微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
【答案】A
【解析】首先根据原电池反应判断出厌氧反应为负极侧,有氧反应为正极侧。A、根据厌氧反应中碳元素的化合价的变化:葡萄糖分子中碳元素平均为0价,二氧化碳中碳元素的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,所以在负极生成。错误;B、在微生物的作用下,该装置为原电池装置。原电池能加快氧化还原反应速率,故可以说微生物促进了电子的转移。正确;C、原电池中阳离子向正极移动。正确;D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应。正确。
【考点定位】原电池原理;难度为一般等级
【名师点晴】本题是关于能量转化的题目,电化学包括原电池和电解池。原电池是将化学能转化为电能的装置,组成有正负极、电解质溶液、形成闭合回路,活动性强的电极为负极,发生氧化反应,活动性弱的电极为正极,正极上发生还原反应。电解池是将电能转化为化学能的装置。与外加电源正极连接的为阳极,与电源负极连接的为阴极。阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。若阳极是活性电极,则是电极本身失去电子,若电极是惰性电极,则电解质溶液(或熔融状态)阴离子发生还原反应。掌握好阴离子、阳离子的放电顺序、清楚在闭合回路中电子转移数目相等是本题的关键。
在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.X是电源的负极
B.阴极的反应式是:H2O+2eˉ=H2+O2ˉ
CO2+2eˉ=CO+O2ˉ
C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1
【答案】D
【解析】A、从图示可看出,与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化,均得电子,应为电解池的阴极,则X为电源的负极,A正确;B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应,电极反应式分别为:H2O+2eˉ=H2+O2ˉ、CO2+2eˉ=CO+O2ˉ,B正确;C、从图示可知,阳极生成H2和CO的同时,阴极有O2生成,所以总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2,C正确;D、从总反应方程式可知,阴极生成2mol气体(H2、CO各1mol)、阳极生成1mol气体(氧气),所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1,D不正确。答案选D。
锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
【答案】C
【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+ Cu2+= Zn2++ Cu,故Zn电极为负极失电子发生氧化反应,Cu电极为正极得电子发生还原反应,故A项错误;该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故两池中c(SO42-)不变,故B项错误;电解过程中溶液中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池,乙池中Cu2++2e—= Cu,故乙池中为Cu2+~Zn2+,摩尔质量M(Zn2+)>M(Cu2+)故乙池溶液的总质量增加,C项正确;该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中溶液中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡,阴离子并不通过交换膜,故D项错误;本题选C。
【考点定位】本题主要考查了原电池的反应原理,涉及反应类型、离子浓度的变化、电极的判断、离子的移动方向的判断等
【名师点睛】电化学反应原理是选修4中的重要内容,也是难点之一。原电池的反应原理的应用,抓住化学反应的本质、正负极的判断、正负极反应类型的判断、电极反应式的书写、总反应方程式的书写、电子的流向、电流的流向、溶液中离子的流向、电极是否参加反应、电子的转移、有关氧化还原反应的计算、溶液质量的变化、离子交换膜的判断、溶液的pH的计算或变化、溶液颜色的变化是解题的关键。综合性较强,针对每个知识点进行详细剖析,使学生真正理解原电池的反应中所涉及的知识。
用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液PH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式为:Cl- + 2OH--2e-= ClO- + H2O
C.阴极的电极反应式为:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+ 5ClO- + 2H+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl-+ H2O
【答案】D
【解析】A、阳极要产生ClO-,则铁只能作阴极,不能作阳极,否则就是铁失电子,A正确;B、阳极是Cl-失电子产生ClO-,电极反应式为:Cl- + 2OH--2e-= ClO- + H2O,B正确;C、阴极是H+产生H2,碱性溶液,故阴极的电极反应式为:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-,C正确;D、溶液为碱性,方程式应为2CN-+5ClO-+ H2O =N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。选D。
【考点定位】电化学基础知识
【名师点睛】原电池原理和电解池原理都是建立在氧化还原和电解质溶液基础上,借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化,是高考命题重点,题目主要以选择题为主,主要围绕工作原理、电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。电化学的命题除在继续加强基本知识考查的基础上,更加注重了试题题材的生活化、实用化、情景化,同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合,这与新课标所倡导的提高国民科学素养与探究、创新、灵活解决实际问题的能力极为相符,相信今后的电化学命题将会有更新颖的形式与题材出现。
用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液PH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式为:Cl- + 2OH--2e-= ClO- + H2O
C.阴极的电极反应式为:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+ 5ClO- + 2H+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl-+ H2O
【答案】D
【解析】A、阳极要产生ClO-,则铁只能作阴极,不能作阳极,否则就是铁失电子,A正确;B、阳极是Cl-失电子产生ClO-,电极反应式为:Cl- + 2OH--2e-= ClO- + H2O,B正确;C、阴极是H+产生H2,碱性溶液,故阴极的电极反应式为:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-,C正确;D、溶液为碱性,方程式应为2CN-+5ClO-+ H2O =N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。选D。
【考点定位】电化学基础知识
【名师点睛】原电池原理和电解池原理都是建立在氧化还原和电解质溶液基础上,借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化,是高考命题重点,题目主要以选择题为主,主要围绕工作原理、电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。电化学的命题除在继续加强基本知识考查的基础上,更加注重了试题题材的生活化、实用化、情景化,同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合,这与新课标所倡导的提高国民科学素养与探究、创新、灵活解决实际问题的能力极为相符,相信今后的电化学命题将会有更新颖的形式与题材出现。
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