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2014届高三化学一轮复习专讲专练:第18讲 原电池原理(含详解)


第 18 讲 原电池原理 基础热身 1.下列电极反应式与出现的环境相匹配的是( 选项 A B C D


) 出现的环境

电极反应式 O2 +2H2O+4e ===4OH
- - -

碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应 酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀 用铜做电极电解 NaOH 溶液的阴极反应 用惰性电极

电解 H2SO4 溶液的阳极反应


4OH -4e ===O2↑+2H2O 2H +2e ===H2↑ H2-2e ===2H
- + + -

2.下列装置中发生的总反应为 2Al+6H ===2Al +3H2↑的是(铝条表面的氧化膜均已除 去)( )

3+

图 K18-1 3.图 K18-2 表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是(

)

图 K18-2 A.该金属腐蚀过程为吸氢腐蚀 B.正极为 C,发生的反应为氧化反应 C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀 - - D.正极反应为:O2+2H2O+4e ===4OH

4.实验发现,298 K 时,在 FeCl3 酸性溶液中加入少量锌粒后,Fe3 立即被还原成 Fe2 + 。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图 K18-3 所示的原电池装置。下列有关说法中 正确的是( ) - + A.该原电池的正极反应是:Zn-2e ===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



图 K18-3 5.用铜片、银片、Cu(NO3)2 溶液、AgNO3 溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3 的 U 形 管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( ) ①在外电路中,电流由铜电极流向银电极 + - ②正极反应为:Ag +e ===Ag ③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作 ④将铜片浸入 AgNO3 溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.①② B.②③ C.②④ D.③④

图 K18-4 6.图 K18-4 实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是( A.该实验研究的是金属的吸氧腐蚀 - + B.铁表面的反应为 Fe-3e ===Fe3 C.红色首先在食盐水滴的中心出现 D.食盐水中有气泡逸出 能力提升

)

图 K18-5 7.如图 K18-5 所示的原电池装置,X、Y 为两个电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中 的电子流向如图所示,对此装置的下列叙述正确的是( ) A.外电路中的电流方向为:X→外电路→Y B.若两个电极分别为 Zn 和碳棒,则 X 为碳棒,Y 为 Zn C.若两个电极都是金属,则它们的活动性为 X>Y D.X 极上发生的是还原反应,Y 极上发生的是氧化反应 8.原电池的电极名称不仅与电极材料性质有关,也与电解质溶液有关。下列不正确的是 ( ) - + A.由 Al、Cu、稀硫酸组成原电池,负极反应式为:Al-3e ===Al3 - - - B. Mg、 NaOH 溶液组成原电池, 由 Al、 负极反应式为: Al-3e +4OH ===AlO2 +2H2O - + C.由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成原电池,负极反应式为:Cu-2e ===Cu2 - + D.由 Al、Cu、浓硝酸组成原电池,负极反应式为:Cu-2e ===Cu2

图 K18-6 9.[2012· 安徽淮南二模] 图 K18-6 是锂—空气电池的放电原理图(隔膜只允许锂离子通 过)。电池放电时的反应可表示为:4Li+O2+2H2O===4LiOH。下列锂—空气电池放电时的有 关说法正确的是( ) - + A.正极反应式:Li-e ===Li B.每转移 2 mol 电子,消耗 11.2 L 的 O2 + C.Li 不断向电池的正极移动 D.可以去掉隔膜和有机电解液,让金属锂与水性电解液直接接触

10. K18-7 表示利用碳纳米管能够吸附氢气的原理设计的一种新型二次电池。 图 下列叙 述正确的是( )

图 K18-7 A.电池放电时 K 移向负极 - - B.电池放电时负极反应为:H2-2e +2OH ===2H2O C.电池充电时镍电极 NiO(OH)转化为 Ni(OH)2 D.电池充电时碳纳米管电极与电源的正极相连 11.在一电解槽的中间加一镁片将其分成隔开的两部分,左侧加适量的 NaOH 溶液,


图 K18-8 并插入一根铝棒,右侧加适量的浓盐酸,并插入一根铝棒。如图 K18-8 所示,下列有关 说法中不正确的是( ) A.当闭合 S1 打开 S2 时,铝做负极 B.当闭合 S2 打开 S1 时,镁做负极 C.当 S1、S2 都闭合时,镁片上产生的气泡速率比只闭合一个开关时更快 D.当 S1、S2 都打开时,仍存在金属的腐蚀

挑战自我 12 . (1) 在 以 甲 醇 为 燃 料 的 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 ________________________________________________________________________ 。 - 已知 CH3OH(l)的燃烧热 ΔH=-726.5 kJ· mol 1,理想状态下,该燃料电池消耗 1 mol 甲 醇所能产生的最大电能为 702.1 kJ,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)。 (2)用吸收 H2 后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH 表示),NiO(OH)作为电池正极 材料,KOH 溶液作为电解质溶液,可制得高容量,长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反 应为: NiO(OH)+MH????Ni(OH)2+M 充电 ① 电 池 放 电 时 , 负 极 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________ 。 ②充电完成时,Ni(OH)2 全部转化为 NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生 O2,O2 扩 散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极的电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________ 。 13.某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。 (1) 如 图 K18 - 9 为 某 实 验 小 组 依 据 氧 化 还 原 反 应 : ( 用 离 子 方 程 式 表 示 )______________________________________________________________________ __ 设计的原电池装置,反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差 12 g,导线 中通过________mol 电子。
放电

图 K18-9 (2) 其 他 条 件 不 变 , 若 将 CuCl2 溶 液 换 为 NH4Cl 溶 液 , 石 墨 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________ , 这是由于 NH4Cl 溶液显________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。用吸管吸出铁片 附近溶液少许置于试管中,向其中滴加少量的氯水,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,溶液变红, 继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,同学们对此做了多种假设,某同学的假设是:“溶

液中的+3 价铁被氧化为更高价态。 ”如果+3 价铁被氧化为 FeO2 ,试写出反应的离子方程 4 式 ________________________________________________________________________ 。



图 K18-10 (3)如图 K18-10 所示,其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨连成 n 形,一段时 间 后 , 在 甲 装 置 铜 丝 附 近 滴 加 酚 酞 试 液 , 现 象 是 ________________________________________________________________________ , 电 极 反 应 为 ________________________________________________________________________ ; 乙装置中石墨(1)为________(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)。

1.C [解析] A 项为氢氧燃料电池的正极反应式,错误;在酸性环境下,钢铁主要发生 - - 析氢腐蚀,B 项错误;用惰性电极电解 H2SO4 溶液的阳极反应为 4OH -4e ===O2↑+2H2O, D 项错误。 - - 2.B [解析] A、B、C 均为原电池,A 中总反应为:2Al+2OH +2H2O===2AlO2 +3H2 + + + - + ↑; 中总反应为 2Al+6H ===2Al3 +3H2↑; 中总反应为: B C Al+4H +NO3 ===Al3 +NO↑ +2H2O;D 项为电解池,其实质是电解水,总反应为:2H2O=====2H2↑+O2↑。 3.D [解析] 钢铁在海水中发生的吸氧腐蚀,A 项错误;钢铁在酸性条件下发生析氢腐 蚀, C 项错误;钢铁腐蚀的本质就是铁失去电子被氧化,作负极,而氧气在正极(钢铁中的碳) 发生还原反应,D 项正确。 + 4.B [解析] Zn 失去电子发生氧化反应,为负极反应,A 项错误;Fe3 在正极得电子被 + 还原为 Fe2 ,得不到单质铁,溶液红色褪去,B 项正确,C、D 项错误。 - + 5.C [解析] 该原电池中 Cu 作负极,Ag 作正极,负极反应式 Cu-2e ===Cu2 ,正极 + - 反应式 Ag +e ===Ag,因此②对;在外电路中,电子由 Cu 电极流向 Ag 电极,而电流方向 与电子流向相反,所以①错;没有盐桥,原电池不能继续工作,所以③错;无论是否为原电 池,反应实质相同,均为氧化还原反应,所以④对。 6.A [解析] NaCl 溶液呈中性,发生吸氧腐蚀,A 项正确;铁为负极,发生反应为 Fe - + - - -2e ===Fe2 ,B 项错误;铁板中的碳作正极,电极反应为 O2+4e +2H2O===4OH ,因正极 反应需要氧气参加,故溶液周边接触空气处显碱性,首先变红,C 项错误;反应整个过程中没 有气体生成,因此 D 项错误。 7.C [解析] 由图可知电子的流动方向是 X→外电路→Y,则电流的方向应该为 Y→外 电路→X;X 为原电池的负极,Y 为正极,X 的活动性比 Y 强;X 极上发生的是氧化反应,Y 极上发生的是还原反应。 8.C [解析] Al 比 Cu 活泼,在由 Al、Cu、稀硫酸组成原电池中,Al 作负极,其电极反 - + 应为 Al-3e ===Al3 ,A 正确;虽然 Mg 比 Al 活泼,但由于 Mg 不与 NaOH 溶液反应,而 Al 能与 NaOH 溶液反应,所以由 Mg、Al、NaOH 溶液组成的原电池,Al 为负极,其电极反应为 - - - Al-3e +4OH ===AlO2 +2H2O,B 正确;Fe 比 Cu 活泼,由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电 - + 池,Fe 为负极,电极反应为 Fe-2e ===Fe2 ,C 错;Al 在浓硝酸中被钝化,因此 Al、Cu、浓 硝酸组成原电池,Cu 为负极,D 项正确。 9.C [解析] 分析总反应方程式看出 Li 化合价升高,被氧化,在负极失去电子,生成的 + Li 移向正极,A 项错误,C 项正确;B 项 11.2 L 氧气不一定是 0.5 mol,错误;金属锂能与水 反应,故 D 项错误。 10.B [解析] 原电池的负极发生失电子氧化反应,即产生阳离子或消耗阴离子,而溶液 是呈电中性的,故阳离子会移向正极,而阴离子会移向负极,A 项错误;电池充电的过程实质 上就是电解的过程,但要注意电池的正负极分别与电源的正负极连接,此时镍电极做阳极, 发生氧化反应,C、D 项错误。 11.C [解析] A 项当闭合 S1 打开 S2 时,左边形成原电池,自发进行铝与 NaOH 溶液的 反应,故铝作负极。B 项当闭合 S2 打开 S1 时,右边形成原电池,自发进行镁与浓盐酸的反应, 镁作负极。D 项当 S1、S2 都打开时,左边铝插入 NaOH 溶液会溶解而腐蚀,右边镁铝插入浓 盐酸都会溶解而腐蚀。 12.(1)CH3OH+H2O-6e ===CO2+6H (2)①MH+OH -e ===M+H2O - - ②2H2O+O2+4e ===4OH
- - - +

电解

3 + - O +6H +6e ===3H2O 96.6% 2 2

3 [解析] (1)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为:CH3OH+ O2===CO2+2H2O??①, 2 3 + - 酸性条件下该燃料电池的正极反应式为 O2+6H +6e ===3H2O??②,①-②得电池负极反 2 702.1 kJ - + 应式为: 3OH+H2O-6e ===CO2+6H ; CH 该燃料电池的理论效率为 ×100%=96.6%。 726.5 kJ (2)①蓄电池放电时是原电池、充电时是电解池。根据原电池中“负氧化、正还原”,电 解池中“阳氧化、阴还原”的规律,在分清楚是原电池还是电解池的基础上并结合电解质溶 - - 液显碱性,可写出该蓄电池放电时负极的电极反应式为 MH+OH -e ===M+H2O。 ②中阴极的电极反应有两个,第一阶段是充电时的反应式,由①中的方法不难确定为 M - - +H2O+e ===MH+OH ,第二阶段为吸收氧气的电解反应式,由题意氧气在阴极上被还原, - 结合该蓄电池中电解质溶液碱性可知氧气被还原为 OH , 所以其电解反应式为 2H2O+O2+4e - - ===4OH 。 + + 13.(1)Fe+Cu2 ===Fe2 +Cu 0.2 + - + - - + (2)2H +2e ===H2↑ 酸性 2Fe3 +3Cl2+8H2O===2FeO2 +6Cl +16 H 4 - - (3)溶液变红 O2+2H2O+4e ===4OH 阴 + + [解析] (1)根据电池示意图可知该原电池总反应为 Fe+Cu2 ===Fe2 +Cu。 + + Fe+Cu2 ===Fe2 +Cu 两极质量之差 1 mol 120 g 0.1 mol 12 g 0.1 mol Fe 参加反应,转移电子的物质的量为 0.1 mol×2=0.2 mol。 + + (2)若将 CuCl2 溶液换为 NH4Cl 溶液, 4Cl 溶液因 NH4 水解而显酸性, NH 溶液中的 H 在石 + - 墨电极上发生还原反应,电极反应式为 2H +2e ===H2↑。 (3)甲装置是原电池,发生的是铁的吸氧腐蚀,铜丝作原电池的正极,电极反应式为 O2+ - - 2H2O+4e ===4OH ,故在铜丝附近滴加酚酞试液,溶液变红。乙装置构成电解池,与铁相连 的石墨(1)是电解池的阴极,与铜丝相连的石墨是阳极,电解 CuCl2 溶液,阳极的电极反应式 - - 为 2Cl -2e ===Cl2↑。


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