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- 2021-07-08 发布
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考点 34 化学电源
1.电池的分类:
2.常见的化学电源
(1)一次电池
①锌银电池
锌银电池负极是 Zn,正极是 Ag2O,电解质溶液是 KOH 溶液,其电极反应如下:
负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
正极:Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-;
电池总反应式:Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
②
普通锌锰电池 碱性锌锰电池
装置
电极 负极:Zn−2e− Zn2+ 负极:Zn+2OH−−2e− Zn(OH)2
反应 正极:2 +
4NH +2MnO2+2e− 2NH3+Mn2O3+H2O
总反应:
Zn+2MnO2+2 +
4NH Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O
正极:2MnO2+2H2O+2e− 2MnOOH
+2OH−
总反应:
Zn + 2MnO2+2H2O 2MnOOH+
Zn(OH)2
特点
优点:制作简单,价格便宜;
缺点:新电池会发生自动放电,使存放时间缩短,
放电后电压下降较快
优点:克服了普通锌锰干电池的缺点,单
位质量所输出的电能多且储存时间长,适
用于大电流和连续放电
(2)二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池
① 放电时的电极反应
负极:Pb(s)+ 2
4SO (aq)−2e− PbSO4(s) (氧化反应)
正极:PbO2(s)+4H+(aq)+ 2
4SO (aq)+2e− PbSO4(s)+2H2O(l) (还原反应)
总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
② 充电时的电极反应
阴极:PbSO4(s)+2e− Pb(s)+ 2
4SO (aq) (还原反应)
阳极:PbSO4(s)+2H2O(l)−2e− PbO2(s)+4H+(aq)+ 2
4SO (aq) (氧化反应)
总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
(3)燃料电池
是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的优点:能量转换率高、
废弃物少、运行噪音低。
A、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分酸性和碱性两种。
装置
电池总反应 2H2+O2 2H2O
介
质
酸性(H+)
负极:2H2−4e− 4H+
正极:O2+4H++4e− 2H2O
中性(Na2SO4)
负极:2H2−4e− 4H+
正极:O2+2H2O+4e− 4OH−
碱性(OH−)
负极:2H2+4OH−−4e− 4H2O
正极:O2+2H2O+4e− 4OH−
B、甲醇燃料电池
甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质:
①碱性电解质(KOH 溶液为例)
总反应式:2CH3OH + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O
正极的电极反应式为:3O2 + 12e− + 6H2O===12OH−
负极的电极反应式为:CH3OH – 6e− +8OH− === CO32−+ 6H2O
②酸性电解质(H2SO4溶液为例)
总反应:2CH3OH +3O2 ===2CO2 + 4H2O
正极的电极反应式为:3O2+12e−+12H+ === 6H2O
负极的电极反应式为:2CH3OH −12e−+2H2O ===12H++ 2CO2
说明:乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同。
C、甲烷燃料电池
甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为 KOH,生成的 CO2还要与 KOH 反应生成 K2CO3,所
以总反应为:CH4 + 2KOH+ 2O2=== K2CO3+3H2O。
负极发生的反应:CH4− 8e− +8OH−===CO2 + 6H2O、CO2 + 2OH−===CO32− + H2O,所以:
负极的电极反应式为:CH4 +10OH− + 8e− === CO32− + 7H2O
正极发生的反应有:O2 + 4e− ===2O2−和 O2− + H2O === 2OH−,所以:
正极的电极反应式为:O2 + 2H2O + 4e− === 4OH−
说明:掌握了甲烷燃料电池的电极反应式,就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式。
D、铝—空气—海水电池
我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯,以海水为电解质,靠空气中的氧气使铝
不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼的白光。
电源负极材料为:铝;电源正极材料为:石墨、铂网等能导电的惰性材料。
负极的电极反应式为:4Al−12e−===4Al3+
正极的电极反应式为:3O2+6H2O+12e−===12OH−
总反应式为:4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积。
考向一 燃料电池
典例 1 直接碳固体氧化物燃料电池作为全固态的能量转换装置,采用固体碳作为燃料,以多孔 Pt 作电极、
氧化锆为电解质,其工作原理如下图。下列说法不正确的是
已知:CO2(g)+C=2CO(g)
△
H=+172.5kJ•mol-1 CO(g)+ 1
2 O2(g)=CO2(g)
△
H=-283kJ•mol-1
A.电极 a 为正极,电子由 b 经过导线到 a
B.电极 b 发生的电极反应为:CO+O2--2e-=CO2
C.依据装置原理可推测,该条件下 CO 放电比固体 C 更容易
D.若 1molC(s)充分燃烧,理论上放出的热量为 110.5kJ
【答案】D
【分析】分析电池的工作原理示意图,电池在工作时,氧化锆电解质中的 O2-由 a 电极向 b 电极迁移,因此
a 为正极,b 为负极;电池在工作时,固体碳首先转化为 CO,再扩散到 b 电极上发生电化学反应,相比于
直接利用固体碳,这种方式更容易反应。
【详解】A.通过分析可知,a 电极为正极,b 电极为负极;所以电子通过导线,由 b 电极向 a 电极迁移,A
项正确;
B.由电池的工作原理示意图可知,b 电极上发生的是 CO 的氧化反应,因此电极反应式为:
2
2CO O 2e =CO ,B 项正确;
C.通过分析可知,电池在工作时,是将固体碳转变为 CO 后再利用 CO 发生的电化学反应,这种方式相比
于直接利用固体碳,更容易放电,C 项正确;
D.由题可知,C 完全燃烧的热化学方程式为: 2 2C s O g =CO g 393.5kJ/molH ,所以
1molC(s)充分燃烧理论上放出的热量为 393.5kJ,D 项错误;答案选 D。
1.美国 G-TEC 燃料电池以利用民用燃气为原料气,其结构如下图,有关该电池的说法不正确的是
A.电池工作时,电流由负荷的 a 流向 b
B.电池工作一段时间后,电解质物质的量理论上保持不变
C.通入空气的一极的电极反应式是:O2+2H2O+4e-===4OH-
D.外电路中每通过 0.2 mol 电子,所消耗的燃料体积不小于 2.24 L(标况下)
【答案】C
【解析】外电路中电流由电池的正极流向负极,A 项正确;电解质仅为传导作用,没有变化,B 项正确;
通入空气的一极是 O2 得到电子生成 O2-,电极反应式为 O2+4e-===2O2-,C 项错误;因 2H2+O2===2H2O,
2CO+O2===2CO2,故外电路中每通过 0.2 mol 电子时,需消耗的标况下的氢气或一氧化碳均为 2.24 L,D
项正确。
燃料电池电极反应书写的注意事项
(1)燃料电池的负极是可燃性气体,失去电子发生氧化反应;正极多为氧气或空气,得到电子发生还
原反应,可根据电荷守恒来配平。
(2)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用。
(3)燃料电池的电极反应中,酸性溶液中不能生成 OH−,碱性溶液中不能生成 H+;水溶液中不能生成
O2−,而熔融电解质中 O2 被还原为 O2−。
(4)正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下,相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产
物与电解质溶液反应的叠加反应。
考向二 新型电池
典例 2 某新型电池以 NaBH4(B 的化合价为+3 价)和 H2O2 作原料,负极材料采用 Pt,正极材料采用 MnO2(既
作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用),该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源,其
工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A.每消耗 3 mol H2O2,转移 6 mol e-
B.电池工作时 Na+从 b 极区移向 a 极区
C.a 极上的电极反应式为 BH-
4 +8OH--8e-===BO-
2 +6H2O
D.b 极材料是 MnO2,该电池总反应方程式:NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O
【答案】B
【解析】正极电极反应式为 H2O2+2e-===2OH-,每消耗 3 mol H2O2,转移的电子为 6 mol,故 A 正确;
原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则 Na+从 a 极区移向 b 极区,故 B 错误;负极发
生氧化反应生成 BO-
2 ,电极反应式为 BH-
4 +8OH--8e-===BO-
2 +6H2O,故 C 正确;电极 b 采用 MnO2 为
正极,H2O2 发生还原反应,得到电子被还原生成 OH-,负极发生氧化反应生成 BO-
2 ,该电池总反应方程式
为 NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O,故 D 正确。
2.甲图为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,乙图是
一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。关于甲、乙的说法正确的是( )
A.装置乙中的 b 极要与装置甲的 X 极连接
B.装置乙中 a 极的电极反应式为 2Cl--2e-=Cl2↑
C.当 N 极消耗 5.6 L(标准状况下)气体时,则有 2NA 个 H+通过质子交换膜
D.若有机废水中主要含有葡萄糖(C6H12O6),则装置甲中 M 极发生的电极反应为 C6H12O6+6H2O-24e-
= 6CO2↑+24H+
【答案】D
【分析】
甲池为原电池,N 电极上氧气转化为水,发生还原反应,所以 N(Y)极为正极,则 M(X)极为负极;乙池为电
解池,需要制备消毒液,则 b 极应生成氯气,a 电极生成 NaOH 和氢气,然后氯气移动到 a 电极和 NaOH 反
应生成 NaClO,所以 b 为阳极,a 为阴极。
【详解】
A.a 为阴极,与甲中的负极相连,即与 X 相连,b 极要与装置甲的 Y 极连接,故 A 错误;
B.乙为电解池,在下端生成氯气,则 b 极的电极反应式为 2Cl--2e-=Cl2↑,故 B 错误;
C.N 电极为氧气得电子发生还原反应,电极反应式为:O2+4H++4e-=2H2O,则当 N 电极消耗 5.6 L 气体(标
准状况下)即 0.25mol 时,消耗的氢离子为 1mol,则有 NA 个 H+通过离子交换膜,故 C 错误;
D.若有机废水中主要含有葡萄糖,则装置甲中 M 极上 C6H12O6 失电子生成二氧化碳同时产生氢离子,其电
极应为:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+,故 D 正确;综上所述答案为 D。
1.汽车的启动电源常用铅蓄电池,放电时的电池反应:PbO2+Pb+2H2SO4
放电
充电
2PbSO4+2H2O,根据此反应判
断下列叙述中正确的是
A.PbO2 是电池的负极 B.电子从 Pb 极流出
C.PbO2 得电子,被氧化 D.电池放电时,溶液酸性增强
【答案】B
【详解】
A.PbO2 中 Pb 化合价降低,得到电子,是原电池的正极,故 A 错误;
B.Pb 化合价升高,失去电子,是原电池负极,PbO2 中 Pb 化合价降低,得到电子,是原电池正极,电子从
负极即 Pb 极流出,流入到正极即 PbO2 极,故 B 正确;
C.PbO2 中 Pb 化合价降低,得到电子,被还原,故 C 错误;
D.根据总反应 PbO2+Pb+2H2SO4
放电
充电
2PbSO4+2H2O,电池放电时,硫酸不断消耗,因此溶液酸性减弱,故
D 错误。综上所述,答案为 B。
2.NO2、O2 和熔融 KNO3 可制作燃料电池,其原理如图,该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物 Y,
Y 可循环使用。下列说法正确的是
A.O2 在石墨Ⅱ附近发生氧化反应
B.该电池放电时 3NO 向石墨Ⅱ电极迁移
C.石墨Ⅰ附近发生的反应:3NO2 +2e-===NO+2 3NO
D.相同条件下,放电过程中消耗的 NO2 和 O2 的体积比为 4∶1
【答案】D
【解析】石墨Ⅱ通入氧气,发生还原反应,为原电池的正极,电极方程式为 O2+2N2O5+4e-===4 3NO ,
A 错误;原电池中阴离子移向负极, 3NO 向石墨Ⅰ电极迁移,B 错误;石墨Ⅰ为原电池的负极,发生氧
化反应,电极方程式为 NO2+ 3NO -e-===N2O5,C 错误;电极方程式分别为 NO2+ 3NO -e-===N2O5、
O2+2N2O5+4e-===4 3NO ,则放电过程中消耗的 NO2 和 O2 的体积比为 4∶1,D 正确。
3.充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性,在充电和放电时,其电池反应为 Mg+
2MnF3 2MnF2+MgF2。下列说法不正确的是
A.放电时,镁为负极材料
B.放电时,电子从镁极流出,经电解质溶液流向正极
C.充电时,阳极的电极反应式为 MnF2+F--e-===MnF3
D.充电时,外加直流电源的负极应与原电池的 Mg 极相连
【答案】B
【解析】放电时,Mg 被氧化生成 MgF2,则镁为负极材料,A 正确;放电时,电子从负极流出经导线流
向正极,电子不进入电解质溶液,B 错误;充电时,MnF2 在阳极上发生氧化反应生成 MnF3,电极反应
式为 MnF2+F--e-===MnF3,C 正确;充电时,外加直流电源的负极要与原电池的负极相连,即与镁极
相连,D 正确。
4.熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池,具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样化、余热利用价值高和
电池构造材料价廉等诸多优点,是未来的绿色电站。某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K2CO3 为电解
质、以 CH4 为燃料时,该电池工作原理见下图。下列说法正确的是
A.Li+、K+移向左侧电极
B.外电路中电子由右侧电极移向左侧电极
C.通入 1 mol 气体 A 时,左侧电极上生成 5 mol CO2
D.相同条件下通入气体 B 与气体 C 的体积比为 2∶1
【答案】C
【解析】该原电池为甲烷燃料电池,通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极,负极反应式为
CH4+4 2
3CO -8e-===5CO2+2H2O,正极反应式为 O2+2CO2+4e-===2 2
3CO ,负极上产生的二氧化碳
可以为正极所利用,所以 A 是负极,B 是正极。燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极
是正极,原电池放电时,阳离子向正极移动,Li+、K+向右侧电极移动,A 错误;外电路中电子由负极流
向正极,即从左侧电极移向右侧电极,B 错误;负极反应式为 CH4+4 2
3CO -8e-===5CO2+2H2O,正极
反应式为 O2+2CO2+4e-===2 2
3CO ,通入 1 mol 甲烷气体时,左侧电极上生成 5 mol CO2,C 正确;相
同条件下通入气体 B 与气体 C 的体积比为 1∶2,D 错误。
5.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是
干电池示意图 铅蓄电池示意图 氢氧燃料电池示意图
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.铅蓄电池工作过程中,每通过 2 mol 电子,负极质量减轻 207 g
【答案】D
【解析】干电池是一次电池,铅蓄电池是可充电电池,属于二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,故
A 正确;在干电池中,Zn 作负极,被氧化,故 B 正确;氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏
在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,故 C 正确;铅蓄
电池工作过程中,硫酸铅在负极上析出,该极质量应该增加而非减小,故 D 错误。
6.一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化,其工作原理如图所示,图中有机废水中有机物可
用 C6H10O5 表示。下列有关说法不正确的是
A.Cl-由中间室移向左室
B.X 气体为 CO2
C.处理后的含 NO -
3 废水的 pH 降低
D.电路中每通过 4 mol 电子,产生标准状况下 X 气体的体积为 22.4 L
【答案】C
【解析】该电池中,NO -
3 得电子发生还原反应,则装置中右边电极是正极,电极反应为 2NO-
3 +10e-+
12H+===N2↑+6H2O,装置左边电极是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应生成 X,有机物在厌氧
菌作用下生成二氧化碳。放电时,电解质溶液中阴离子 Cl-移向负极室(左室),A 项正确;有机物在
厌氧菌作用下生成二氧化碳,所以 X 气体为 CO2,B 项正确;正极反应为 2NO-
3 +10e-+12H+===N2↑+
6H2O,H+参加反应导致溶液酸性减小,溶液的 pH 增大,C 项错误;根据负极上有机物失电子发生氧化
反应,有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳,电极反应为 C6H10O5-24e-+7H2O===6CO2↑+24H+知,电
路中每通过 4 mol 电子,产生标准状况下 X 气体的体积为 4
24×6×22.4=22.4(L),D 项正确。
7.燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。
(1)以多孔铂为电极,如图甲装置中 A、B 口分别通入 CH3CH2OH 和 O2 构成乙醇燃料电池,则 b 电极
是________(填“正极”或“负极”),该电池的负极的电极反应式为___________________________。
(2)科学家研究了转化温室气体的方法,利用图乙所示装置可以将 CO2 转化为气体燃料 CO,该电池负
极反应式为__________________________,工作时的总反应式为________________________。
(3)绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如图丙所示。
①氧气应从 c 处通入,则电极 Y 为________极,发生的电极反应式为_______________________;
②二甲醚(CH3OCH3)应从 b 处加入,电极 X 上发生的电极反应式为_____________________________;
③电池在放电过程中,电极 X 周围溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)合成气(H2、CO)不仅是化工原料,也是清洁能源。如果 H2 和 CO 以体积比 1 1 组成的混合气体与
空气构成碱性燃料电池(KOH 溶液为电解质溶液且足量),假设 CO 和 H2 同时按比例发生反应,则燃料电
池负极的电极反应式为__________________。
(5)如图丁是甲烷燃料电池原理示意图。
①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为________________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1)正极 CH3CH2OH+16OH--12e-===2CO2-
3 +11H2O
(2)2H2O-4e-===4H++O2↑ 2CO2===O2+2CO
(3)①正 4H++O2+4e-===2H2O ②CH3OCH3+3H2O-12e-===2CO2+12H+ ③减小
(4)CO+H2+6OH--4e-===CO2-
3 +4H2O
(5)①a CH4+10OH--8e-===CO2-
3 +7H2O
②减小
【解析】(1)b 电极通入 O2,发生还原反应,则 b 电极为正极。乙醇(CH3CH2OH)在负极上发生氧化反
应,电解质溶液为 KOH 溶液,负极反应式为 CH3CH2OH+16OH--12e-===2CO2-
3 +11H2O。
(2)由图乙可知,CO2 在 N 极上发生还原反应生成 CO,则 N 为正极,M 为负极。H2O 在负极上发生
氧化反应生成 O2,则电极反应式为 2H2O-4e-===4H++O2↑。H2O 在 M 极上生成 O2,CO2 在 N 极上生
成 CO,则电池总反应式为 2CO2===O2+2CO。
(3)①二甲醚-氧气燃料电池中,O2 通入正极,发生还原反应生成 H2O,电极反应式为 4H++O2+4e-
===2H2O。②二甲醚 (CH3OCH3)在负极发生氧化反应生成 CO2,电极反应式为 CH3OCH3+3H2O-12e-
===2CO2+12H+。③放电过程中,电极 X 上 CH3OCH3 被氧化生成 CO2 和 H+,电极 X 周围溶液中 c(H+)
增大,溶液的 pH 减小。
(4)在碱性条件下,CO 和 H2 均被氧化,则燃料电池负极的电极反应式为 CO+H2+6OH--4e-===CO2-
3
+4H2O。
(5)①甲烷燃料电池中,CH4 通入负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为 CH4+10OH--8e-
===CO2-
3 +7H2O。②O2 通入正极,发生还原反应,电极反应式为 O2+2H2O+4e-===4OH-,结合负极反
应式及得失电子守恒推知,电池总反应式为 CH4+2O2+2OH-===CO2-
3 +3H2O,则甲烷燃料电池工作时
不断消耗 OH-,溶液中 c(OH-)减小,溶液的 pH 减小。
8.(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图 1 所示是高
铁电池的模拟实验装置。
图 1 图 2
①该电池放电时正极的电极反应式为________________________________。
若维持电流强度为 1 A,电池工作十分钟,理论消耗 Zn________g(已知 F=96 500 C·mol-1)。
②盐桥中盛有饱和 KCl 溶液,此盐桥中氯离子向__________(填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代
替盐桥,则钾离子向__________(填“左”或“右”)移动。
③ 图 2 为 高 铁 电 池 和 常 用 的 高 能 碱 性 电 池 的 放 电 曲 线 , 由 此 可 得 出 高 铁 电 池 的 优 点 有
______________________________。
(2)有人设想以 N2 和 H2 为反应物,以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能
固氮的新型燃料电池,装置如下图所示,电池正极的电极反应式是_____________________________,A
是____________。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中 CO 的浓度,其装置如下图所示。该电池中 O2-可以在固体介
质 NASICON(固溶体)内自由移动,工作时 O2-的移动方向___________(填“从 a 到 b”或“从 b 到 a”),负极
发生的电极反应式为_________________________。
【答案】(1)① 2
4FeO +4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH- 0.2
②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)N2+8H++6e-===2 +
4NH 氯化铵
(3)从 b 到 a CO+O2--2e-===CO2
【解析】(1)①放电时高铁酸钾为正极,正极发生还原反应,电极反应式为 2
4FeO +4H2O+3e-
===Fe(OH)3↓+5OH-。若维持电流强度为 1A,电池工作十分钟,转移电子的物质的量为 1 10 60
96500
mol
=0.006 217 6 mol。理论消耗 Zn 的质量为 0.0062176
2 ×65 g·mol-1≈0.2 g。②电池工作时,阴离子移向负极,
阳离子移向正极,所以盐桥中氯离子向右移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动。
(2)该电池的本质反应是合成氨反应,电池中氢气失去电子,在负极发生氧化反应,氮气得电子在正极
发生还原反应,则正极反应式为 N2+8H++6e-===2 +
4NH ,氨气与 HCl 反应生成氯化铵,则电解质溶液
为 NH4Cl、HCl 混合溶液。
(3)工作时电极 b 作正极,O2-由电极 b 移向电极 a;该装置是原电池,通入一氧化碳的电极 a 是负极,
负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应,电极反应式为 CO+O2--2e-===CO2。
1.(2020·新课标Ⅰ)科学家近年发明了一种新型 Zn−CO2 水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选
择性催化材料,放电时,温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途
径。
下列说法错误的是
A. 放电时,负极反应为 2
4Zn 2e 4OH Zn(OH)
B. 放电时,1 mol CO2 转化为 HCOOH,转移的电子数为 2 mol
C. 充电时,电池总反应为 2
4 2 22Zn OH) 2Zn O 4OH O( 2H
D. 充电时,正极溶液中 OH−浓度升高
【答案】D
【解析】由题可知,放电时,CO2 转化为 HCOOH,即 CO2 发生还原反应,故放电时右侧电极为正极,左侧
电极为负极,Zn 发生氧化反应生成 2-
4Zn(OH) ;充电时,右侧为阳极,H2O 发生氧化反应生成 O2,左侧为
阴极, 2-
4Zn(OH) 发生还原反应生成 Zn,以此分析解答。放电时,负极上 Zn 发生氧化反应,电极反应式为:
- - 2-
4Zn-2e +4OH =Zn(OH) ,故 A 正确;放电时,CO2 转化为 HCOOH,C 元素化合价降低 2,则 1molCO2
转化为 HCOOH 时,转移电子数为 2mol,故 B 正确;充电时,阳极上 H2O 转化为 O2,负极上 2-
4Zn(OH) 转
化为 Zn,电池总反应为: 2- -
4 2 22Zn(OH) =2Zn+O +4OH +2H O ,故 C 正确;充电时,正极即为阳极,
电极反应式为: - +
2 22H O-4e =4H +O ,溶液中 H+浓度增大,溶液中 c(H+)•c(OH-)=KW,温度不变时,KW
不变,因此溶液中 OH-浓度降低,故 D 错误。
2.[2019新课标Ⅲ]为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D−Zn)可以高效
沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为
Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)
放电
充电 ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e− NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e− ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
【答案】D
【解析】A、三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积,吸附能力强,所沉积的 ZnO 分散度高,A 正确;
B、充电相当于是电解池,阳极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知阳极是 Ni(OH)2 失去电子转
化为 NiOOH,电极反应式为 Ni(OH)2(s)+OH− (aq)− e− =NiOOH(s)+H2O(l),B 正确;
C、放电时相当于是原电池,负极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知负极反应式为 Zn(s)+2OH−
(aq)− 2e− =ZnO(s)+H2O(l),C 正确;
D、原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则放电过程中 OH− 通过隔膜从正极区移向负极区,
D 错误。答案选 D。
3.[2019 天津]我国科学家研制了一种新型的高比能量锌−碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮
液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。
下列叙述不正确...的是
A.放电时,a 电极反应为 2I Br 2e 2I Br
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b 电极每增重 0.65g ,溶液中有 0.02mol I 被氧化
D.充电时,a 电极接外电源负极
【答案】D
【解析】放电时,Zn 是负极,负极反应式为 Zn−2e− ═Zn2+,正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ,充电时,
阳极反应式为 Br− +2I− −2e− =I2Br− 、阴极反应式为 Zn2++2e− =Zn,只有阳离子能穿过交换膜,阴离子不能
穿过交换膜,据此分析解答。
A、放电时,a 电极为正极,碘得电子变成碘离子,正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ,故 A 正确;B、放
电时,正极反应式为 I2Br− +2e− =2I− +Br− ,溶液中离子数目增大,故 B 正确;C、充电时,b 电极反应式
为 Zn2++2e− =Zn,每增加 0.65g,转移 0.02mol 电子,阳极反应式为 Br− +2I− −2e− =I2Br− ,有 0.02molI− 失
电子被氧化,故 C 正确;D、充电时,a 是阳极,应与外电源的正极相连,故 D 错误;故选 D。
4.[2018 新课标Ⅲ]一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2 与 Li+在多孔碳材料电极处生成
Li2O2-x(x=0 或 1)。下列说法正确的是
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为 Li2O2-x=2Li+(1-
2
x )O2
【答案】D
【解析】本题考查的是电池的基本构造和原理,应该先根据题目叙述和对应的示意图,判断出电池的正
负极,再根据正负极的反应要求进行电极反应方程式的书写。A.题目叙述为:放电时,O2 与 Li+在多孔
碳电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳电极为正极,选
项 A 错误。B.因为多孔碳电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极),
选项 B 错误。C.充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反,放电时,Li+向多孔碳电极移动,充电
时向锂电极移动,选项 C 错误。D.根据图示和上述分析,电池的正极反应应该是 O2 与 Li+得电子转化
为 Li2O2-X,电池的负极反应应该是单质 Li 失电子转化为 Li+,所以总反应为:2Li + (1-
2
x )O2 = Li2O2-X,
充电的反应与放电的反应相反,所以为 Li2O2-x = 2Li + (1-
2
x )O2,选项 D 正确。
点睛:本题是比较典型的可充电电池问题。对于此类问题,还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂,进
而判断出电池的正负极。本题明显是空气中的氧气得电子,所以通氧气的为正极,单质锂就一定为负极。
放电时的电池反应,逆向反应就是充电的电池反应,注意:放电的负极,充电时应该为阴极;放电的正
极充电时应该为阳极。
5.[2018 新课标Ⅱ]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na—CO2 二次电池。将 NaClO4 溶于有机溶剂
作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:
3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是
A.放电时,ClO4
-向负极移动
B.充电时释放 CO2,放电时吸收 CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e− =2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e−=Na
【答案】D
【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应,正极发生得到电子的还原反应,阳离子向正极移动,
阴离子向负极移动,充电可以看作是放电的逆反应,据此解答。A.放电时是原电池,阴离子 ClO4
-向负
极移动,A 正确;B.电池的总反应为 3CO2+4Na 2Na2CO3+C,因此充电时释放 CO2,放电时吸收
CO2,B 正确;C.放电时是原电池,正极是二氧化碳得到电子转化为碳,反应为:3CO2+4e−=2CO32-+C,
C 正确;D.充电时是电解,正极与电源的正极相连,作阳极,发生失去电子的氧化反应,反应为 2CO32
-+C-4e−=3CO2,D 错误。答案选 D。
6.[2017 新课标Ⅲ]全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极 a 常用掺有石墨
烯的 S8 材料,电池反应为:16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过 0.02 mol 电子,负极材料减重 0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性
D.电池充电时间越长,电池中 Li2S2 的量越多
【答案】D
【解析】A.原电池工作时,Li+向正极移动,则 a 为正极,正极上发生还原反应,随放电的进行可能发
生多种反应,其中可能发生反应 2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4,故 A 正确;B.原电池工作时,转移 0.02 mol
电子时,氧化 Li 的物质的量为 0.02 mol,质量为 0.14 g,故 B 正确;C.石墨烯能导电,S8 不能导电,
利用掺有石墨烯的 S8 材料作电极,可提高电极 a 的导电性,故 C 正确;D.电池充电时间越长,转移电
子数越多,生成的 Li 和 S8 越多,即电池中 Li2S2 的量越少,故 D 错误。答案为 A。
7.[2016·新课标Ⅲ]锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为 KOH 溶液,反应为
2Zn+O2+4OH−+2H2O 2 2
4Zn(OH) 。下列说法正确的是
A.充电时,电解质溶液中 K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中 c(OH−)逐渐减小
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH−−2e− 2
4Zn(OH)
D.放电时,电路中通过 2 mol 电子,消耗氧气 22.4 L(标准状况)
【答案】C
【解析】本题的解题关键是电极反应式的书写,首先根据氧化还原反应与原电池的关系,正确判断出 Zn
为电池负极,O2 在正极获得电子,正极反应为 O2+4e−+2H2O 4OH−,该电极反应极为重要,1 mol O2
反应转移 4 mol 电子,常用于相关计算。A、充电时阳离子向阴极移动,故错误;B、放电时总反应为:
2Zn+O2+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4,则充电时生成氢氧化钾,溶液中的氢氧根离子浓度增大,故错误;
C、放电时,锌在负极失去电子,故正确;D、标准状况下 22.4 L 氧气的物质的量为 1 mol,对应转移 4 mol
电子,故错误。
8.[2016·四川]某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:
Li1−xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为 LixC6−xe− xLi++C6
C.充电时,若转移 1 mol e−,石墨(C6)电极将增重 7x g
D.充电时,阳极的电极反应式为 LiCoO2−xe− Li1−xCoO2+xLi+
【答案】C
【解析】本题考查了电化学原理,意在考查考生运用电化学原理分析、解决实际问题的能力。明确该电
池的充放电原理是解题的关键。电池放电时,阳离子由负极移向正极,A 项正确;由放电时的总反应看
出,LixC6 在负极发生失电子的氧化反应,B 项正确;充电反应是放电反应的逆反应,充电时阳极发生失
电子的氧化反应:LiCoO2−xe− Li1−xCoO2+xLi+,D 项正确;充电时,阴极发生得电子的还原反应:
C6+xe−+xLi+ LixC6,当转移 1 mol 电子时,阴极(C6 电极)析出 1 mol Li,增重 7 g,C 项错误。
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