2019-2020年高考化學(xué)考點(diǎn)突破訓(xùn)練 6.2原電池的工作原理.doc

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2019-2020年高考化學(xué)考點(diǎn)突破訓(xùn)練 6.2原電池的工作原理 1．(xx新課標(biāo)全國Ⅱ)“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導(dǎo)體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．電池反應(yīng)中有NaCl生成 B．電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原三價(jià)鋁離子 C．正極反應(yīng)為：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動 解析　該電池總反應(yīng)為：2Na＋NiCl2===2NaCl＋Ni，因此有NaCl生成，A項(xiàng)正確；電池總反應(yīng)為Na還原Ni2＋，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正極為NiCl2發(fā)生還原反應(yīng)：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，C項(xiàng)正確；鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體由負(fù)極移向正極，D項(xiàng)正確。 答案　B 2．(xx新課標(biāo)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(xué)原理可進(jìn)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(shí)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(yīng)為2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3 D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉(zhuǎn)化為白色AgCl 解析　根據(jù)信息可知在銀器處理過程中運(yùn)用了原電池原理，鋁質(zhì)容器作負(fù)極，電極反應(yīng)為2Al－6e－===2Al3＋；銀器作正極，電極反應(yīng)為3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；繼而Al3＋和S2－發(fā)生互相促進(jìn)的水解反應(yīng)：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原電池的總反應(yīng)為3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故C項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確。 答案　B 3．(xx安徽)熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)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(yīng)為：PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．正極反應(yīng)式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放電過程中，Li＋向負(fù)極移動 C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g Pb D．常溫時(shí)，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn) 解析　正極上發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電過程中Li＋向正極移動，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由電池總反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成0.05 mol Pb，質(zhì)量為10.35 g，C項(xiàng)錯(cuò)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(jì)，指針不偏轉(zhuǎn)。 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(cuò)誤的是(　　) A．負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－===CO2 B．工作時(shí)電極b作正極，O2－由電極a向電極b移動 C．工作時(shí)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(yīng)式為O2＋4e－===2O2－，負(fù)極CO失電子，需要與O2－結(jié)合，故O2－由電極b向電極a移動，B項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B 5．如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)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(fù)極上的電極反應(yīng)式為________。 (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________________。 (3)若a為銅、b為濃硝酸，則電流的方向?yàn)開_______，正極上的電極反應(yīng)式為________。 (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________。 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) 歸納總結(jié) 1.原電池工作原理的4個(gè)易失分點(diǎn) (1)只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過設(shè)計(jì)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導(dǎo)線中電子的定向移動共同組成了一個(gè)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(fù)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(fù)極判斷方法 說明　原電池的正極與負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢。 考點(diǎn)2 原電池原理的應(yīng)用 1.加快氧化還原反應(yīng)的速率 例如：在鋅與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)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(xué)電源 3．比較金屬活動性強(qiáng)弱 例如：有兩種金屬a和b，用導(dǎo)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(fù)極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動性a>b。 4．設(shè)計(jì)化學(xué)電池 例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。 (1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極。電極反應(yīng)式： 負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋；正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。 (2)確定電極材料。 如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)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(fù)極。 發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用銅棒作負(fù)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(yīng)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(gòu)成閉合回路。 題組訓(xùn)練 6.有A、B、C、D、E五塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，A極為負(fù)極　②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導(dǎo)線→C?、跘、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡?、蹷、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)?、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(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，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(yùn)動方向由負(fù)極→正極，電流方向則由正極→負(fù)極。在題述原電池中，A－B原電池，A為負(fù)極；C－D原電池，C為負(fù)極；A－C原電池，A為負(fù)極；B－D原電池，D為負(fù)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(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)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(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)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(yīng)速率，(1)a中Zn減少，H2體積減??；(2)中由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多；(3)當(dāng)把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時(shí)，由于CH3COO－＋H＋===CH3COOH，a中c(H＋)減少，反應(yīng)速率減小，但產(chǎn)生H2的體積不變，所以C項(xiàng)正確。 答案　(1)A　(2)B　(3)C 8．(xx廣東)(1)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(aq)，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(如圖所示)，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甲乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________，其原因是__________ _________________________。 (2)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)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(yīng)選________作陽極。 解析　(1)①因?yàn)轭}給圖中電子流向?yàn)閺淖蟮接遥首髠?cè)為原電池的負(fù)極，右側(cè)為正極；所以設(shè)計(jì)原電池時(shí)可以在左側(cè)燒杯內(nèi)盛放ZnSO4溶液，電極選用鋅片，右側(cè)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(dāng)銅片作電極時(shí)，銅片一定是正極，則負(fù)極是活潑的金屬(失電子發(fā)生氧化反應(yīng))，反應(yīng)的現(xiàn)象是負(fù)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(xué)反應(yīng)外，還會使Zn和CuSO4直接反應(yīng)，不能轉(zhuǎn)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(hù)法，可知被保護(hù)的金屬作陰極，比其活潑的金屬作陽極，即應(yīng)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