专题十化学反应与电能考点一原电池原理及其应用1.(2022广东,16,4分)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为:NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3下列说法正确的是()A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23g答案C由充电时电极a的反应可知,电极a发生还原反应,为阴极,电极b为阳极,A项错误;充电时电极b的反应为2Cl--2e-Cl2,放电时的总反应为Cl2+Na3Ti2(PO4)3NaTi2(PO4)3+2NaCl,NaCl溶液的浓度增大,NaCl溶液呈中性,故放电时NaCl溶液的pH不变,B项错误、C项正确;每生成1molCl2,转移2mole-,结合充电时电极a的反应,可知会有2molNa+结合到电极a上,使电极a质量理论上增加46g,D项错误。疑点突破在做电化学试题时,首先从题中信息确定放电时的正、负极和充电时的阴、阳极,结合电极反应式确定反应前后电解质溶液浓度的变化情况。理论上,电极反应转移电子的物质的量与溶液中某种特定离子定向移动转移的电荷的物质的量是相同的。2.(2022湖南,8,3分)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是()A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂—海水电池属于一次电池答案B锂为活泼金属,作负极;N极为正极,可能发生电极反应O2+2H2O+4e-4OH-,故B错误。3.(2022全国甲,10,6分)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH)42−存在]。电池放电时,下列叙述错误的是()A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B.Ⅰ区的SO42−通过隔膜向Ⅱ区迁移C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-Mn2++2H2OD.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+Zn(OH)42−+Mn2++2H2O答案A根据题图可知Zn为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42−,MnO2为正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O。A项,根据负极反应可知,Ⅲ区中负电荷减少,为了平衡溶液中电荷,放电时Ⅲ区的钾离子向Ⅱ区迁移,错误;B项,根据正极反应可知,Ⅰ区中正电荷减少,为了平衡溶液中电荷,硫酸根离子从Ⅰ区迁移至Ⅱ区,正确;D项,将正、负极电极反应相加即可得到电池总反应,正确。知识归纳离子交换膜的作用分析(1)平衡左右两侧电荷,得到稳定电流。离子交换膜能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。Ⅰ区中正电荷减少,需要增加正电荷或减少负电荷以平衡电荷;同理Ⅲ区中负电荷减少,只能移出钾离子至Ⅱ区或移入硫酸根离子至Ⅲ区,保持溶液中的电荷平衡,使原电池得到稳定电流。(2)阻隔某些离子或分子,防止某些副反应的发生。如Ⅰ区与Ⅱ区之间只能使用阴离子交换膜,使硫酸根离子移至Ⅱ区,同时Ⅱ区与Ⅲ区只能使用阳离子交换膜,使钾离子进入Ⅱ区;否则氢离子和氢氧根离子在Ⅱ区相遇,发生反应。(3)制备某些特定产品。本题主要通过废硫酸和废碱液发电并制取产品硫酸钾。4.(2022全国乙,12,6分)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-Li)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是()A.充电时,电池的总反应Li2O22Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-Li2O2答案C根据题给电池装置图并结合阴、阳极电极反应可知,充电时,电池的总反应为Li2O22Li+O2,A项正确;由题干中光照时阴、阳极反应可知,充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B项正确;放电时题给装置为原电池,阳离子(Li+)向正极迁移,C项错误;根据题给装置图可知,放电时正极上O2得电子并与Li+结合生成Li2O2,即O2+2Li++2e-Li2O2,D项正确。方法归纳电极反应式的书写步骤:第1步,判断电极(正、负极或者阴、阳极)上参与反应的反应物和生成物,根据元素化合价变化标出转移电子的数目;第2步,根据溶液的酸碱性,通过在电极反应式的两端添加H+或OH-,使电极反应式两端的电荷守恒;第3步,根据原子守恒,在电极反应式的两端添加H2O(或其他小分子物...
