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  11.高铁电池是一种新型可充电电池,电解质溶液为KOH溶液,充放电时 的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 下列叙述正确的是 A.放电时,负极反应式为3Zn-6e-+6OH-===3Zn(OH)2 B.放电时,正极区溶液的pH减小 C.充电时,每转移3 mol电子,阳极有1 mol Fe(OH)3被还原 D.充电时,电池的锌电极接电源的正极 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,根据总方程式可知,在放电时,负极反应为3Zn-6e-+6OH-===3Zn(OH)2,正确; B项,放电时,正极区不断消耗水,产生OH-,所以溶液的pH增大,错误; C项,充电时,每转移3 mol电子,阳极有1 mol Fe(OH)3被氧化,错误; D项,充电时,电池的锌电极接电源的负极,错误。 12.(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是高铁电池的模拟实验装置: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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)。 0.2 答案 解析 放电时高铁酸钾为正极,正极发生还原反应,电极反应式为FeO +4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH-;若维持电流强度为1 A,电池工作十分钟,转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500=0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量0.006 217 6 mol÷2×65≈0.2 g(已知F=96 500 C·mol-1)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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。 答案 解析 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 右 左 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 。 答案 解析 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使用时间长、工作电压稳定。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 使用时间长、工作电压稳定 (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 。 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 氯化铵 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-=== 2NH ,氨气与HCl反应生成氯化铵,则电解质溶液为氯化铵溶液。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (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 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 从b到a CO+O2--2e-===CO2 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(1)某研究性学习小组为探究Fe3+与Ag反应,进行如下实验:按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。 ①K闭合时,指针向左偏转,石墨作 (填“正极”或“负极”)。 正极 K闭合时,指针向左偏转,石墨作正极。 答案 解析 ②当指针归零后,向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液,发现指针向右偏转,写出此时银电极的反应式: 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Ag++e-===Ag 答案 解析 当指针归零后,向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液,发现指针向右偏转,说明银棒作正极,此时银电极的反应式Ag++e-===Ag。 ③结合上述实验分析,写出Fe3+和Ag反应的离子方程式:____________ __________。 答案 解析 结合上述实验分析,Fe3+和Ag反应为可逆反应,离子方程式为Ag+Fe3+Ag++Fe2+。 ④丙同学进一步验证其结论:当指针归零后,向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液,可观察到的现象是 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 丙同学进一步验证其结论:当指针归零后,向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液,可观察到的现象是出现白色沉淀,溶液中Ag+浓度减小,Ag+Fe3+Ag++Fe2+平衡正向移动,Ag发生氧化反应为负极,电流表指针向左偏转。 出现白色沉淀,电流表指针向左偏转 (2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如右图所示: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 ①HS-在硫氧化菌作用下转化 为SO 的反应式是 。 酸性环境中反应物为HS-产物为SO ,利用质量守恒和电荷守恒进行配平,电极反应式:HS-+4H2O-8e-===SO +9H+; ②若维持该微生物电池中两种细菌的存在,则电池可以持续供电,原因是 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 HS-、SO 离子浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子 从质量守恒角度来说,HS-、SO 离子浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。 答案 解析 (3)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2),负极采用金属锂和碳的复合 材料,该电池充放电时的总反应式:LiCoO2+6C Li1-xCoO2+LixC6, 写出放电时负极的电极反应 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 放电时,负极上发生氧化反应,碳单质可以看作是盛放锂单质的容器, 结合电池充放电时的总反应式:LiCoO2+6C Li1-xCoO2+LixC6可 知放电时Li元素化合价升高,得到放电时负极的电极反应为LixC6-xe-===C6+xLi+。 LixC6-xe-===C6+xLi+ (4)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 ①放电过程中,Li+向 (填“负极”或 “正极”)移动。 ②负极反应式为 。 ③电路中每转移0.2 mol电子,理论上生成 g Pb。 正极 Ca+2Cl--2e-===CaCl2 20.7 根据方程式,电路中每转移0.2 mol电子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g。 (5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如右图所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ①a电极的电极反应式是________________ _____________; a电极是通入NH3的电极,失去电子,发生氧化反应,所以该电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O; ===N2+6H2O 2NH3-6e-+6OH- 答案 解析 ②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因是 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 一段时间后,需向装置中补充KOH,是由于发生4NH3+3O22N2+6H2O反应,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH。 由于发生4NH3+3O2===2N2+6H2O反应,有水生成,使得溶液逐渐变 稀,所以要补充KOH 答案 解析 考能提升 探究高考 明确考向 1.(2016·全国卷Ⅱ,11)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.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+ B.正极反应式为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+2H2O===Mg(OH)2+H2↑ 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 根据题意,Mg-海水-AgCl电池总反应式为Mg+2AgCl===MgCl2+2Ag。A项,负极反应式为Mg-2e-===Mg2+,正确; B项,正极反应式为2AgCl+2e-===2Cl-+ 2Ag,错误; C项,对原电池来说,阴离子由正极移向负极,正确; D项,由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑,正确。 1 2 3 4 5 2.(2016·全国卷Ⅲ,11)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===2Zn(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-===Zn(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 解析 √ 1 2 3 4 5 A项,充电时,电解质溶液中K+向阴极移动,错误; B项,充电时,总反应方程式为2Zn(OH) 2Zn+O2↑+4OH-+ 2H2O,所以电解质溶液中c(OH-)逐渐增大,错误; C项,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) ,正确; D项,O2~4e-,故电路中通过2 mol电子,消耗氧气0.5 mol,在标准状况时体积为11.2 L,错误。 1 2 3 4 5 3.(2015·全国卷Ⅰ,11)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 解析 √ 1 2 3 4 5 由题意可知,微生物电池的原理是在微生物的作用下,O2与C6H12O6发生氧化还原反应,将化学能转化为电能,B项正确; 氧气在正极反应,由于质子交换膜只允许H+离子通过,则正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,没有CO2生成,A项错误; 负极发生反应:C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,H+在负极区生成,移向正极区,在正极被消耗,C项正确; 总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,D项正确。 1 2 3 4 5 4.(2015·天津理综,4)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(SO )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 √ 1 2 3 4 5 答案 解析 A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误; B项,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(SO )不变,错误; C项,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,正确; D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,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,阴离子是不能通过交换膜的,错误。 1 2 3 4 5 5.(2014·新课标全国卷Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是 A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4 +xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化 D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移 答案 解析 1 2 3 4 5 √ 1 2 3 4 5 图示所给出的是原电池装置。A项,由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,正确; B项,电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,正确; C项,放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是Mn元素,锂元素的化合价没有变化,不正确; D项,放电时为原电池,锂离子应向正极(a极)迁移,正确。 课时作业 1.下面4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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 答案 解析 A项,通空气的电极作正极,正极反应式:O2+4e-===2O2-,不符合题意; B项,通入氧气的一极作正极,电解质溶液是碱性溶液,电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-,不符合题意; C项,通入空气的一极作正极,电解质传递H+,正极反应式:O2+4H++4e-===2H2O,符合题意; D项,通入氧气一极作正极,依据电池内部传递CO ,正极反应式:O2+2CO2+4e-===2CO ,不符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小,无需气体存储装置等优点。一种以肼(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作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是 A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.负极发生的电极反应式:N2H4+4OH--4e- ===N2+4H2O C.该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料, 以提高电极反应物质在电极表面的吸附量,并 使它们与电解质溶液充分接触 D.该燃料电池持续放电时,K+从负极向正极迁移,因而离子交换膜需选 用阳离子交换膜 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 根据装置图可知,通入空气的一极是正极,发生还原反应,通入肼的一极是负极,发生氧化反应,电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极,故A正确; 负极是肼失去电子生成氮气的反应,结合电解质溶液,所以电极反应式是N2H4+4OH--4e-===N2+4H2O,故B正确; 电极材料应采用多孔导电材料,以提高电极反应物质在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分接触,C正确; 放电时K+从负极向正极迁移,但负极中结合氢氧根离子,正极产生氢氧根离子,所以需选用氢氧根离子交换膜。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.(2016·信阳高三模拟)化学家正在研究尿素动力燃料电池,尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电,尿素燃料电池结构如图所示,下列关于描述正确的是 A.电池工作时H+移向负极 B.该电池用的电解质溶液是KOH溶液 C.甲电极反应式:CO(NH2)2+H2O-6e- ===CO2+N2+6H+ D.电池工作时,理论每净化1 mol CO(NH2)2, 消耗33.6 L O2 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,原电池中阳离子向正极移动,则电池工作时H+移向正极,错误; B项,该原电池是酸性电解质,质子交换膜只允许氢离子通过,错误; C项,负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气,则负极反应式:CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2+N2+6H+,正确; D项,电池的总反应式:2CO(NH2)2+3O2===2CO2+2N2+4H2O,每净化1 mol CO(NH2)2,消耗1.5 mol O2,则在标准状况下氧气为33.6 L,由于没说明是标准状况,所以氧气的体积不能求算,错误。 4.乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池,能在制备乙醛的同时获得电能,其总反应:2CH2==CH2+O2―→ 2CH3CHO。下列有关说法正确的是 A.该电池为可充电电池 B.每有0.1 mol O2反应,则迁移H+0.4 mol C.正极反应式:CH2==CH2-2e-+2OH- ===CH3CHO+H2O D.电子移动方向:电极a→磷酸溶液→电极b √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,充电时,不能生成乙烯和氧气,不是充电电池,错误; B项,通入氧气的一极是正极,发生的反应是O2+4H++4e-===2H2O,所以每有0.1 mol O2反应,则迁移H+ 0.4 mol,正确; C项,正极发生还原反应,电极反应是O2+4H++4e-===2H2O,错误; D项,a极通入乙烯,是电池的负极,b极通入氧气,是电池的正极,电子从负极经外电路流向正极,不会通过磷酸溶液,错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.“神舟7号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池,另外内部还配有高效的MCPC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,所用燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾,已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应为H2+CO -2e-===CO2↑+H2O,则下列推断中,正确的是 A.电池工作时,CO 向负极移动 B.电池放电时,外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极 C.正极的电极反应:4OH--4e-===O2↑+2H2O D.通氧气的电极为阳极,发生氧化反应 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,电池放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以CO 向负极移动,正确; B项,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,即电子从通入氢气的负极沿导线流向通入氧气的正极,错误; C项,正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e-===2CO ,错误; D项,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,正极上得电子发生还原反应,所以该燃料电池中,通入氢气的电极是负极,通入氧气的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,错误。 6.目前科学家已开发出一种新型燃料电池—固体氧化物电池,该电池用辛烷(C8H18)作燃料,电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子,下列说法正确的是 A.电池工作时,氧气发生氧化反应 B.电池负极的电极反应:O2+2H2O+4e-===4OH- C.电池负极的电极反应:C8H18+25O2--50e-===8CO2+9H2O D.若消耗的O2为11.2 L(标准状况),则电池中有1 mol电子发生转移 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,该电池工作时,正极上氧气得电子发生还原反应,错误; B项,负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应,电极反应式为C8H18+25O2--50e-===8CO2+9H2O,错误; C项,负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应,电极反应为C8H18+25O2--50e-===8CO2+9H2O,正确; D项,标况下11.2 L氧气的物质的量为0.5 mol,根据O2+4e-===2O2-,当消耗0.5 mol氧气转移电子的物质的量为氧气的4倍,所以转移电子的物质的量为2 mol,错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.如图所示,装置(Ⅰ)是一种可充电电池的示意图,装置(Ⅱ)为电解池的示意图;装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许Na+通过。已知电池充、放电的化学方 程式为2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr。当闭合开关K时,X极附近溶液 先变红色。下列说法中正确的是 A.闭合K时,装置(Ⅰ)中Na+从右到左通过离子 交换膜 B.闭合K时,A电极的电极反应为NaBr3+2Na+ +2e-===3NaBr C.闭合K时,X电极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑ D.闭合K时,当有0.1 mol Na+通过离子交换膜,则X电极上析出气体在标准 状况下的体积为1.12 L √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A为负极,B为正极,阳离子移向原电池正极,所以Na+从左到右通过离子交换膜,故A错误; A为负极,负极发生氧化反应,A电极的电极反应式:2Na2S2-2e-===Na2S4+2Na+,故B错误; X为阴极,发生还原反应,X极附近溶液先变红色,X电极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,故C错误; 当有0.1 mol Na+通过离子交换膜,说明有0.1 mol的电子转移,X电极上析出氢气0.05 mol,故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8.大功率的镍氢电池使用在油电混合动力车辆中。镍氢电池(NiMH电池)正极板材料为NiOOH,负极板材料为吸氢合金,下列关于该电池的说法中正确的是 A.放电电池内部H+向负极移动 B.充电时,将电池的负极与外 接电源的正极相连 C.充电时阳极反应为Ni(OH)2+ OH--e-===NiOOH+H2O D.放电时负极的电极反应式为MHn-ne-===M+nH+ 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,错误; B项,充电时电池的负极要接电源的负极,电池的正极要接电源的正极,错误; C项,根据电池工作原理图,电池正极的电极反应式:NiOOH+H2O+ e-===Ni(OH)2+OH-,充电是电解池,发生的电极反应式与原电池的电极反应式是相反的,即阳极电极反应式:Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O,正确; D项,该电池的环境是碱性环境,不能有大量H+存在,电极反应式:MHn+nOH--ne-===M+nH2O,错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放 电时发生的反应为NiO2+Fe+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列有关 该电池的说法中正确的是 A.放电时电解质溶液显强酸性 B.充电时阳极反应为Ni(OH)2+2OH--2e-===NiO2+2H2O C.放电时正极附近溶液pH减小 D.充电时阴极附近溶液的碱性保持不变 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 方程式有氢氧化物生成,所以电解质溶液一定是碱性的,A错误; 充电时Ni(OH)2在阳极发生反应生成NiO2,电极反应为Ni(OH)2+2OH--2e-===NiO2+2H2O,B正确; 放电时正极的反应为NiO2+2H2O+2e-===Ni(OH)2+2OH-,有OH-生成,溶液碱性增强,pH增大,C错误; D项,充电时阴极反应:Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,溶液的碱性增强,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10.(2017·贵州高三质检)铁镍蓄电池充放电时的总反应: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.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe B.电池放电时,负极反应为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,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A项,根据方程式可知,生成物是氢氧化亚铁和氢氧化镍,则电池的电解液为碱性溶液,原电池中正极得到电子,则根据方程式可知正极为Ni2O3、负极为Fe,正确; B项,电池放电时,负极铁失去电子转化为氢氧化亚铁,电极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,正确; C项,电池充电过程中,阴极是氢氧化亚铁得到电子转化为铁和氢氧根离子,因此阴极附近溶液的pH升高,错误; D项,电池充电时,阳极失去电子,根据方程式可知该是氢氧化镍失去电子转化为Ni2O3,即电极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O,正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.“高效、环境友好”的燃料电池 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。 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2-4e-===4H+ _________________________ 正极反应式 _____________________ O2+2H2O+4e-===4OH- 电池总反应式 2H2+O2===2H2O 备注 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 2H2+4OH--4e-===4H2O O2+4e-+4H+===2H2O 1.可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接? 深度思考 答案 2.(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将 (填“减小”、“增大”或“不变”,下同),溶液的pH 。 (2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将 (填“减小”、“增大”或“不变”,下同),溶液的pH 。 减小 减小 减小 增大 答案 答案 解题探究 1.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是 A.充电时阳极反应:Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O B.充电过程是化学能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动 答案 解析 放电时Cd的化合价升高,Cd作负极,Ni的化合价降低,NiOOH作正极,则充电时Cd(OH)2作阴极,Ni(OH)2作阳极,电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O,A项正确; 充电过程是电能转化为化学能的过程,B项错误; 放电时负极电极反应式为Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2,Cd电极周围OH-的浓度减小,C项错误; 放电时OH-向负极移动,D项错误。 2.有一种MCFC型燃料电池,该电池所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应:H2+CO -2e-===H2O+CO2。下列说法正确的是 A.电路中的电子经正极、熔融的K2CO3、负极后再到正极,形成闭合回路 B.电池放电时,电池中CO 的物质的量将逐渐减少 C.正极反应为:2H2O+O2+4e-===4OH- D.放电时CO 向负极移动 答案 解析 电子不能通过熔融的K2CO3,故A项错误; 该电池的正极反应为O2+4e-+2CO2===2CO ,根据电子守恒,放电时负极消耗CO 与正极生成CO 的物质的量相等,电池中CO 的物质的量不变,故B、C错误; 放电时阴离子向负极移动,D项正确。 3.铅蓄电池是典型的可充电电池,它的正、负极板是惰性材料,电池总反应式为 请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原): (1)放电时:正极的电极反应式是 ;电解液中H2SO4的浓度将变 ;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加 g。 小 48 答案 解析 原电池里正极上得电子,负极上失电子。根据电池总反应式 负极反应为 2 mol 96 g 1 mol Δm 求得Δm=48 g。 (2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时,若按如图连接,电解一段时间后,则在A电极上生成 ,B电极上生成 ,此时铅蓄电池的正极、负极的极性将 。 答案 解析 Pb PbO2 对换 电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子,与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应为PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO ;阴极反应为PbSO4+2e-===Pb+SO 。根据图示,电解一段时间后,原PbO2极变成Pb,原Pb极变成PbO2,即铅蓄电池的正负极的极性对换。 反思归纳 可充电电池常考查内容 (1)充、放电时电极的判断。 (2)充、放电时电极反应及反应类型的判断。 (3)充、放电时离子(外电路中电子的移动方向的判断)。 (4)充、放电时电解质溶液离子浓度的变化,特别是酸、碱性的变化。 微专题21新型电源及电极反应式的书写 近几年高考中的新型电池种类繁多,“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等,这些新型电源常以选择题的形式呈现。解析这类考题,首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理,其次会判断正负电极或阴阳极,以及会书写电极反应式等。 1.电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写) 2.已知总方程式,书写电极反应式 (1)书写步骤 ①步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。 ②步骤二:找出正、负极,失电子的电极为负极;确定溶液的酸碱性。 ③步骤三:写电极反应式。 负极反应:还原剂-ne-===氧化产物 正极反应:氧化剂+ne-===还原产物 (2)书写技巧 若某电极反应式较难写时,可先写出较易的电极反应式,用总反应式减去较易的电极反应式,即可得出较难写的电极反应式。如:CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中: 总反应式:CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O 正极:3O2+12H++12e-===6H2O 负极:CH3OCH3+3H2O-12e-===2CO2+12H+ 特别提醒简单电极反应中转移的电子数,必须与总方程式中转移的电子数相同。 3.氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结 负极 H2-2e-===2H+(酸作介质) H2-2e-+2OH-===2H2O(碱作介质) H2-2e-+O2-===H2O(熔融金属氧化物作介质) H2-2e-+CO ===H2O+CO2(熔融碳酸盐作介质) 正极 O2+4e-+4H+===2H2O(酸作介质) O2+4e-+2H2O===4OH-(碱作介质) O2+4e-===2O2-(熔融金属氧化物作介质) O2+4e-+2CO2===2CO (熔融碳酸盐作介质) 题组一判断正、负极,书写化学电源电极反应式 1.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碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。 请回答下列问题: (1)电池的负极材料为 ,发生的电极反应为 。 专题训练 答案 解析 锂 4Li-4e-===4Li+ 分析反应的化合价变化,可知Li失电子,被氧化,为还原剂,SOCl2得电子,被还原,为氧化剂。 负极材料为Li(还原剂),4Li-4e-===4Li+。 (2)电池正极发生的电极反应为 。 答案 解析 2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑ 正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑。 2.Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg===Mg2++2Ag+2Cl- 试书写该电池的正、负极电极反应式。 答案 负极:Mg-2e-===Mg2+ 正极:2AgCl+2e-===2Ag+2Cl- 3.铝-空气海水电池:以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。 电池总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3; 负极: ; 正极: 。 答案 4Al-12e-===4Al3+ 3O2+6H2O+12e-===12OH- 题组二“一池多变”的燃料电池 4.以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性介质(如H2SO4) 负极: ; 正极: ; 总反应式: 。 答案 CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+ 2O2+8e-+8H+===4H2O CH4+2O2===CO2+2H2O (2)碱性介质(如KOH) 负极: ; 正极: ; 总反应式: 。 答案 2O2+8e-+4H2O===8OH- (3)固体电解质(高温下能传导O2-) 负极: ; 正极: ; 总反应式: 。 CH4-8e-+4O2-===CO2+2H2O 2O2+8e-===4O2- CH4+2O2===CO2+2H2O 答案 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下 负极: ; 正极: ; 总反应式: 。 答案 CH4+2O2===CO2+2H2O 题组三根据图示理解新型电源工作原理 5.热激活电池可用作火箭、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混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是 A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-===CaCl2 B.放电过程中,Li+向负极移动 C.每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g Pb D.常温时,在正负极间接上电流表,指针不偏转 答案 解析 正极发生还原反应,故为PbSO4+2e-===Pb+SO ,A项错误; 放电过程为原电池,阳离子向正极移动,B项错误; 每转移0.1 mol电子,生成0.05 mol Pb,质量为10.35 g,C项错误; 常温下,电解质不能熔化,不能形成原电池,故指针不偏转,D项正确。 6.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 A.反应CH4+H2O 3H2+CO,每 消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH- -2e-===2H2O C.电池工作时,CO 向B电极移动 D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-===2CO 答案 解析 A项, → ,则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子,错误; B项,该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2-2e-+CO ===CO2+H2O,错误; C项,原电池工作时,阴离子移向负极,而B极是正极,错误; D项,B电极即正极上O2参与的电极反应为O2+4e-+2CO2=== 2CO ,正确。 7.一种碳纳米管能够吸附氢气,可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L-1的KOH溶液。 (1)写出放电时的正、负极电极反应式。 (2)写出充电时的阴、阳极电极反应式。 答案 负极:H2-2e-+2OH-===2H2O; 正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-===2Ni(OH)2 +2OH-。 阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-; 阳极:2Ni(OH)2+2OH--2e-===2NiO(OH)+2H2O。 答案 8.锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题: (1)外电路的电流方向是由 (填字母,下同)极 流向 极。 结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,所以电子流向是从a→b,那么电流方向则是b→a。 答案 解析 b a (2)电池正极反应式为 。 根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式为MnO2+e-+Li+===LiMnO2。 MnO2+e-+Li+===LiMnO2 (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂? (填“是”或“否”),原因是 。 否 电极Li是活泼金属,能与水反应 因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。 答案 解析 答案 解析 第21讲原电池化学电源 第六章化学反应与能量 考纲要求 1.理解原电池的构成、工作原理及应用, 能书写电极反应和总反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 考点一原电池的工作原理 微专题21新型电源及电极反应式的书写 考点二化学电源 内容索引 考能提升 探究高考明确考向 课时作业 考点一原电池的工作原理 1.概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是 。 2.原电池的构成条件 (1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。 (3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中。 知识梳理 氧化还原反应 3.工作原理 以锌铜原电池为例 (1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 反应类型 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液,K+移向 极,Cl-移向 极 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu 氧化反应 还原反应 正 负 (2)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥的作用:①连接内电路,形成闭合回路;②平衡电荷,使原电池不断产生电流。 正误判断,正确的打“√”,错误的打“×” (1)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极() (2)在原电池中,负极材料的活泼性一定比正极材料强() (3)在原电池中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应() (4)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生() 深度思考 × × √ × (5)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() (6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定作负极() × × 解题探究 题组一原电池的形成条件及正负极的判断 1.有关电化学知识的描述正确的是 A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原 电池,把其中的化学能转化为电能 B.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 C.从理论上讲,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 D.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生 答案 2.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是 。 答案 ②④⑥⑦ 3.(2017·信阳质检)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作负极,③④中Fe作负极 B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH- +3H2↑ C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+ D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑ 答案 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HNO3反应失去电子作负极,A、C错; ②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO +4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B正确; ④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D错。 反思归纳 1.规避原电池工作原理的3个失分点 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。 2.判断原电池正、负极的5种方法 说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极

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