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2019届高考化学专题二十《原电池的电极方程式》精准培优专练(含答案)

1、培优点二十 原电池的电极方程式典例 1实验发现,298K 时,在 FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe 3 立即被还原+成 Fe2 。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法+正确的是( )A该原电池的正极反应是 Zn2e =Zn2 +B左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C该电池铂电极上有气泡出现D该电池总反应为 3Zn+ 2Fe3 =2Fe+ 3Zn2+ +【解析】该电池的总反应为 Zn+ 2Fe3 =2Fe2 + Zn2 ,所以左烧杯 Pt为正极,+ + +电极反应为 Fe3 + e =Fe2 ,右烧杯 Zn为负极,电极反应为 Zn2e =Zn2 。由+ + +于左烧

2、杯中的 Fe3 被还原为 Fe2 ,所以左烧杯中溶液的红色逐渐褪去。+ +【答案】B典例 2一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如下图所示,图中有机废水中有机物可用 C6H10O5表示。下列有关说法正确的是( )Ab 电极为该电池的负极Bb 电极附近溶液的 pH减小Ca 电极反应式:C 6H10O524e + 7H2O=6CO2+ 24H + D中间室:Na + 移向左室,Cl 移向右室【解析】b 电极上硝酸根离子得电子生成 N2,发生还原反应,故 b电极应为正极,A错误;b 电极反应式:2NO + 10e + 6H2O=N2+ 12OH ,故 b电极附近溶液的 pH增大,3一原电池的电极方

3、程式B错误;原电池工作时阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,D 错误。【答案】C典例 3一个完整的氧化还原反应方程式可以拆开,写成两个“半反应式” ,一个是“氧化反应式” ,一个是“还原反应式” 。如 2Fe3 + Cu=2Fe2 + Cu2 ,可拆写为氧+ + +化反应式:Cu2e =Cu2 ,还原反应式:2Fe 3 +2e =2Fe2 。据此,回答下列问+ + +题:(1)将反应 3Cu+ 8H +2NO =3Cu2 + 2NO+ 4H 2O拆写为两个“半反应式” ,还+ 3 +原反应式:_。(2)此原理可用于电化学。锌锰碱性电池广泛应用于日常生活,电池的总反应式为Zn(s)+ 2MnO2

4、(s)+ 2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s)。该电池的正极反应式为_。【解析】 (1)反应 3Cu+ 8H + 2NO =3Cu2 + 2NO+ 4H2O,其中 Cu元素的化合+ 3 +价升高,被氧化,N 元素的化合价降低,被还原,还原反应式为 8H + 2NO + + 36e =2NO+ 4H2O;(2)电池的总反应式为 Zn(s)+ 2MnO2(s)+ 2H2O(l) =Zn(OH)2(s)+ 2MnOOH(s),其中锰元素的化合价降低,发生还原反应,该电池的正极反应式为 2MnO2+ 2H2O+ 2e =2MnOOH+ 2OH【答案】 (1)8H + 2NO +

5、6e =2NO+ 4H 2O+ 3(2)2MnO 2+ 2H2O+ 2e =2MnOOH+ 2OH1某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )(盐桥中装有含琼胶的 KCl饱和溶液)AFe 作正极,发生氧化反应B负极反应:2H + 2e =H2+C工作一段时间后,两烧杯中溶液 pH均不变D工作一段时间后,NaCl 溶液中 c(Cl )增大【解析】此原电池的负极是铁,发生氧化反应,正极是石墨,H 在此发生还原反应,+二对点增分集训右池中氢离子在石墨棒上被还原为 H2不断逸出,使溶液酸性减弱,所以溶液的 pH有变化。【答案】D2如图所示,杠杆 AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铜球和空

6、心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中分别滴入 CuSO4浓溶液和 FeSO4浓溶液。一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中,不考虑两球的浮力变化)( )A杠杆为导体或绝缘体时,均为 A端高 B端低B杠杆为导体或绝缘体时,均为 A端低 B端高C当杠杆为导体时,A 端低 B端高D当杠杆为导体时,A 端高 B端低【解析】当杠杆为导体时,构成原电池,Fe 球作负极,Cu 球作正极,电极反应式分别为负极:Fe2e =Fe2 ,正极:Cu 2 + 2e =Cu,铜球质量增加,铁球质量减少, + +杠杆 A端低 B端高。【答案】D3某同学做如下实验:装置图 1 图 2现象

7、 电流表指针未发生偏转 电流表指针发生偏转下列说法正确的是( )A “电流表指针未发生偏转” ,说明铁片、铁片均未被腐蚀B用 K3Fe(CN)3溶液检验铁片、附近溶液,可判断电池的正、负极C铁片、所处的电解质溶液浓度相同,二者的腐蚀速率相等D铁片的电极反应式为 Fe3e =Fe3+ 【解析】对比两个盐桥的双液装置,图 1中因两溶液中氯化钠的浓度相等,因此发生的是普通的化学腐蚀,且腐蚀速率相等。图 2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等,因此发生的是电化学腐蚀,且浓度大的一极是负极,发生的反应是 Fe2e =Fe2+ ,可以用 K3Fe(CN)3检验 Fe2+ 的存在,若产生蓝色沉淀,就证明含有 Fe

8、2+ ,B 正确。【答案】B4利用人工光合作用合成甲酸的原理为 2CO2+ 2H2O 2HCOOH+ O2,装置如下 太 阳 能 光 触 媒图所示。下列说法不正确的是( )A该装置将太阳能转化为化学能和电能B电极 1周围 pH增大C电极 2上发生的反应为 CO2+2H+ +2e =HCOOHDH + 由电极 1室经过质子膜流向电极 2室【解析】在太阳能作用下 CO2和 H2O转化为 HCOOH和 O2,并且有电子流动,太阳能转化为化学能和电能,A 正确;电极 1流出电子,反应式是 2H2O4e =4H+ +O2,周围 pH减小,B 错误;根据总反应方程式推出电极 2上发生的反应为 CO2+2H

9、+ +2e =HCOOH,C 正确;电极 1反应产生 H+ ,电极 2反应消耗 H+ ,故 H+ 由电极 1室经过质子膜进入电极 2室,D正确。【答案】B5我国科学家研发出一种新型的锂离子电池,放电时有关离子转化关系如下图所示,下列说法正确的是( )ALi + 透过膜除允许 Li + 通过外,还允许 H2O分子通过B放电时,进入贮罐的液体发生反应:S 2O + 2Fe2+ =2Fe3+ + 2SO28 24C充电时,钛电极与外电源的负极相连D充电时,电池内部发生的总反应为 Li+ Fe 3+ = Li+ + Fe2+ 【解析】Li + 透过膜只允许 Li+ 通过,故 A错误;钛电极是电池的正极

10、,充电时,应该与外电源的正极相连,故 C错误;放电时电池总反应为 Li+ Fe3+ =Li+ +Fe2+ ,则充电时发生的总反应为 Li+ +Fe2+ Li+Fe3+ ,故 D错误。= = = = =通 电 【答案】B6一种以 NaBH4和 H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )A电池的正极反应为 H2O2+ 2e =2OHB电池放电时 Na+ 从 a极区移向 b极区C电子从电极 b经外电路流向电极 aDb 极室的输出液经处理后可输入 a极室循环利用【解析】由图分析可知,通入 a电极的为 BH ,其中的 B失电子,化合价升高,生成4BO ,因此 a为电池的负极。b

11、为电池的正极,H 2O2中 O由 1价降到2 价发生还原反应,2反应式为 H2O2+ 2e =2OH ,A 正确;原电池工作时,电解质溶液中的阳离子由负极区向 正极区移动,B 正确;电子由负极流出,正极流入,即 ab,C 错误;正极区产生的 OH经处理后输入 a极室可循环使用,D 正确。【答案】C7 “直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能。用熔融 Na2CO3作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是( )A该电池的总反应为 C+ O2=CO2B煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高C进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响D电

12、子由电极 b沿导线流向电极 a,入口 A加入的物质为煤粉【解析】A 项,在原电池中阴离子移向电源负极,由图中 CO 移向左边可知 a为负23极,电极反应为 C+2CO 4e =3CO2,b 为正极,电极反应为 O2+ 2CO2+4e =2CO ,23 23所以该电池的总反应为 C+O2=CO2,故 A正确;B 项,煤直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能,所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低,故 B错误;C 项,将煤块粉碎成粉末状,有利于在电极 a附近参与反应,加快了反应速率,故 C错误;D 项,a 为负极,电子由负极 a沿导线流向正极 b,故 D错误。【答案】A8液体燃料电池相比于气体

13、燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N 2H4)为燃料的电池装置如下图所示。下列有关叙述正确的是( )A该燃料电池放电时,正极发生氧化反应,pH 变大Ba 极的反应式:N 2H4+ 4OH 4e =N2+ 4H 2OC放电时,电流从 a极经过负载流向 b极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜【解析】根据原电池的工作原理,正极得电子,发生还原反应,通空气的一极为正极,反应式为 O2+2H2O+ 4e =4OH ,pH 增大,故 A错误;通肼的一极为负极,反应式为N2H4+4OH 4e =N2+4H 2O,故 B正确;根据原电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极,电流的方向和电子移动的方向

14、相反,即电流从 b极经过负载流向 a极,故 C错误;根据电极反应式,OH 应从正极流向负极,交换膜应选用阴离子交换膜,故 D错误。【答案】B9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,下图是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH 2)2转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是( )AM 电极有 CO2和 N2生成BH + 透过质子交换膜由左向右移动C微生物促进了反应中电子的转移DN 电极反应式为 O2+2H2O+4e =4OH【解析】因为是质子交换膜,因此反应的环境呈酸性,有 O2的一边(N)是正极反应区,即 O2+ 4H+ + 4e =2H2O。尿素 CO(NH2)2转化为

15、对环境无害物质,M 极反应为 CO(NH2)2+ H2O6e =CO2+ N 2+ 6H + ,H + 应该透过质子交换膜由左向右移动;在微生物的作用下,此装置构成原电池,加速了反应的进行,促进了反应中电子的转移。综上,A、B、C 正确,D错误。【答案】D10科学家预言,燃料电池是 21世纪获得电能的重要途径。甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂,在硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。试回答以下问题:(1)配平电池放电时发生的化学方程式:CH3OH+_O2 _CO 2+_H2O。(2)在硫酸电解质溶液中,CH 3OH失去电子,此电池的正极发生的反应是_,负极发生的

16、反应是_。(3)电解质溶液中的 H+ 向_极移动,向外电路释放电子的电极是_极。【解析】 (1)根据得失电子守恒配平反应方程式,注意 CH3OH中的 H显+1 价,O 显2 价。 (2)电极反应的书写应注意电解质溶液,本题给出的是酸性溶液。(3)由电极反应可知,H + 在正极被消耗,在负极生成,所以 H+ 向正极移动。【答案】 (1)2 3 2 4 (2)3O 2+12H+ +12e =6H2O2CH3OH+2H2O12e =2CO2+12H+ (3)正 负11用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO )已成为环境修复研究的热点之一。3(1)Fe 还原水体中 NO 的反应原理如图所示。3作负极

17、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 NO 的去除率和 pH,结果如下:3初始 pH pH2.5 pH4.5NO 的去除率3 接近 100% 50%24小时 pH 接近中性 接近中性铁的最终物质形态pH4.5 时,NO 的去除率低,其原因是_。3【解析】 (1)根据图可知,Fe 失电子,使 NO 还原为 NH ,故 Fe作负极,结合电子3 4守恒、电荷守恒和元素守恒写出正极的电极反应式:NO +8e +10H+ =NH +3H2O。 (2)pH3 4越大,Fe 3+ 越容易水解生成不导电的 FeO(OH),阻碍反应进行,所以 NO 去除率低;pH 越3

18、小,越容易生成疏松、能导电的 Fe3O4,所以 NO 去除率高。3【答案】 (1)Fe NO +8e +10H+ =NH +3H2O3 4(2)pH 越大,Fe 3+越易水解成 FeO(OH),FeO(OH)不导电,阻碍电子转移12锂电池应用越来越广泛,大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其正极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。其工作原理如图,电池总反应为 4Li+O2+2H2O=4LiOH。请回答下列问题:(1)该电池的正极反应式是_。(2)在负极的有机电解液和正极的水性电解液之间,用只能通过锂离子的固体电解质隔开,使用该固体电解质的优点有_。(3)正极使用水性电解液的优点是_。【解析】 (1)O 2+2H2O+4e =4OH 。 (2)在负极的有机电解液和空气极的水性电解液之间,用只能通过锂离子的固体电解质隔开,既可防止两种电解液发生混合,又可防止水和氧气与负极的锂金属发生反应。(3)该电池正极若使用非水性电解液,则生成的是固体氧化锂(Li 2O),而使用水性电解液时,生成的氢氧化锂(LiOH)溶于水,这样就不会引起空气极的碳孔堵塞。【答案】 (1)O 2+2H2O+4e =4OH(2)既可防止两种电解液混合,又可防止水和氧气等和负极的锂金属发生反应(3)可防止正极的碳孔堵塞