2019高考化學 難點剖析 專題46 原電池原理的應用講解.doc

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專題46 原電池原理的應用 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018天津）CO2是一種廉價的碳資源，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主要轉化為______（寫離子符號）；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已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學鍵 C—H C=O H—H CO(CO) 鍵能/kJmol?1 413 745 436 1075 則該反應的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。兩容器中反應達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，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應優(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，電池反應產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負極反應式：________。 電池的正極反應式：6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應過程中O2的作用是________。 該電池的總反應式：________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 ℃時，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)濟效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 （2）①化學反應的焓變應該等于反應物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變?yōu)?4413+2745)－ (21075+2436)= +120 kJmol-1。初始時容器A、B的壓強相等，A容器恒容，隨著反應的進行壓強逐漸增大（氣體物質的量增加）；B容器恒壓，壓強不變；所以達平衡時壓強一定是A中大，B中小，此反應壓強減小平衡正向移動，所以B的反應平衡更靠右，反應的更多，吸熱也更多。 ②根據(jù)圖3得到，900℃時反應產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應產(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)濟效益會下降，所以選擇900℃為反應最佳溫度。 （3）明顯電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應，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的催化劑。將方程式加和得到，總反應為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 二、考點突破 1、保護金屬 典例1（2018屆寧夏銀川一中高三第三次模擬考試）下列有關電化學說法錯誤的是 A． 電池中電流由正極流向負極。鋰電池比能量高，鋰電池一般不用有機酸、醇、水溶液直接作電解質溶液 B． 太陽能電池有的是物理過程，有的還包括一個循環(huán)往復的化學反應 C． 硅鐵合金（一種惰性材料）可做犧牲陽極的陰極保護法的陽極 D． 電解時，有時一些陽離子、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極。鋰電池能量比較高，因為鋰屬于活潑金屬會和有機酸、醇、水溶液直接反應放出氫氣比較劇烈，所以不能直接用他們作電解質溶液；B. 太陽能電池的工作原理是：太陽電池能量轉換的基礎是結的光生伏特效應。當光照射到pn結上時，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區(qū)，受內建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在pn結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。既有物理過程，又有包括一個循環(huán)往復的化學反應，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法的正極，C錯誤；D. 電解時，有時一些陽離子如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、電解電解質溶液 案例2（2018年安徽省合肥市高三第二次教學質量檢測）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K時，電極B為負極，且電極反應式為：2Brˉ－2eˉ=Br2 B． 裝置(I)放電時，總反應為：2Na2S2+Br2=Na2S4+2NaBr C． 裝置(I)充電時，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，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附屬中學高三綜合測試三）某化學小組構想將汽車尾氣(NO、NO2)轉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，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電極的反應為：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，NO-3e-+2H2O= NO3-+4H+ D． 該電池工作時，除去含1molNO和NO2的混合尾氣，需消耗11.2LO2（標準狀況下） 【答案】C 4、降低溫室效應 典例4（2018屆山東省青島市城陽區(qū)高三上學期學分認定考試）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轉化為糖類同時釋放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 C． 不考慮其它能量損耗，當外電路通過1mole-時生成15g葡萄糖 D． b極發(fā)生的電極反應：6CO2+24e-+18H2O=C6H12O6+24OH- 【答案】B 5、測定氣體的含量 典例5（2018屆四川省雙流中學高三2月月考）為了強化安全管理，某油庫引進了一臺空氣中汽油含量的測量儀，其工作原理如圖所示 (用強酸性溶液作電解質溶液)。下列說法中不正確的是 A． 石量電極作正極，電極表面有物質被還原 B． 鉑電極的電極反應式為: C8H18+16H2O-50e-=8CO2+50H+ C． H+由質子交換膜左側向右側遷移 D． 標況下每消耗5.6 L O2電路中通過1mol 電子，經(jīng)過電解質形成閉合回路 【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 B． 電流方向從B極沿導線經(jīng)小燈泡流向A極 C． A極的電極反應式為: D． 當外電路中有0.2mole-轉移時，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方向可知A為正極，正極有氫離子參與反應，電極反應式為，電流從正極經(jīng)導線流向負極，則A．B為電池的負極，發(fā)生氧化反應，A錯誤；B．電流從正極A沿導線流向負極B，B錯誤；C．A為正極，正極有氫離子參與反應，電極反應式為，C錯誤；D．據(jù)電荷守恒，當外電路中有0.2mole-轉移時，通過質子交換膜的H+的個數(shù)為0.2NA，而發(fā)生 ，則A極區(qū)增加的H+的個數(shù)為0.1NA，D正確。 7、太陽能電池 典例7（2018屆內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電池在光照時的工作原理。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，H+由a極室通過質子膜進入b極室 C． 光照時，b極反應為VO2++2OH--e-=VO2++H2O D． 夜間無光照時，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期綜合能力測試二）最近報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，下列說法不正確的是 A． 鹽橋中Cl-向Y極移動 B． 化學能轉變?yōu)殡娔? C． 電子由X極沿導線流向Y極 D． Y極發(fā)生的反應為2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O，周圍pH增大 【答案】A