2019-2020年高考化學考點突破訓練 6.2原電池的工作原理.doc

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2019-2020年高考化學考點突破訓練 6.2原電池的工作原理 1．(xx新課標全國Ⅱ)“ZEBRA”蓄電池的結構如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是(　　) A．電池反應中有NaCl生成 B．電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子 C．正極反應為：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動 解析　該電池總反應為：2Na＋NiCl2===2NaCl＋Ni，因此有NaCl生成，A項正確；電池總反應為Na還原Ni2＋，B項錯誤；正極為NiCl2發(fā)生還原反應：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，C項正確；鈉離子通過鈉離子導體由負極移向正極，D項正確。 答案　B 2．(xx新課標全國Ⅰ)銀質(zhì)器皿日久表面會逐漸變黑，這是生成了Ag2S的緣故。根據(jù)電化學原理可進行如下處理：在鋁質(zhì)容器中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時間后發(fā)現(xiàn)黑色會褪去。下列說法正確的是(　　) A．處理過程中銀器一直保持恒重 B．銀器為正極，Ag2S被還原生成單質(zhì)銀 C．該過程中總反應為2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉化為白色AgCl 解析　根據(jù)信息可知在銀器處理過程中運用了原電池原理，鋁質(zhì)容器作負極，電極反應為2Al－6e－===2Al3＋；銀器作正極，電極反應為3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；繼而Al3＋和S2－發(fā)生互相促進的水解反應：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原電池的總反應為3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故C項錯誤。黑色褪去的原因是Ag2S被還原為Ag，此過程中銀器質(zhì)量逐漸減小，故A、D項錯誤，B項正確。 答案　B 3．(xx安徽)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為：PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關說法正確的是(　　) A．正極反應式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放電過程中，Li＋向負極移動 C．每轉移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g Pb D．常溫時，在正負極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉 解析　正極上發(fā)生還原反應，A項錯誤；放電過程中Li＋向正極移動，B項錯誤；由電池總反應式可知，每轉移0.1 mol電子，理論上生成0.05 mol Pb，質(zhì)量為10.35 g，C項錯誤；常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài)，離子不能移動，不能產(chǎn)生電流，因此連接電流表或檢流計，指針不偏轉。 答案　D 4．(xx鄭州質(zhì)檢)CO無色無味有毒，世界各國每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一種CO分析儀的工作原理如圖所示，該裝置中電解質(zhì)為氧化釔氧化鈉，其中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動。下列說法中錯誤的是(　　) A．負極的電極反應式為CO＋O2－－2e－===CO2 B．工作時電極b作正極，O2－由電極a向電極b移動 C．工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高 解析　正極為電極b，電極反應式為O2＋4e－===2O2－，負極CO失電子，需要與O2－結合，故O2－由電極b向電極a移動，B項錯誤。 答案　B 5．如圖是某同學設計的一個簡易的原電池裝置，回答下列問題。 (1)若a為鎂、b為CuCl2，則正極材料為________，負極上的電極反應式為________。 (2)若a為鎂、b為NaOH，則Mg極上發(fā)生________反應(填“氧化”或“還原”)，負極上的電極反應式為________________。 (3)若a為銅、b為濃硝酸，則電流的方向為________，正極上的電極反應式為________。 (4)上述事實表明，確定原電池中電極的類型時，不僅要考慮電極材料本身的性質(zhì)，還要考慮________。 解析　(1)鎂、鋁均能與CuCl2溶液反應，但鎂比鋁活潑，故鎂失去電子作負極。(2)鋁能與NaOH溶液反應而鎂不能，鋁作負極失去電子變成AlO，電極反應式為Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。(3)常溫下鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化，故銅失去電子作負極，正極上是NO得到電子生成NO2。 答案　(1)Al　Mg－2e－===Mg2＋ (2)還原　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O (3)鋁―→銅　2H＋＋NO＋e－===H2O＋NO2↑ (4)電解質(zhì)的性質(zhì) 歸納總結 1.原電池工作原理的4個易失分點 (1)只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。 (3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。 (4)原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 2．原電池正、負極判斷方法 說明　原電池的正極與負極與電極材料的性質(zhì)有關，也與電解質(zhì)溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。 考點2 原電池原理的應用 1.加快氧化還原反應的速率 例如：在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．尋求和制造干電池和蓄電池等化學電源 3．比較金屬活動性強弱 例如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入到稀H2SO4中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)現(xiàn)象判斷出a是負極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動性a>b。 4．設計化學電池 例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設計一個原電池。 (1)將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作原電池的負極和正極。電極反應式： 負極：Cu－2e－===Cu2＋；正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。 (2)確定電極材料。 如發(fā)生氧化反應的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負極；如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負極。 發(fā)生還原反應的電極材料必須不如負極材料活潑。 本例中可用銅棒作負極，用鉑絲或碳棒作正極。 (3)確定電解質(zhì)溶液。 一般選用反應物中的電解質(zhì)溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。 (4)構成閉合回路。 題組訓練 6.有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極　②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C?、跘、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡　④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應?、萦枚栊噪姌O電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是(　　) A．A>B>C>D>E　　　　 B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 解析　金屬與稀H2SO4溶液組成原電池，活潑金屬為負極，失去電子發(fā)生氧化反應，較不活潑的金屬為正極，H＋在正極表面得到電子生成H2，電子運動方向由負極→正極，電流方向則由正極→負極。在題述原電池中，A－B原電池，A為負極；C－D原電池，C為負極；A－C原電池，A為負極；B－D原電池，D為負極；E先析出，E不活潑。綜上可知，金屬活動性：A>C>D>B>E。 答案　B 7．把適合題意的圖象填在橫線上(用A、B、C、D表示) (1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。 (2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系是________。 (3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他條件不變，則圖象是________。 解析　加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應速率，(1)a中Zn減少，H2體積減小；(2)中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多；(3)當把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時，由于CH3COO－＋H＋===CH3COOH，a中c(H＋)減少，反應速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，所以C項正確。 答案　(1)A　(2)B　(3)C 8．(xx廣東)(1)能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。 限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)，銅片，鐵片，鋅片和導線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(如圖所示)，并作相應標注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 ②以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極________。 ③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的是________，其原因是__________ _________________________。 (2)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在(1)的材料中應選________作陽極。 解析　(1)①因為題給圖中電子流向為從左到右，故左側為原電池的負極，右側為正極；所以設計原電池時可以在左側燒杯內(nèi)盛放ZnSO4溶液，電極選用鋅片，右側燒杯內(nèi)放CuSO4溶液，電極選用銅片。 ②由所給的電極材料可知，當銅片作電極時，銅片一定是正極，則負極是活潑的金屬(失電子發(fā)生氧化反應)，反應的現(xiàn)象是負極逐漸溶解。 ③以Zn和Cu作電極為例，如果不用鹽橋則除了發(fā)生電化學反應外，還會使Zn和CuSO4直接反應，不能轉化為電能，而鹽橋的使用，可以避免Zn和Cu2＋的接觸，從而避免電量損失，提高電池效率，提供穩(wěn)定的電流。 (2)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法，可知被保護的金屬作陰極，比其活潑的金屬作陽極，即應選Zn作為陽極。 答案　(1)① (或其他合理答案) ②金屬逐漸溶解?、奂住〖纂姵?使用鹽橋)可以避免鋅和銅離子的接觸，從而避免能量損失，提高電池效率，提供穩(wěn)定的電流 (2)Zn