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原创高考真题汇编选修原电池
原创-高考真题汇编-选修..-原电池
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考纲要求
⑧了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
了解常见化学电源的种类及其工作原理。
⑨理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
【2013高考】
(2013新课标Ⅰ卷)银制器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。
根据电化学原理可进行如下处理:
在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。
下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
【答案】B
【解析】A错,银器放在铝制容器中,由于铝的活泼性大于银,故铝为负极,失电子,银为正极,银表面的Ag2S得电子,析出单质银附着在银器的表面,故银器质量增加;
C错,Al2S3在溶液中不能存在,会发生双水解反应生成H2S和Al(OH)3;
D错,黑色褪去是Ag2S转化为Ag而不是AgCl
(2013新课标Ⅱ)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之
间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三个铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-=Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
【答案】B
【解析】考察原电池原理。
负极是液体金属Na,电极反应式为:
Na-e-===Na+;正极是Ni,电极反应式为NiCl2+2e-=Ni+2Cl-;总反应是2Na+NiCl2=2NaCl+Ni。
所以A、C、D正确,B错误。
(2013新课标北京卷)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是
A.水中的钢闸门连接电源的负极B.金属护拦表面涂漆
C.汽水底盘喷涂高分子膜D.地下钢管连接镁块
【答案】A
【解析】
A、钢闸门连接电源的负极,为电解池的阴极,被保护,属于外加电流的阴极保护法,故正确;
BC、是金属表面覆盖保护层,隔绝空气,故错误
D镁比铁活泼,构成原电池,铁为正极,被保护,是牺牲阳极的阴极保护法,故错误。
(2013全国新课标卷1)28.二甲醚(CH3OCH3)可作为一种新型能源。
二甲醚直接燃料电池具有启动快,效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池(5.93kW·h·kg-1),若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_______________。
一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生_______个电子的电量;该电池理论输出电压1.20V,能量密度E=_____(列式计算,能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW·h=3.6×105J)
CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+;12
(2013全国新课标卷1)27.锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)
回答下列问题:
⑴LiCoO2中,Co元素的化合价为_____________________________。
⑵写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式___________________________________。
⑶“酸浸”一般在80oC下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式__________________;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是__________________。
⑷写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_____________________________。
⑸充放电过程中发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式___________________。
⑹上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收。
其原因是_______________________。
在整个回收工艺中,可回收的金属化合物有______________________________(填化学式)。
【解析】
(1)Li和O元素的化合价分别是+1和-2价,所以该化合物中Co的化合价是+(2×2-1)=+3价。
(2)正极材料中的金属铝能和氢氧化钠溶液反应,反应的离子方程式是2Al+2OH—+6H2O=2Al(OH)4—+3H2↑。
(3)根据后面流程可知,有CoSO4生成,这说明在反应中LiCoO2是氧化剂,双氧水是还原剂,因此该反应的化学方程式是2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;在反应中双氧水是过量的,则过量的双氧水还会发生自身的氧化还原反应,即2H2O2
2H2O+O2↑;如果用盐酸代替,则氯化氢能被氧化生成氯气,会造成环境污染。
(4)根据原子守恒可知,在反应中还应该有硫酸铵、CO2和H2O生成,所以反应的化学方程式是CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑。
(5)根据充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6可知,放电时LixC6在负极失去电子,则Li1-xCoO2在正极得到电子,所以该反应式是Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。
(6)由于放电时Li+从负极中脱出,经电解质向正极移动并进入正极材料中,所以有利于锂在正极的回收;根据工艺流程图可知,在整个回收工艺中,可回收的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。
【答案】
(1)+3
(2)2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)-4+3H2↑
(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O
2H2O2
2H2O+O2↑;有氯气生成,污染较大。
(4)CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C
(6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
本题属于难题,不过仍然逃不脱“负-fu-富,阳-yang-氧”的口诀,反应式还是要进行“(+)+(-)=总反应式子,考虑酸碱性”的写法。
详见答案。
(2013北京)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如下:
①Pt电极上发生的是反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式:
。
【答案】①还原;②NO+O2--2e-=NO2;
【解析】①由工作原理示意图可知,O2在Pt电极发生还原反应生成O2-;
②在O2-参加反应下,NO在NiO电极发生氧化反应生成NO2。
(2013安徽卷)10.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是()
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-=CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
(2013上海卷)糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-3e→Fe3+
C.脱氧过程中碳做原电池负极,电极反应为:
2H2O+O2+4e→4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
【答案】D
【解析】在脱氧过程中,由铁、碳做电极,氯化钠溶液做电解质溶液形成原电池,发生吸氧腐蚀,该过程为放热反应;在脱氧过程中,碳做正极,铁做负极,失电子发生氧化反应生成Fe2+;在脱氧过程中,Fe失电子氧化为Fe2+,Fe2+最终还是被氧气氧化为Fe3+,由电子守恒知消耗氧化剂氧气的体积(标况下)V(O2)=22.4L·mol-1×(3×1.12g/56g·mol-1)/4=336mL。
(2013江苏卷)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。
该电池工作时,下列说法正确的是
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
【答案】C
【解析】本题是电化学基础的一条简单综合题,着力考查学生对原电池基础知识的理解能力。
A.组成的原电池的负极被氧化,镁为负极,而非正极。
B、C.双氧水作为氧化剂,在石墨上被还原变为水,溶液PH值增大。
D.溶液中Cl-移动方向同外电路电子移动方向一致,应向负极方向移动。
向等知识点。
(2013(四川)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,
放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是。
【答案】Al+3NiO(OH)+H2O==NaAlO2+3Ni(OH)2
(2013·广东理综·33)(17分)化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养。
⑴、能量之间可以相互转化:
电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。
设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:
ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
①完成原电池的装置示意图(见图15),并作相应标注。
要求:
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
②铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极。
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是,其原因
是。
(2)、根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,
在
(2)的材料中应选作阳极。
答案:
(1)C;Cl2、HClO和ClO—;取少量新制氯水和CCl4于试管中,用胶头滴管向试管中滴加NaBr溶液,振荡静置,溶液下层呈橙色
(2)(装置图如下);电极逐渐溶解;甲;可以避免活泼金属如Zn和CuSO4的接触,从而提供稳定电流
(3)Zn
(2013海南)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为:
2AgCl+Mg=Mg2++2Ag+2Cl-。
有关该电池的说法正确的是
A.Mg为电池的正极
B.负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
C.不能被KCl溶液激活
D.可用于海上应急照明供电
[答案]D
[解析]根据氧化还原判断,Mg为还原剂是负极、失电子,所以A、B都错,C是指电解质溶液可用KCl溶液代替。
【2012高考】
[2012·新课程理综化学卷26](14分)铁是应用最广泛的金属,铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。
FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4,其反应的离子方程式为;与MnO2—Zn电池类似,K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为,该电池总反应的离子方程式为。
【答案】:
2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+5H2O+3Cl-;
FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-;
2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-
【解析】:
此题为中档题。
前第1~3问较基础。
在计算第1问X值的时候,完全可以把x=2或者x=3代入,这样可以节省时间。
第4问也是近几年多次考到的高铁酸钾,有关高铁酸钾的制备与电化学,第4问考查化学基本功,这里面有很好的区分度,扎实的同学拿满分应该没有问题。
第一个方程式多次书写过,第二个方程式,很多同学觉得无法书写,其实首先写大体物质,高铁酸根被还原为Fe3+,然后再写出转移的电子数,根据电荷守衡,因为溶液是碱性的,所以产物只能写成8个OH-,一个Fe3+结合3个OH-生成Fe(OH)3,因为负极反应式为Zn-2e-=Zn2+,所以最后一个方程式只需要综合得失电子守衡,将正、负极反应加合就可以得出正确答案。
[2012·全国大纲理综化学卷11]①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池,①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极,②④相连时,②有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是
A①③②④B①③④②C③④②①D③①②④
【答案】B
【解析】由题意知:
①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池,①②相连时,外电路电流从②流向①,则①大于②;①③相连时,③为正极,则①大于③;②④相连时,②有气泡逸出,则④大于②;③④相连时,③的质量减少,则③大于④,
【考点】原电池的正负极的判断(从原电池反应实质角度确定):
(1)由两极的相对活泼性确定:
相对活泼性较强的金属为负极,一般地,负极材料与电解质溶液要能发生反应。
(2)由电极变化情况确定:
某一电极若不断溶解或质量不断减少,该电极发生氧化反应,则此电极为负极;若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变,该电极发生还原反应,则此电极为正极,燃料电池除外。
【点评】本题考查新型原电池,原电池的两电极反应式,电子流向与电流流向,和金属活动性的判断问题。
(2012·北京)12.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一=HCOOH
【答案】:
C
【解析】:
根据题给信息和反应特点,该电池中发生的总反应式为:
2CO2+2H2O=2HCOOH+O2↑;故其将太阳能转化为了化学能,A对;根据氢离子的转移方向和电子转移的方向,催化剂a表面发生:
2H2O-4e-=4H++O2↑,氧元素化合价升高被氧化,B对;催化剂a表面产生氢离子,酸性增强,C错;催化剂b表面发生:
CO2+2H++2e一=HCOOH,D对。
【考点定位】此题考查了原电池的基本原理、电极反应式的书写和电解质溶液的酸碱性变化知识。
【解析】依题意,以二氧化碳和水原料,在太阳能作用下生成HCOOH,化学方程式为CO2+H2
HCOOH。
A项,人工光合作用是借助太阳能由二氧化碳和氢气生成甲酸,将太阳能贮在于化学物质中,类似于光合作用的能量贮存,A项正确;B项,由图示知,电子由催化剂a表面流向催化剂b表面,说明催化剂a为负极,催化剂b为正极,在原电池中,负极发生氧化反应,即水在催化剂a附近发生氧化反应,二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应,催化剂a表面的反应式为2H2O-2e-=4H++O2↑,会生成氧气,B项正确;C项,由图示知,催化剂a区域生成H+,溶液酸性增强,而催化剂b附近生成了HCOOH,甲酸是弱酸,酸性减弱,C项不正确;D项,二氧化碳在催化剂b表面发生还原反应结合H+生成HCOOH,电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH.
【考点与方法】本题考查原电池原理,涉及能量转化、电极名称和电极反应类型判断、溶液酸碱性变化以及电极反应式等,意在考查考生处理新信息能力。
解答本题的关键是将该装置转化成原电池,太阳能只是作启动反应的能量,根据电子流向判断电极。
易混淆“绿色植物的光合作用”和“人工光合作用”,二者共同点是利用太阳能合成新物质,原料相同。
不同点是,绿色植物的光合作用产物是糖类和氧气,而人工光合作用的产物是甲酸。
[2012·山东理综化学卷13]下列与金属腐蚀有关的说法正确的是
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
B【解析】图a中,铁棒发生化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,A项错误;图b中开关由M置于N,Cu一Zn作正极,腐蚀速率减小,B对;图c中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt上放出,C项错误;图d中干电池放电时MnO2发生还原反应,体现还原性,D项错误。
[2012·山东理综化学卷28](12分)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
(1)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为。
(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是。
a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动 d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(3)利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为。
答案:
(1)3Cu2O+2Al=Al2O3+6Cu
(2)b,d(3)4H++O2+4e-=2H2O
[2012·江苏化学卷20](14分)铝是地壳中含量最高的金属元素,其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
铝电池性能优越,Al-AgO电池可用作水下
动力电源,其原理如右下图所示。
该电池反应的化学方程式为:
。
【参考答案】
2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O
铝做负极,失电子被氧化,在碱性溶液中生成NaAlO2。
氧化银做正极,得电子被还原为Ag,电解质溶液为NaOH溶液,由此可写出总反应。
[2012·四川理综化学卷11]一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+。
下列有关说法正确的是
A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动
B.若有0.4mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48L氧气
C.电池反应的化学方程式为:
CH3CHO+O2=CH3COOH+H2O
D.正极上发生的反应是:
O2+4e-+2H2O=4OH-
C【解析】本题考查的是原电池和电解池原理。
原电池中H+移向电池的正极,A项错误;该原电池的总反应为乙醇的燃烧方程式,C项正确,用C项的方程式进行判断,有0.4mol的电子转移,消耗氧气为0.11mol,B项错误;酸性电池不可能得到OH—,D项错误。
[2012·广东理综化学卷31](16分)碘在科研与生活中有重要应用。
可用作心脏起搏器电源—锂碘电池的材料。
该电池反应为:
2Li(s)+I2(s)=2LiI(s)△H
已知:
4Li(s)+O2(g)=2Li2O(s)△H1
4LiI(s)+O2(g)=2I2(s)+2Li2O(s)△H2
则电池反应的△H=_______________;碘电极作为该电池的___________极。
(△H1-△H2)/2;负极
[2012·海南化学卷13]肼一空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,负极的反应式为。
【答案】2N2H4-4e-+4OH-==2N2+4H2O
【解析】“肼—空气燃料电池是一种碱性电池”中O2在正极反应,故负极是肼发生反应:
2N2H4-4e-+4OH-==2N2+4H2O。
【2011高考】
(2011全国新课标)在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为________、正极的反应式为________。
理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)
解析:
在甲醇燃料电池中,甲醇失去电子,氧气得到电子,所以负极的电极反应式是CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,正极的电极反应式是3/2O2+6e-+6H+=3H2O;甲醇的燃烧热是-726.5kJ·mol-1,所以该燃料电池的理论效率为
。
CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+、3/2O2+6e-+6H+=3H2O、96.6%
(2011新课标全国)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O
解析:
由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子,Ni2O3做氧化剂得到电子,因此选项AB均正确;充电可以看作是放电的逆过程,即阴极为原来的负极,所以电池放电时,负极反应为:
Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2,所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-,因此电池充电过程中,阴极附近溶液的pH会升高,C不正确;同理分析选项D正确。
答案:
C
(2011北京高考8)结合下图判断,下列叙述正确的是
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-=Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-=4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀
解析:
锌比铁活泼,装置Ⅰ中锌作负极,方程式为Zn-2e-=Zn2+。
铁作正极,但溶液显中性,所以发生锌的吸氧腐蚀,正极反应是O2+2H2O+4e-=4OH-;铁比铜活泼,装置Ⅱ中铁作负极,负极反应为Fe-2e-=Fe2+。
铜作正极,但溶液显酸性,所以正极是溶液中的氢离子得电子,方程式为2H++2e-=H2↑。
因为装置Ⅰ中没有Fe2+生成,所以装置Ⅰ中加入少量K3Fe(CN)6溶液时,没有蓝色沉淀产生。
综上所叙,只有选项A是正确的。
答案:
A
[2011·山东卷]如图1-15所示的为钠硫高能电池的结构示意图。
该电池的工作温度为320℃左右,电池反应为2Na+xS=Na2Sx,正极的电极反应式为________。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是________________。
与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池
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