1、专题十三 原电池高考帮备考方向导航考点1原电池1. 2020山东,10,2分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,用如图所示装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+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1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为212. 2019全国卷,12,6分利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工
2、作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。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NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动3.2018全国卷,13,6分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:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2
3、EDTA-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+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.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+,溶液需为酸性考点2常见的化学电源3. 2020全国卷,12,6分 科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图所示,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42-B.放
4、电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 molC.充电时,电池总反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2+4OH-+2H2OD.充电时,正极溶液中OH-浓度升高5.2020全国卷,12,6分一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH-11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O该电池工作时,下列说法错误的是()A.负载通过0.04 mol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4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-D.电流
5、由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极6.2019全国卷,13,6分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-ZnNiOOH二次电池,结构如图所示。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
6、)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区7. 2018全国卷,12,6分我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是()A.放电时,ClO4-向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为3CO2+4e-2CO32-+CD.充电时,正极反应为Na+e-Na拓展变式1.根据原理图判断下列电池的电极名称,并指出离子移动方向。编号(1)利用原电池原理处理氮氧化合物(2)锌- 碘溴液流电池(3)微生物电池除去废水
7、中的有害有机物原理图电极名称左侧为(填“正”或“负”)极室b极为(填“正”或“负”)极A极为(填“阴”或“阳”)极,B极为(填“正”或“负”)极离子移动方向电池工作时H+由(填“左”或“右”,下同)侧移向侧电池工作时Zn2+由(填“阴”或“阳”,下同)极室移向极室电池工作时H+由(填“正”或“负”,下同)极移向极正极反应2.运用“加减法”书写下列四种常见燃料电池的电极反应式。电池种类导电离子总反应方程式正极反应式负极反应式(1)酸性甲醇燃料电池H+2CH3OH+3O22CO2+4H2O(2)丁烷固体氧化物燃料电池O2-2C4H10+13O28CO2+10H2O(3)CO熔融碳酸盐燃料电池CO3
8、2-2CO+O22CO2(4)甲醇碱性燃料电池OH-2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O3.2020四川成都七中三诊锌-空气燃料电池(如图)有比能量高、高功率、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为 KOH 溶液,放电时发生反应:2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH)42-。下列说法正确的是()A.放电时,负极反应为 Zn-2e-Zn2+B.该隔膜为阳离子交换膜,允许K+通过C.充电时,当 0.1 mol O2 生成时,流经电解质溶液的电子个数约为 1.2041022D.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大4.2020四川成都树德中学三诊已知某种
9、二次锂离子电池工作时反应为LixCn + Li1-xCoO2LiCoO2+nC,原理如图所示,下列说法错误的是()A.放电时,碳材料极失去电子,发生氧化反应,电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极B.放电时正极反应为 Li1-xCoO2 +xLi+xe-LiCoO2C.充电时, Li+从负极脱出,又嵌入正极D.锂离子电池的比能量(单位质量的电极材料释放的能量)较高答案专题十三原电池1.B根据题图可知放电时,a极上发生的反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+,a极为负极,A项正确;该电池工作时,可实现海水的淡化,原电池中阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移,则Cl-应向a极移动,
10、Na+应向b极移动,即隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,B项错误;当电路中转移1 mol电子时,向a极和b极分别移动1 mol Cl-和1 mol Na+,则模拟海水理论上可除盐58.5 g,C项正确;电池工作时,正极反应式为2H+2e-H2,正极产生H2,负极产生CO2,结合正、负极的电极反应知,一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为21,D项正确。2.B由题意知,电池总反应为3H2+N22NH3。该合成氨反应在常温下进行,并形成原电池产生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A项正确。观察题图知,左边电极发生氧化反应MV+-e-MV2+,为负极(阳极),B项错误。正极区N2在
11、固氮酶作用下发生还原反应生成NH3,C项正确。电池工作时,H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D项正确。3.C阴极发生还原反应,氢离子由质子交换膜右侧向左侧迁移,阴极的电极反应式为CO2+2H+2e-CO+H2O,A项正确。结合阳极区发生的反应,可知协同转化总反应为CO2+H2SS+CO+H2O,B项正确。石墨烯作阳极,其电势高于ZnO石墨烯的,C项错误。Fe3+、Fe2+在碱性或中性介质中会生成沉淀,它们只稳定存在于酸性较强的介质中,D项正确。4.D由题图知,放电时,Zn失去电子被氧化为Zn(OH)42-,负极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42-,A正确;放电时,
12、CO2在正极得到电子被还原为HCOOH(C可看作+2价),故1 mol CO2转化为HCOOH时转移电子的物质的量为2 mol,B正确;充电时负极反应为2Zn(OH)42-+4e-2Zn+8OH-,正极反应为2H2O-4e-O2+4H+,则电池总反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2+4OH-+2H2O,C正确;充电时,正极产生H+,H+浓度升高,OH-浓度降低,D错误。5.B由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应,则VB2电极为负极,复合碳电极为正极,正极发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,则电路中通过0.04 mol电子时,正极有0.01 mol O2参加反应,
13、其在标准状况下的体积为0.224 L,A项正确;由正、负极的电极反应式可知,该电池工作时,负极区溶液的pH降低,正极区溶液的pH升高,B项错误;由正、负极反应式知该电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-,C项正确;电流与电子的流动方向相反,电流从正极出发,沿负载流向负极,再经过电解质溶液最终回到正极,D项正确。6.D该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积,可以高效沉积ZnO,且所沉积的ZnO分散度高,A正确。根据题干中总反应可知该电池充电时,Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH,其电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e
14、-NiOOH(s)+H2O(l),B正确。放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO,电极反应式为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l),C正确。电池放电过程中,OH-等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区,D错误。7.D电池放电时阴离子移向负极,A项正确。由电池总反应和题图知,放电时吸收CO2,充电时释放CO2,B项正确。放电时,正极上CO2得电子被还原为单质C,电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,C项正确。充电时,阳(正)极上C被氧化为CO2,电极反应式为C+2CO32-4e-3CO2,阴(负)极上Na+被还原为Na,电极反应式为Na+e-Na,D项错误。1.(1
15、)正右左2NO+4e-+4H+N2+2H2O(2)负阳阴 I2Br-+2e-2I-+Br-(3)阴负负正+2e-+H+Cl-【解析】(3)右侧CH3COO-失去电子被氧化为HCO3-,B极是负极(阳极),A极是正极(阴极)。2.(1)3O2+12H+12e-6H2O2CH3OH-12e-+2H2O2CO2+12H+(2)13O2+52e-26O2-2C4H10+26O2-52e-8CO2+10H2O(3)O2+4e-+2CO22CO32-2CO-4e-+2CO32-4CO2(4)3O2+12e-+6H2O12OH-2CH3OH-12e-+16OH-2CO32-+12H2O3.D由题图可知,电子
16、由金属锌流出,则金属锌为负极,结合题给总反应可知,负极反应为Zn+4OH-2e-Zn(OH)42-,A项错误。正极发生反应O2+4e-+2H2O4OH-,正极生成OH-,负极消耗OH-,可知该隔膜为阴离子交换膜,允许OH-通过,B项错误。不论放电还是充电,电子都不会流经电解质溶液,电解质溶液通过离子的迁移导电,C项错误。充电时发生反应2Zn(OH)42-2Zn+O2+4OH-+2H2O,产生OH-,D项正确。4.C由题图可知,放电时,碳材料极失去电子,为负极,发生氧化反应,电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极,A项正确。放电时,正极发生得电子的还原反应,反应式为Li1-xCoO2+xLi+xe-LiCoO2,B项正确。充电时,阳离子由阳极(正极)向阴极(负极)迁移,则Li+从正极脱出,又嵌入负极,C项错误。Li的摩尔质量小,锂离子电池的比能量较高,D项正确。
