2↑。
下列说法错误的是
A.充电时,碳纤维电极做阳极
B.充电时,碳纤维电极附近溶液的pH增大
C.放电时,电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极
D.放电时,正极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
解析 充电时是电解池,碳纤维表面Mn2+发生氧化反应生成MnO2,电极反应为Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+,则碳纤维电极做阳极,附近溶液的pH减小,故A正确,B错误;放电时是原电池,碳纤维为正极,电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,Pt/C为负极,则电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极,故C、D正确。
答案 B
15.(2019·保定模拟)用以葡萄糖为燃料的生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连,起始电路接入状况如图以电流强度0.1A,通电10min后,将电池的正、负极互换接入,移动滑动变阻器:
以电强度0.2A,继续通电10min,结束实验。
下列有关说法正确的是
A.葡萄糖在装置甲的正极参加反应,氧气在负极参加反应
B.在该电池反应中,每消耗1mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2L
C.电池工作20min时,乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量比为2∶1
D.电池工作15分钟时,乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等
解析 甲装置中负极是葡萄糖失电子,电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+;正极是氧气得电子,电极反应式为6O2+24H++24e-===12H2O,则每消耗1mol氧气理论上能生成1mol二氧化碳,标准状况下体积为22.4L;乙装置中碳棒连接负极作为阴极,铜棒连接正极作为阳极,硫酸铜溶液为电解质溶液,相当于在碳棒上镀铜。
电池工作20min时,乙装置电极析出固体发生的电极反应为Cu2++2e-===Cu,电极上产生气体的电极反应为2H2O+4e-===O2+4H+,根据电量后者为前者的两倍可知,则质量比为64g/mol×1mol∶32g/mol×2mol=1∶1;电池工作15分钟时,乙装置中正负极互换所经过电量相等,前10分钟铜失电子减少的质量与后5分钟铜离子得电子产生铜时质量增加相等。
答案 D
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- 化学 二轮 考点 突破 高考 选择题 题型 原电池 原理 电池