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1、专题十一 电化学,高考化学 (课标专用),考点一 原电池的工作原理 金属的电化学腐蚀与防护 1.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na- ClO4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,Cl 向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2,五年高考,A组 统一命题课标卷题组,C.放电时,正极反应为:3CO2 +4e- 2CO2-3+C D.充电时,正极反应为:Na+e- Na,答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时
2、,负极反应为:4Na-4e- 4Na+,正极反应为 3CO2+4e- C+2CO2-3;Na+移向正极,CO2-3、Cl 移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程 相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO2-3+C-4e- 3CO2,D错误。,规律总结 二次电池充、放电的电极判断 二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时 的阴极。,2.(2018课标,11,6分)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
3、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 本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图 判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负 极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶 液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生 成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2,正确。,方法技巧 可充
4、电电池的工作原理 可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;分析电化学问题 时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。,3.(2017课标,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工 作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 ( ),A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,答案 C 本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防 止钢管桩被腐
5、蚀,外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,故其表面腐蚀电流接近 于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流 向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错 误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整,D项正确。,审题技巧 本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属 作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳 极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分 析”,不能一
6、味地“按章办事”。,4.(2017课标,11,6分)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(2x8)。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0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g 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Li2S2的量越多,答案 D 电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电 极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6L
7、i2S4Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li- e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石 墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来 越少,D错误。,思路分析 结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性 质书写电极反应式。,5.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl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 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
8、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,答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e- Ag+Cl-,B 项错误。,思路分析 先根据电池的电极材料的性质判断电池的正、负极,再分析电极反应。,易错警示 AgCl为难溶物,在电极反应式中不能写成离子。,6.(2016课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH 溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH)2-4。下列说法正确的是 ( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)
9、逐渐减小 C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e- Zn(OH)2-4 D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况),答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH)2-4 2Zn+O 2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e- Zn(OH)2-4,故C项正确;每消耗1 mol O2电路中通过4 mol电子,故D项错误。,规律方法 1.,2.失电子,3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。,解题关键 正确地写出两极的电极反应式是解有关原电池问题的至关重要的一
10、环。,7.(2015课标,11,6分,0.588)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置, 其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错 的是 ( )A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区,D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,答案 A 根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式 为C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24 H+ 12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促
11、进了反应中电子的转移,正确;C项,质 子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正 确。,审题技巧 有氧气参与的原电池,基本上都涉及氧化还原反应,有氧气参与的一极一般作正 极。此题的突破口为正确分析正极反应并书写电池总反应式。,疑难突破 微生物电池也是燃料电池的一种,只是燃烧物换成了大家不太熟悉的微生物,其实 质还是氧化还原反应。,8.(2014课标,12,6分,0.347)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体 系。下列叙述错 的是 ( ),A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4
12、+xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化,D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移,答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、 D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4,a极Mn元 素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。,思路分析 根据电极材料判断出电池的正、负极,根据氧化还原反应原理判断发生化合价变 化的元素。,规律方法 将原电池放电时正、负极的电极反应式逆过来就分别是充电时阳、阴极的电极 反应式。,9.(2015课标,26,
13、14分,0.182)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒, 其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:,回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。 (2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 Cmol-1) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的 MnO2,最简便的方法为 ,其原
14、理是 。 (4)用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2 SO4和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于 110-5 molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定 Zn2+浓度为0.1 molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。,答案 (14分)(1)MnO2+H+e- MnOOH 2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分) 注:式中Zn2+可写为Zn(NH3)2+4、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N (2)0.05(2分)
15、(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热 碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分) (4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分),解析 (1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e- Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5 A560 s=150 C,则m(Zn)= 65 gmol-1= 0.05 g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小, 故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-) =110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1 c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8 molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2 O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO47H2O不纯净。,
