高中化学复习知识点原电池原理理解.docx

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高中化学复习知识点原电池原理理解

高中化学复习知识点：

原电池原理理解

一、单选题

1．微生物燃料电池可净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2O72-离子浓度与去除率的关系。

下列说法正确的是

A．M为电池正极，CH3COOH被还原

B．外电路转移4mol电子时，M极产生22.4LCO2

C．反应一段时间后，N极附近的溶液pH下降

D．Cr2O72-离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活

2．如图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是（）

实验记录：

①导线中电流方向：

Zn→Cu

②Cu极上有气泡产生，发生还原反应

③锌片变薄

实验结论：

④Zn为正极，Cu为负极

⑤正极反应式：

Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应

⑥H+向Cu极移动，SO42-向Zn极移动

A．②③⑥B．④⑤⑥

C．③④⑤D．①②③

3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为30%H2SO4溶液,放电时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，下列说法正确的是（）

A．Pb为正极，被氧化

B．溶液的pH不断减小

C．SO42-向PbO2极移动

D．溶液的pH不断增大

4．在图所示的装置中，a的金属性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（）

A．碳棒上有气体放出，溶液的pH增大

B．导线中有电子流动，电子从a极流到b极

C．a是正极，b是负极

D．a极上发生了氧化反应

5．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是（）

A．X为负极，电极反应式为Si－4e－=Si4＋

B．X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－=4OH－＋2H2↑

C．X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－=SiO

＋3H2O

D．Y为负极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋

6．原电池产生电流的本质原因是（   ）

A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子

B．有两根导线将两个活动性不同的电极连接

C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子

D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移

7．下列关于能量转化的认识不正确的是（）

A．绿色植物的光合作用是将光能转化为化学能

B．煤燃烧时化学能转化成热能和光能

C．原电池工作时，化学能转化为电能

D．白炽灯工作时，电能全部转化为光能

8．如图为番茄电池，下列说法正确的是（）

A．锌电极是该电池的正极

B．铜电极附近会出现蓝色

C．一段时间后，锌电极质量会变小

D．电子由铜电极经过导线流向铸电极

9．某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。

下列有关该电池的说法正确的是（）

A．铜片上的电极反应：

Cu—2e﹣=Cu2+

B．锌片为电池的负极

C．外电路中电子由铜片经导线流向锌片

D．电池工作时电能直接转化为化学能

10．某同学根据化学反应

，并利用实验室材料制备原电池．下列关于该原电池的组成及现象描述正确的是（）

选项

A

B

C

D

正极

碳棒

碳棒

铁棒

碳棒

负极

铁棒

铁棒

锌片

铁棒

电解质溶液

溶液

溶液

溶液

溶液

现象

铁棒变细，碳棒周围溶液黄色变浅

铁棒变细，碳棒变粗

锌棒变细，铁棒变粗

铁棒变细，碳棒不变

A．AB．BC．CD．D

二、综合题

11．燃煤烟气的脱硫脱硝是目前研究的热点。

（1）用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。

已知:

①CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）  △H=-574kJ•mol-1

②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）  △H=-1160kJ•mol-1

③H2O（g）=H2O（l）  △H=-44kJ•mol-1

写出CH4（g）与NO2（g）反应生成N2（g）、CO2（g）和H2O（l）的热化学方程式______________。

（2）某科研小组研究臭氧氧化--碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺,氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下:

反应Ⅰ:

NO（g）+O3（g）

NO2（g）+O2（g） △H1 =-200.9kJ•mol-1   Ea1 =3.2kJ•mol-1

反应Ⅱ:

SO2（g）+O3（g）

SO3（g）+O2（g）  △H2 =-241.6kJ•mol-1  Ea2 =58kJ•mol-1

已知该体系中臭氧发生分解反应:

2O3（g）

3O2（g）。

请回答:

其它条件不变,每次向容积为2L的反应器中充入含1.0molNO、1.0molSO2的模拟烟气和2.0molO3,改变温度,反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示:

①由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2,结合题中数据分析其可能原因_______。

②下列说法正确的是____________。

AP点一定为平衡状态点

B温度高于200℃后,NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、最后几乎为零

C其它条件不变,若缩小反应器的容积可提高NO和SO2的转化率

③假设100℃时P、Q均为平衡点,此时反应时间为10分钟,发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%,则体系中剩余O3的物质的量是_______mol;NO的平均反应速率为_______;反应Ⅱ在此时的平衡常数为______。

（3）用电化学法模拟工业处理SO2。

将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置（电极均为惰性材料）进行实验,可用于制备硫酸,同时获得电能:

①M极发生的电极反应式为____________。

②当外电路通过0.2mol电子时,质子交换膜左侧的溶液质量_______（填“增大”或“减小”）_______克。

12．国家实施“青山绿水工程”，大力研究脱硝和脱硫技术。

（1）H2在催化剂作用下可将NO还原为N2。

如图是该反应生成1mol水蒸气的能量变化示意图。

写出该反应的热化学方程式__________。

（2）2NO（g）＋O2（g）

2NO2（g）的反应历程如下：

反应Ⅰ：

2NO（g）

N2O2（g）（快）ΔH1＜0，v1正＝k1正·c2（NO）、v1逆＝k1逆·c（N2O2）；

反应Ⅱ：

N2O2（g）＋O2（g）

2NO2（g）（慢）ΔH2＜0，v2正＝k2正·c（N2O2）·c（O2）、v2逆＝k2逆·c2（NO2）。

①一定条件下，反应2NO（g）＋O2（g）

2NO2（g）达到平衡状态，平衡常数K＝___________（用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示）。

反应Ⅰ的活化能EⅠ___________（填“>”“<”或“＝”）反应Ⅱ的活化能EⅡ。

②已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数__________（填“大于”“小于”或“等于”）k2逆增大的倍数。

（3）我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：

H2S＋O2=H2O2＋S↓。

①装置中H＋向_______池迁移。

②乙池溶液中发生反应的离子方程式：

_______。

（4）废水处理时，通H2S（或加S2－）能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。

25℃，某废液中c（Mn2＋）＝0.02mol·L－1，调节废液的pH使Mn2＋开始沉淀为MnS时，废液中c（H2S）＝0.1mol·L－1，此时pH约为_______（已知：

Ksp（MnS）＝5.0×10－14，H2S的电离常数：

Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15，lg6＝0.8）。

参考答案

1．D

【解析】

【详解】

A.由图中信息可知，电子由M极流向N极，则M为电池负极，CH3COOH被氧化，选项A错误；

B.根据负极电极反应式CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2↑+8H+可知，外电路转移4mol电子时，标准状况下M极产生22.4LCO2（忽略CO2溶解），但题干中没有说明标准状况，选项B错误；

C.根据图中信息可知，N极消耗氢离子，反应一段时间后，氢离子浓度降低，N极附近pH增大，选项C错误；

D.强氧化剂能使蛋白质变性，故Cr2O72-离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活，选项D正确；

答案选D。

2．A

【解析】

【分析】

【详解】

①一般情况下活泼金属作负极，即锌为负极，而原电池中电流是从正极经外电路流向负极的，①错误；

②铜为正极，

在正极上得电子变成氢气，②正确；

③锌作为负极材料被消耗，质量减少，③正确；

④锌作负极，铜作正极，④错误；

⑤正极首先发生还原反应而不是氧化反应，其次是

得电子变成氢气，⑤错误；

⑥原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑥正确；

②③⑥正确，答案选A。

【点睛】

绝大多数情况下，活泼的金属作电源负极，但如果是镁、铝、氢氧化钠溶液组成的原电池，因镁不具有两性而铝具有两性，则是铝失电子作阴极。

3．D

【解析】

【分析】

铅蓄电池放电时总反应为：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，Pb单质中Pb化合价升高，失电子，被氧化，Pb作负极，PbO2中Pb化合价降低，得电子，被还原，PbO2作正极。

【详解】

A．由上面分析可知，Pb作负极，被氧化，A错误；

B．从总反应看，硫酸被消耗，酸性减弱，溶液的pH不断增大，B错误；

C．原电池电解液中，阴离子向负极移动，所以，SO42-向Pb极移动，C错误；

D．从总反应看，硫酸被消耗，酸性减弱，溶液的pH不断增大，D正确。

答案选D。

4．C

【解析】

【分析】

a的活动性比氢要强，b为碳棒，该装置能发生自发的氧化还原反应，构成原电池，a作负极，碳棒作正极，负极上金属失电子发生氧化反应，碳棒上氢离子得电子发生还原反应，据此分析解答。

【详解】

A．该原电池中金属作负极，碳棒b作正极，负极上金属失电子发生氧化反应，正极碳上氢离子得电子发生还原反应，碳棒上有气体放出，溶液中氢离子浓度减小，溶液的pH增大，故A正确；

B．该装置是原电池，有电流产生，电子从负极a沿导线流向正极b，故B正确；

C．该原电池中，金属的金属性大于氢元素，所以金属a作负极，碳棒b作正极，故C错误；

D．a作负极，负极上金属失电子发生氧化反应，故D正确；

答案选C。

5．C

【解析】

【详解】

试题分析：

硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，由于Si能自发地和NaOH溶液发生氧化还原反应，所以Si为负极，电极反应式为：

Si-4e-+6OH-=SiO32—+3H2O；铁为正极，电极反应式为：

4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，总反应：

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，据此判断选C。

6．D

【解析】

试题分析：

原电池的本质是氧化还原反应，所以电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移，从而形成电流，答案选D。

考点：

考查原电池的有关判断

点评：

该题是基础性试题的考查，学生只需要记住即可。

该题有利于培养学生良好的学习习惯，有利于调动学生的学习兴趣。

7．D

【解析】

【分析】

【详解】

A．绿色植物可以通过光合作用将太阳能转化为化学能储存起来，供植物生长，正确，A不符合题意；

B．煤燃烧时，放出大量的热且发光，在此过程中将化学能转化为热能和光能，正确，B不符合题意；

C．原电池工作时，将化学能转化为电能，正确，C不符合题意；

D．白炽灯工作时，电能并没有全部转化为光能，而是大部分电能转化为光能，还有一部分电能转化为热能，错误，D符合题意。

答案选D。

8．C

【解析】

【分析】

根据金属的活泼性知，锌作负极，铜作正极，负极上锌失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，电流从正极沿导线流向负极。

【详解】

A．Zn失电子作电池负极，A错误；

B．Cu电极上H+得电子，无Cu2+生成，B错误；

C．Zn失电子生成Zn2＋，Zn逐渐溶解，质量会逐渐减小，C正确；

D．Zn电极失去的电子经导线流向Cu电极，D错误。

答案选C。

9．B

【解析】

【分析】

该装置为原电池，锌为活泼金属，易失电子而作负极，铜为不活泼金属作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电子从负极沿外电路流向正极。

【详解】

A项、原电池工作时，铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故A错误；

B项、锌为活泼金属，易失电子而作负极，故B正确；

C项、外电路中电子从负极锌沿导线流向正极铜，故C错误；

D项、该装置是将化学能转化为电能的装置，为原电池，故D错误。

故选B。

【点睛】

本题考查原电池的工作原理，根据原电池概念、电子流向、正负极的判断方法、电极反应式等知识点来分析是解答关键，注意原电池的电极反应式中电极材料不一定参与反应。

10．A

【解析】

【分析】

【详解】

根据反应

，可知该原电池中Fe为负极，正极选用比铁不活泼的金属或者碳棒；反应过程中

在正极得电子生成

，故正极区

的浓度降低，正极如碳棒周围溶液黄色变浅；由电池反应可知电解液为含

的溶液。

综上所述，A项正确。

故选A.

【点睛】

将一过程设计成原电池，方法和步骤如下：

（1）将此过程分解成氧化反应和还原反应两部分，总反应与该过程相同。

（2）将氧化反应部分作为负极，还原反应部分作为正极，从左到右写出电池表示式。

对于气体电极，电极材料应是惰性的，如Pt等。

11．CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ/mol反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应BC0.650.0425mol/（L·min）0.96SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+增大6.2

【解析】

【分析】

【详解】

（1）①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-1，②CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ•mol-1，③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ•mol-1，根据盖斯定律，将

×（①+②+③×4）得：

CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=

×[（-574kJ•mol-1）+（-1160kJ•mol-1）+（-44.0kJ•mol-1）×4]=-955kJ•mol-1，故答案为CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ•mol-1；

（2）①反应Ⅰ：

NO（g）+O3（g）

NO2（g）+O2（g）△H1=-200.9kJ•mol-1Ea1=3.2kJ•mol-1

反应Ⅱ：

SO2（g）+O3（g）

SO3（g）+O2（g）△H2=-241.6kJ•mol-1Ea2=58kJ•mol-1，反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应，因此相同温度下NO的转化率远高于SO2，故答案为反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应；

②A．图中曲线属于描点法所得图像，P点不一定为图像的最高点，即不一定为平衡状态点，可能是建立平衡过程中的一点，故A错误；B．根据图像，温度高于200℃后，2O3（g）

3O2（g）反应进行程度加大，体系中的臭氧浓度减小，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降、当臭氧完全分解，则二者转化率几乎为零，故B正确；C．其它条件不变，若缩小反应器的容积，使得2O3（g）

3O2（g）平衡逆向移动，臭氧浓度增大，反应Ⅰ：

NO（g）+O3（g）

NO2（g）+O2（g）和反应Ⅱ：

SO2（g）+O3（g）

SO3（g）+O2（g）平衡正向移动，NO和SO2的转化率提高，故C正确；故选BC；

CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H=-955kJ•mol-1

③反应Ⅰ：

NO（g）+O3（g）

NO2（g）+O2（g）中NO的转化率为85%，则反应的NO为0.85mol，O3为0.85mol；反应Ⅱ：

SO2（g）+O3（g）

SO3（g）+O2（g）中SO2的转化率为30%，反应的SO2为0.3mol，O3为0.3mol，2O3（g）

3O2（g）中发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，为0.2mol，则体系中剩余O3的物质的量=2.0mol-0.85mol-0.3mol-0.2mol=0.65mol；NO的平均反应速率=

=0.0425mol/（L·min）；平衡是为0.85mol+0.30mol+0.3mol=1.45mol，反应Ⅱ的平衡常数=

=0.96，故答案为0.65；0.0425mol/（L·min）；0.96；

（3）①本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极为负极，N电极为正极，M电极上二氧化硫失去电子氧化生成SO42-，根据原子守恒会电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为：

SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+，故答案为SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+；

②负极反应式为：

SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+，正极反应式为O2+4e--+4H+==2H2O，当外电路通过0.2mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1mol，质量为6.4g，同时有0.2mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4g-0.2g=6.2g，故答案为增大；6.2。

【点睛】

本题综合考查了化学反应原理。

本题的易错点为（3），要注意根据原电池的总反应判断电极反应方程式的书写，②中要注意氢离子的移动对溶液质量的影响。

12．2H2（g）＋2NO（g）=N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝2（E1－E2）kJ·mol－1或2H2（g）＋2NO（g）=N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－2（E2－E1）kJ·mol－1或H2（g）＋NO（g）=

N2（g）＋H2O（g）　ΔH＝（E1－E2）kJ·mol－1或H2（g）＋NO（g）=

N2（g）＋H2O（g）　ΔH＝－（E2－E1）kJ·mol－1

＜小于甲H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋5.2

【解析】

【分析】

（1）根据能量变化图，反应热=正反应的活化能-逆反应的活化能，再根据热化学反应方程式的书写解答；

（2）①2NO（g）⇌N2O2（g）①；②N2O2（g）+O2（g）⇌2NO2（g）②，根据盖斯定律，①+②得2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g），平衡常数K=

，由反应达平衡状态，所以v1正=v1逆、v2正=v2逆，所以v1正×v2正=v1逆×v2逆；因为决定2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）速率的是反应②，所以反应①的活化能E1远小于反应②的活化能E2；

②根据应②为放热反应，温度升高平衡向着逆向移动分析；

（3）①原电池中阳离子移向正极；

②在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质，碘单质得电子生成I－，据物质的变化确定发生的反应；

（4）当Qc=Ksp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合Ka1×Ka2=

=1.5×10-7×6.0×10-15=9.0×10-22计算出c（H+），然后可计算出溶液的pH。

【详解】

（1）正反应活化能为E3－E2，逆反应活化能为E3－E1；生成1mol水蒸气，该反应的反应热为ΔH＝（E3－E2）－（E3－E1）＝（E1－E2）kJ·mol－1，所以该反应的热化学方程式：

H2（g）＋NO（g）=

N2（g）＋H2O（g）　ΔH＝（E1－E2）kJ·mol－1或为2H2（g）＋2NO（g）=N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝2（E1－E2）kJ·mol－1；

（2）①Ⅰ：

2NO（g）⇌N2O2（g）（快）；v1正＝k1正·c2（NO）；v1逆＝k1逆·c（N2O2）ΔH1＜0；

Ⅱ：

N2O2（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）（慢）；v2正＝k2正·c（N2O2）·c（O2）；v2逆＝k2逆·c2（NO2）　ΔH2＜0；由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正·c2（NO）×k2正·c（N2O2）·c（O2）＝k1逆·c（N2O2）×k2逆·c2（NO2），则有K＝

＝

；因为决定2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）速率的是反应Ⅱ，所以反应Ⅰ的活化能EⅠ远小于反应Ⅱ的活化能EⅡ；

②k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数小于k2逆增大的倍数；

（3）①从示意图中看出，电子流向碳棒一极，该极为正极，氢离子从乙池移向甲池；

②乙池溶液中，硫化氢与I3-发生氧化还原反应：

硫化氢失电子变为硫单质，I3-得电子变为I－，离子反应为H2S＋I3-=3I－＋S↓＋2H＋；

（4）25℃，某废液中c（Mn2＋）＝0.02mol·L－1，调节废液的pH使Mn2＋开始沉淀为MnS时，c（S2－）＝

＝

＝2.5×10－12mol·L－1，

＝Ka1×Ka2，c（H＋）＝

＝

＝6×10－6mol·L－1，pH＝5.2。

【点睛】

难溶电解质溶解平衡时的计算中关于计算氢离子浓度时，需要利用溶度积进行计算。