高考化學二輪復習專題20《原電池的電極方程式》精準培優(yōu)專練（含詳解）

這是一份高考化學二輪復習專題20《原電池的電極方程式》精準培優(yōu)專練（含詳解），共9頁。
培優(yōu)點二十  原電池的電極方程式典例1．實驗發(fā)現，298K時，在FeCl3酸性溶液中加少量鋅粒后，Fe3立即被還原成Fe2。某夏令營興趣小組根據該實驗事實設計了如圖所示原電池裝置。下列有關說法正確的是（   ）A．該原電池的正極反應是Zn－2e－===Zn2B．左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去C．該電池鉑電極上有氣泡出現D．該電池總反應為3Zn+ 2Fe3===2Fe+ 3Zn2【解析】該電池的總反應為Zn+ 2Fe3 ===2Fe2+ Zn2，所以左燒杯Pt為正極，電極反應為Fe3+ e－===Fe2，右燒杯Zn為負極，電極反應為Zn－2e－===Zn2。由于左燒杯中的Fe3被還原為Fe2，所以左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去。【答案】B典例2．一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如下圖所示，圖中有機廢水中有機物可用C6H10O5表示。下列有關說法正確的是（   ）A．b電極為該電池的負極B．b電極附近溶液的pH減小C．a電極反應式：C6H10O5－24e－+ 7H2O===6CO2↑+ 24H+ D．中間室：Na+ 移向左室，Cl－移向右室【解析】b電極上硝酸根離子得電子生成N2，發(fā)生還原反應，故b電極應為正極，A錯誤；b電極反應 式：2NO+ 10e－+ 6H2O===N2↑+ 12OH－，故b電極附近溶液的pH增大，B錯誤；原電池工作時陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，D錯誤。【答案】C典例3．一個完整的氧化還原反應方程式可以拆開，寫成兩個“半反應式”，一個是“氧化反應式”，一個是“還原反應式”。如2Fe3+ Cu===2Fe2+ Cu2，可拆寫為氧化反應式：Cu－2e－===Cu2，還原反應式：2Fe3+2e－===2Fe2。據此，回答下列問題：（1）將反應3Cu+ 8H+2NO===3Cu2+ 2NO↑+ 4H2O拆寫為兩個“半反應式”，還原反應式：____________________________________________。（2）此原理可用于電化學。鋅-錳堿性電池廣泛應用于日常生活，電池的總反應式為Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l)===Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)。該電池的正極反應式為___________________________________。【解析】（1）反應3Cu+ 8H+ 2NO===3Cu2+ 2NO↑+ 4H2O，其中Cu元素的化合價升高，被氧化，N元素的化合價降低，被還原，還原反應式為8H+ 2NO+ 6e－===2NO↑+ 4H2O；（2）電池的總反應式為Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l) ===Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)，其中錳元素的化合價降低，發(fā)生還原反應，該電池的正極反應式為2MnO2+ 2H2O+ 2e－===2MnOOH+ 2OH－【答案】（1）8H+ 2NO+ 6e－===2NO↑+ 4H2O（2）2MnO2+ 2H2O+ 2e－===2MnOOH+ 2OH－1．某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是（   ）(鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液)A．Fe作正極，發(fā)生氧化反應B．負極反應：2H+ 2e－===H2↑C．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變D．工作一段時間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大【解析】此原電池的負極是鐵，發(fā)生氧化反應，正極是石墨，H在此發(fā)生還原反應，右池中氫離子在石 墨棒上被還原為H2不斷逸出，使溶液酸性減弱，所以溶液的pH有變化。【答案】D2．如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有大小相同、質量相等的空心銅球和空心鐵球，調節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中分別滴入CuSO4濃溶液和FeSO4濃溶液。一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中，不考慮兩球的浮力變化)（   ）A．杠桿為導體或絕緣體時，均為A端高B端低B．杠桿為導體或絕緣體時，均為A端低B端高C．當杠桿為導體時，A端低B端高D．當杠桿為導體時，A端高B端低【解析】當杠桿為導體時，構成原電池，Fe球作負極，Cu球作正極，電極反應式分別為負極：Fe－2e===Fe2，正極：Cu2+ 2e－===Cu，銅球質量增加，鐵球質量減少，杠桿A端低B端高。【答案】D3．某同學做如下實驗：裝置圖1圖2現象電流表指針未發(fā)生偏轉電流表指針發(fā)生偏轉下列說法正確的是（   ）A．“電流表指針未發(fā)生偏轉”，說明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ均未被腐蝕B．用K3[Fe(CN)3]溶液檢驗鐵片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判斷電池的正、負極C．鐵片Ⅰ、Ⅲ所處的電解質溶液濃度相同，二者的腐蝕速率相等D．鐵片Ⅳ的電極反應式為Fe－3e－===Fe3+ 【解析】對比兩個鹽橋的雙液裝置，圖1中因兩溶液中氯化鈉的濃度相等，因此發(fā)生的是普通的化學腐蝕，且腐蝕速率相等。圖2中因兩溶液中氯化鈉的濃度不相等，因此發(fā)生的是電化學腐蝕，且濃度大的  一極是負極，發(fā)生的反應是Fe－2e－===Fe2+ ，可以用K3[Fe(CN)3]檢驗Fe2+ 的存在，若產生藍色沉淀，就證明含有Fe2+ ，B正確。【答案】B4．利用人工光合作用合成甲酸的原理為2CO2+ 2H2O2HCOOH+ O2，裝置如下圖所示。下列說法不正確的是（   ）A．該裝置將太陽能轉化為化學能和電能B．電極1周圍pH增大C．電極2上發(fā)生的反應為CO2+2H+ +2e－===HCOOHD．H+ 由電極1室經過質子膜流向電極2室【解析】在太陽能作用下CO2和H2O轉化為HCOOH和O2，并且有電子流動，太陽能轉化為化學能和電能，A正確；電極1流出電子，反應式是2H2O－4e－===4H+ +O2↑，周圍pH減小，B錯誤；根據總反應方程式推出電極2上發(fā)生的反應為CO2+2H+ +2e－===HCOOH，C正確；電極1反應產生H+ ，電極2反應消耗H+ ，故H+ 由電極1室經過質子膜進入電極2室，D正確。【答案】B5．我國科學家研發(fā)出一種新型的鋰離子電池，放電時有關離子轉化關系如下圖所示，下列說法正確的是（   ）A．Li+ 透過膜除允許 Li+ 通過外，還允許H2O分子通過B．放電時，進入貯罐的液體發(fā)生反應：S2O+ 2Fe2+ ===2Fe3+ + 2SOC．充電時，鈦電極與外電源的負極相連D．充電時，電池內部發(fā)生的總反應為 Li+ Fe3+ === Li+ + Fe2+  【解析】Li+ 透過膜只允許Li+ 通過，故A錯誤；鈦電極是電池的正極，充電時，應該與外電源的正極相連，故C錯誤；放電時電池總反應為Li+ Fe3+ ===Li+ +Fe2+ ，則充電時發(fā)生的總反應為Li+ +Fe2+ Li+Fe3+ ，故D錯誤。【答案】B6．一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是（   ）A．電池的正極反應為H2O2+ 2e－===2OH－B．電池放電時Na+ 從a極區(qū)移向b極區(qū)C．電子從電極b經外電路流向電極aD．b極室的輸出液經處理后可輸入a極室循環(huán)利用【解析】由圖分析可知，通入a電極的為BH，其中的B失電子，化合價升高，生成BO，因此a為電池的負極。b為電池的正極，H2O2中O由?1價降到－2價發(fā)生還原反應，反應式為H2O2+ 2e===2OH，A正確；原電池工作時，電解質溶液中的陽離子由負極區(qū)向正極區(qū)移動，B正確；電子由負極流出，正極流入，即a→b，C錯誤；正極區(qū)產生的OH－經處理后輸入a極室可循環(huán)使用，D正確。【答案】C7．“直接煤燃料電池”能夠將煤中的化學能高效、清潔地轉化為電能。用熔融Na2CO3作電解質的直接煤燃料電池的工作原理如下圖所示。下列有關說法正確的是（   ）A．該電池的總反應為C+ O2===CO2B．煤直接燃燒發(fā)電比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率高C．進入反應室的煤塊粉碎成粉末狀對反應速率和限度均無影響D．電子由電極b沿導線流向電極a，入口A加入的物質為煤粉 【解析】A項，在原電池中陰離子移向電源負極，由圖中CO移向左邊可知a為負極，電極反應為C+2CO－4e－===3CO2，b為正極，電極反應為O2+ 2CO2+4e－===2CO，所以該電池的總反應為C+O2===CO2，故A正確；B項，煤直接燃燒發(fā)電會有部分化學能轉變?yōu)闊崮?、光能，所以比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率低，故B錯誤；C項，將煤塊粉碎成粉末狀，有利于在電極a附近參與反應，加快了反應速率，故C錯誤；D項，a為負極，電子由負極a沿導線流向正極b，故D錯誤。【答案】A8．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示。下列有關敘述正確的是（   ）A．該燃料電池放電時，正極發(fā)生氧化反應，pH變大B．a極的反應式：N2H4+ 4OH－－4e－===N2↑+ 4H2OC．放電時，電流從a極經過負載流向b極D．其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜【解析】根據原電池的工作原理，正極得電子，發(fā)生還原反應，通空氣的一極為正極，反應式為O2+2H2O+ 4e－===4OH－，pH增大，故A錯誤；通肼的一極為負極，反應式為N2H4+4OH－－4e－===N2↑+4H2O，故B正確；根據原電池的工作原理，電子從負極經外電路流向正極，電流的方向和電子移動的方向相反，即電流從b極經過負載流向a極，故C錯誤；根據電極反應式，OH－應從正極流向負極，交換膜應選用陰離子交換膜，故D錯誤。【答案】B9．微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，下圖是利用一種微生物將廢水中的尿素[CO(NH2)2]轉化為對環(huán)境無害物質的裝置。下列敘述錯誤的是（   ）A．M電極有CO2和N2生成 B．H+ 透過質子交換膜由左向右移動C．微生物促進了反應中電子的轉移D．N電極反應式為O2+2H2O+4e－===4OH－【解析】因為是質子交換膜，因此反應的環(huán)境呈酸性，有O2的一邊(N)是正極反應區(qū)，即O2+ 4H+ + 4e===2H2O。尿素[CO(NH2)2]轉化為對環(huán)境無害物質，M極反應為CO(NH2)2+ H2O－6e－===CO2↑+ N2↑+ 6H+ ，H+ 應該透過質子交換膜由左向右移動；在微生物的作用下，此裝置構成原電池，加速了反應的進行，促進了反應中電子的轉移。綜上，A、B、C正確，D錯誤。【答案】D10．科學家預言，燃料電池是21世紀獲得電能的重要途徑。甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在硫酸電解質溶液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答以下問題：（1）配平電池放電時發(fā)生的化學方程式：CH3OH+____O2―→____CO2+____H2O。（2）在硫酸電解質溶液中，CH3OH失去電子，此電池的正極發(fā)生的反應是___________________，負極發(fā)生的反應是_____________。（3）電解質溶液中的H+ 向________極移動，向外電路釋放電子的電極是________極。【解析】（1）根據得失電子守恒配平反應方程式，注意CH3OH中的H顯+1價，O顯－2價。（2）電極反應的書寫應注意電解質溶液，本題給出的是酸性溶液。(3)由電極反應可知，H+ 在正極被消耗，在負極生成，所以H+ 向正極移動。【答案】（1）2　3　2　4　（2）3O2+12H+ +12e－===6H2O2CH3OH+2H2O?12e－===2CO2+12H+ 　（3）正　負11．用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO)已成為環(huán)境修復研究的熱點之一。（1）Fe還原水體中NO的反應原理如圖所示。作負極的物質是________。正極的電極反應式是______________。 （2）將足量鐵粉投入水體中，經24小時測定NO的去除率和pH，結果如下：初始pHpH＝2.5pH＝4.5NO的去除率接近100%<50%24小時pH接近中性接近中性鐵的最終物質形態(tài)pH＝4.5時，NO的去除率低，其原因是_________________________。【解析】（1）根據圖可知，Fe失電子，使NO還原為NH，故Fe作負極，結合電子守恒、電荷守恒和元素守恒寫出正極的電極反應式：NO+8e－+10H+ ===NH+3H2O。（2）pH越大，Fe3+ 越容易水解生成不導電的FeO(OH)，阻礙反應進行，所以NO去除率低；pH越小，越容易生成疏松、能導電的Fe3O4，所以NO去除率高。【答案】（1）Fe　NO+8e－+10H+ ===NH+3H2O（2）pH越大，Fe3+越易水解成FeO(OH)，FeO(OH)不導電，阻礙電子轉移12．鋰電池應用越來越廣泛，大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其正極(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。其工作原理如圖，電池總反應為4Li+O2+2H2O===4LiOH。請回答下列問題：（1）該電池的正極反應式是_____________________________________________。（2）在負極的有機電解液和正極的水性電解液之間，用只能通過鋰離子的固體電解質隔開，使用該固體電解質的優(yōu)點有___________________________________。（3）正極使用水性電解液的優(yōu)點是______________________________。【解析】（1）O2+2H2O+4e－===4OH－。（2）在負極的有機電解液和空氣極的水性電解液之間，用只能通過鋰離子的固體電解質隔開，既可防止兩種電解液發(fā)生混合，又可防止水和氧氣與負極的鋰金屬發(fā)生反應。 （3）該電池正極若使用非水性電解液，則生成的是固體氧化鋰(Li2O)，而使用水性電解液時，生成的氫氧化鋰(LiOH)溶于水，這樣就不會引起空氣極的碳孔堵塞。【答案】（1）O2+2H2O+4e－===4OH－（2）既可防止兩種電解液混合，又可防止水和氧氣等和負極的鋰金屬發(fā)生反應（3）可防止正極的碳孔堵塞