2019高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題46 原電池原理的應(yīng)用講解.doc

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專題46 原電池原理的應(yīng)用 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018天津）CO2是一種廉價(jià)的碳資源，其綜合利用具有重要意義。回答下列問題： （1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉(zhuǎn)化為______（寫離子符號(hào)）；若所得溶液c(HCO3?)∶c(CO32?)=2∶1，溶液pH=___________。（室溫下，H2CO3的K1=410?7；K2=510?11） （2）CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣： CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) ①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學(xué)鍵 C—H C=O H—H CO(CO) 鍵能/kJmol?1 413 745 436 1075 則該反應(yīng)的ΔH=_________。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______（填“A” 或“B ”）。 ②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對(duì)CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是________。 （3）O2輔助的Al～CO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負(fù)極反應(yīng)式：________。 電池的正極反應(yīng)式：6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應(yīng)過程中O2的作用是________。 該電池的總反應(yīng)式：________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 （2）①化學(xué)反應(yīng)的焓變應(yīng)該等于反應(yīng)物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變?yōu)?4413+2745)－ (21075+2436)= +120 kJmol-1。初始時(shí)容器A、B的壓強(qiáng)相等，A容器恒容，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)逐漸增大（氣體物質(zhì)的量增加）；B容器恒壓，壓強(qiáng)不變；所以達(dá)平衡時(shí)壓強(qiáng)一定是A中大，B中小，此反應(yīng)壓強(qiáng)減小平衡正向移動(dòng)，所以B的反應(yīng)平衡更靠右，反應(yīng)的更多，吸熱也更多。 ②根據(jù)圖3得到，900℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯，而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)下降，所以選擇900℃為反應(yīng)最佳溫度。 （3）明顯電池的負(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應(yīng)，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應(yīng)的催化劑。將方程式加和得到，總反應(yīng)為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 二、考點(diǎn)突破 1、保護(hù)金屬 典例1（2018屆寧夏銀川一中高三第三次模擬考試）下列有關(guān)電化學(xué)說法錯(cuò)誤的是 A． 電池中電流由正極流向負(fù)極。鋰電池比能量高，鋰電池一般不用有機(jī)酸、醇、水溶液直接作電解質(zhì)溶液 B． 太陽能電池有的是物理過程，有的還包括一個(gè)循環(huán)往復(fù)的化學(xué)反應(yīng) C． 硅鐵合金（一種惰性材料）可做犧牲陽極的陰極保護(hù)法的陽極 D． 電解時(shí)，有時(shí)一些陽離子、含氧酸根也可在陽極放電 【答案】C 【解析】A. 電池中電流由正極流向負(fù)極。鋰電池能量比較高，因?yàn)殇噷儆诨顫娊饘贂?huì)和有機(jī)酸、醇、水溶液直接反應(yīng)放出氫氣比較劇烈，所以不能直接用他們作電解質(zhì)溶液；B. 太陽能電池的工作原理是：太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。既有物理過程，又有包括一個(gè)循環(huán)往復(fù)的化學(xué)反應(yīng)，故B正確；C. 硅鐵合金（一種惰性材料）可做犧牲陽極的陰極保護(hù)法的正極，C錯(cuò)誤；D. 電解時(shí)，有時(shí)一些陽離子如Fe2+可以放電變成Fe3+、含氧酸根如MnO42-也可以放電成為MnO4-等都能在陽極放電，D正確。 2、電解電解質(zhì)溶液 案例2（2018年安徽省合肥市高三第二次教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)）如下圖所示，裝置(I)是一種可充電電池，裝置(Ⅱ)為惰性電極的電解池。下列說法正確的是 A． 閉合開關(guān)K時(shí)，電極B為負(fù)極，且電極反應(yīng)式為：2Brˉ－2eˉ=Br2 B． 裝置(I)放電時(shí)，總反應(yīng)為：2Na2S2+Br2=Na2S4+2NaBr C． 裝置(I)充電時(shí)，Na+從左到右通過陽離子交換膜 D． 該裝置電路中有0.1moleˉ通過時(shí)，電極Ⅹ上析出3.2gCu 【答案】B 3、處理汽車尾氣 典例3（2018屆廣東省華南師范大學(xué)附屬中學(xué)高三綜合測(cè)試三）某化學(xué)小組構(gòu)想將汽車尾氣(NO、NO2)轉(zhuǎn)化為重要的化工原料HNO3，其原理如右圖所示，其中A、B為多孔材料．下列說法正確的是 A． 該電池工作時(shí)，電子的流向：外電路由B到A B． 電極B 附近的HNO3濃度增大 C． A電極的反應(yīng)為：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，NO-3e-+2H2O= NO3-+4H+ D． 該電池工作時(shí)，除去含1molNO和NO2的混合尾氣，需消耗11.2LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下） 【答案】C 4、降低溫室效應(yīng) 典例4（2018屆山東省青島市城陽區(qū)高三上學(xué)期學(xué)分認(rèn)定考試）光合作用得地球碳、氧循環(huán)的更要媒介。下圖是利用模擬光合作用過程，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為糖類同時(shí)釋放O2的裝置。下列說法正確的是 A． 該裝置為原電池，其中a是原電池的正極 B． 該交換膜為陽離子交換膜，H+交換膜由左向右移動(dòng) C． 不考慮其它能量損耗，當(dāng)外電路通過1mole-時(shí)生成15g葡萄糖 D． b極發(fā)生的電極反應(yīng)：6CO2+24e-+18H2O=C6H12O6+24OH- 【答案】B 5、測(cè)定氣體的含量 典例5（2018屆四川省雙流中學(xué)高三2月月考）為了強(qiáng)化安全管理，某油庫引進(jìn)了一臺(tái)空氣中汽油含量的測(cè)量?jī)x，其工作原理如圖所示 (用強(qiáng)酸性溶液作電解質(zhì)溶液)。下列說法中不正確的是 A． 石量電極作正極，電極表面有物質(zhì)被還原 B． 鉑電極的電極反應(yīng)式為: C8H18+16H2O-50e-=8CO2+50H+ C． H+由質(zhì)子交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移 D． 標(biāo)況下每消耗5.6 L O2電路中通過1mol 電子，經(jīng)過電解質(zhì)形成閉合回路 【答案】D 6、凈化污水 典例6（2018屆湖南省岳陽市第一中學(xué)高三第一次模擬考試）通過膜電池可除去廢水中的乙酸鈉和對(duì)氯笨酚（），其原理如下圖所示，下列說法正確的是 A． B為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng) B． 電流方向從B極沿導(dǎo)線經(jīng)小燈泡流向A極 C． A極的電極反應(yīng)式為: D． 當(dāng)外電路中有0.2mole-轉(zhuǎn)移時(shí)，A極區(qū)增加的H+的數(shù)目為0.1NA 【答案】D 【解析】原電池中陽離子移向正極，根據(jù)原電池中氫離子的移動(dòng)方向可知A為正極，正極有氫離子參與反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，電流從正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極，則A．B為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；B．電流從正極A沿導(dǎo)線流向負(fù)極B，B錯(cuò)誤；C．A為正極，正極有氫離子參與反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，C錯(cuò)誤；D．據(jù)電荷守恒，當(dāng)外電路中有0.2mole-轉(zhuǎn)移時(shí)，通過質(zhì)子交換膜的H+的個(gè)數(shù)為0.2NA，而發(fā)生 ，則A極區(qū)增加的H+的個(gè)數(shù)為0.1NA，D正確。 7、太陽能電池 典例7（2018屆內(nèi)蒙古呼和浩特市高三第二次模擬考試）下圖是用于航天飛行器中的一種全天候太陽能電化學(xué)電池在光照時(shí)的工作原理。下列說法正確的是 A． 該電池與硅太陽能電池供電原理相同 B． 光照時(shí)，H+由a極室通過質(zhì)子膜進(jìn)入b極室 C． 光照時(shí)，b極反應(yīng)為VO2++2OH--e-=VO2++H2O D． 夜間無光照時(shí)，a電極流出電子 【答案】D 8、垃圾處理 典例8（2018屆廣東省佛山市高三下學(xué)期綜合能力測(cè)試二）最近報(bào)道的一種處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖如下。裝置工作時(shí)，下列說法不正確的是 A． 鹽橋中Cl-向Y極移動(dòng) B． 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? C． 電子由X極沿導(dǎo)線流向Y極 D． Y極發(fā)生的反應(yīng)為2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O，周圍pH增大 【答案】A