2022年高考化學(xué)二輪專題題組訓(xùn)練 第9講 考點(diǎn)1 原電池的工作原理及新型化學(xué)電源的分析（含解析）

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1、2022年高考化學(xué)二輪專題題組訓(xùn)練 第9講 考點(diǎn)1 原電池的工作原理及新型化學(xué)電源的分析（含解析） 題組一　原電池工作原理的分析與判斷 1．(xx·福建理綜，11)某原電池裝置如圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag＋Cl2===2AgCl。 下列說(shuō)法正確的是 (　　)。 A．正極反應(yīng)為AgCl＋e－===Ag＋Cl－ B．放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變 D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e－時(shí)，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子 解析　A項(xiàng)，Pt為正極發(fā)生還原反應(yīng)：Cl2＋2

2、e－===2Cl－，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，放電時(shí)，左側(cè)的電極反應(yīng)式Ag＋Cl－－e－===AgCl↓，有大量白色沉淀生成，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由于H＋、Na＋均不參與電極反應(yīng)，則用NaCl代替鹽酸，電池總反應(yīng)不變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e－時(shí)，左側(cè)產(chǎn)生0.01 mol Ag＋與Cl－結(jié)合為AgCl沉淀，右側(cè)產(chǎn)生0.01 mol Cl－，為保持溶液的電中性，左側(cè)約有0.01 mol H＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)，故左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子，正確。 答案　D 2．如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易的原電池裝置，回答下列問(wèn)題。 (1)若a為鎂、b為CuCl2，則正極材料為_(kāi)__

3、___，負(fù)極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________。 (2)若a為鎂、b為NaOH，則Mg極上發(fā)生______反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)，負(fù)極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________。 (3)若a為銅、b為濃硝酸，則電流的方向?yàn)開(kāi)_____________________，正極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)____________________________________________。 (4)上述事實(shí)表明，確定原電池中電極的類型時(shí)，不僅要考慮電極材料本身的性質(zhì)，還要考慮__________________

4、____________________________。 解析　(1)鎂、鋁均能與CuCl2溶液反應(yīng)，但鎂比鋁活潑，故鎂失去電子作負(fù)極。(2)鋁能與NaOH溶液反應(yīng)而鎂不能，鋁作負(fù)極失去電子變成AlO，電極反應(yīng)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(fù)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) —————[思維建模]———————————

5、— 原電池正、負(fù)極判斷的“五個(gè)角度” 題組二　鹽橋的作用與化學(xué)平衡移動(dòng) 3．下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學(xué)將反應(yīng)“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I(xiàn)2＋H2O”設(shè)計(jì)成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40%NaOH溶液。 圖Ⅰ　　　　　　圖Ⅱ 下列敘述中正確的是 (　　)。 A．甲組操作時(shí)，電流計(jì)(G)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．甲組操作時(shí)，溶液顏色變淺 C．乙組操作時(shí)，C2作正極 D．乙組操作時(shí)，C1上發(fā)生的電極反應(yīng)為I2＋2e－===2I－ 解析　裝置Ⅰ中的反應(yīng)，AsO＋2I－＋2H＋

6、AsO＋I(xiàn)2＋H2O，當(dāng)加入適量濃鹽酸時(shí)，平衡向右移動(dòng)，有電子轉(zhuǎn)移，但電子不會(huì)沿導(dǎo)線通過(guò)，所以甲組操作，電流計(jì)(G)指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深。向裝置Ⅱ B燒杯中加入NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)AsO－2e－＋2H2O===AsO＋2H＋，電子由C2棒沿導(dǎo)線到C1棒，發(fā)生反應(yīng)I2＋2e－=== 2I－，所以C2為負(fù)極，C1為正極。 答案　D 4．[xx·廣東理綜，33(2)]能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。 限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(a

7、q)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。 (1)完成原電池甲的裝置示意圖(見(jiàn)上圖)，并作相應(yīng)標(biāo)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(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后，可觀察到負(fù)極__________________________。 (3)甲乙兩種原電池可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________，其原因是_________________________________________________________。 解析　(1)根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得： ①若

8、用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負(fù)極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 ②若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，Cu作正極，F(xiàn)e插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 ③注意，畫(huà)圖時(shí)要注意電極名稱，電極材料，電解質(zhì)溶液名稱(或化學(xué)式)，并形成閉合回路。 (2)由于金屬活動(dòng)性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負(fù)極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時(shí)間后，負(fù)極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。 (3)帶有鹽橋的甲原電池中負(fù)極沒(méi)有和C

9、uSO4溶液直接接觸，二者不會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能；而原電池乙中的負(fù)極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能。 答案　(1)(或其他合理答案) (2)電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出 (3)甲　在甲裝置中，負(fù)極不和Cu2＋接觸，避免了Cu2＋直接與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)而使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能 —————[總結(jié)歸納]———————————— 1．鹽橋的作用 (1)使整個(gè)裝置構(gòu)成閉合回路，代替兩溶液直接接觸。 (2)平衡電荷。如在Zn/ZnSO4－Cu/CuSO4原電池中Zn失去電子，Zn

10、2＋進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液中因Zn2＋增多而帶正電荷。同時(shí)，CuSO4溶液則由于Cu2＋變成Cu，使得SO相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。通過(guò)鹽橋中陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)而使兩極電解質(zhì)溶液中正負(fù)電荷守恒而保持電中性。 2．電子流向與平衡移動(dòng)的關(guān)系 (1)條件改變，平衡移動(dòng)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移； (2)移動(dòng)方向改變，電子轉(zhuǎn)移方向改變。 題組三　不同“介質(zhì)”燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 5．據(jù)報(bào)道，以硼氫化合物NaBH4(B元素的化合價(jià)為＋3價(jià))和H2O2作原料的燃料電池可用作空軍通信衛(wèi)星電源，負(fù)極材料采用Pt/C，正極材料采用MnO2，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 (　　)。 A．

11、電池放電時(shí)Na＋從b極區(qū)移向a極區(qū) B．電極b采用MnO2，MnO2既作電極材料又有催化作用 C．每消耗1 mol H2O2，轉(zhuǎn)移的電子為1 mol D．該電池的正極反應(yīng)為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O 解析　由裝置圖可知，H2O2得電子化合價(jià)降低，所以b為正極，a為負(fù)極。原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。負(fù)極反應(yīng)為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O。每消耗1 mol H2O2，轉(zhuǎn)移的電子為2 mol。 答案　B 6．以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示。 (1)判斷電極名稱：電極(Ⅰ)為_(kāi)_______，理由是________________

12、_____； 電極(Ⅱ)為_(kāi)_____，理由是_______________________________________。 (2)微生物燃料電池需要選擇合適的溫度，理由是____________________ _______________________________________________________________。 (3)寫(xiě)出該微生物燃料電池的電極反應(yīng)式：電極(Ⅰ)反應(yīng)式為_(kāi)_____________；電極(Ⅱ)反應(yīng)式為_(kāi)_____________________。 (4)“質(zhì)子交換膜”允許溶液中H＋向______(電極名稱)遷移，理由是______

13、__________________________________________________________。 (5)若該電池生成2.24 L CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_(kāi)_____。 (6)燃料電池中，助燃劑(氧化劑)不一定是氧氣。例如，以鉑為電極，氫氣－氯氣在KOH溶液中構(gòu)成燃料電池，該燃料電池中負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_________________。燃料電池的總反應(yīng)方程式為_(kāi)___________________。 解析　(1)根據(jù)圖示知，電極(Ⅰ)區(qū)域：通入氧氣，排出水。O2―→H2O：氧元素由0價(jià)降至－2價(jià)，氧元素的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)。在原電池中，正

14、極發(fā)生還原反應(yīng)，故電極(Ⅰ)為正極；電極(Ⅱ)區(qū)域：在微生物作用下，葡萄糖轉(zhuǎn)化成二氧化碳。C6H12O6―→CO2，葡萄糖中碳元素的平均化合價(jià)為0，二氧化碳中碳元素的化合價(jià)為＋4價(jià)，碳元素的化合價(jià)升高，發(fā)生了氧化反應(yīng)。在原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極(Ⅱ)為負(fù)極。(2)微生物燃料電池工作效率由微生物的活性決定，在高溫下微生物(主要由蛋白質(zhì)組成)會(huì)發(fā)生變性，失去活性；溫度太低也影響微生物的活性，導(dǎo)致電池工作效率低。(3)正極區(qū)，氧氣得電子變成氧離子，氧離子與H＋結(jié)合生成水；負(fù)極區(qū)，葡萄糖失去電子，生成二氧化碳和H＋，正極、負(fù)極得失電子總數(shù)相等。(4)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，電子經(jīng)外電路流向

15、正極，所以負(fù)極區(qū)帶正電荷，正極區(qū)帶負(fù)電荷，H＋向正極區(qū)遷移，即向電極(Ⅰ)區(qū)遷移。(5)該電池總反應(yīng)式為C6H12O6＋6O2―→6CO2＋6H2O，生成1 mol CO2，轉(zhuǎn)移4 mol電子，n(CO2)＝＝0.1 mol 時(shí)，則n(e－)＝0.4 mol。(6)氫氣在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，KOH參與反應(yīng)，電池的總反應(yīng)式為H2＋Cl2＋2KOH===2KCl＋2H2O。 答案　(1)正極　氧氣發(fā)生還原反應(yīng)　負(fù)極　葡萄糖發(fā)生氧化反應(yīng)　(2)微生物燃料電池的放電效率是由微生物的活性決定的，而微生物一般在30～50 ℃活性最高，溫度過(guò)高或過(guò)低均影響其活性，從而導(dǎo)致電池工作效率低 (3)6O2＋24H＋＋24e－===12H2O　C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋　(4)電極(Ⅰ)　葡萄糖在電極(Ⅱ)失去電子，電子經(jīng)外電路流向電極(Ⅰ)，使電極(Ⅰ)區(qū)帶負(fù)電荷，因此H＋向電極(Ⅰ)區(qū)遷移　(5)0.4 mol　(6)H2－2e－＋2OH－===2H2O　H2＋Cl2＋2KOH===2KCl＋2H2O —————[思維建模]———————————— 燃料電池的分析思路