领军高考化学易错点12原电池知识点讲解全站免费.docx
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易错点12原电池
瞄准高考
1.(2018课标Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。
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,ClO4-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−=2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:
Na++e−=Na
【答案】D
2.(2018课标Ⅲ)一种可充电锂-空气电池如图所示。
当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。
下列说法正确的是
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x=2Li+(1-
)O2
【答案】D
3.(2018北京)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D
【解析】A项,对比②③,②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化,②Fe附近的溶液中不含Fe2+,③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀,③Fe附近的溶液中含Fe2+,②中Fe被保护,A项正确;B项,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe2+,对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+,B项正确;C项,对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe2+,不能用①的方法验证Zn保护Fe,C项正确;D项,由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+,将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼,D项错误。
4.(2017课标Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:
16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。
下列说法错误的是
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中的Li2S2量越多
【答案】D
锁定考点
一.原电池工作原理
1.工作原理示意图(以铜锌原电池为例)
2.原电池电极的判断
3.原电池的负极
一般,在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义:
(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
(2)在大部分原电池反应中,金属活动性较强的一极作负极,另一电极作正极。
但在某些特殊条件下例外,例如:
①冷的浓硝酸作电解质溶液,金属铁或铝与金属铜作电极时,铁或铝在冷的浓硝酸中钝化,金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。
②NaOH溶液作电解质溶液,金属镁与金属铝作电极时,因铝能与NaOH溶液反应,作负极,而金属活动性强的镁只能作正极。
4.原电池的设计
从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:
⑴负极(还原性较强的物质);
⑵正极是活动性较差的金属或能导电的非金属;
⑶电解质溶液:
两电极浸入电解质溶液中,阴离子移向负极,阳离子移向正极。
二.原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率
例如:
在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,能使产生H2的速率加快。
2.比较金属活动性强弱
3.设计化学电池
例如:
以Fe+CuCl2===FeCl2+Cu为依据,设计一个原电池。
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式。
负极:
Fe-2e-===Fe2+,
正极:
Cu2++2e-===Cu。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;若发生氧化反应的为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中可用Fe作负极,用铂丝或碳棒作正极。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可,如本例中可用CuCl2溶液作电解液。
(4)构成闭合回路:
将电极用导线连接,使之构成闭合回路。
4.电化学防护:
牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理
①负极(阳极)是作保护材料的金属;
②正极(阴极)是被保护的金属设备。
三.电极反应式的书写
总的原则同化学方程式的书写:
先写反应物,再写生成物,根据化合价标出得失电子数,再根据电荷守恒和物料守恒配平,同时注意溶液的酸碱性。
1.先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。
2.注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,且O2生成OH-,若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2生成水。
3.正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。
若已知电池反应的总反应式,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,即得到较难写出的另一极的电极反应式。
4.燃料电池电极反应中,酸性溶液中不能出现OH-,碱性溶液中不能出现H+,水溶液中不能出现
O2-,而熔融电解质中O2被还原为O2-。
小题快练
1.根据图判断下列说法错误的是
A.盐桥中的阳离子会移向a池
B.Fe为正极,电极反应为O2+4H++4e-
2H2O
C.电池总反应为2Zn+O2+2H2O
2Zn2++4OH-
D.该装置中通入的N2可用氩气来代替
【答案】B
2.利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。
某研究小组设计了如下图所示的循环系统实现光分解水制氢。
反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供,下列说法正确的是()
A.反应体系中I2和Fe2+可循环使用
B.光电池是原电池
C.光催化反应池中的反应方程式为:
2I—+2Fe3+
I2+2Fe2+
D.进入电解池B的溶液与从电解池B排出的溶液pH相同
【答案】A
【解析】电解池A中反应为2H++2I-
H2↑+I2,电解池B中反应为4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O2↑,光催化反应池中的反应为I2+2Fe2+
2Fe3++2I-。
A,循环过程中总反应为2H2O
2H2↑+O2↑,I2和Fe2+可循环使用,A项正确;B,光电池将太阳能转化为电能,不是原电池,B项错误;C,光催化反应池中反应方程式为I2+2Fe2+
2Fe3++2I-,C项错误;D,电解池B中反应为4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O2↑,进入电解池B的溶液的pH大于从电解池B排出的溶液的pH,D项错误。
3.某原电池以银、铂为电极,用含Ag+的固体作电解质,Ag+可在固体电解质中自由移动。
电池反应为2Ag+Cl2=2AgCl。
利用该电池可以测定空气中Cl2的含量。
下列说法错误的是
A.空气中c(Cl2)越大,消耗Ag的速率越大
B.电子移动方向:
银→固体电解质→铂
C.电池工作时电解质中Ag+总数保持不变
D.铂极的电极反应式为Cl2+2e-+2Ag+=2AgCl
【答案】B
4.下列装置为某实验小组设计的Cu-Zn原电池,关于其说法错误的是
A.装置甲中电子流动方向为:
Zn→电流表→Cu
B.装置乙比装置甲提供的电流更稳定
C.装置乙盐桥中可用装有琼胶的Na2CO3饱和溶液
D.若装置乙中盐桥用铁丝替代,反应原理发生改变
【答案】C
【解析】A,装置甲中,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,电子由负极经导线流向正极,故A正确;B、装置乙使用了盐桥,起着平衡电荷的作用,比装置甲提供的电流稳定,故B正确;C、装置乙盐桥中若用Na2CO3饱和溶液代替KCl饱和溶液,则电池工作时,CO32-移向ZnSO4溶液,Zn2+和CO32-发生反应,产生沉淀堵塞盐桥,不能形成闭合回路,使原电池停止工作,故C错误;D、若装置乙中盐桥用铁丝替代,右侧中形成Fe、Cu和硫酸铜溶液的原电池,左侧为电解池,反应原理发生改变,故D正确。
5.如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测,下列说法不正确的是
A.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极
B.O2所在的铂电极处发生还原反应
C.该电池的负极反应式为:
CH3CH2OH+3H2O-12e-
2CO2+12H+
D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
【答案】C
6.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
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
。
下列有关说法正确的是
A.正极反应式:
B.放电过程中,
向负极移动
C.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针发生偏转
D.每转移0.1mol电子,理论上生成10.35gPb
【答案】D
【解析】A.正极发生还原反应,电极方程式为PbSO4+2e-+2Li+=Li2SO4+Pb,故A错误;
B.放电过程中阳离子向正极移动,Li+向正极移动,故B错误;C.常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此连接电流表或检流计,指针不偏转,故C错误;D.根据电极方程式PbSO4+2e-+2Li+=Li2SO4+Pb,可以知道每转移0.1mol电子,理论上生成0.05molPb,质量为10.35g,所以D选项是正确的。
7.下图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物,实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。
储能器件使用Li-CO2电池,组成为:
钌电极/CO2饱和的LiClO4-DMSO电解液/锂片。
下列说法不正确的是
A.Li-CO2电池的电解液由LiClO4和DMSO溶于水得到
B.CO2的固定中,每转移8mole-,生成6mol气体
C.过程Ⅱ中化学能转化为电能
D.过程Ⅰ的钌电极的电极反应式为2Li2CO3+C-4e-═4Li++3CO2↑
【答案】A
8.一种新型的电池,总反应为:
3Zn+2FeO42-+8H2O=2Fe(OH)3↓+3Zn(OH)2↓+4OH—,其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是
A.Zn极是负极,发生氧化反应
B.随着反应的进行,溶液的pH增大
C.电子由Zn极流出到石墨电极,再经过溶液回到Zn极,形成回路
D.石墨电极上发生的反应为:
FeO42—+3e—+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH—
【答案】C
9.下列关于铜锌原电池(如图所示)的说法正确的是( )
A.Zn是负极,发生还原反应B.Cu是负极,发生氧化反应
C.铜片上有气体逸出D.电子由铜片通过导线流向锌片
【答案】C
【解析】A.该装置是原电
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