高三化学总复习专题攻略之电化学-2-原电池原理的应用.doc

原电池原理的应用
【高考预测】
1. （★★）利用原电池原理设计化学电源。
2. （★★）金属的防护。

1．（2015上海）研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（ ）

A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e → 4OH–
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e → H2↑
【答案】D

1．加快氧化还原反应的速率
例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性强弱

3．设计化学电池
例如：以Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu为依据，设计一个原电池。
(1) 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。
负极：Fe－2e－===Fe2＋，
正极：Cu2+＋2e－===Cu。
(2) 确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若发生氧化反应的为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中可用Fe作负极，用铂丝或碳棒作正极。
(3) 确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作电解液。
(4) 构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。
典例1 根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag。
(1) 装置采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置图，注明原电池的正、负极和外电路中电子流向
(2) 写出两个电极上的电极反应
【答案】(1) 如图所示

(2) 负极(Cu极)：Cu－2e－===Cu2＋， 正极(Ag极)：2Ag＋＋2e－===2Ag。

1．(2016浙江)金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽
车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是

A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高
C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D．在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
2．(2015课标Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）

A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
3．（2015天津）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列
有关叙述正确的是（ ）

A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
4．（2014福建）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（）

A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D．当电路中转移0．01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0．02 mol离子
5．（2017北京清华附中期中）高效能电池的研发制约电动汽车的推广．有一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应式为：2C2H6+7O2+8KOH═4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是（　　）
A．负极反应为：14H2O+7O2+28e﹣═28OH﹣
B．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol
D．放电一段时间后，负极周围的pH升高
6．（2015江苏）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子
B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－=2H2O
C．电池工作时，CO32－向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－
7．（2015浙江）在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种
新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）

A．X是电源的负极
B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ 、 CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ
C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1
8．(2015福建)某模拟"人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转
化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是（ ）

A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a电极的反应为：3CO2 + 16H＋-18e－= C3H8O+4H2O
9．下列叙述正确的是 (　　)
A．反应AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O，可以设计成原电池
B．Zn和稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C．把铁片和铜片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，观察到铜片上产生大量气泡，说明Cu与H2SO4
能发生反应而Fe被钝化
D．Zn－Cu原电池工作过程中，溶液中H＋向负极做定向移动
10．（2014广东）石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)
和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下：

（注：SiCl4的沸点是57.6ºC，金属氯化物的沸点均高于150ºC）
（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间的N2，主要目的是 。
（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体I中的氯化物主要
为 。由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为 。
（3）步骤①为：搅拌、 。所得溶液IV中阴离子有 。
（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为 。100kg初级石墨最
多可获得V的质量为 kg。
（5）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成图19防腐示意图，并作相应标注。

1.【答案】C

2.【答案】A
【解析】首先根据原电池反应判断出厌氧反应为负极侧，有氧反应为正极侧。A、根据厌氧反应中碳元素的化合价的变化：葡萄糖分子中碳元素平均为0价，二氧化碳中碳元素的化合价为+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，所以在负极生成。错误；B、在微生物的作用下，该装置为原电池装置。原电池能加快氧化还原反应速率，故可以说微生物促进了电子的转移。正确；C、原电池中阳离子向正极移动。正确；D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应。
3.【答案】C

4. 【答案】D
【解析】抓住电池总反应式，结合氧化还原反应与电化学原理间的联系进行分析。A项正确的正极反应式为Cl2＋2e－＝2Cl－，错误；B项由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，故在左侧溶液中才会有大量白色沉淀生成，错误；C项若用NaCl溶液代替盐酸，但电池总反应不变，错误；D项当电路中转移0．01 mol
e－时，交换膜左侧产生0．01 mol Ag＋与盐酸反应产生AgCl沉淀，同时约有0．01 mol H＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液共约0．02 mol离子减少，正确。
5. 【答案】C
【解析】解：A．负极上乙烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C2H6+18OH﹣﹣14e﹣═2CO32﹣+12H2O，正极反应式为2H2O+O2+4e﹣═4OH﹣，故A错误；B．该反应中有水生成，导致溶液体积增大，KOH参加反应导致物质的量减少，所以KOH浓度降低，故B错误；C．根据C2H6+18OH﹣﹣14e﹣═2CO32﹣+12H2O可知，每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol，故C正确；D．放电过程中，负极上氢氧根离子参加反应导致浓度降低，所以碱性减弱，PH下降，故D错误。
6.【答案】D
【解析】A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正确。
7.【答案】D
【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ，B正确；C、从图示可知，阳极生成H2和CO的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体(H2、CO各1mol)、阳极生成1mol气体(氧气)，所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1，D不正确。答案选D。
8.【答案】B

9.【答案】　B
【解析】解析：选B。A项，该反应不属于氧化还原反应，不能用于设计原电池；B项，锌与置换出来的铜在电解质溶液中构成原电池，加快产生H2的速率；C项，Cu与稀硫酸不反应，Fe在稀硫酸中不发生钝化；D项，H＋应向原电池的正极做定向移动。
10.【答案】（1）排除空气，减少C的损失；
（2）SiCl4+6NaOH =Na2SiO3+4NaCl+3H2O；
（3）过滤；Cl-、OH-、AlO2；
（4）CH3COOCH2CH3+AlO2+ 2H2O → Al(OH)3↓+CH3COO-+ CH3 CH2OH；78
（5）
【解析】本题解题要点：根据题目的要求分析每个操作步骤的作用，意义何在；根据流程图中的反
应条件、温度以及反应后的操作判断上步操作的目的、操作名称；根据反应条件、目的写出化学方程式、离子方程式，运用元素守恒法进行计算；最后根据物质的性质选择合适的防护方法。
（1）石墨的化学性质在常温下稳定，而在高温下可与氧气发生反应，所以通入N2目的是作保护气，
排除空气中的氧气，减少C的损失；
（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。根据杂质的含量，气体I中的氯化物
主要SiCl4、AlCl3、FeCl3；SiCl4的沸点是57.6ºC，所以气体II为SiCl4，与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氯化钠，化学方程式为SiCl4+6NaOH =Na2SiO3+4NaCl+3H2O；
（3）金属氯化物的沸点均高于150ºC，所以固体III中存在氯化铝、氯化铁、氯化镁，其中氯化铁、氯
化镁与过量氢氧化钠溶液反应生成沉淀，而氯化铝与过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，所以搅拌后过滤，所得溶液IV中阴离子有；Cl-、OH-、AlO2；

（5）铜的化学性质比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极保护法保护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极
在图中注明电源的正负极，石墨与正极相连，铜与负极相连。