(共34张PPT)
第1课时 原电池的工作原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
简单的锌铜原电池装置:
1.原电池装置中有 产生,在两个电极上分别发生_____ 反应和 反应。?
2.电子不能通过电解质溶液,溶液中依靠 来导电。?
电流
氧化
还原
离子的移动
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、铜锌原电池
1.装置
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.实验现象及分析
发生偏转
减小
增加
Zn
Cu
Zn
Cu2+
负
正
Zn-2e-
===
Zn2+
Cu2++2e-
===
Cu
化学
电
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、原电池的工作原理
1.原电池的定义:把 转变为 的装置。?
2.原电池的构成条件
发生偏转
电能
自发进行
活泼性
接触
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.原电池的工作原理
(1)电极。
①负极: 电子,发生 反应;?
②正极: 电子,发生 反应。?
(2)电子定向移动方向和电流方向。
①电子从 流出经外电路流入 ;?
②电流从 流出经外电路流入 ;故电子定向移动方向与电流方向正好相反。?
(3)离子移动方向。
电解质溶液中阴离子向 移动,阳离子向 移动。?
失去
氧化
得到
还原
负极
正极
正极
负极
负极
正极
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】有盐桥的原电池中盐桥有什么作用?
?
?
?
提示:使整个装置构成通路,可避免两溶液直接接触;平衡电荷;提高电池效率。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。
( )
(2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( )
(3)用Mg、Al分别作为电极,用NaOH溶液作为电解液构成的原电池,Mg为正极。( )
(4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。( )
(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )
(6)原电池放电时,外电路中电流由负极流向正极。( )
(7)由于反应CaO+H2O
===
Ca(OH)2可以自发进行,且放出大量的热,故可以设计成原电池。( )
√
√
√
×
√
×
×
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
原电池的工作原理及电极反应
问题探究
用葡萄发电让闹钟正常工作的实验中,工作原理是什么呢?你能用日常生活中的东西设计原电池吗?
提示:葡萄发电类似意大利科学家伏特发明的伏特电池,能产生电流让闹钟正常工作。生活中的苹果、西红柿等都可以设计原电池。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.原电池正、负极的判断
【微点拨1】原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关,又与电解质溶液有关,不要认为活泼性强的金属一定是作为负极。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.原电池的工作原理
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
【微点拨2】原电池中微粒移动方向
(1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液。
(2)若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。
(3)若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg是负极,③④中Fe是负极
B.②中Mg是正极,电极反应为6H2O+6e-
===
6OH-+3H2↑
C.③中Fe是负极,电极反应为Fe-2e-
===
Fe2+
D.④中Cu是正极,电极反应为2H++2e-
===
H2↑
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子,因此Cu是负极,A、C错误;②中正极反应为6H2O+6e-
===
6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-
===
4OH-,D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
规律方法
(1)电极反应的书写方法。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
(2)复杂电极反应的书写。
复杂电极反应=总反应-较简单一极的电极反应
如CH4酸性燃料电池中,电极反应为:
CH4+2O2
===
CO2+2H2O……总反应
2O2+8H++8e-===
4H2O……正极反应
CH4+2H2O-8e-
===
CO2+8H+……负极反应
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练1如图所示,X为单质硅,Y为金属铁,a为NaOH溶液,组装成一个原电池,回答下列问题。
(1)正极是 (填名称,下同)发生 反应,电极反应为 。?
(2)负极是 ,发生 反应,电极反应为 。?
(3)电池总反应为 。?
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
原电池原理的应用
问题探究
1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率快?
?
2.将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中,发现金属b上产生气泡,则金属a与金属b相比较,谁更活泼?
?
提示:粗锌。
提示:金属a。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率加快。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,Zn可置换出Cu,Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。
2.比较金属活动性强弱
如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A是负极,B是正极,即可以断定金属活动性:A>B。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.设计化学电源
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
实例:根据反应Cu+2Ag+
===
Cu2++2Ag设计电池:
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2根据反应2FeCl3+Fe
===
3FeCl2设计一个原电池。
要求:(1)画出此原电池的装置图,装置采用烧杯和盐桥。
(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
解析:将题给反应拆成两个半反应:Fe-2e-
===
Fe2+(氧化反应),2Fe3++2e-
===
2Fe2+(还原反应)。负极发生氧化反应,电极材料应选参加反应的单质Fe,正极发生还原反应,电极材料应选比铁不活泼的金属或石墨等导体。负极电解质溶液选不能与铁反应的FeCl2溶液,正极电解质溶液选与铁能反应的FeCl3溶液。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流方向是W→Z;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是( )
A.X>Z>W>Y
B.Z>X>Y>W
C.X>Y>Z>W
D.Y>W>Z>X
答案:A
解析:在原电池中,活泼金属作为原电池的负极,失去电子发生氧化反应;不活泼的金属或非金属导体作为原电池的正极,阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极,与电流的方向相反。因此,X、Y相连时,X为负极,则活动性X>Y;Z、W相连时,电流方向是W→Z,则活动性Z>W;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡,则活动性X>Z;W、Y相连时,W极发生氧化反应,则活动性W>Y。综上所述,可以得出金属的活动性顺序:X>Z>W>Y。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是( )
答案:D
解析:a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的量减少,但Zn、Cu和稀硫酸形成原电池,反应速率加快,D项图示符合要求。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有KNO3-琼脂的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag++e-
===
Ag ③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
答案:C
解析:铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液及盐桥构成一个原电池,Cu是负极,Ag是正极,其电极反应分别为负极:Cu-2e-
===
Cu2+,正极:2Ag++2e-
===
2Ag,盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用,电子的流向是由负极经导线流向正极,电流的方向与电子的流向相反,因此C正确。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.下列关于原电池的叙述正确的是( )
A.构成原电池的两极必须是两种不同金属
B.原电池是将化学能转化为电能的装置
C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出
D.原电池的正极是还原剂,总是溶液中的阳离子在此被还原
答案:B
解析:构成原电池的正极材料只要导电即可,可以是非金属如石墨等,A错误;对于燃料电池,电极不参与反应,C、D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.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(
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:由于锌的活泼性比铜强,则铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,A项错误;由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c(
)不变,B项错误;在乙池中Cu2++2e-
===
Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,由于M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,C项正确;阳离子交换膜允许阳离子通过,电解过程中Zn2+通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过阳离子交换膜的,D项错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
4.利用反应Cu+2FeCl3
===
CuCl2+2FeCl2设计一个原电池,正极为 ,电极反应为 ;负极为 ,电极反应为 ;电解质溶液是 。?
答案:Pt(或C) 2Fe3++2e-
===
2Fe2+
Cu
Cu-2e-
===
Cu2+ FeCl3溶液?
解析:根据已知的氧化还原反应设计原电池。首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应):Cu-2e-
===
Cu2+,2Fe3++2e-
===
2Fe2+;然后结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应该用Cu作为材料,正极要保证Fe3+得到负极失去的电子,一般用不能还原Fe3+的材料,如Pt或碳棒等,电解质溶液只能是含Fe3+的电解质溶液,如FeCl3溶液等。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
5.有A、B、C、D、E五块金属片,进行如下实验:
(1)A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,A极为负极。
(2)C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,电流由D→导线→C。
(3)A、C相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,C极产生大量气泡。
(4)B、D相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,D极发生氧化反应。
(5)B、E相连后,同时浸入稀硫酸中,E极发生还原反应。
综上所述,这五种金属的活动性从强到弱的顺序为 。?
答案:A>C>D>B>E
解析:根据原电池原理判断,A、B、C、D、E五块金属片的活泼性由强到弱的顺序是A>C>D>B>E。第2节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理
夯实基础轻松达标
1.铜锌原电池工作时,下列叙述不正确的是( )
A.负极电极反应为Zn-2e-Zn2+
B.电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从Zn极沿导线流向Cu极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
2.100
mL
2
mol·L-1的盐酸与过量的锌片反应,为了加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是( )
A.加入适量的6
mol·L-1的盐酸
B.加入数滴氯化铜溶液
C.加入适量蒸馏水
D.加入适量的氯化钠溶液
3.如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
4.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铝合金是正极 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.①③
D.①④
5.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.①③
B.③④
C.①②④
D.②
6.如图所示的装置,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是
( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状况
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
7.在如图所示的装置中,a的金属活动性比Pb强,b为碳棒,下列关于此装置的叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出,溶液碱性增强
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极经导线流向b极
D.a极上发生了氧化反应
8.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b连接时,Cu2+向铁电极移动
9.由锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应是 ,正极反应是 。?
(2)外电路电流的方向是 。?
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68
L(标准状况)气体时,右边烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是 (设溶液体积不变)。?
提升能力跨越等级
1.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
A.铜棒的质量
B.c(Zn2+)
C.c(H+)
D.c(S)
2.镁-H2O2酸性电池采用海水作为电解质溶液(加入一定量的酸),下列说法正确的是( )
A.电池总反应的离子方程式为:Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
B.负极的电极反应为H2O2+2H++2e-2H2O
C.工作时,正极周围海水的pH减小
D.电池工作时,溶液中的H+向负极移动
3.(双选)如图所示为锌铜原电池。下列叙述正确的是
( )
A.盐桥的作用是传导离子
B.外电路电子由铜片流向锌片
C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e-Zn
D.外电路中有0.2
mol电子通过时,铜片表面质量增加约6.4
g
4.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
5.电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应分别为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。下列判断正确的是( )
A.锌为正极,Ag2O为负极
B.锌为负极,Ag2O为正极
C.原电池工作时,将电能转化成化学能
D.原电池工作时,负极区溶液的pH增大
6.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验
装置
部分
实验
现象
a极质量减小;b极质量增加
b极有气体产生;c极无变化
d极溶解;c极有气体产生
电流从a极沿导线流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
D.a>b>d>c
7.(双选)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了含盐桥的原电池,如图。盐桥中装有琼脂凝胶(含K2SO4)。下列叙述正确的是
( )
A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为:Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
C.外电路的电流方向是从b到a
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
贴近生活拓展创新
十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时质子从电极b移向电极a
B.电极a附近发生的电极反应为SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+
C.电极b附近发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
参考答案
第2节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理
夯实基础·轻松达标
1.D 正极发生还原反应:Cu2++2e-Cu,负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+;原电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu;电子从Zn极沿导线流向Cu极;由于Cu2+放电,为使CuSO4溶液保持电中性,则盐桥中的K+移向CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液。故D错误。
2.B 加入6
mol·L-1的盐酸,会使产生的H2总量增加;加入CuCl2溶液后,Zn置换出Cu,Cu附着在Zn上,Zn和Cu及盐酸形成原电池,加快反应速率;蒸馏水和NaCl溶液都会稀释原盐酸,使反应速率减慢。故B项符合题意。
3.C N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D不符合题意,由M棒变粗可知,B不符合题意。
4.A 原电池中较活泼的一极为负极,则题给原电池中铝合金为负极,①错,②对。电极在海水中,故海水为电解质溶液,③对。铝合金为负极,发生氧化反应,故④错。
5.D 在题给原电池中,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为Ag++e-Ag,则a棒质量减轻、b棒质量增加,溶液中c(N)不变,溶液的质量减轻,从而可知D正确。
6.D 滴入CuSO4溶液后,形成原电池,Fe作为负极,Ag作为正极,在铁圈上发生反应Fe-2e-Fe2+,使铁圈质量减少;在Ag圈上发生反应Cu2++2e-Cu,生成的Cu附着在银圈上,使银圈质量增加,所以银圈向下倾斜,D正确。
7.B 电极a、b与电解质溶液稀硫酸构成原电池。因活动性a>b(碳棒),所以a为电池的负极,b为正极,b极上有气体放出。由于正极消耗H+,溶液中c(H+)减小,溶液碱性增强。在外电路中,电子由a极流出经导线流向b极,由此可知B正确。
8.D a和b不连接时,不能构成原电池。铁与硫酸铜发生置换反应,生成的铜附着在铁片上,A项正确;a和b用导线连接,构成原电池,溶液中的Cu2+得到电子生成铜在铜片上析出,B项正确;无论a和b是否连接,都是铁片不断溶解生成Fe2+,溶液中的Cu2+不断得到电子生成Cu,溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b连接构成原电池,溶液中铜离子向正极(铜电极)移动,D项错误。
9.答案
(1)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
(2)由Cu极经导线流向Zn极 (3)4.875 9.03×1022
0.75
mol·L-1
解析
(3)由题意可知,产生了0.075
mol
H2,电路中通过0.075
mol×2=0.15
mol电子,消耗0.075
mol
Zn和0.075
mol
H2SO4。所以m(Zn)=0.075
mol×65
g·mol-1=4.875
g,N(e-)=0.15
mol×6.02×1023mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)==0.75
mol·L-1。
提升能力·跨越等级
1.C 题给装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气,Cu棒的质量不变,A项错误;由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B项错误;由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C项正确;S不参加反应,其浓度不变,D项错误。
2.A 由题意分析可知该酸性电池的总反应为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,故A正确;负极发生氧化反应,正极反应消耗H+,故电池工作时,正极周围海水的pH增大,且溶液中的H+向正极移动,故B、C、D错误。
3.AD 题给原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,盐桥可传导离子,起到导电的作用,A正确;锌的活泼性强于铜,则锌片是负极,铜片是正极;在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应为Zn-2e-Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,外电路中通过0.2
mol电子时,铜片上析出0.1
mol
Cu,其质量为0.1
mol×64
g·
mol-1=6.4
g,D正确。
4.B 分析Mg-AgCl电池可知,负极反应为Mg-2e-Mg2+,正极反应为2AgCl+2e-2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误;在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确;Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
5.B 根据化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,故A错误,B正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,故C错误;题给原电池工作时,负极发生反应Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,溶液的pH减小,故D错误。
6.C 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a是原电池负极,b是原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d是原电池负极,c是正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综合以上分析可知活动性:d>a>b>c。
7.BC 甲烧杯的溶液中发生氧化反应:Fe2+-e-Fe3+,A项错误;乙烧杯的溶液中发生还原反应,Cr2得到电子生成Cr3+,B项正确;a极为负极,b极为正极,外电路中电流由b到a,C项正确;S向负极移动,即移向甲烧杯,D项错误。
贴近生活·拓展创新
D 原电池放电时,质子向正极移动,根据题意分析可知电极a为负极,则该电池放电时质子从电极a移向电极b,A项错误;电极a为负极,发生氧化反应,电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+,硫酸应当拆为离子形式,B项错误;酸性条件下,氧气得电子与氢离子反应生成水,电极b附近发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C项错误;电池总反应为2SO2+O2+2H2O2S+4H+,则放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1,D项正确。(共35张PPT)
第2课时 化学电源
知识铺垫
必备知识
正误判断
化学电池与其他能源相比有哪些优点?
?
?
?
提示:化学电池的优点是:①能量转换效率高,供能稳定可靠。②可以制成各种形状、不同容量和电压的电池和电池组,使用方便。③容易维护,可在各种环境下工作。
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、化学电源
1.定义:是将 直接转化为 的装置。?
化学能
电能
一次电池
二次电池
燃料电池
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、常见的化学电源
1.一次电池
(1)酸性锌锰电池。
①组成——正极:石墨。负极:锌筒。电解质溶液: ,用淀粉糊固定化。?
②工作原理。
负极反应: 。
正极反应:
。?
总反应:
。?
氯化铵和氯化锌混合溶液
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)碱性锌锰电池。
①组成——正极:
。负极:
。电解质: 。?
②工作原理:负极反应为
。
?
正极反应为
;?
总反应为Zn+2MnO2+H2O
===
ZnO+2MnO(OH)。
MnO2
Zn
KOH
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)组成——正极:
。负极: 。电解质溶液: 。?
(2)工作原理:铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应和电池反应如下。
负极:
;
正极:
;
总反应: 。?
PbO2
Pb
H2SO4溶液
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池。
下图为一种氢氧燃料电池结构示意图,电解质溶液为KOH溶液,电极材料为多孔石墨,氢气和氧气(或空气)源源不断地通到电极上。
则氢氧燃料电池的电极反应为:
负极 ;
正极 ;?
电池总反应为
。?
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)工作原理:燃料电池的特点是电池的正、负极反应物气体分别储存在电池之外的容器中。两种气体分别不断地输入燃料电池的两极,通过燃料气体在 发生的 和氧气在
发生的 ,实现一个相当于燃烧反应的电池反应,将化学能转变为电能。?
燃料电池的燃料除了氢气外,还有甲烷、甲醇和乙醇等。
(3)应用前景:燃料电池具有能量利用 、可连续使用和
等优点,已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。?
负极
氧化反应
正极
还原反应
效率高
污染轻
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)太阳能电池不属于原电池。( )
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )
(3)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。( )
(4)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。( )
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能。
( )
(6)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1
mol电子时,负极增重4.8
g。( )
√
×
√
×
×
√
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
二次电池(可充电电池)
问题探究
铅蓄电池的电池总反应是什么?
提示:铅蓄电池属于二次电池。电池总反应是Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.可充电电池的思维模型
2.“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应
若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例12019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂锂离子电池放电工作示意图如图。下列叙述错误的是( )
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
A.放电时,Li+通过隔膜移向正极
B.放电时,电子由铝箔沿导线流向铜箔
C.放电时正极反应为xFePO4+xLi++xe-
===
xLiFePO4
D.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现,C、Fe、P元素化合价均不发生变化
答案:D
解析:放电时,“同性相吸”即Li+通过隔膜移向正极,A项正确;放电时,电子由负极即铝箔沿导线流向正极即铜箔,B正确;放电时正极得电子,发生还原反应为:xFePO4+xLi++xe-
===
xLiFePO4,C正确;磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现,其中Fe元素化合价发生变化,D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1一种可充电锂-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.放电时,电解质溶液中Li+向锂电极迁移
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:放电时,该电池中锂是负极,多孔碳材料是正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;放电时,电解质溶液中Li+应向多孔碳材料区移动,C项错误;根据题意可知,放电时总反应为2Li+(1-
)O2
===
Li2O2-x,D项正确。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2常见铅蓄电池是二次电池,其电极材料分别为Pb和PbO2,电解质溶液为稀硫酸,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。请依据上述情况填空:
(1)铅蓄电池的负极材料是
。?
(2)请依据两极材料和总反应,写出放电时的正极反应: 。?
(3)请依据总反应和正极反应,写出放电时的负极反应: 。?
(4)放电时,电解质溶液中阴离子移向 极;电流从 电极流向 电极。?
(5)放电时,电解质溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。?
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
解析:此题考查常见电池的工作原理,依据原电池的反应原理、铅蓄电池的工作原理及其总反应可得相应的答案。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
“高效、环境友好”的燃料电池
问题探究
试论述燃料电池的优越性。
提示:燃料电池被人们誉为“绿色”发电站,燃料电池具有以下优点:无传动部件,无磨损,无声,可做成任意大小(如心脏起搏器和数百万千瓦的发电站)。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.燃料电池规律的总结
(1)燃料电池总反应一般是燃料的燃烧反应(有些情况下电解质参与反应)。如2H2+O2
===
2H2O、CH4+2O2
===
CO2+2H2O(酸性)、CH4+2O2+2NaOH
===
Na2CO3+3H2O(碱性)等。
(2)燃料电池的正极上发生反应的是氧化剂,发生还原反应。通常是O2+2H2O+4e-
===
4OH-(碱性)、O2+4H++4e-
===
2H2O(酸性)等。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
(3)燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应。书写负极的电极反应通常有两种方法(思路)。
方法一:守恒分析法
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
方法二:用电池总反应减去正极的电极反应可得出负极的电极反应。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.a为CH4,b为CO2
B.
向正极移动
C.此电池在常温下也能工作
答案:D
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答题模板
解答燃料电池题目的思维模型
解答燃料电池题目的几个关键点:
(1)明确离子导体是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质一般为氧气。
(3)通过离子导体中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与移向一极的电极反应。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
变式训练2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-
===
6CO2↑+24H+
C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1
mol氧气理论上能生成标准状况下CO2气体
L
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:微生物燃料电池在高温下不能工作,A错误;放电过程为原电池反应,H+应向正极迁移,C错误;由电池反应C6H12O6+6O2
===
6CO2+6H2O知,每消耗1
mol
O2理论上生成1
mol
CO2,在标准状况下的体积为22.4
L,D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
1.下列说法错误的是( )
A.依据原电池的原理设计出了化学电源
B.原电池是化学电源的雏形
C.判断电池的正、负极只需看其正、负极材料的活泼性
D.氧化还原反应所释放的化学能,是化学电源的能量来源
答案:C
解析:电池的正、负极不仅与电极材料有关,还与电解质溶液有关,C项错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
2.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用,有一种锌银电池,其电极材料分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应分别为
A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH增大
B.在使用过程中,电子由Ag2O经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn极发生还原反应,Ag2O极发生氧化反应
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:根据电极反应可知Zn失电子被氧化,Ag2O得电子被还原,故Zn是负极,Ag2O是正极,故C正确;负极(即Zn极)在反应时消耗OH-,则负极区溶液的pH应减小,故A错误;发生原电池反应时,电子由负极经外电路流向正极,即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极,故B错误;在原电池中,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
3.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溶液为电解质溶液,电池总反应为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)
===
ZnO(s)+2MnOOH(s)。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为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-
===
2MnOOH(s)+2OH-(aq)
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,锌的质量减少6.5
g
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:碱性锌锰电池中锌为负极,在反应中失去电子,A正确;电池工作时,电流由正极通过外电路流向负极,而电子移动方向与电流方向相反,C错误;由电子守恒可知D正确;由该电池反应的总反应和原电池原理可知B正确。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
A.通氧气的电极为负极
B.参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C.放电一段时间后,KOH的物质的量浓度不变
D.电解质溶液中,
向正极移动
答案:B
解析:燃料电池中,燃料在负极反应,氧气在正极反应,A错误;由于KOH参与电极反应,所以KOH的物质的量浓度减小,C错误;电解质溶液中,
向负极移动,D错误。
探究一
探究二
素养脉络
随堂检测
5.Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应为2Li++FeS+2e-
===
Li2S+Fe,有关该电池的下列说法正确的是( )
A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1
B.该电池的电池反应为2Li+FeS
===
Li2S+Fe
C.负极的电极反应为Al-3e-
===
Al3+
D.该电池工作时FeS发生氧化反应
答案:B
解析:Li-Al是合金,Li的化合价为0,A错误;根据正极反应并结合原电池的电极材料Li-Al/FeS可判断出负极反应为Li-e-
===
Li+,C错误;由正极反应可知电池工作时FeS发生还原反应,D错误。第2课时 化学电源
夯实基础轻松达标
1.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2
mol电子,锌的质量理论上减少3.25
g
4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.理论上需要定期补充硫酸
B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极
C.电池工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SPbSO4
D.电池工作时电解质的密度减小
5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是( )
6.Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是( )
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH升高
C.正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
7.(2019宁夏银川质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
8.如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是( )
A.该系统中只存在3种形式的能量转化
B.装置Y中负极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化
9.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述信息,填写下列空白。
(1)判断下列叙述正确的是 。?
A.在使用过程中,电解质KOH被不断消耗
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应: 。?
(3)电池工作时,负极区的pH (填“增大”“减小”或“不变”,下同),正极区的pH ,电解质溶液的pH 。?
提升能力跨越等级
1.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2
mol电子时,消耗标准状况下O2
22.4
L
D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+
2.(双选)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b极发生氧化反应
B.a极的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极
D.其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜
3.甲醇燃料电池可用于笔记本电脑、汽车、遥感通信设备等,它的一极通入甲醇,一极通入氧气;电池中含有质子交换膜,它能传导氢离子(H+)。电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是O2+4H++4e-2H2O。下列叙述不正确的是( )
A.负极的反应为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
B.电池的总反应是2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.电池工作时,H+由正极移向负极
D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路流入通氧气的一极
4.(双选)热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb
下列说法正确的是( )
A.负极反应:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向钙电极移动
C.正极反应物为LiCl
D.常温时,在正负极间接上检流计,指针不偏转
5.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,电池反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法正确的是( )
A.放电时,电解质溶液中K+向负极移动
B.放电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
D.放电时,电路中通过2
mol电子,消耗氧气22.4
L(标准状况)
6.某蓄电池放电、充电时的反应为:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极 ②放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2 ③放电时,Ni2O3在正极反应 ④蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
7.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下。下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每通过4
mol电子,在正极消耗44.8
L
H2S
D.每17
g
H2S参与反应,有1
mol
H+经质子膜进入正极区
8.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。
(1)放电时负极反应为 。?
(2)放电时K2FeO4发生 (填“氧化”或“还原”)反应。?
(3)放电时电子由 (填“正”或“负”,下同)极流向 极。?
(4)放电时1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子数是 。?
贴近生活拓展创新
科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作为电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的 极,电极反应为 ;Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为 。?
(2)电池的总反应为 。?
(3)如果该电池工作时电路中通过2
mol电子,则消耗的CH3OH有
mol。?
(4)使用该燃料电池的另一个好处是 。?
参考答案
第2课时 化学电源
夯实基础·轻松达标
1.C 碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,A、B错误;燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部,D错误。
2.B 锌铜原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
3.D 锌锰干电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,所以外电路中每通过0.2
mol电子,锌的质量理论上应减少6.5
g,所以D项错误。
4.A 铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极,负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的S生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,则理论上H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
5.C A中通空气的一极为正极,电极反应为O2+4e-2O2-。B中通O2的一极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。C中通空气的一极为正极,电极反应为4H++O2+4e-2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极,电极反应为2CO2+O2+4e-2C。
6.B 根据题意分析可知,铝电极为负极,Ag2O/Ag电极为正极。电子由负极流向正极,A项错误;负极反应为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,pH降低,B项错误;正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,C项正确;负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,D项正确。
7.C a极通入的H2发生氧化反应,则a极为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极上H2被氧化为H+,A、B正确;电池总反应为2H2+O22H2O,则电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O和CH4+2O2CO2+2H2O可知,消耗等物质的量的H2和CH4时,CH4消耗O2较多,D正确。
8.C 该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式,A项错;装置Y为原电池,负极发生氧化反应,应是H2发生氧化反应,B项错;装置X的作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气),C项正确;化学能与电能间不可能完全转化,D项错。
9.答案
(1)C (2)Zn+Ag2OZnO+2Ag (3)减小 增大 不变
解析
(1)由两电极反应相加可得电池总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag,由总反应知,在使用过程中KOH不被消耗,A错;由电极反应可知Zn是负极,发生氧化反应,Ag2O是正极,发生还原反应,电子由Zn极流向Ag2O极。C对,B、D均错。
(3)电解质溶液为KOH溶液,使用时,负极区消耗OH-,pH减小;正极区产生OH-,pH增大,消耗和产生的OH-的量相等,H2O的量不变,则电解质溶液的pH不变。
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1.B 呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应,故此电极为负极,而电流由正极流出,A项错误;H+通过质子交换膜流向正极(通入氧气的铂电极),B正确;正极反应为O2+4e-+4H+2H2O,电路中流过2
mol电子时,消耗0.5
mol
O2,在标准状况下体积为11.2
L,C错误;该电池的负极反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,D错误。
2.BD 燃料电池中燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应:N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,O2在正极(b电极)发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为N2H4+O2N2+2H2O,A错误、B正确;放电时电流由正极流向负极,C错误;OH-在正极生成,移向负极被消耗,所以离子交换膜应让OH-通过,故选用阴离子交换膜,D正确。
3.C 首先判断出通入甲醇的一极失去电子作为负极,通入氧气的一极得到电子作为正极。电池总反应减去氧气在正极的电极反应可得到负极反应,A项正确;电池工作时,H+移向正极而不是移向负极,C项错误。
4.AD 负极上发生氧化反应,A正确;放电过程中Li+向正极移动,B错误;由电池总反应可知,正极反应物是PbSO4,C错误;常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此在正负极之间连接检流计,指针不偏转,D正确。
5.C 放电时,电解质溶液中K+向正极移动,A项错误;放电时,根据总反应可知电解质溶液中c(OH-)逐渐减小,B项错误;在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2+将与OH―结合生成[Zn(OH)4]2-,C项正确;根据O2~4e-可知,电路中通过2
mol电子时消耗0.5
mol氧气,在标准状况下体积为11.2
L,D项错误。
6.D 放电时Fe被氧化,Ni2O3被还原,Fe作为负极,Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质,故应用碱性电解质溶液。
7.C 根据燃料电池的特点分析,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子结合H+生成水,B项正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4
mol电子,正极应该消耗1
mol
O2,负极应该有2
mol
H2S反应,但是题目中没有说明是标准状况下,所以H2S的体积不一定是44.8
L,C错误;17
g
H2S即0.5
mol
H2S,每0.5
mol
H2S参与反应会消耗0.25
mol
O2,根据正极反应O2+4H++4e-2H2O可知,有1
mol
H+经质子膜进入正极区,D正确。
8.答案
(1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 (2)还原 (3)负 正 (4)1.806×1024
解析
放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是强碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。电子由负极流出,通过外电路流向正极,每1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子是3
mol,其数目是1.806×1024,放电时K2FeO4得电子发生还原反应。
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答案
(1)负 CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ 还原 O2+4H++4e-2H2O (2)2CH3OH+3O22CO2+4H2O (3) (4)对环境无污染
解析
Pt(a)电极原料为CH3OH和水,产物为CO2、H+,C元素化合价由-2价升到+4价,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)电极原料为O2、H+,产物为H2O,O元素化合价由0价降至-2价,发生还原反应,Pt(b)电极为正极。电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O,由总反应可知,电路中通过2
mol电子时消耗的CH3OH为
mol。甲醇燃料电池产物是CO2和H2O,对环境无污染。
