《2020届全国高考化学：第六单元 主题15 原电池 化学电源学案 含答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届全国高考化学：第六单元 主题15 原电池 化学电源学案 含答案（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、主题15:原电池化学电源命题一原电池工作原理1.(2018年全国卷,11)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-x2Li+(1-x2)O2【解析】放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处反应,说明O 2在多孔碳材料电极处得电子,发生还原反应,故多孔碳材料电极为正极,A项错误;外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极),B项错误;充
2、电与放电时电荷的运动方向相反,放电时,Li+向多孔碳材料电极移动,充电时Li+向锂电极移动,C项错误;根据图示和上述分析,放电时,O2在正极得电子与Li+结合转化为Li2O2-x,即电池的正极反应式为(1-x2)O2+2e-+2Li+Li2O2-x,电池的负极反应式为Li-e-Li+,所以总反应式为2Li+(1-x2)O2Li2O2-x,充电的反应与放电的反应相反,所以充电时电池总反应式为Li2O2-x2Li + (1-x2)O2,D项正确。【答案】D2.(2017年全国卷,11)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+xS
3、88Li2Sx(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-3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 gC.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【解析】原电池工作时,Li+向正极移动,则a为正极,正极上发生还原反应,随着放电的进行可能发生多种反应,其中可能发生反应2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4,A项正确;原电池工作时,每转移0.02 mol电子,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B项正确;石墨烯能导电,S8不能导电,利用掺
4、有石墨烯的S8材料作电极,可提高电极a的导电性,C项正确;电池充电时间越长,转移的电子数越多,生成的Li和S8越多,则电池中Li2S2的量越少,D项错误。【答案】D3.(2015年天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是()。A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡【解析】Cu作正极,电极上发生还原反应,A项错误;电池工作过程中,SO42-不参加电极反应,故甲池的c(SO42-)基本不变,B项错误
5、;电池工作时,甲池的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,乙池的电极反应式为Cu2+2e-Cu,甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池,以维持溶液中电荷平衡,由电极反应式可知,乙池中每有64 g Cu析出,则进入乙池的Zn2+为65 g,溶液总质量略有增加,C项正确;由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜,D项错误。【答案】C4.(2018年江苏,10)下列说法正确的是()。A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应C.3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于66.02102
6、3D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快【解析】氢氧燃料电池放电时,化学能不能全部转化为电能,理论上能量转化率约85%90%,A项错误;反应4Fe(s) +3O2(g)2Fe2O3(s)的H0,该反应为放热反应,B项错误;N2与H2的反应为可逆反应,3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的物质的量小于6 mol,即转移电子数小于66.021023,C项正确;酶是一类具有催化作用的蛋白质,温度太高时酶会发生变性,使得催化活性降低,淀粉水解速率减慢,D项错误。【答案】C命题二电极反应式的书写5.(2018年浙江4月选考,17)锂(Li)-空气电池的工作原理如图
7、所示。下列说法不正确的是()。A.金属锂作负极,发生氧化反应B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动C.正极的电极反应:O2+4e- 2O2-D.电池总反应:4Li+O2+2H2O4LiOH【解析】金属锂失电子作负极,发生氧化反应,A项正确;在原电池内电路中,阳离子向正极移动,B项正确;正极浸在电解质水溶液中,故正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,C项错误;电池总反应为4Li+O2+2H2O4LiOH,D项正确。【答案】C 6.(2016年北京理综,26节选)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。(1)作负极
8、的物质是。(2)正极的电极反应式是。【解析】(1)Fe是活泼的金属,根据还原水体中的NO3-的反应原理图可知,Fe被氧化作负极。(2)正极发生得电子的还原反应,因此正极上NO3-被还原为NH4+,该溶液为酸性电解质溶液,结合原子守恒和电荷守恒可知电极反应式为NO3-+8e-+10H+NH4+3H2O。【答案】(1)铁(2)NO3-+8e-+10H+NH4+3H2O7.(2016年江苏,20节选)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72-的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2O72-转化为Cr3+,其电极反应式为。【解析】铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2
9、O72-的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2O72-获得电子,被还原为Cr3+,则正极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O。【答案】Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O8.(2015年全国卷,26节选)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。(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=96500 Cmol-1)【解析】
10、(1)MnO2在正极发生还原反应,且H+参与正极反应生成MnOOH,结合负极反应式Zn-2e-Zn2+,可写出总反应的离子方程式。(2)Q=It=0.5 A300 s=150 C,则需消耗Zn的质量m(Zn)=QFM(Zn)2=150 C96500 Cmol-165 gmol-12=0.05 g。【答案】(1)MnO2+H+e-MnOOH2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+注:式中Zn2+ 可写为Zn(NH3)42+、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为NH4+(2)0.05命题三化学电源9.(2018年全国卷,12)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
11、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+4Na2Na2CO3+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CO2C.放电时,正极反应为3CO2+4e-2CO32-+CD.充电时,正极反应为Na+e-Na【解析】充电时,阳极C失电子生成CO2,电极反应式为2CO32-+C-4e-3CO2,D项错误。【答案】D10.(2016年全国卷,11)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()。A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+B.正极反应式为Ag+e-AgC.电池放电时
12、Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2【解析】该电池中还原性较强的Mg为负极,失去电子发生氧化反应,A项正确;AgCl为正极,发生还原反应,AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)、Ag+ +e-Ag,AgCl是难溶盐,则正极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误;由于Mg失去电子形成Mg2+,使负极区域带正电,AgCl得到电子生成Ag和Cl-,使正极区域带负电,因此Cl-由正极向负极迁移,使电解质溶液保持电中性,C项正确;氧化还原反应为放热反应,镁与热水能发生置换反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。【答案】B11.(2015年全国卷,11)
13、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误的是()。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+6O26CO2+6H2O【解析】C6H12O6反应生成CO2时,C元素的化合价升高,发生氧化反应,因此C6H12O6CO2是原电池的负极反应,A项错误;在微生物的作用下,反应速率加快,促进了反应中电子的转移,B项正确;原电池工作时,阳离子(H+)移向电池的正极,C项正确;根据电池装置图知电池总反应为葡萄糖的氧化反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O,D
14、项正确。【答案】A命题角度该主题是高考的必考部分,主要涉及原电池的工作原理、电极反应式的书写以及有关新型电源工作原理的考查备考启示本主题的复习重心是原电池的工作原理及其应用。以铜锌原电池为例,明确原电池的工作原理,掌握正、负极的判断方法,总结归纳电极反应式书写的规律,了解各类新型电源的工作原理考点一原电池工作原理1.原电池的概念:原电池是把化学能转化为电能的装置。其反应本质是氧化还原反应。2.原电池形成的条件:有电解质溶液或熔融电解质;对应一个自发的氧化还原反应;有两个电极并能构成闭合回路。3.工作原理(以铜锌原电池为例)简单原电池带盐桥的原电池装置图(续表)简单原电池带盐桥的原电池电极名称锌
15、片:负极铜片:正极电极反应反应类型氧化反应还原反应电子流向外电路中,电子由极沿导线方向流向极离子移向电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极盐桥中含有KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极电池反应两个装置的比较装置中部分Zn与Cu2+直接反应,该装置中既有化学能和电能的转化,又有一部分化学能转化成了热能,放电时电极附近电解液不是呈电中性,使得离子迁移困难,电流不断减小;装置中,电流稳定,且持续时间长在线反馈Zn-2e-Zn2+Cu2+2e-Cu负正Zn+Cu2+Zn2+Cu 课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()。A.原电池是将化学能转化成电能的装置B.原电池由电极、电解
