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易錯(cuò)點(diǎn)12 原電池 瞄準(zhǔn)高考 1．（2018課標(biāo)Ⅱ）我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列說法錯(cuò)誤的是 A. 放電時(shí)，ClO4－向負(fù)極移動(dòng) B. 充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2 C. 放電時(shí)，正極反應(yīng)為：3CO2+4e? ＝2CO32－+C D. 充電時(shí)，正極反應(yīng)為：Na++e?＝Na 【答案】D 2．（2018課標(biāo)Ⅲ）一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x（x=0或1）。下列說法正確的是 A. 放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極 B. 放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C. 充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D. 充電時(shí)，電池總反應(yīng)為Li2O2-x=2Li+（1－）O2 【答案】D 3．（2018北京）驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，實(shí)驗(yàn)如下（燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液）。 ① ② ③ 在Fe表面生成藍(lán)色沉淀 試管內(nèi)無明顯變化 試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀 下列說法不正確的是 A. 對比②③，可以判定Zn保護(hù)了Fe B. 對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化 C. 驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法 D. 將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑 【答案】D 【解析】A項(xiàng)，對比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]無明顯變化，②Fe附近的溶液中不含F(xiàn)e2+，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，③Fe附近的溶液中含F(xiàn)e2+，②中Fe被保護(hù)，A項(xiàng)正確；B項(xiàng)，①加入K3[Fe（CN）6]在Fe表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，F(xiàn)e表面產(chǎn)生了Fe2+，對比①②的異同，①可能是K3[Fe（CN）6]將Fe氧化成Fe2+，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，對比①②，①加入K3[Fe（CN）6]在Fe表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，①也能檢驗(yàn)出Fe2+，不能用①的方法驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，由實(shí)驗(yàn)可知K3[Fe（CN）6]可能將Fe氧化成Fe2+，將Zn換成Cu不能用①的方法證明Fe比Cu活潑，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4．（2017課標(biāo)Ⅲ）全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應(yīng)為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列說法錯(cuò)誤的是 A．電池工作時(shí)，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4 B．電池工作時(shí)，外電路中流過0.02 mol電子，負(fù)極材料減重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性 D．電池充電時(shí)間越長，電池中的Li2S2量越多 【答案】D 鎖定考點(diǎn) 一．原電池工作原理 1．工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例) 2．原電池電極的判斷 3. 原電池的負(fù)極 一般，在原電池反應(yīng)中活潑金屬作負(fù)極包含兩層含義： (1) “活潑”是指相對活潑而不是絕對活潑。 (2) 在大部分原電池反應(yīng)中，金屬活動(dòng)性較強(qiáng)的一極作負(fù)極，另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外，例如： ① 冷的濃硝酸作電解質(zhì)溶液，金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時(shí)，鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化，金屬活動(dòng)性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)作負(fù)極。 ② NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎂與金屬鋁作電極時(shí)，因鋁能與NaOH溶液反應(yīng)，作負(fù)極，而金屬活動(dòng)性強(qiáng)的鎂只能作正極。 4. 原電池的設(shè)計(jì) 從理論上講，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ⑴ 負(fù)極(還原性較強(qiáng)的物質(zhì))； ⑵ 正極是活動(dòng)性較差的金屬或能導(dǎo)電的非金屬； ⑶ 電解質(zhì)溶液：兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極。 二．原電池原理的應(yīng)用 1．加快氧化還原反應(yīng)的速率 例如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 3．設(shè)計(jì)化學(xué)電池 例如：以Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu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)極和正極的電極反應(yīng)式。 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋， 正極：Cu2+＋2e－===Cu。 (2) 確定電極材料 若發(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；若發(fā)生氧化反應(yīng)的為氣體(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)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用Fe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CuCl2溶液作電解液。 (4) 構(gòu)成閉合回路：將電極用導(dǎo)線連接，使之構(gòu)成閉合回路。 4．電化學(xué)防護(hù)：犧牲陽極的陰極保護(hù)法——利用原電池原理 ① 負(fù)極(陽極)是作保護(hù)材料的金屬； ② 正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。 三．電極反應(yīng)式的書寫 總的原則同化學(xué)方程式的書寫：先寫反應(yīng)物，再寫生成物，根據(jù)化合價(jià)標(biāo)出得失電子數(shù)，再根據(jù)電荷守恒和物料守恒配平，同時(shí)注意溶液的酸堿性。 1. 先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 2. 注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH－，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水。 3. 正、負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。 4. 燃料電池電極反應(yīng)中，酸性溶液中不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中不能出現(xiàn)H＋，水溶液中不能出現(xiàn) O2－，而熔融電解質(zhì)中O2被還原為O2－。 小題快練 1．根據(jù)圖判斷下列說法錯(cuò)誤的是 A． 鹽橋中的陽離子會(huì)移向a池 B． Fe為正極，電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－2H2O C． 電池總反應(yīng)為2Zn＋O2＋2H2O2Zn2＋＋4OH－ D． 該裝置中通入的N2可用氬氣來代替 【答案】B 2．利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機(jī)的理想方法之一。某研究小組設(shè)計(jì)了如下圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光分解水制氫。反應(yīng)過程中所需的電能由太陽能光電池提供，下列說法正確的是（ ） A． 反應(yīng)體系中I2和Fe2+可循環(huán)使用 B． 光電池是原電池 C． 光催化反應(yīng)池中的反應(yīng)方程式為：2I—+2Fe3+ I2+2Fe2+ D． 進(jìn)入電解池B的溶液與從電解池B排出的溶液pH相同 【答案】A 【解析】電解池A中反應(yīng)為2H++2I-H2↑+I2，電解池B中反應(yīng)為4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2↑，光催化反應(yīng)池中的反應(yīng)為I2+2Fe2+2Fe3++2I-。A，循環(huán)過程中總反應(yīng)為2H2O2H2↑+O2↑，I2和Fe2+可循環(huán)使用，A項(xiàng)正確；B，光電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不是原電池，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C，光催化反應(yīng)池中反應(yīng)方程式為I2+2Fe2+2Fe3++2I-，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D，電解池B中反應(yīng)為4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2↑，進(jìn)入電解池B的溶液的pH大于從電解池B排出的溶液的pH，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．某原電池以銀、鉑為電極，用含Ag+的固體作電解質(zhì),Ag+可在固體電解質(zhì)中自由移動(dòng)。電池反應(yīng)為2Ag+Cl2=2AgCl。利用該電池可以測定空氣中Cl2的含量。下列說法錯(cuò)誤的是 A． 空氣中c(Cl2)越大,消耗Ag的速率越大 B． 電子移動(dòng)方向：銀→固體電解質(zhì)→鉑 C． 電池工作時(shí)電解質(zhì)中Ag+總數(shù)保持不變 D． 鉑極的電極反應(yīng)式為Cl2+2e-+2Ag+=2AgCl 【答案】B 4．下列裝置為某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的 Cu－Zn 原電池，關(guān)于其說法錯(cuò)誤的是 A． 裝置甲中電子流動(dòng)方向?yàn)椋篫n→電流表→Cu B． 裝置乙比裝置甲提供的電流更穩(wěn)定 C． 裝置乙鹽橋中可用裝有瓊膠的 Na2CO3飽和溶液 D． 若裝置乙中鹽橋用鐵絲替代，反應(yīng)原理發(fā)生改變 【答案】C 【解析】A，裝置甲中，Zn作原電池的負(fù)極，Cu作原電池的正極，電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，故A正確；B、裝置乙使用了鹽橋，起著平衡電荷的作用，比裝置甲提供的電流穩(wěn)定，故B正確；C、裝置乙鹽橋中若用 Na2CO3飽和溶液代替KCl飽和溶液，則電池工作時(shí)，CO32-移向ZnSO4溶液，Zn2+和CO32-發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀堵塞鹽橋，不能形成閉合回路，使原電池停止工作，故C錯(cuò)誤；D、若裝置乙中鹽橋用鐵絲替代，右側(cè)中形成Fe、Cu和硫酸銅溶液的原電池，左側(cè)為電解池，反應(yīng)原理發(fā)生改變，故D正確。 5．如圖所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動(dòng)吹氣流量偵測與控制的功能，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場酒精檢測，下列說法不正確的是 A． 電流由O2所在的鉑電極經(jīng)外電路流向另一電極 B． O2所在的鉑電極處發(fā)生還原反應(yīng) C． 該電池的負(fù)極反應(yīng)式為：CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+ D． 微處理器通過檢測電流大小而計(jì)算出被測氣體中酒精的含量 【答案】C 6．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。下列有關(guān)說法正確的是 A． 正極反應(yīng)式： B． 放電過程中，向負(fù)極移動(dòng) C． 常溫時(shí)，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì)，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D． 每轉(zhuǎn)移0．1mol電子，理論上生成10．35gPb 【答案】D 【解析】A.正極發(fā)生還原反應(yīng),電極方程式為PbSO4+2e-+2Li+=Li2SO4+Pb，故A錯(cuò)誤； B.放電過程中陽離子向正極移動(dòng)，Li+向正極移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；C.常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài)，離子不能移動(dòng)，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)，故C錯(cuò)誤；D.根據(jù)電極方程式PbSO4+2e-+2Li+=Li2SO4+Pb，可以知道每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成0.05molPb，質(zhì)量為10.35g，所以D選項(xiàng)是正確的。 7．下圖是采用新能源儲(chǔ)能器件將CO2轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)CO2的固定和儲(chǔ)能靈活應(yīng)用的裝置。儲(chǔ)能器件使用Li-CO2電池，組成為：釕電極/CO2飽和的LiClO4-DMSO電解液/鋰片。下列說法不正確的是 A． Li-CO2電池的電解液由LiClO4和DMSO溶于水得到 B． CO2的固定中，每轉(zhuǎn)移8 mol e-，生成6 mol氣體 C． 過程Ⅱ中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 D． 過程Ⅰ的釕電極的電極反應(yīng)式為2Li2CO3+C-4e-═4Li++3CO2↑ 【答案】A 8．一種新型的電池，總反應(yīng)為: 3Zn+2FeO42－+8H2O=2Fe(OH)3↓+3Zn(OH)2↓+4OH—，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是 A． Zn極是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) B． 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的pH增大 C． 電子由Zn極流出到石墨電極，再經(jīng)過溶液回到Zn極，形成回路 D． 石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為：FeO42—+3e—+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH— 【答案】C 9．下列關(guān)于銅鋅原電池（如圖所示）的說法正確的是（　?。? A． Zn是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) B． Cu是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) C． 銅片上有氣體逸出 D． 電子由銅片通過導(dǎo)線流向鋅片 【答案】C 【解析】A.該裝置是原電池,Zn易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極、Cu作正極,故A錯(cuò)誤; B.Cu作正極,發(fā)生還原反應(yīng),故B錯(cuò)誤；C.銅是正極,氫離子在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng):2H++2e-=H2↑,所以C選項(xiàng)是正確；D.負(fù)極上失電子、正極上得電子,該裝置中Zn是負(fù)極、Cu是正極,所以電子從Zn沿導(dǎo)線流向正極Cu,故D錯(cuò)誤。 10．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知，氧化性：Cr2O72－＞Fe3＋，設(shè)計(jì)了如圖所示的鹽橋原電池。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是 A． 甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng) B． 外電路的電流方向是從b到a C． 電池工作時(shí)，鹽橋中的SO42—移向乙燒杯 D． 乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為：2Cr3＋＋7H2O－6e－=Cr2O72－＋14H＋ 【答案】B 11．如圖裝置(Ⅰ)為一種可充電電池的示意圖，其中的離子交換膜只允許K+通過，該電池放電、充電的化學(xué)方程式為2K2S2+KI3K2S4 +3KI。裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖，當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，電極X附近溶液先變紅。則閉合K時(shí)，下列說法不正確的是( ) A． K+從左到右通過離子交換膜 B． 電極A上發(fā)生的反應(yīng)為I3-+2e-=3I- C． 電極Y上發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-=Cl2↑ D． 當(dāng)有0.1 molK+通過離子交換膜，X電極上產(chǎn)生1.12L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況) 【答案】B 【解析】當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，X附近溶液先變紅，即X附近有氫氧根生成，所以在X極上得電子析出氫氣，X極是陰極，Y極是陽極。與陰極連接的是原電池的負(fù)極，所以A極是負(fù)極，B極是正極。則A、閉合K時(shí)，A是負(fù)極，B是正極，電子從A極流向B極，根據(jù)異性電荷相吸原理可知K+從左到右通過離子交換膜，A正確；B、閉合K時(shí)，A是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2S22--2e-＝S42-，B錯(cuò)誤；C、閉合K時(shí)，Y極是陽極，在陽極上溶液中的氯離子放電生成氯氣，所以電極反應(yīng)式為2Cl--2e-=Cl2↑，C正確；D、閉合K時(shí)，當(dāng)有0.1molK+通過離子交換膜，即有0.1mol電子產(chǎn)生，根據(jù)氫氣與電子的關(guān)系式知，生成氫氣的物質(zhì)的量是0.05mol，體積為1.12L(標(biāo)況下)，D正確。 12．以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示．關(guān)于該電池的敘述不正確的是（ ） A． 該電池能夠在高溫下工作 B． 電池的負(fù)極反應(yīng)為：C6H12O6＋6H2O－24e－＝6CO2＋24H+ C． 放電過程中，質(zhì)子（H+）從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移 D． 在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L 【答案】A 13．目前，科學(xué)家提出了一種經(jīng)濟(jì)而且理想的獲得氫能源的循環(huán)體系(如圖)。關(guān)于此循環(huán)體系，下列說法中錯(cuò)誤的是( ) A． 燃料電池能夠使化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能 B． 燃料電池中通入H2的一極作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) C． 在此循環(huán)中發(fā)生了反應(yīng):2H2O 2H2↑+ O2↑ D． 目前化學(xué)家急需解決的問題是尋找合適的光照條件下分解水的催化劑 【答案】C 【解析】氫氧燃料電池的負(fù)極通入H2，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極通入O2，發(fā)生還原反應(yīng)，故B正確。原電池都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故A正確。推廣氫能的關(guān)鍵是尋找合適的催化劑，利用太陽能分解水。 14．利用人工模擬光合作用合成甲酸的原理為：2CO2+2H2O 2HCOOH+O2，裝置如圖所示，下列說法不正確的是（　 ?。? A． 電子由電極1經(jīng)過負(fù)載流向電極2 B． 若將質(zhì)子膜換成陰離子交換膜，該電池依然能夠正常工作 C． 電極2的反應(yīng)式：CO2+2H++2e﹣=HCOOH D． 該裝置能將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能 【答案】B 15．某同學(xué)利用右圖實(shí)驗(yàn)裝置探究鹽橋式原電池的工作原理，鹽橋中除添加瓊脂外,還要添加KCl的飽和溶液。下列敘述正確的是( ) A． 導(dǎo)線中電子流向?yàn)閎→a B． 電池工作時(shí)，電流方向a→b C． 電池工作時(shí)，鹽橋中的K+向右側(cè)燒杯移動(dòng),Cl-向左側(cè)燒杯移動(dòng) D． 電池工作時(shí)，鹽橋中的K+向左側(cè)燒杯移動(dòng),Cl-向右側(cè)燒杯移動(dòng) 【答案】C 【解析】鋅銅原電池中，鋅比銅活潑，故鋅為負(fù)極，銅為正極。A. 原電池中，電子由負(fù)極流向正極，導(dǎo)線