原电池及化学电源DOC.docx
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原电池及化学电源DOC
1.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式为:
2Li++FeS+2e-===Li2S+Fe,有关该电池的下列说法中,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价
B.该电池的电池反应式为:
2Li+FeS===Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为:
Al-3e-===Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS
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.铜锌原电池工作时,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.上海世博会上,使用了一种高效耐用的新型可充电电池作为电动车动力,该电池能长时间保持稳定的放电电压。
该电池的总反应式为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列说法不正确的是( )
A.放电时负极反应式为:
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
B.放电时正极反应式为:
FeO42-+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-
C.放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化
D.充电时阳极附近溶液的碱性减弱
4.某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。
下列有关该电池的叙述不正确的是( )
A.正极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
B.工作一段时间后,电解液中的KOH的物质的量不变
C.该燃料电池的总反应方程式为:
2H2+O2===2H2O
D.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24LCl2(标准状况)时,有0.1mol电子转移
5.铅蓄电池的工作原理为:
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,研读下图,下列判断不正确的是( )
A.K闭合时,d电极反应式:
PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO42-
B.当电路中转移0.2mol电子时,Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol
C.K闭合时,Ⅱ中SO42-向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,d电极为正极
6.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。
锌锰碱性
电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:
Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH
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:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-
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0.2mol电子,锌的质量理论上减少6.5g
7.一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。
现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,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。
则下列说法中正确的是( )
A.CO32-向正极移动
B.负极发生的电极反应是:
O2+2CO2+4e-===2CO32-
C.负极发生的电极反应是:
CO+CO32--2e-===2CO2
D.正极发生氧化反应
8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图,电池总反应可表示为:
2H2+O2===2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
9.普通锌锰干电池是用锌皮制成的锌筒作电极兼作容器,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。
在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液;该电池工作时的总反应为:
Zn+2NH4++2MnO2===[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。
关于锌锰干电池的下列说法中正确的是( )
A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2+2NH4++2e-===Mn2O3+2NH3+H2O
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0.1mol电子,锌的质量理论上减小6.5g
10.镁-H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸),下列说法正确的是( )
A.电池总反应为:
Mg+H2O2===Mg(OH)2
B.正极发生的电极反应为:
H2O2+2H++2e-===2H2O
C.电池工作时,正极周围海水的pH增大
D.电池工作时,溶液中的H+向负极移动
2.【错因分析】 如果不理解“二次电池”的含义,会错选A项。
【正确解答】 本题考查电池原理,涉及电池分类、电子流向、能量转化形式、电极判断等。
二次电池也就是充电电池,A选项正确;铜锌原电池中,铜为正极,锌为负极,锌失电子,电子通过外电路导线流向铜电极(正极),B选项错误;燃料电池将化学能转化为电能,对外放电,C选项正确;锌锰干电池中锌为负极,石墨为正极,D选项正确。
答案:
B
7.解析:
据题意知通入CO的一极为电源的负极,CO失去电子转变为CO2,发生氧化反应,CO32-由正极产生向负极移动,C正确。
答案:
C
易错起源1、原电池正负极的判断与电极反应式的书写
例1.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为:
Zn-2e-===Zn2+
B.电池反应为:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从负极流向正极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
【解析】 本题考查原电池,意在考查考生对原电池工作原理的分析能力。
该电池中Zn为负极,电极反应为:
Zn-2e-===Zn2+,Cu为正极,电极反应为:
Cu2++2e-===Cu,A项错误;电池总反应为:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu,B项正确;原电池工作时,外电路中电子由负极流出经导线流向正极,C项正确;负极上由于Zn放电,ZnSO4溶液中Zn2+的浓度增大,故盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,D项错误。
【答案】 BC
1.正负极的判断
判断依据
负极
正极
电极材料
活泼性较强的金属
活泼性较差的金属或导电的非金属
电子流动方向
电子流出极
电子流入极
阴阳离子移动方向
阴离子移向的极
阳离子移向的极
发生的反应
氧化反应
还原反应
反应现象
不断溶解或质量不断减少
有气体生成、电极的质量不断增加
2.书写电极反应式
(1)直接书写
在判断出原电池的正、负极后,再搞清正、负极发生反应的物质或
离子,结合得失电子数即可写出电极反应式。
注意,若是正、负极得失电子后的粒子能与电解质溶液继续反应,则应加和写出总的反应方程式。
(2)按要求书写
①若给出两电极方程式,只要依据得失电子守恒,将两极反应加和,即得总反应方程式。
②若给出某一电极反应式和总反应方程式,则依据得失电子守恒,用总反应方程式减去某一电极反应式,即得另一电极反应式。
③若根据给出的总反应方程式来分析两电极反应,只需根据氧化还原反应的知识,结合负极发生氧化反应(元素化合价升高),正极发生还原反应(元素化合价降低),即可作出分析。
书写原电池的电极反应式的注意事项:
(1)明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应
产物及化合价的变化;,
(2)确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子,还是其他物质(如溶有或通入的氧气);,(3)判断是否存在特定的条件(如介质中的粒子H+、OH-非放电物质参加反应),进而推断电解质溶液的酸碱性的变化;,(4)总的反应
式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
易错起源2、原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用
例2.原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中,请回答以下问题:
(1)肼(N2H4)又称联氨,是一种可燃性的液体,可用作火箭燃料。
肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池,产物无污染,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。
肼—空气燃料电池放电时:
正极的电极反应式是________________;
负极的电极反应式是______________________。
(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl—NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。
试写出该电池的正极反应式__________________________。
(3)请运用原电池原理设计实验,验证Cu2+、Fe3+氧化性的强弱。
请画出实验装置图并写出电极反应式。
【方法总结】 原电池的设计关键是负极材料和电解质溶液的成分,一般来说,在总反应中失电子的物质作负极或在负极上失电子发生氧化反应,溶液的某离子或物质在正极上得电子,发生还原反应。
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,设计成原电池时反应速率增大。
例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2.比较金属活动性强弱:
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3.用于金属的防护:
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
例如,要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。
4.设计制作化学电源
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。
具体方法是:
(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应;
(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择:
在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极;氧化性较强的物质作为正极。
并且,原电池的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。
②电解质溶液的选择:
电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。
如在铜—锌—硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。
应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池,但有的电流相当微弱。
同时要注意电解质溶液不一定参与反应,如燃料电池,水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。
1.将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器按下图方法处理,一段时间后银器光亮如新。
下列说法正确的是
A.铝质容器为正极,银器为负极
B.反应前后银器质量不变
C.Ag2S被还原生成单质银
D.总反应为2Al+3Ag2S→6Ag+Al2S3
2.银制器皿表面日久因生成Ag2S而变黑,可进行如下处理:
将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝质容器中(如图),一段时间后黑色褪去。
有关说法正确的是
A.该处理过程中电能转化为化学能
B.银器为正极,Ag2S还原为单质银
C.Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl
D.铝质容器为阳极,其质量变轻
3.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池,①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极,②④相连时,②有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是
A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④
4.一种新型燃料电池,是用两根金属铂做电极插入KOH溶液中,然后向两极上分别通入CH3OH和O2,下解说法不正确的是
A.通入CH3OH的电极为负极
B.随着放电的进行,负极附近pH上升
C.每消耗1molCH3OH可以向外电路提供6mole-
D.通入O2的一极电极反应为4H2O+2O2-8e-=8OH-
5.下列关于下图装置的说法正确的是
A.银电极是负极
B.铜电极上发生的反应为Cu-2e-=Cu2+
C.外电路中的电子是从银电极流向铜电极。
D.该装置能将电能转化为化学能
6.如图是一电池,下列有关说法正确的是
A.该电池负极反应为:
2Fe2+-2e-
2Fe3+
B.当有6.02×1023电子转移时,Fe电极减少56g
C.石墨电极上发生氧化反应
D.盐桥中K+移向FeCl3溶液
7.如图为番茄电池,下列有关说法中不正确的是
A.一段时间后,铜电极附近会出现蓝色
B.一段时间后,锌片质量会变少
C.锌电极是该电池的负极
D.电流由铜通过导线流向锌
8.生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池,其能量转化率高,是一种真正意义上的绿色电池,其工作原理如图所示。
已知C1极的电极反应方程式为:
C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+。
下列说法不正确的是()
A.C1极为电池负极,C2极为电池正极
B.C2极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O
C.该生物燃料电池的总反应方程式为
C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O
D.电池放电过程中电解质溶液的pH不变
9.人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料.下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生
C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强
D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-====HCOOH
10.用气体传感器可以检测汽车尾气中CO的含量。
传感器是以燃料电池为工作原理,其装置如下图所示,该电池中电解质为氧化钇−氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。
下列说法正确的是
A.燃料电池工作时,电极b作负极
B.工作时,电流由负极通过传感器流向正极
C.b电极的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
D.当消耗11.2L(标准状况下)CO时,理论上传感器中会通过NA个电子
11.根据下图,下列判断中正确的是()
A.向烧杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成
B.烧杯a中发生反应O2+4H++4e-=2H2O,溶液pH降低
C.电子从Zn极流出,流入Fe极,经盐桥回到Zn极
D.烧杯b中发生反应为Zn-2e-=Zn2+
12.我国科学家发明的一种可控锂水电池的工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是
A.电池工作时,锂离子向正极移动
B.有机电解质可用水溶液代替
C.电池总反应为2Li+2H2O=2LiOH+H2↑
D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气
13.下列事实解释准确的是
A.糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-2e-=Fe2+
B.酸性氢氧燃料电池的正极电极反应为:
2H2O十O2+4e-=4OH-
C.用石墨电极电解CuC12溶液:
阳极上发生的反应:
2C1-—2e一=C12↑
D.铅蓄电池的正极反应为:
PbO2+4H++2e一=Pb2++2H2O
14.理论上不能设计为原电池的化学反应是()
A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O
(1);△H<0
B.HNO3
(1)+NaOH
(1)=NaNO3
(1)+H2O
(1);△H<0
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O
(1);△H<0
D.2FeCl3
(1)+Fe(s)=3FeCl2
(1);△H<0
15.有A、B、C、D四种金属,当A、B组成原电池时,电子流动方向A→B;当A、D组成原电池时,A为正极;B与E构成原电池时,电极反应式为:
E2++2e-=E,B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为()
A、D﹥A﹥B﹥EB、D﹥E﹥A﹥B
C、A﹥B﹥D﹥ED、A﹥B﹥E﹥D
16.某同学设计在KOH溶液中用铂作电极,利用CH3OH和O2的反应来构成原电池。
下列说法正确的是():
①正极上O2得到电子,发生还原反应②每消耗1molCH3OH可以向外电路提供6mole-③该电池的总反应为:
2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O④电池放电后,溶液
的pH不断升高
A.①②B.①③C.②③D.③④
17.下图为Mg—NaClO燃料电池结构示意图。
下列说法正确的是()
A.镁作Y电极
B.电池工作时Na+向负极移动
C.废液的pH大于NaClO溶液的pH
D.X电极上发生的反应为:
ClO-+2H2O-4e-=ClO3-+4H+
18.
原电池正、
负电极的极性不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关
。
下列由不同材料组成的原电池,电极反应正确的是
A.由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池,其负极反应式为Fe-3e-=Fe3+
B.由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池,其负极反应式为:
Mg-2e-+2OH-=Mg(OH)2
C.Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应式为Cu-2e-=Cu2+
D.Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+
19.一种新型的燃料电池,它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中,然后分别向两极通入乙烷和氧气,其总反应为:
2C2H6+7O2+8KOH=4K2CO3+10H2O。
有关此电池的推断正确的是()
A.负极反应为:
14H2O+7O2+28e—=28OH—
B.放电一段时间后,负极周围的pH升高
C.理论上消耗1molC2H6,电路上转移的电子为14mol
D.放电过程中,K+向负极移动
20.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为N2H
4+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
21.Al-AgO电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。
该电池反应的化学方程式为:
2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O,则下列说法正确的是()
A.当电极上析出0.54gAg时,电路中转移的电子为0.01mol
B.该隔膜是阳离子交换膜
C.Al电极的反应式为:
Al-3e-+3OH-=Al(OH)3
D.正极的电极反应式为:
AgO+2e-+2H+=Ag+H2O
22.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视。
用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,可制得在650℃下工作的燃料电池。
已知该电池总反应为:
2CO+O2=2CO2。
则下列说法中正确的是()
A.通CO的一极是电池的正极
B.该电池工作过程中需不断补充CO和O2,CO2可循环利用
C.负极反应式为:
O2+2CO2+4e-→2CO32-
D.正极反应式为:
2CO+2CO32-→4CO2+4e-
23.绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如下图所示下列说话正确的是:
A.氧气应从c处通入,电极Y上发生的反应为O2+4e-+2H2O==4OH-
B.电池在放电过程中,电极X周围溶液的pH增大
C.二甲醚应从b处加入,电极X上发生的反应为(CH3)2O—12e-+3H2O=2CO2+1
2H+
D.当该电池向外电路提供2mol电子时消耗O2约
为11.2L
24.电池是应用广泛的能源。
(1)设计两种类型的原电池,比较其能量转化效率。
限选材料:
ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图(见右图),并作相应标注。
要求:
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙。
③甲、乙两种原电池中乙的能量转化效率较低,其原因是。
(2)Al-A
gO电池可作用水下动力电源,其原理如图所示。
其中的隔膜属于(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
该电池反应的化学方程式为:
2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O,写出该电池正负极电极反应:
负极,正极。
6.D【解析】该原电池中,铁作负极,石墨作正极,A.负极上铁失电子发生氧化反应,电极反应式为:
Fe-2e-═Fe2+,A错误;B.当有6.02×1023电子转移时,Fe电极减少的质量=
×
×56g·mol-1=28g,B错误;C.石墨作正极,正极上铁离子得电子发生还原反应,C错误;D.盐桥中K+移向正极电解质溶液,即移向FeCl3溶液,D正确;选D.
15.A【解析】当A、B组成原电池时,电子流动方向A→B,则金属活泼性为A>B;当A、D组成原电池时,A为正极,则金属活泼性为D>A;B与E构成原电池时,电极反应式为:
E2-+2e-→E,B-2e-→B2+,B失去电子,则金属活泼性为B>E,综上所述,金属活泼性为D>A>B>E。
23.C【解析】A、氧气应从c处通入,C为正极,反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,A错误;B.电池在放电过程中,二甲醚应从b处加入,电极X上发生的反应为(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+,电极X周围溶液的pH减小,B错误;C正确,D、O2没有指明状态,D错误,选C。
24.
(1)①如图(2分)