高考化学考点剖析考点41原电池中正负极的判断(解析版).pdf
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1、教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)考点 41 原电池中正负极的判断 1.(2019 全国卷)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,氢化酶作用下发生反应 H2+2MV2+2H+2MV+C.正极区,固氮酶催化剂,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【答案】B【解析】由生物燃料电池的示意图可知,左室电极为燃料电池的负极,MV+在负极失电
2、子发生氧化反应生成 MV2+,电极反应式为 MV+e=MV2+,放电生成的 MV2+在氢化酶的作用下与 H2反应生成 H+和 MV+,反应的方程式为 H2+2MV2+=2H+2MV+;右室电极为燃料电池的正极,MV2+在正极得电子发生还原反应生成 MV+,电极反应式为 MV2+e=MV+,放电生成的 MV+与 N2在固氮酶的作用下反应生成 NH3和 MV2+,反应的方程式为 N2+6H+6MV+=6MV2+NH3,电池工作时,氢离子通过交换膜由负极向正极移动。A 项、相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用 MV+和 MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,A
3、正确;B 项、左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成 MV2+,电极反应式为 MV+e=MV2+,放电生成的 MV2+在氢化酶的作用下与 H2反应生成 H+和 MV+,反应的方程式为 H2+2MV2+=2H+2MV+,B 错误;C 项、右室为正极区,MV2+在正极得电子发生还原反应生成 MV+,电极反应式为 MV2+e=MV+,放电生成的 MV+与 N2在固氮酶的作用下反应生成 NH3和 MV2+,C 正确;D 项、电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,D 正确。2.(2019 全国卷)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(3DZn)可以高
4、效沉积 ZnO 的特点,设计了采用强碱性电解质的 3DZnNiOOH 二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)放充电电ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)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)eNiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为 Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中 OH通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D【解析】
5、A、三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积,吸附能力强,所沉积的 ZnO 分散度高,A 正确;B、充电相当于是电解池,阳极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知阳极是 Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH,电极反应式为 Ni(OH)2(s)OH(aq)eNiOOH(s)H2O(l),B 正确;C、放电时相当于是原电池,负极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知负极反应式为 Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l),C 正确;D、原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则放电过程中 OH通过隔膜从正极区移向负极区,D错误。3(2018 课标)一种可充电锂-空气电池如图所示。
6、当电池放电时,O2与 Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0 或 1)。下列说法正确的是 A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为 Li2O2-x=2Li+(12x)O2【答案】D【解析】A题目叙述为:放电时,O2与 Li+在多孔碳电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳电极移动,因为教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)阳离子移向正极,所以多孔碳电极为正极,A 错误。B因为多孔碳电极为正极,外电路电子
7、应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极),B 错误。C充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反,放电时,Li+向多孔碳电极移动,充电时向锂电极移动,C 错误。D根据图示和上述分析,电池的正极反应应该是 O2与 Li+得电子转化为Li2O2-X,电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+,所以总反应为:2Li+(12x)O2 Li2O2-X,充电的反应与放电的反应相反,所以为 Li2O2-X 2Li+(12x)O2,D 正确。4(2016 课标)MgAgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 A负极反应式为 Mg-2e-=Mg2+B正极反应式为 Ag+e-=Ag
8、 C电池放电时 Cl-由正极向负极迁移 D负极会发生副反应 Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2【答案】B【解析】根据题意,电池总反应式为:Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag,正极反应为:2AgCl+2e-=2Cl-+2Ag,负极反应为:Mg-2e-=Mg2+,A 项正确,B 项错误;对原电池来说,阴离子由正极移向负极,C 项正确;由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应 Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2,D 项正确;答案选 B。1工作原理示意图(以铜锌原电池为例)2原电池电极的判断 3.原电池的负极 一般,在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义:(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。
9、教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)(2)在大部分原电池反应中,金属活动性较强的一极作负极,另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外,例如:冷的浓硝酸作电解质溶液,金属铁或铝与金属铜作电极时,铁或铝在冷的浓硝酸中钝化,金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。NaOH 溶液作电解质溶液,金属镁与金属铝作电极时,因铝能与 NaOH 溶液反应,作负极,而金属活动性强的镁只能作正极。4.原电池的设计 从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:负极(还原性较强的物质);正极是活动性较差的金属或能导
10、电的非金属;电解质溶液:两电极浸入电解质溶液中,阴离子移向负极,阳离子移向正极。1、据组成原电池的两极材料判断 典例 1(2018 届福建省厦门市高三下学期第一次质量检查)某高性能电池的工作原理如图。其电池反应为。下列说法不正确的是 A 放电时,b 为正极 B 充电时,阴极反应为 Sn+Na+e=NaSn C 放电时,负极材料 Sn 在很大程度上被腐蚀 D 充电时,PF6向右迁移并嵌入石墨烯中【答案】C【解析】A、放电时,a 上的 Na 失去电子,作负极,b 为正极,故 A 正确;B、充电时,阴极上钠离子得电子,被还原,阴极反应为 Sn+Na+e=NaSn,故 B 正确;C、放电时,负极材料
11、Sn 被释放出来,故 C 错误;D.充电时,b 为阳极,PF6带负电,向右迁移并嵌入石墨烯中,D 正确。教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)2、根据总反应方程式判断 典例 2(2018 届山东省潍坊市高三下学期一模考试)一种新型可逆电池的工作原理如下图所示。放电时总反应为:Al+3Cn(AlCl4)+4AlCl4-4Al2Cl7-+3Cn(Cn 表示石墨)。下列说法正确的是 A 放电时负极反应为:2Al-6e-+7Cl-=Al2Cl7-B 放电时 AlCl4-移向正极 C 充电时阳极反应为:AlCl4-e-+Cn=Cn(AlCl
12、4)D 电路中每转移 3mol 电子,最多有 1molCn(AlCl4)被还原【答案】C【解析】A.放电时铝为负极,失去电子被氧化为 Al2Cl7-,方程式为 Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-,A 错误;B.放电时,AlCl4-移向负极,与铝反应生成 Al2Cl7-,B 错误;C.充电时阳极失去电子,发生氧化反应,石墨没有化合价变化,失去电子的是的 AlCl4-,反应为 Cn+AlCl4-e-=Cn(AlCl4),C 正确;D.Cn(AlCl4)被还原仅得到 1mol 电子,故 D错误。3、根据电子流动方向判断 典例 3(2018 届湖北省华大新高考联盟高三 1 月教学质量测评)
13、我国科学家研制出“可充室温 Na-CO2电池”(Rechargeable Room-Temperature Na-CO2 Batter-ies)现已取得突破性进展,其有望取代即将“枯竭”的锂电池,该电池结构如图所示。下列说法错误的是 A 电池工作时,正极发生反应:4Na+3CO2+4e-=2Na2CO3+C B 电池工作时,外电路中流过 0.02 mol 电子,负极材料减重 0.46 g C 多壁碳纳米管的作用主要是导电及吸附 CO2 D 电池中四甘醇二甲醚可用饱和食盐水代替实现 Na+传导 教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)
14、【答案】D【解析】根据图中电子流向可知,金属钠为负极,多壁纳米管为正极,正极发生还原反应,二氧化碳被还原为碳,A正确;钠变为钠离子,转移电子0.02mol,减重0.0223=0.46 g,B正确;多壁碳纳米管为疏松多孔,主要是导电及吸附 CO2,C 正确;若用饱和食盐水,水会与钠电极反应,不能构成原电池,D 错误。4、根据电池中离子移动方向判断 典例 4(2018 届甘肃省天水市第一中学高三上学期第四次阶段)燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了更快的发展,一种以联氨(N2H4)为燃料的环保电池工作原理如图所示,工作时产生稳定无污染的物质。下列说法正确的是 A 正极的电极反应式为:O2+
15、2H2O+4e-=4OH-B 负极上每消耗 1molN2H4,会有 2mol H+通过质子交换膜 C M 极生成氮气且电极附近 pH 降低 D d 口流出的液体是蒸馏水【答案】C【解析】A、根据氢离子得移动方向,电极 N 为正极,正极是氧气发生还原反应,则氧气从 c 口通入,正极的电极反应式为:O2+4e-+4H+=2H2O,A 错误;B、负极为联氨发生氧化反应,电极反应式为:N2H4-4e-=N2+4H+,则每消耗 lmol N2H4,会有 4mol H+通过质子交换膜,B 错误;C、根据 B 的分析,M 极的电极反应式为N2H4-4e-=N2+4H+,M 极生成氮气且电极附近 pH 降低,
16、C 正确;D、反应的总反应为联氨和氧气反应生成氮气和水,但电解质溶液显酸性,d 口流出的液体是酸性溶液,D 错误。5、根据电极上通入的气体判断 典例 5(2018 届福建省福州第三中学高三下学期第一次校模拟考试)某化学小组拟设计微生物燃料电池将污水中的乙二胺H2N(CH2)2NH2氧化成环境友好的物质,工作原理如图所示(a、b 均为石墨电极)。下列分析正确的是)教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)A 电子流动方向为 a导线b B H+经质子交换膜由右向左移动 C 放电一段时间 b 极附近 pH 不变 D a 电极发生反应:H2N
17、(CH2)2NH2+16e-+4H2O=2CO2+N2+16H+【答案】A【解析】H2N(CH2)2NH2在 a 电极上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,则 a 为负极,电极反应式为 H2N(CH2)2NH2+4H2O16e2CO2+N2+16H+,氧气在正极 b 上得电子发生还原反应,电极反应式为:O2+4e+4H+=2H2O,电子由负极经导线流向正极,阳离子向正极移动。A.由上述分析可知,a 是负极,b 是正极,所以电子流动方向为 a导线b,A 正确;B.a 是负极、b 是正极,H+经质子交换膜由左向右移动,B 错误;C.b的电极反应式为:O2+4e+4H+=2H2O,所以 b
18、极附近溶液的 pH 增大,C 错误;D.H2N(CH2)2NH2在负极 a 上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,电极反应式为 H2N(CH2)2NH2+4H2O16e2CO2+N2+16H+,D错误。6、根据电极的质量变化判断 典例 6 如图所示,杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中央滴入浓硫酸铜溶液,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,不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)()A 杠杆为导体和绝缘体时,均为 A 端高 B 端低 B 杠杆为导体和绝缘体时,均为 A 端低 B 端高 C 当杠杆为绝
19、缘体时,A 端低,B 端高;为导体时,A 端高,B 端低 D 当杠杆为绝缘体时,A 端高,B 端低;为导体时,A 端低,B 端高【答案】D 教案、讲义、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)【解析】杠杆为导体时,水中加入硫酸铜溶液,形成原电池,铁做负极,失去电子而溶解,质量减少,铜离子在铜球上得到电子析出铜,铜球质量增加,A 端降低,B 端升高,若杠杆为绝缘体时,铁置换硫酸铜中的铜,铁球的质量增加,铜球不变,则 B 端降低,A 端升高,故选 D。7、根据电极上产生气泡判断 典例 7 将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中,以下叙述正
20、确的是 A 两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B 两烧杯中溶液的 H+浓度都减小 C 产生气泡的速率甲比乙慢 D 甲中铜片是正极,乙中铜片是负极【答案】B【解析】A.甲装置形成原电池,铜是正极,氢离子放电产生氢气,铜片表面有气泡产生;乙装置不能构成原电池,锌与稀硫酸反应产生氢气,铜不反应,A 错误;B.两烧杯中溶液中的 H+均得到电子被还原为氢气,因此氢离子浓度都减小,B 正确;C.形成原电池时反应速率加快,则产生气泡的速率甲比乙快,C 错误;D.金属性锌强于铜,则甲中铜片是正极,锌片是负极,乙中没有形成闭合回路,不能形成原电池,D 错误。8、根据电流方向判断 典例 8(2018 届河南省南阳市第
21、一中学校高三第十一次考试)一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池的工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。下列说法不正确的是()A 放电时,Mg(液)层的质量减小 B 放电时正极反应为 Mg2+2e-=Mg C 该电池充电时,Mg-Sb(液)层发生还原反应 D 该电池充电时,Cl-向中下层界面处移动【答案】C【解析】放电时,Mg(液)层发生反应22MgeMg,Mg(液)层的质量减小,故 A 正确;放电时MgSb(液)层是正极,正极反应为:Mg2+2e-=Mg,故 B 正确;该电池充电时,MgSb(液)层是阳极,发生氧教案、讲义
22、、课件、试卷、PPT 模板、各种实用文案等,请关注【春暖文案】,进店下载。(双击此处可删除)化反应,故 C 错误;该电池充电时,上层是阴极、下层是阳极,C1-向阳极移动,故 D 正确。1(云南省陆良县 2020 届高三毕业班第一次摸底考试)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,电池反应是:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是()A工作时原电池负极附近溶液的 pH 增大 B电子由 Zn 经过溶液流向 Ag2O C溶液中 OH-由 Zn 电极移向 Ag2O 电极 DAg2O 作正极:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-【答案】D【解析】根据电池反应:Ag2O+Zn+H
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