1、专题十一 电化学高考化学 (北京市专用 )考点一 原电池工作原理及应用A组 自主命题 北京卷题组1.(2014北京理综 ,8,6分 )下列电池工作时 ,O2在正极放电的是 ( )五年高考A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池答案 B 氢燃料电池中 ,负极上 H2放电 ,正极上 O2放电 ,A、 C、 D中均不存在 O2放电 ,故选 B。考查点 本题考查常见化学电源的工作原理。解题关键 在燃料电池中 ,负极通入燃料 ,正极通入氧气或空气。2.(2012北京理综 ,12,6分 )人工光合作用能够借助太阳能 ,用 CO2和 H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备 HCOOH
2、的原理示意图 ,下列说法 不正确 的是 ( )A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程B.催化剂 a表面发生氧化反应 ,有 O2产生C.催化剂 a附近酸性减弱 ,催化剂 b附近酸性增强D.催化剂 b表面的反应是 CO2+2H+2e- HCOOH答案 C 电池总反应式为 2CO2+2H2O 2HCOOH+O2。负极 :2H2O-4e- O2+4H+,正极 :2CO2+4H+4e- 2HCOOH。 A项 ,该过程中太阳能先转化为电能 ,再转化为化学能 ;C项 ,催化剂 a附近生成 H+,酸性增强 ,催化剂 b附近消耗 H+,酸性减弱 ,故 C项错误。3.(2011北京理综 ,8,6分 )结合下图判断
3、 ,下列叙述正确的是 ( )A. 和 中正极均被保护B. 和 中负极反应均是 Fe-2e- Fe2+C. 和 中正极反应均是 O2+2H2O+4e- 4OH-D. 和 中分别加入少量 K3Fe(CN)6溶液 ,均有蓝色沉淀答案 A A项 ,电子从负极流向正极 ,抑制正极金属失电子 ,所以正极均被保护。 B项 , 中的负极反应为 Zn-2e- Zn2+。 C项 , 中的正极反应为 2H+2e- H2。 D项 , 中负极反应产生的 Zn2+不会与 K3Fe(CN)6溶液作用产生蓝色沉淀。4.(2016北京理综 ,26,13分 )用零价铁 (Fe)去除水体中的硝酸盐 (N )已成为环境修复研究的热点
4、之一。(1)Fe还原水体中 N 的反应原理如下图所示。 作负极的物质是 。 正极的电极反应式是 。(2)将足量铁粉投入水体中 ,经 24小时测定 N 的去除率和 pH,结果如下 :初始 pH pH=2.5 pH=4.5N 的去除率 接近 100% 50%24小时 pH 接近中性 接近中性铁的最终物质形态pH=4.5时 ,N 的去除率低。其原因是 。(3)实验发现 :在初始 pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时 ,补充一定量的 Fe2+可以明显提高 N的去除率。对 Fe2+的作用提出两种假设 : .Fe2+直接还原 N ; .Fe2+破坏 FeO(OH)氧化层。 做对比实验 ,结果如下图所示。
5、可得到的结论是 。 同位素示踪法证实 Fe2+能与 FeO(OH)反应生成 Fe3O4。结合该反应的离子方程式 ,解释加入Fe2+提高 N 去除率的原因 : 。(4)其他条件与 (2)相同 ,经 1小时测定 N 的去除率和 pH,结果如下 :与 (2)中数据对比 ,解释 (2)中初始 pH不同时 ,N 去除率和铁的最终物质形态不同的原因 : 。初始 pH pH=2.5 pH=4.5N 的去除率 约 10% 约 3%1小时 pH 接近中性 接近中性答案 (1) Fe N +8e-+10H+ N +3H2O(2)FeO(OH)不导电 ,阻碍电子转移(3) 本实验条件下 ,Fe2+不能直接还原 N
6、;在 Fe和 Fe2+共同作用下能提高 N 去除率 Fe2+2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的 FeO(OH)转化为可导电的 Fe3O4,利于电子转移(4)初始 pH低时 ,产生的 Fe2+充足 ;初始 pH高时 ,产生的 Fe2+不足解析 (1)由图示可知 ,Fe失去电子作负极 ,N 在正极发生反应转化为 N :N +8e-+10H+N +3H2O。(4)初始 pH低时 ,产生的 Fe2+充足 ,能有效防止 FeO(OH)的生成。思路分析 认真观察图像 ,准确判断正负极 ,结合原电池工作原理作答。知识拓展 原电池电极反应式书写的 “三步骤 ”5.(2018课标 ,12,
7、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 NaClO4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 CO2C.放电时 ,正极反应为 :3CO2+4e- 2C +CD.充电时 ,正极反应为 :Na+e- NaB组 统一命题、省 (区、市 )卷题组答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时 ,负极反应为 :4Na-4e- 4Na+,正极反应为3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正极 ,C 、
8、 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 2C +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。6.(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
9、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。7.(2017课标 ,11,6分 )全固态锂硫电池能量密度高、成本低 ,
10、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(2 x 8)。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的量越多答案 D 根据图示中 Li+移动方向可知 ,电极 a为正极 ,依次发生 S8Li 2S8Li 2S6Li 2S4Li 2S2的转化 ,A正确 ;电池工作时负极反应式为 Li-e- Li+,当转移 0.
11、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。8.(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 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+
12、e- Ag+Cl-,B项错误。9.(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 。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-)逐渐减小C.放电时 ,负极反应为 :Zn+4OH-2e- Zn(OH 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 2Zn+O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中 c(OH-)增
13、大 ,故 A项、 B项均错误 ;放电时负极反应为 Zn+4OH-2e-Zn(OH ,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。思路分析 根据原电池及电解池的工作原理分析判断。知识拓展 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。10.(2016四川理综 ,5,6分 )某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池 ,放电时电池总反应为 :Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x1)。下列关于该电池的说法 不正确 的是 ( )A.放电时 ,Li+在电解质中由负极向正极迁移B.放电时 ,负极的电极反应式为 LixC6-x
14、e- xLi+C6C.充电时 ,若转移 1 mol e-,石墨 (C6)电极将增重 7x gD.充电时 ,阳极的电极反应式为 LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+ 答案 C 由放电时电池总反应可知 ,放电时负极反应式为 LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为 Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移 ,A、 B项均正确 ;充电时阴极反应式为 C6+xLi+xe- LixC6,阳极反应式为 LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移 x mol e-,石墨电极增重 7x g,若转移 1 mol e-,石墨电极将增
15、重 7 g,C项不正确 ,D项正确。11.(2015课标 ,11,6分 )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+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 -24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应 ,电极反应式为 6O2+24e-+24H+ 12H2O。负极有 CO2生成 ,A项错误
16、 ;B项 ,微生物促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。12.(2015天津理综 ,4,6分 )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(S )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答案 C 题中所述锌铜原电池中 ,Zn为负极 ,电极反应式为 Zn-2e- Zn2+;Cu为正极 ,电极反
17、应式为 Cu2+2e- Cu,发生还原反应。 Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动 ;乙池溶液中消耗的 Cu2+与由甲池迁移过来的 Zn2+的物质的量相同 ,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选 C。13.(2014广东理综 ,11,4分 )某同学组装了如图所示的电化学装置 ,电极 为 Al,其他均为 Cu,则( )A.电流方向 :电极 A 电极 B.电极 发生还原反应C.电极 逐渐溶解D.电极 的电极反应 :Cu2+2e- Cu答案 A 由图示可分析出该图中 为原电池的负极 , 为电解池的阴极 ,电子流向为 A ,电流由 A ,A正确。 Al极发生氧化反应 ,B错误。电
18、极 发生的电极反应为 Cu2+2e- Cu,电极上有 Cu生成 ,C错误。电极 的电极反应为 Cu-2e- Cu2+,D错误。评析 本题考查了原电池和电解池的知识 ,较简单。考生只要掌握基本的电化学知识即可解答。14.(2018天津理综 ,10节选 )CO2是一种廉价的碳资源 ,其综合利用具有重要意义。回答下列问题 :(3)O2辅助的 Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大 ,能有效利用 CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式 : 。电池的正极反应式 :6O2+6e- 6 6CO2+6 3C2 +6O2反应过程中 O2的作用是 。该电池的总反应式
19、: 。答案 (3)Al-3e- Al3+(或 2Al-6e- 2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2 Al2(C2O4)3 解析 (3)观察原电池工作原理图知 ,铝电极作负极 ,多孔碳电极作正极 ,故负极反应式为 Al-3e-Al3+;正极反应式为 6O2+6e- 6 、 6CO2+6 3C2 +6O2,由此可知反应过程中 O2的作用是催化剂 ;电池总反应式为 2Al+6CO2 Al2(C2O4)3。15.(2016浙江理综 ,11,6分 )金属 (M)-空气电池 (如图 )具有原料易得、能量密度高等优点 ,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为 :4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n已知 :电池的 “理论比能量 ”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 ( )A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积 ,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较 Mg、 Al、 Zn三种金属 -空气电池 ,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式 :4Mn+nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)nC组 教师专用题组
