2010年高考化學(xué)原電池命題趨勢點評

原電池是高考命題的熱點之一，幾乎年年都考。歷年高考中主要以原電池原理、電極產(chǎn)物判斷及電極方程式書寫、離子移動方向、溶液pH變化、金屬的腐蝕與保護(hù)等知識的考查為主。2010年高考與以往相比，原電池裝置示意圖，新能源汽車車載電池、綠色能源的開發(fā)、航天器中能量系統(tǒng)原理等熱點信息得到更廣泛的利用，下面精選試題予以分析。

一、根據(jù)原電池的金屬電極考查微粒氧化性、還原性的強(qiáng)弱判斷

例1.(2010全國課標(biāo)I，12)據(jù)圖1所示，可判斷出下列離子方程式中錯誤的是

A. 2Ag+(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)

B. Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)

C. 2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)

D. 2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)

解析:左上圖中Co、Cd分別為正、負(fù)極，說明金屬性或還原性Cd>Co，則氧化性:Cd2+Ag，則氧化性:Co2+Co>Ag，則氧化性:Cd2+

答案:A

技巧點撥:會根據(jù)原電池原理比較金屬性強(qiáng)弱;較強(qiáng)還原性的還原劑跟較強(qiáng)氧化性的氧化劑可能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)，生成弱還原性的還原產(chǎn)物和弱氧化性的氧化產(chǎn)物，反之則難自發(fā)進(jìn)行。

二、綜合考查鉛蓄電池的工作原理

例2.(2010福建理綜，11)鉛蓄電池的工作原理為:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，研讀圖2，下列判斷不正確的是

A. K 閉合時，d電極反應(yīng)式:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

B. 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，I中消耗的H2SO4為0.2 mol

C. K閉合時，II中SO42-向c電極遷移

D. K閉合一段時間后，II可單獨作為原電池，d電極為正極

解析:K閉合時，I、II分別為原電池、電解池，a(PbO2)、b(Pb)分別作正、負(fù)極，則惰性電極c、d分別為陰、陽極，d電極反應(yīng)式為PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-，故A正確;Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O～2e-，則n(H2SO4)=n(e-)轉(zhuǎn)移=0.2mol，故B正確;K閉合時，Ⅱ為電解池，惰性電極c、d分別為陰、陽極，由異性相吸原理可知，帶負(fù)電荷的SO42-向帶正電荷的d(陽極)電極遷移，故C錯;K閉合時，c電極反應(yīng)式為PbSO4+2e-=Pb+SO42-，一段時間后，惰性電極c、d上分別析出一層Pb、PbO2，因此Ⅱ也可單獨作為原電池，d(PbO2)、c(Pb)分別作正、負(fù)極，故D正確。

答案:C

技巧點撥:原電池中負(fù)極上一定發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上一定發(fā)生還原反應(yīng);負(fù)極流出電子，正極流入電子，陽離子向正極定向移動，陰離子向負(fù)極定向移動;電解池中陽極上一定發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上一定發(fā)生還原反應(yīng);陽極流出電子，陰極流入電子，陽離子從陽極向陰極移動，陰離子從陰極向陽極移動。

三、考查新型燃料電池的工作原理

例3.(2010安徽卷，11)某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H+，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，電池總反應(yīng)可表示為:2H2+O2=2H2O，下列有關(guān)說法正確的是

A. 電子通過外電路從b極流向a極

B. b極上的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-

C. 每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗1.12L的H2

D. H+由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極

解析:2H2+O2=2H2O中H2發(fā)生氧化反應(yīng)，通入H2的a極作負(fù)極，O2發(fā)生還原反應(yīng)，通入O2的b極作正極，電子通過外電路從負(fù)(a)極流向正(b)極，故A錯;OH-與H+不能大量共存，正(b)極反應(yīng)式為O2+4H++4e-=2H2O，故B錯;2H2+O2=2H2O～4e-，則n(H2)=n(e-)轉(zhuǎn)移/2=0.05mol，V(H2)= 0.05mol×22.4L#8226;mol-1=1.12L，但題目缺少標(biāo)準(zhǔn)狀況，Vm不一定為22.4L#8226;mol-1，故C錯;根據(jù)同性相斥、異性相吸原理，帶正電荷的H+由負(fù)(a)極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到正(b)極，故D正確。

答案:D

技巧點撥:燃料電池中通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧化劑的一極為正極;酸性電解質(zhì)中不能大量存在OH-，堿性電解質(zhì)中不能大量存在H+;題目給出物質(zhì)的體積，一要看是否是標(biāo)準(zhǔn)狀況，二要看該物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是否是氣體。

四、考查新能源汽車車載二次電池的工作原理

例4.(2010浙江卷，9) Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe。有關(guān)該電池的下列說法中，正確的是

A. Li-Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價為+1價

B. 該電池的電池反應(yīng)式為:2Li+FeS=Li2S+Fe

C. 負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al-3e-=Al3+

D. 充電時，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為:Li2S+Fe-2e-=2Li++FeS

解析:正極反應(yīng)中鐵由+2價降低為0價，則FeS作正極，Li-Al作負(fù)極，合金中元素以游離態(tài)熔合而成，則Li-Al中鋰為0價，故A錯;LiOH為堿，Al(OH)3為兩性氫氧化物，則金屬性Li>Al，負(fù)極反應(yīng)式為Li-e-=Li+，電池總反應(yīng)為2Li+FeS=Li2S+Fe，故B正確，C錯;充電時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)或放電時負(fù)極的氧化反應(yīng)的逆反應(yīng)，則陰極反應(yīng)式為Li++ e-=Li，故D錯。

答案:B

技巧點撥:由元素化合價變化判斷反應(yīng)類型，根據(jù)負(fù)極上一定發(fā)生氧化反應(yīng)、正極上一定發(fā)生還原反應(yīng)確定車載電池的正負(fù)極材料;根據(jù)合金概念確定其組成元素的化合價;根據(jù)最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱判斷合金中兩種金屬的活潑性，推導(dǎo)負(fù)極反應(yīng)式;根據(jù)原電池、電解池原理推導(dǎo)陰、陽極反應(yīng)式及電解總反應(yīng)。

五、考查航天器等新情景下氫氧燃料電池的工作原理

例5.(2010江蘇卷，11)圖4是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是

A. 該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化

B. 裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為:

O2+2H2O+4e-=4OH-

C. 裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生

D. 裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化

解析:圖中包括太陽能轉(zhuǎn)化為電能(太陽能電池)、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(電解水)、化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能(氫氧燃料電池)、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(工作馬達(dá))等4種形式，故A錯;2H2+O2=2H2O中H2發(fā)生氧化反應(yīng)，通入H2的電極作負(fù)極，O2發(fā)生還原反應(yīng)，通入O2的電極作正極，負(fù)極反應(yīng)為H2-2e-=2H+，或 H2-2e-+2OH-=2H2O，故B錯;裝置X的反應(yīng)物為水，條件是太陽能電池提供電能，則實質(zhì)上是電解水生成H2、O2，故C正確;燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，被譽(yù)為綠色發(fā)電站，但也很難100%轉(zhuǎn)化，故D錯。

答案:C

技巧點撥:該題要求考生能夠從試題提供的模型或圖形等新信息中，準(zhǔn)確地提取實質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識塊整合，通過運用相關(guān)知識，采用分析、綜合的方法，解決簡單化學(xué)問題的能力。該題與2009年江蘇化學(xué)卷第12題、2009年天津理綜第10題等類似，其創(chuàng)新之處在于航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖這一載體以及將電解水和氫氧燃料電池、太陽能電池等重要的能量轉(zhuǎn)化形式綜合考查，還可以設(shè)計的問題形式包括:裝置X、Y中H+向哪一極移動?電子流向?電極反應(yīng)式正誤判斷?能量轉(zhuǎn)化形式是什么?等等。

綜上所述，今年高考有關(guān)原電池的考查注重測量自主學(xué)習(xí)的能力，重視理論聯(lián)系實際，關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于促進(jìn)學(xué)生在知識和技能、過程和方法、情感、態(tài)度和價值觀等方面的全面發(fā)展，預(yù)計今后有關(guān)原電池命題趨勢將得以延續(xù)。

責(zé)任編校 李平安