新型化学电源的原理分析.docx

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新型化学电源的原理分析

新型化学电源的原理分析

专题训练

1.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

该电池以Ca为负极，熔融无水LiCl—KCl混合物作电解质，结构如图所示。

正极反应式为PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。

下列说法不正确的是（　　）

A．放电过程中，Li＋向正极移动

B．常温下电解质是不导电的固体，电池不工作

C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb

D．该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb

答案　C

解析　原电池放电过程中，阳离子向正极移动，A正确；根据信息可知，此电池为热激活电池，常温下电解质是不导电的固体，电池不工作，B正确；根据正极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPb，C错误；该电池以Ca为负极，负极反应式为Ca－2e－===Ca2＋，故该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，D正确。

2．将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

下列判断正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中电极反应式为2I－＋2e－===I2

B．反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应

C．电流表指针为零时，两池溶液颜色不再改变

D．平衡时甲中溶入FeCl2固体后，乙中的石墨电极为负极

答案　C

解析　由电池总反应式可知，反应开始时，乙中I－发生氧化反应生成I2，则电极反应式为2I－－2e－===I2，A错误；反应开始时，甲中Fe3＋在石墨电极上发生还原反应生成Fe2＋，B错误；电流表指针为零时，反应达到平衡，乙中含有I2，溶液呈黄色；甲中含有Fe3＋，溶液呈黄色，它们的浓度不再改变，C正确；甲中溶入FeCl2固体后，题述平衡逆向移动，则Fe2＋失电子生成Fe3＋，此时甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D错误。

3．（双选）某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。

下列说法正确的是（　　）

A．Zn为电池的负极

B．正极反应式为2FeO

＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变

D．电池工作时OH－向负极迁移

答案　AD

解析　依据化合价升降判断，Zn只能失电子，为电池的负极材料，K2FeO4为正极材料，A正确；电解质溶液为KOH溶液，则正极反应式为2FeO

＋6e－＋8H2O===2Fe（OH）3＋10OH－，B错误；由题意可知放电时总反应方程式为2K2FeO4＋3Zn＋8H2O===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4KOH，电解质溶液浓度增大，C错误；原电池工作时OH－向负极迁移，D正确。

4．[2017·天津和平区期末]锂－空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．正极区产生的LiOH可回收利用

B．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替

C．该电池放电时，正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

D．该电池充电时，阴极发生氧化反应：

Li＋＋e－===Li

答案　A

解析　金属Li在负极发生氧化反应生成Li＋，Li＋向正极移动，与正极区生成的OH－结合形成LiOH，从分离出的LiOH中可以回收Li而循环使用，故正极区产生的LiOH可回收利用，A正确；Li能与盐酸反应生成H2，故电池中的有机电解液不能用稀盐酸代替，B错误；该电池放电时，O2在正极得电子发生还原反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误；该电池充电时，阴极上Li＋得电子发生还原反应，电极反应式为Li＋＋e－===Li，D错误。

5．装置（Ⅰ）为铁－镍（FeNi）可充电电池：

Fe＋NiO2＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2；装置（Ⅱ）为电解示意图。

当闭合开关K时，Y附近溶液先变红。

下列说法正确的是（　　）

A．闭合K时，X极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．闭合K时，A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni（OH）2

C．给装置（Ⅰ）充电时，B极参与反应的物质被氧化

D．给装置（Ⅰ）充电时，OH－通过阴离子交换膜移向电极A

答案　D

解析　闭合K时，装置（Ⅱ）为电解池，电极Y附近溶液先变红，说明电极Y附近有OH－生成，则Y为阴极，X为阳极，故A是正极，B是负极。

闭合K时，X是阳极，阳极上Cl－失去电子被氧化为Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误；闭合K时，A是正极，发生还原反应，因交换膜为阴离子交换膜，故通过交换膜的离子为OH－，所以A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni（OH）2＋2OH－，B错误；电池充电时，原来的负极B与外加电源的负极相连作阴极，发生还原反应，C错误；电池充电时，原来的正极A与外加电源的正极相连作阳极，故OH－通过阴离子交换膜向电极A（即阳极）移动，D正确。

6．[2017·河北衡水中学摸底]为解决淀粉厂废水中BOD严重超标的问题，有人设计了电化学降解法。

如图是利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是（C6H10O5）n]的化学能转化为电能的装置，下列说法中正确的是（　　）

A．N极是负极

B．该装置工作时，H＋从右侧经阳离子交换膜移向左侧

C．负极的电极反应为（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋

D．物质X是OH－

答案　C

解析　由图可知，O2在N极发生还原反应生成X，则N极是正极，A错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故H＋从左侧经阳离子交换膜移向右侧，B错误；由图可知，M电极上有机物[主要成分是（C6H10O5）n]在微生物作用下生成H＋，则电极反应式为（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，C正确；O2在正极得电子被还原，与迁移来的H＋结合生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故物质X是H2O，D错误。

7．硼化钒（VB2）空气电池是目前储电能力最强的电池，电池结构示意图如下，该电池工作时总反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列说法正确的是（　　）

A．电极a为电池负极，发生还原反应

B．每消耗1molVB2转移6mol电子

C．电池工作时，OH－向电极a移动

D．VB2极发生的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O

答案　D

解析　由题图可知，空气通入电极a，显然电极a为正极，发生还原反应，A错误；4molVB2发生反应时消耗11molO2，同时转移44mol电子，故消耗1molVB2时转移11mol电子，B错误；电池工作时，阴离子（OH－）向负极（VB2极）移动，C错误；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，用总反应式减去正极反应式的11倍即得负极反应式，故VB2在负极上发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D正确。

8．[2018·安徽省“江南十校”联考]高铁电池是一种可充电电池，负极材料是Zn，氧化产物是Zn（OH）2，正极材料是K2FeO4（易溶盐），还原产物是Fe（OH）3，电解质溶液是KOH水溶液。

下列有关说法正确的是（　　）

A．高铁电池放电时，正极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

B．高铁电池充电时，阴极反应式为Fe（OH）3＋5OH－－3e－===FeO

＋4H2O

C．高铁电池放电时的总反应为2FeO

＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－

D．高能碱性电池的工作电压比高铁电池更稳定

答案　C

解析　放电时，正极发生还原反应，应是FeO

得电子，故A错误；充电时，阴极发生还原反应，应是Zn（OH）2得电子，故B错误；高铁电池放电时的总反应为2FeO

＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－，故C正确；根据题图可知，高铁电池的工作电压比高能碱性电池更稳定，故D错误。

9．用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．电池总反应式为H2＋2NiO（OH）

2Ni（OH）2

B．放电时，甲电极为负极，OH－移向乙电极

C．放电时，乙电极反应为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

D．充电时，甲电极与直流电源的正极相连

答案　C

解析　放电时，H2在甲电极放电，负极的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，正极的电极反应式为2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－，则两式相加得总反应式：

H2＋2NiO（OH）

2Ni（OH）2，故A错误；放电时，该电池为原电池，甲电极为负极，电解质溶液中阴离子向负极移动，所以OH－向负极甲电极移动，故B错误；放电时，乙电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应式为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－，故C正确；放电时，氢气在甲电极发生氧化反应，甲电极作负极，充电时，甲电极发生还原反应，作阴极，应与电源的负极相连，故D错误。

10．如图装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。

工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28g。

（1）装置甲的A电极为电池的________极，电解质的K＋从离子交换膜的________（填“左侧”或“右侧”，下同）向离子交换膜的________迁移；B电极的电极反应式为________________________。

（2）装置乙中D电极析出的气体是________，体积为________mL（标准状况）。

答案　

（1）负　左侧　右侧　I

＋2e－===3I－

（2）H2（或氢气）　224

解析　

（1）由E电极（铜）的质量减少可知E为阳极，则F为阴极，A为负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。

原电池中阳离子从负极移向正极，即K＋由左侧透过离子交换膜移向右侧。

根据电池放电的化学方程式知，I

在正极得电子发生还原反应，生成I－。

（2）D电极上首先发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗尽时，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，该电极析出的H2的体积为：

×22400mL·mol－1＝224mL。