高考化学二轮专题题组训练 第9讲 考点1 原电池的工作原理及新型化学电源的分析(含解析)

考点一 原电池的工作原理及新型化学电源的分析 [题组训练·考能] 题组一 原电池工作原理的分析与判断 1．(2014·福建理综，11)某原电池装置如图所示，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 解析 A项，Pt为正极发生还原反应：Cl2＋2e－===2Cl－，错误；B项，放电时，左侧的电极反应式Ag＋Cl－－e－===AgCl↓，有大量白色沉淀生成，错误；C项，由于H＋、Na＋均不参与电极反应，则用NaCl代替盐酸，电池总反应不变，错误；D项，当电路中转移0.01 mol e－时，左侧产生0.01 mol Ag＋与Cl－结合为AgCl沉淀，右侧产生0.01 mol Cl－，为保持溶液的电中性，左侧约有0.01 mol H＋通过阳离子交换膜转移到右侧，故左侧

溶液中约减少0.02 mol离子，正确。 答案 D 2．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。

(1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为______，负极上的电极反应式为____________________________。 (2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生______反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为__________________________________。 (3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为______________________，正极上的电极反应式为_____________________________________________。 (4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑______________________________________________。 解析 (1)镁、铝均能与CuCl2溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子作负极。(2)铝能与NaOH溶液反应而镁不能，铝作负极失去电子变成AlO－2，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O。(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子作负极，正极上是NO－3得到电子生成NO2。 答案 (1)Al Mg－2e－===Mg2＋ (2)还原 Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O (3)铝―→铜 2H＋＋NO－3＋e－===H2O＋NO2↑ (4)电解质的性质 —————[思维建模]———————————— 原电池正、负极判断的“五个角度”

题组二 盐桥的作用与化学平衡移动 3．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO3－4＋2I－＋2H＋3－3＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。

图Ⅰ 图Ⅱ 下列叙述中正确的是 ( )。 A．甲组操作时，电流计(G)指针发生偏转 B．甲组操作时，溶液颜色变浅 C．乙组操作时，C2作正极 D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－ 解析 装置Ⅰ中的反应，AsO3－4＋2I－＋2H＋3－3＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作，电流计(G)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深。向装置Ⅱ B烧杯中加入NaOH溶液，发生反应AsO3－3－2e－＋2H2O===AsO3－4＋2H＋，电子由C2棒沿导线到C1棒，发生反应I2＋2e－=== 2I－，所以C2为负极，C1为正极。 答案 D 4．[2013·广东理综，33(2)]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。

(1)完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 (2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________________________。 (3)甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是_________________________________________________________。 解析 (1)根据题给条件和原电池的构成条件可得： ①若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 ②若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 ③注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。 (2)由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。 (3)带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。

答案 (1)(或其他合理答案) (2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出 (3)甲 在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能 —————[总结归纳]———————————— 1．盐桥的作用 (1)使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触。 (2)平衡电荷。如在Zn/ZnSO4－Cu/CuSO4原电池中Zn失去电子，Zn2＋进入ZnSO4溶液，ZnSO4

溶液中因Zn2＋增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于Cu2＋变成Cu，使得SO2－4相对较

多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。 2．电子流向与平衡移动的关系 (1)条件改变，平衡移动发生电子转移； (2)移动方向改变，电子转移方向改变。 题组三 不同“介质”燃料电池电极反应式的书写 5．据报道，以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为＋3价)和H2O2作原料的燃料电池可用作空军通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )。

A．电池放电时Na＋从b极区移向a极区 B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用 C．每消耗1 mol H2O2，转移的电子为1 mol D．该电池的正极反应为BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2O 解析 由装置图可知，H2O2得电子化合价降低，所以b为正极，a为负极。原电池中阳离子向正极移动。负极反应为BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2O。每消耗1 mol H2O2，转移的电子为2 mol。 答案 B

6．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示。

(1)判断电极名称：电极(Ⅰ)为________，理由是_____________________； 电极(Ⅱ)为______，理由是_______________________________________。 (2)微生物燃料电池需要选择合适的温度，理由是____________________ _______________________________________________________________。 (3)写出该微生物燃料电池的电极反应式：电极(Ⅰ)反应式为______________；电极(Ⅱ)反应式为______________________。 (4)“质子交换膜”允许溶液中H＋向______(电极名称)迁移，理由是________________________________________________________________。 (5)若该电池生成2.24 L CO2(标准状况)，转移电子的物质的量为______。 (6)燃料电池中，助燃剂(氧化剂)不一定是氧气。例如，以铂为电极，氢气－氯气在KOH溶液中构成燃料电池，该燃料电池中负极反应式为__________________。燃料电池的总反应方程式为____________________。 解析 (1)根据图示知，电极(Ⅰ)区域：通入氧气，排出水。O2―→H2O：氧元素由0价降至－2价，氧元素的化合价降低，发生还原反应。在原电池中，正极发生还原反应，故电极(Ⅰ)为正极；电极(Ⅱ)区域：在微生物作用下，葡萄糖转化成二氧化碳。C6H12O6―→CO2，葡萄糖中碳元素的平均化合价为0，二氧化碳中碳元素的化合价为＋4价，碳元素的化合价升高，发生了氧化反应。在原电池中，负极发生氧化反应，电极(Ⅱ)为负极。(2)微生物燃料电池工作效率由微生物的活性决定，在高温下微生物(主要由蛋白质组成)会发生变性，失去活性；温度太低也影响微生物的活性，导致电池工作效率低。(3)正极区，氧气得电子变成氧离子，氧离子与H＋结合生成水；负极区，葡萄糖失去电子，生成二氧化碳和H＋，正极、负极得失电子总数相等。(4)负极发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向正极，所以负极区带正电荷，正极区带负电荷，H＋向正极区迁