第2课时 化学电源
课后·训练提升
基础巩固
1.下列关于化学电源的叙述错误的是( )。
A.普通锌锰电池中石墨棒为正极
B.铅蓄电池中覆盖着PbO2的电极板是负极板
C.氢氧燃料电池的正极是通入氧气的电极
D.碱性锌锰电池的比能量和储存时间比普通锌锰电池高
答案:B
解析:铅蓄电池中覆盖着PbO2的电极板为正极板,Pb板为负极板,B项错误。
2.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )。
①铝合金是阴极 ②铝合金是负极 ③海水是电解质溶液 ④铝合金电极发生还原反应
A.②③ B.②④
C.①② D.①④
答案:A
解析:海水电池,电极名称为正极和负极,相对活泼的铝合金作负极,发生氧化反应,海水是电解质溶液。
3.环境友好型铝碘电池已研制成功,电解质溶液为AlI3溶液,已知电池总反应为2Al+3I22AlI3。下列说法不正确的是( )。
A.该电池负极的电极反应为Al-3e-Al3+
B.该电池的正极材料不能是镁
C.消耗相同质量金属,用锂作负极时,产生电子的物质的量比铝多
D.该电池的正极材料是碘
答案:D
解析:由总反应式知A项正确;由镁比铝活泼及镁也能与I2反应知B项正确;转移1 mol 电子消耗锂、铝的质量分别为7 g、9 g,C项正确;碘不是导体,故不能作电极材料,D项错误。
4.锂电池是新一代高能电池,目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2。下列说法中正确的是( )。
A.Li是正极,MnO2是负极
B.放电时负极的反应:Li-e-Li+
C.电池放电时,正极发生氧化反应
D.电池放电时,产生高锰酸根离子
答案:B
解析:根据锂电池的总反应式可知,Li作负极,发生氧化反应生成Li+;MnO2作正极,发生还原反应,生成Mn而不是高锰酸根离子Mn,A项、C项、D项错误,B项正确。
5.一种新型燃料电池,以镍板为电极插入KOH溶液中,分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气,其中某一电极反应式为C2H6+18OH--14e-2C+12H2O。有关此电池的推断不正确的是( )。
A.通入乙烷的电极为负极
B.放电一段时间后,KOH的物质的量浓度将下降
C.参加反应的O2与C2H6的质量比为32∶105
D.溶液中的OH-向负极移动
答案:C
解析:在燃料电池中,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,通入乙烷的电极为负极,发生氧化反应,A项正确;电池工作过程中,电池总反应为C2H6+4OH-+O22C+5H2O,反应消耗KOH,因此放电一段时间后,KOH的物质的量浓度将下降,B项正确;原电池中两极上转移的电子数相等,当有28 mol电子转移时,正极上消耗7 mol O2,负极上消耗2 mol C2H6,二者的物质的量之比为7∶2,质量比为56∶15,C项错误;原电池中阴离子向负极移动,则溶液中的OH-向负极移动,D项正确。
6.某新型燃料电池利用民用燃气为燃料,其工作原理如图所示,下列说法错误的是( )。
A.通入空气的电极为该电池的正极
B.电池工作时,电子由b极经电解质流向a极
C.CO在b极发生的电极反应为CO-2e-+O2-CO2
D.相同状况下,a极消耗1 L O2,理论上b极消耗2 L燃料
答案:B
解析:燃料电池中,通入空气的电极为该电池的正极,A正确;电池工作时,电子由b极经外电路流向a极,B错误;CO在b极被氧化为CO2,电极反应式为CO-2e-+O2-CO2,C正确;H2、CO与O2发生反应生成H2O、CO2时,化学计量数之比均为2∶1,因此相同状况下a极消耗1 L O2的同时,理论上b极消耗2 L燃料,D正确。
7.有人设计出利用CH4和O2反应,用铂电极在KOH溶液中构成的原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧。下列说法中正确的是( )。
①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol电子 ②负极上CH4失去电子,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O ③负极上是O2获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH- ④电池放电时,溶液pH不断升高
A.①② B.①③
C.①④ D.③④
答案:A
解析:CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应,生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O,1 mol CH4参加反应有8 mol电子发生转移,O2在正极上发生反应,获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。虽然正极产生OH-,负极消耗OH-,但从总反应CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O可看出是消耗KOH,所以电池放电时溶液的pH不断下降,故①②正确,③④错误。
8.一种由甲醇、氧气和强碱溶液(作电解质)组成的新型手机电池,可持续使用一个月,其电池总反应式为2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O,则有关说法正确的是( )。
A.放电时CH3OH参与反应的电极为正极
B.放电时负极的电极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
C.标准状况下,通入5.6 L O2并完全反应后,有0.5 mol电子转移
D.放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的pH降低
答案:B
解析:该原电池负极电极反应式为2CH3OH+16OH--12e-2C+12H2O,正极反应式为3O2+6H2O+12e-12OH-,A、D项错误,B项正确;C项应有1 mol电子转移,C项错误。
9.铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池,电池结构如图所示,工作原理为Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列说法一定正确的是( )。
A.电池充电时,b极的电极反应式为Cr3++e-Cr2+
B.电池放电时,b极的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+
C.电池放电时,Cl-从b极穿过选择性透过膜移向a极
D.电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+浓度降低0.1 mol·L-1
答案:A
解析:放电时负极b发生氧化反应Cr2+-e-Cr3+,充电时该电极发生还原反应Cr3++e-Cr2+,A项正确,B项错误;放电时阴离子向负极b移动,C项错误;电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+的物质的量减少0.1 mol,不知道溶液体积,无法得出浓度的变化,D项错误。
10.铅酸蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解质溶液为稀硫酸,该电池工作时发生的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。试回答下列问题。
(1)铅酸蓄电池的负极材料是 ,正极反应为 。
(2)电池工作时, 溶液中S移向 极。
(3)电池工作时,电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)若有1 mol电子从某电极流出,则参加反应的H2SO4是 mol,负极的质量变化是 (填“增大”或“减小”) g。
答案:(1)Pb PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
(2)负
(3)增大
(4)1 增大 48
解析:(1)蓄电池放电时是原电池。根据电池总反应及原电池原理,负极发生氧化反应,Pb为负极;正极PbO2发生还原反应,正极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O。(2)原电池工作时,溶液中阴离子移向负极。(3)从电池总反应可知H2SO4参加反应,且生成H2O,所以溶液pH增大。(4)根据总反应式,若从负极流出1 mol电子,参加反应的H2SO4是1 mol,负极有0.5 mol Pb转化为PbSO4,负极增大质量即为0.5 mol S的质量,即48 g。
能力提升
1.镍氢电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。镍氢电池的总反应式是H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根据此反应式判断,下列叙述正确的是( )。
A.电池放电时,电池负极周围溶液的碱性增强
B.电池放电时,镍元素被氧化
C.电池放电时,氢元素被还原
D.电池放电时,氢气是负极反应物
答案:D
解析:充电电池在放电时是一个电源(原电池),在电池的总反应式中从左到右是放电,根据发生氧化反应的是负极,发生还原反应的是正极,所以D正确,B、C错误;而H2作为电池的负极发生的反应是H2+2OH--2e-2H2O,溶液中应该是OH-浓度减小,所以A错误。
2.中国科学院绿色智能技术研究院设计出一种新型微生物电池,可消除水中碳水化合物的污染。其工作原理如图所示,下列有关说法正确的是( )。
A.X电极为负极
B.Y电极上的电极反应式:Cm(H2O)n-4me-mCO2↑+(n-2m)H2O+4mH+
C.H+由左向右移动
D.有1 mol CO2生成时,消耗1 mol的MnO2
答案:B
解析:该装置为原电池装置,X电极上MnO2转化成Mn2+,Mn元素的化合价降低,根据原电池工作原理,X电极为正极,Y电极为负极,A错误;Y电极为负极,C元素的平均化合价由0价升高为+4价,电极反应式为Cm(H2O)n-4me-mCO2↑+(n-2m)H2O+4mH+,B正确;根据原电池工作原理,H+由负极向正极移动,即H+由右向左移动,C错误;正极反应式为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,建立关系式为2mMnO2~4me-~mCO2,有1 mol CO2生成时,消耗2 mol MnO2,D错误。
3.下面是四种燃料电池工作原理示意图,其中正极反应生成水的是( )。
答案:C
解析:A项,正极反应生成O2-;B项,正极反应生成OH-;C项,正极反应生成H2O;D项,正极反应生成C。
4.新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图,该电池总反应为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O。下列有关说法正确的是( )。
A.电池正极区的电极反应为B+8OH--8e-B+6H2O
B.电极B为负极,MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C.燃料电池每消耗3 mol H2O2,理论上电路中通过的电子数为6NA
D.燃料电池在放电过程中,Na+从正极区向负极区迁移
答案:C
解析:电池总反应为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O,结合图示,电极A反应为B-8e-+8OH-B+6H2O,电极A为负极,A错误;电极B反应式为H2O2+2e-2OH-,电极B为正极,B错误;H2O2中O元素的化合价由-1价降低为-2价,每消耗3 mol H2O2,理论上电路中通过电子的物质的量为6 mol,数目为6NA,C正确;燃料电池在放电过程中,阳离子Na+从负极区向正极区迁移,D错误。
5.(1)锂水电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,加入水即可放电,总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。
①锂水电池放电时,OH-向 极移动。
②写出该电池放电时正极的电极反应: 。
(2)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料,其负极反应为 。
(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和石墨,电解质溶液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
①电池的负极材料为 ,发生的电极反应为 。
②电池正极发生的电极反应为 。
③组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 。
答案:(1)①负 ②2H2O+2e-2OH-+H2↑
(2)SO2+2H2O-2e-S+4H+
(3)①Li Li-e-Li+
②2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
③构成电池的电极材料Li能与氧气、水反应,且SOCl2也与水反应
解析:(1)OH-是阴离子,一定向负极移动。正极是H2O中的H+得电子放出H2,
所以正极电极反应是2H2O+2e-2OH-+H2↑。
(2)负极失电子,化合价升高,SO2S,
故负极电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+。
(3)分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。①负极材料为Li(还原剂),Li-e-Li+。②正极反应式可由总反应减去负极反应式得到: 2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。③因为构成电池的电极材料Li能与氧气、水反应,且SOCl2也与水反应,故组装该电池必须在无水、无氧条件下进行。
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第2课时 化学电源
一、化学电源的分类及其特点
1.化学电源的分类。
化学电源包括 一次电池 、 二次电池 和 燃料电池 等,它们都是根据 原电池 原理制成的。
2.化学电源的优点。
(1) 能量转化 效率较高,供能稳定可靠。
(2)可以制成各种形状、大小和 容量 不同的电池及电
池组。
(3)方便携带,易于维护等。
3.判断一种电池优劣的主要标准——“两看”。
(1)看电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
( 比能量 )或输出功率的大小( 比功率 )。
(2)看电池 可储存时间 的长短。
二、一次电池
1.一次电池的特点。
放电后 不可再充电 。一次电池又叫干电池,其电解质溶液为 胶 状,不流动。
2.一次电池的代表——碱性锌锰电池。
(1)组成。正极: MnO2 ;负极: Zn ;电解质: KOH 。
(2)工作原理。
负极反应: Zn+2OH--2e- ==== Zn(OH)2 ;
正极反应:MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-;
总反应:Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。
(3)特点:碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好,它的 比能量 和可储存时间均有提高。
三、二次电池
1.二次电池的特点。
放电后可以再充电而反复使用的电池。二次电池又叫
可充电 电池或蓄电池。
2.铅酸蓄电池。
(1)负极板上覆盖 Pb ,正极板上覆盖 PbO2 , 稀硫酸 作电解质溶液。
(2)电池放电时的电极反应式如下。
负极: Pb+ -2e- ==== PbSO4 ;
正极:PbO2+4H++ +2e- ==== PbSO4+2H2O ;
总反应:Pb +PbO2 +2H2SO4══2PbSO4 +2H2O 。
电池的充电过程与其放电过程相反。
(3)铅酸蓄电池的优缺点。
①优点:可重复使用、 电压 稳定、使用方便、安全可靠、价格 低廉 ,应用广泛。
②缺点: 比能量 低、笨重。
3.新型蓄电池的特点。
小型 化、供电方便、 工作寿命 长、不需要维护等。
四、燃料电池
1.燃料电池的特点。
连续地将燃料和氧化剂的 化学 能直接转化为 电 能。工作时,燃料和氧化剂连续地由 外部 供给并在 电极 上进行反应,生成物不断地被排出,从而连续不断地提供
电能 。
2.基本构造及工作原理(以酸性氢氧燃料电池为例)。
负极反应: 2H2-4e- ==== 4H+ ;
正极反应: O2+4H++4e-====2H2O ;
总反应:2H2+O2══2H2O。
3.燃料电池的优点。
(1)将化学能转化为电能的转化率 高 ,超过80%,远高于转化率仅30%多的火力发电。
(2)污染 小 。
微思考 燃料电池与燃烧有什么区别 燃料电池的两个电极材料是否必须不同
提示:燃料电池是将化学能转化为电能,燃烧是将化学能转化为热能。燃料电池的两个电极材料一般相同,常用石墨作电极。
微判断 (1)废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属,随意丢弃会污染环境,应对废旧电池分类回收,集中处理。( )
(2)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。( )
(3)燃料电池工作时负极应不断充入燃料,正极充入氧化剂,如O2。( )
(4)铅酸蓄电池的负极反应式为Pb-2e-══Pb2+。( )
√
×
√
×
微训练 1 .下列化学电源属于绿色电池的是( )。
A.铅酸蓄电池
B.镍镉电池
C.锌锰电池
D.氢氧燃料电池
答案:D
解析:铅酸蓄电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属元素,若处理不当会造成土壤、水源的严重污染;氢氧燃料电池中反应产物是水,无污染。
2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾为电解质,电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法错误的是( )。
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为
MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
C
解析:由所给电池的总反应式可知,电池工作时,每有1 mol Zn参加反应,失去2 mol电子,则会有2 mol电子从负极Zn经过外电路流向正极,并在正极发生反应:MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-,故外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量就减小6.5 g。
3.电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型锌银电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质为KOH。工作时电池总反应式为Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2。
(1)工作时电流从 (填“Ag2O”或“Zn”,下同)极流向
极。
(2)负极的电极反应式为 。
答案:(1)Ag2O Zn (2)Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2
解析:(1)在反应Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2中,由化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,电子由负极流向正极,电流方向与电子流向相反。
(2)负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2。
一、二次电池的工作原理
问题探究
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
1.写出该电池放电时的负极反应式。
提示:放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-══Zn(OH)2。
2.根据该电池的总反应分析电池工作时,正极附近溶液的pH怎样变化
提示:放电时正极附近生成OH-,碱性增强,pH变大。
3.给该电池充电时应该怎样连接电极
提示:充电时该电池的正极接外接电源正极,负极接外接电源负极。
归纳总结
二次电池的充电过程与放电过程相反,放电时为原电池,充电时为电解池。充电时,电池的正极外接直流电源的正极,作阳极,电池的负极外接直流电源的负极,作阴极。同一电极上的电极反应式,充电与放电时在形式上恰好相反;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。归纳为
下图:
典例剖析
【例1】铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应式为Fe+Ni2O3+3H2O══Fe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是( )。
A.电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.电池放电时,负极反应式为Fe+2OH--2e-══Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e-══Ni2O3+3H2O
C
解析:因为放电时的反应中有氢氧化物生成,故电解质溶液是碱性溶液,因为铁的化合价升高,镍的化合价降低,故Fe是负极, Ni2O3是正极,故A和B均正确;充电时的阴极反应式为Fe(OH)2+2e-══Fe+2OH-,故此时阴极附近溶液的pH增大,故C错误;根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。
学以致用
1.关于铅酸蓄电池的说法正确的是( )。
A.放电时,正极发生的反应是Pb+ -2e-══PbSO4
B.放电时,该电池的负极材料是铅板
C.充电时,电池中硫酸的浓度不断减小
D.充电时,阳极发生的反应是PbSO4+2e-══Pb+
答案:B
解析:A项中电池放电时正极应发生还原反应,电极反应为PbO2+4H++ +2e-══PbSO4+2H2O;C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大;D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。
2.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁电池放电时电压高而平稳,因而越来越成为人们研制绿色电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMg+Mo3S4 MgxMo3S4,则镁电池放电时,下列说法错误的是( )。
A.Mg2+向正极迁移
B.正极反应式为Mo3S4+2xe-══
C.充电时,该电池的正极与电源的负极相连
D.负极反应式为xMg-2xe-══xMg2+
解析:充电时,电池的正极应与电源的正极相连。
C
二、燃料电池电极反应式的书写
问题探究
一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,其总反应为2CO+O2══2CO2。
1.判断该电池的正极、负极情况 A、B为何种物质
提示:电极a为负极,电极b为正极,A为CO,B为O2。
2.你能写出该电池的正极反应式和负极反应式吗
归纳总结
电池的负极一定是充入可燃物,有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则,燃料失电子发生氧化反应,电池的正极多为氧气或空气得电子,发生还原反应,特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。
以CH3OH为燃料的燃料电池电极反应式的书写。
1.酸性介质。
2.碱性介质。
3.熔融碳酸盐作介质。
4.熔融金属氧化物作介质。
典例剖析
【例2】科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,通过掺杂了Y2O3的ZrO2晶体在高温下传导O2-。以下判断错误的是( )。
A.电池正极发生的反应:O2+4e-══2O2-
B.电池负极发生的反应:CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O
C.固体电解质里的O2-的移动方向:由正极移向负极
D.向外电路释放电子的电极:正极(即电子由正极流向负极)
答案:D
解析:因为放电时,电池正极发生还原反应(元素化合价降低),负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O2+4e-══2O2-,负极反应式是CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出,正极反应“源源不断”地产生O2-,负极反应要持续进行,则需要“持续不断”地消耗O2-,故电池内O2-的移动方向是由正极移向负极。电池的负极发生氧化反应,失去电子,故外电路电子从负极流出,D项错误。
【拓展延伸】 对于甲烷燃料电池,电解质溶液如果是KOH溶液,则电极反应式如何书写
答案:正极:2O2+4H2O+8e-══8OH-
负极:CH4+10OH--8e-══ +7H2O
总反应:CH4+2O2+2OH-══ +3H2O
方法归纳 燃料电池电极反应式的书写关键。 (1)书写总反应方程式时,要注意燃料燃烧产物与电解质溶液是否发生反应,若能反应,电解质溶液要写在总反应方程式中。 (2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应,即O2+4e-══2O2-,产生的O2-存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系,在酸性溶液中转化为H2O,在碱性溶液中转化为OH-,在熔融的碳酸盐中转化为 。
(3)书写燃料电池的电极反应式,一定要注意电解质溶液的酸碱性。碱性溶液电极反应式中不能出现H+,酸性溶液电极反应式中不能出现OH-。
学以致用
3.如图是甲醇燃料电池的结构示意图,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应,电池总反应为2CH3OH+3O2══ 2CO2+4H2O。
下列说法不正确的是( )。
A.左电极为电池的负极,a处通入的物质是甲醇
B.正极反应式为O2+2H2O+4e-══4OH-
C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-══CO2+6H+
D.该电池提供1 mol e-,消耗氧气0.25 mol
答案:B
解析:负极反应式为2CH3OH-12e-+2H2O══2CO2+12H+,正极反应式为3O2+12e-+12H+══6H2O;根据电子流向,可以判断a处通甲醇,b处通O2;当电池提供1 mol电子时,消耗O2为1×
mol=0.25 mol。
4.以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。
(1)酸性条件。
总反应式: ;
正极反应式: ;
负极反应式: 。
(2)碱性条件。
总反应式: ;
正极反应式: ;
负极反应式: 。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)。
总反应式: ;
正极反应式: ;
负极反应式: 。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下。
总反应式: ;
正极反应式: ;
负极反应式: 。
答案:(1)CH4+2O2══CO2+2H2O
2O2+8H++8e-══4H2O
CH4-8e-+2H2O══CO2+8H+
(3)CH4+2O2══CO2+2H2O
2O2+8e-══4O2-
CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O
(4)CH4+2O2══CO2+2H2O
1.下列有关化学电源的叙述正确的是( )。
A.铅酸蓄电池充电时的阳极产物为PbO2
B.锌锰干电池中碳棒为负极
C.燃料电池在工作时需要点燃引发反应
D.氧化还原反应都可以设计成原电池
答案:A
解析:铅酸蓄电池充电时,阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应,电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-══PbO2+ +4H+,则铅酸蓄电池充电时的阳极产物为PbO2,A项正确;原电池中失电子的一极为负极,则锌锰干电池中锌为负极,碳棒为正极,B项错误;燃料电池中燃料与氧气分别在两个电极上反应,燃料与氧气不接触,不发生燃烧反应,不需要点燃引发反应,C项错误;自发的氧化还原反应可以设计成原电池,非自发的氧化还原反应不能设计成原电池,D项错误。
2.下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是
( )。
A.电池Ⅰ中锌是正极
B.电池Ⅱ是一次电池
C.电池Ⅲ工作时,氢气发生还原反应
D.电池Ⅳ工作时,电子由锌通过导线流向石墨棒
答案:D
解析:电池Ⅰ中锌是负极;电池Ⅱ是铅酸蓄电池,属于二次电池;电池Ⅲ工作时,负极氢气发生氧化反应;电池Ⅳ中,锌作负极,工作时电子流出到石墨棒,D项正确。
3.新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式:正极为FePO4+Li++e-══LiFePO4,负极为Li-e-══Li+。下列说法中正确的是( )。
A.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极
相连
B.充电时电池反应为FePO4+Li++e-══LiFePO4
C.放电时电池内部Li+向负极移动
D.放电时,在正极上Li+得电子被还原
A
解析:充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连,发生氧化反应:LiFePO4-e-══FePO4+Li+,A项正确;放电时电池反应式为FePO4+Li══LiFePO4,则充电时电池反应式为LiFePO4══FePO4+Li,B项错误;放电时电池内部Li+向正极移动,C项错误;放电时,在正极上FePO4得电子被还原,D项错误。
4.我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(离子交换膜只允许K+通过),
下列说法错误的是( )。
A.物质A可以是硫酸氢钾
D.右侧每消耗11.2 L O2(标准状况),左侧有1 mol K+通过离子交换膜移向右侧
答案:D
甲酸燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应将化学能转化为电能,故电池的总反应为2HCOOH+O2+2OH-══
2 +2H2O,C正确;右侧每消耗11.2 LO2(标准状况),其物质的量是0.5 mol,转移2 mol电子,左侧有2 mol
K+通过离子交换膜移向右侧,D错误。
5.(1)在氢氧燃料电池中,若电解质溶液为KOH溶液,则负极通入的应是 ,正极通入的应是 ,电极反应式分别为 , 。
(2)如把KOH溶液改为稀硫酸作电解质溶液,则电极反应式分别为 , 。
(3)上述(1)和(2)中的电解质溶液不同,反应进行后,(1)中溶液pH (填“增大”或“减小”,下同),(2)中溶液pH 。
答案:(1)H2 O2 负极:2H2+4OH--4e-══4H2O
正极:O2+2H2O+4e-══4OH-
(2)负极:2H2-4e-══4H+ 正极:O2+4H++4e══-2H2O
(3)减小 增大
解析:(3)由于(1)是在碱性条件下反应,n(KOH)不变,但工作时H2O增多,故c(KOH)减小,pH减小;而(2)中为酸性溶液, n(H2SO4)不变,水增多,溶液酸性减弱,故pH增大。
