新高考化学二轮备考选择题高频热点特训习选择题专项突破专项突破20 原电池原理及其应用

这是一份新高考化学二轮备考选择题高频热点特训习选择题专项突破专项突破20 原电池原理及其应用，共23页。试卷主要包含了解答新型化学电源的步骤，燃料电池电极反应式的书写，其他新型一次电池等内容，欢迎下载使用。
考向分析：新型化学电源：（1）正、负极判断；（2）离子移动方向；
（3）电极反应式、总原电池方程式的正误判断；（4）电极及电解液转移电子计算。
（一）必备知识和方法
1．构建原电池模型，分析原电池工作原理
构建如图Zn—Cu—H2SO4原电池模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识(如：化合价的变化、得失电子情况等)，能迅速判断原电池的正、负极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确书写电极反应式和电池总反应式，掌握原电池的工作原理。
2.原电池正、负极的判断
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断。电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
3．解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失电子的为负极反应。
(4)电极反应式→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
注意：（1）在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。
（2）电池电极反应式书写：H+在碱性环境中不存在；O2-在水溶液中不存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-。
（3）阳离子趋向正极,在正极上参与反应,在负极上生成(如H+);阴离子趋向负极,在负极上参与反应,在正极上生成(如OH-、O2-、CO32—)。
（4）“-ne-”相当于正电荷,“+ne-”相当于负电荷,依据电荷守恒配平其他物质的系数。
4．燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)
5．其他新型一次电池
（1）钠硫电池： 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极：xS＋2e－===S
负极：2Na－2e－===2Na＋
（2）全钒液流电池： 总反应：VO2+＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
负极：V2＋－e－===V3＋
锂­铜电池： 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
负极：2Li－2e－===2Li＋
Mg­H2O2电池： 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
负极：Mg－2e－===Mg2＋
Mg­AgCl电池： 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
负极：Mg－2e－===Mg2＋
例1．世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁－空气电池，其结构如图所示。
下列有关该电池放电时的说法正确的是( )
A．a极发生氧化反应
B．正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－
C．若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 ml电子转移
D．铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2
[解析]：a极通入空气，O2在该电极发生得电子的还原反应，A错误；O2在正极发生反应，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，B错误；由B项分析可知，电路中有4 ml电子转移时正极上消耗1 ml O2，在标准状况下的体积为22.4 L，则通入空气的体积约为22.4 L×5＝112 L，C错误；由图可知，铁表面H2O(g)参与反应生成H2，则发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2，D正确。答案：D
例2．科学家设想，N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．通入N2的电极发生的电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4)
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
[解析]：A项，该电池的原理是合成氨，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4)，正确；B项，反应过程中，H＋不断被消耗，pH变大，需要加入盐酸，正确；C项，该装置是原电池装置，电流由正极通过外电路流向负极，即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极，错误；D项，通入H2的电极为负极，A为NH4Cl，正确。答案：C
（二）真题演练
1．[2020新课标Ⅲ]一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是
A．负载通过0.04 ml电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
2．[2020年山东新高考]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是
A．负极反应为
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1
3．[2019新课标Ⅰ]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4．[2019新课标Ⅲ]为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−NiOOH(s)+H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−ZnO(s)+H2O(l)
D．放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
5．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
6．[2019浙江4月选考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是
A．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−
C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
7．[2018海南]一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是
A．电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2
B．正极反应式为：Mg－2e－＝Mg2＋
C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D．电子的移动方向由a经外电路到b
8．[2018新课标Ⅰ]最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
9．[2018年11月浙江选考]最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－ ==== 2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2 ==== 2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动
（三）热点强化训练
1．利用生物电化学系统处理废水的原理如图。下列对系统工作时的说法错误的是
A．b电极为负极，发生氧化反应
B．双极膜内的水解离成的H+向b电极移动
C．有机废水发生的反应之一为CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+
D．该系统可处理废水、回收铜等金属，还可提供电能
2．中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢的方案，其基本工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．该装置中的能量转化形式：光能→电能→化学能
B．该电化学装置中，Pt电极的电势低于BiVO4电极的电势
C．电子流向：BiVO4电极→H2O→Pt电极→外电路
D．BiVO4电极上的反应式为SO-2e-+H2O=SO+2H+
3．一种太阳能电池的工作原理如图所示，电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液。下列说法不正确的是( )
A．K+ 移向催化剂b
B．催化剂a表面发生的化学反应：-e-=
C．在催化剂b表面被氧化
D．电解池溶液中的和浓度基本保持不变
4．一种新型镁硫电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．使用碱性电解质水溶液
B．放电时，正极反应包括3Mg2++MgS8 - 6e- =4MgS2
C．使用的隔膜是阳离子交换膜
D．充电时，电子从Mg电极流出
5．物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如下图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1