2019高考化学(化学反应与能量)第2节原电池化学电源考点(2)化学电源讲与练(含解析).docx_第1页
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第六章化学反应与能量李仕才考点二化学电源 1一次电池2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)3燃料电池(1)总反应式的书写:燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同,燃烧反应方程式即为燃料电池的总反应方程式,但不同电解质中反应终产物不同。(2)正极反应式的书写:正极反应的本质都是O2放电得电子生成O2,电解质溶液酸碱性不同,电极反应式不同。酸性电解质溶液环境下正极反应式:O24H4e=2H2O。碱性电解质溶液环境下正极反应式:O22H2O4e=4OH。固体电解质(高温下能传导O2)环境下正极反应式:O24e=2O2。熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下正极反应:O22CO24e=2CO。(3)负极反应式的书写:在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。氢氧燃料电池。总反应均为2H2O2=2H2O碱性电解液:H22e2OH=2H2O酸性电解液:H22e=2H固体或熔融:固体电解质在熔融状态传导O2:H22eO2=H2O熔融碳酸盐:H22eCO=CO2H2O甲醇、空气(含CO2),与碳酸锂熔融盐燃料电池。总反应:2CH3OH3O2=2CO24H2O负极:CH3OH6e3CO=4CO22H2O甲烷、空气、KOH燃料电池:总反应:CH42O22OH=CO3H2O负极:CH48e10OH=CO7H2O丁烷、空气燃料电池,其电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态能传导O2。总反应:2C4H1013O2=8CO210H2O负极:C4H1026e13O2=4CO25H2O判断正误(正确的打“”,错误的打“”)1铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。()2铅蓄电池工作时,当电路中转移0.2 mol电子时,消耗的H2SO4为0.1 mol。()3铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增加4.8 g。()4在化学电源中,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。()5二次电池充电时,充电器的正极接二次电源的正极。()1锂电池不能选用水作电解液。因为锂是比较活泼的金属,会和水发生反应。2可充电电池的放电反应和充电反应因反应条件不同不互为可逆反应;其中充电时的阴极反应式为“放电”时负极的逆反应,阳极反应式为“放电”时正极的逆反应。3充电电池充电时,电池的负极外接电源的负极,正极外接电源的正极。4化学电源的电池总反应一般较复杂,写电极反应式常用加减法。写出总反应,如LiLiMn2O4=Li2Mn2O4。写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Lie=Li(负极)。利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4Lie=Li2Mn2O4(正极)。一、可充电电池1“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电,夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为2Ni(OH)22NiOOHH2。则下列说法正确的是()A放电时,NiOOH发生氧化反应B充电时,a电极的pH增大,K移向b电极C充电时,a电极的电极反应为2H2O2e=H22OHD放电时,负极反应为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH解析:放电时,NiOOH在正极上得电子变成Ni(OH)2,发生还原反应,A错误;充电时,a电极作阴极,电极反应式为2H2O2e=H22OH,pH增大,K移向a电极,B错误、C正确;放电时,负极上H2放电,D错误。答案:C2全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池,该电池性能优良,其电池总反应为V3VO2H2OVO2HV2。下列叙述正确的是()A放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极B放电时每转移0.5 mol电子,负极有0.5 mol V2被氧化C充电时阳极附近溶液的酸性减弱D充电时阳极反应式为VO2He=VO2H2O解析:放电时发生的反应为VO2HV2=V3VO2H2O,阴离子移向负极,A错误;负极V2被氧化成V3,每转移0.5 mol电子,负极有0.5 mol V2被氧化,B正确;充电时的总反应为V3VO2H2O=VO2HV2。阳极反应为VO2H2Oe=VO2H阳极附近溶液的酸性增强,C、D错误。答案:B3锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量。如图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是()Aa极为原电池的正极B电池充电时,b极发生的反应为O22H2O4e=4OHC放电时,a极锂的化合价未发生变化D充电时,溶液中Li由b极向a极迁移解析:根据题给装置图判断,a电极为原电池的负极,电极反应为Lie=Li,A、C项错误;电池充电时,b极发生的反应为4OH4e=O22H2O,B项错误;充电时,阳离子移向电解池的阴极,D项正确。答案:D4某充电宝锂离子电池的总反应为xLiLi1xMn2O4LiMn2O4,某手机镍氢电池总反应为NiOOHMHMNi(OH)2(M为储氢金属或合金),有关上述两种电池的说法不正确的是()A锂离子电池放电时Li向正极迁移B镍氢电池放电时,正极的电极反应式:NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHC上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时,阴极的电极反应式:LiMn2O4xe=Li1xMn2O4xLi解析:电池工作时,阳离子(Li)向正极迁移,A项正确;镍氢电池放电时,正极得电子,电极反应式:NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH,B项正确;根据电池总反应知,左侧锂电池作电源给右侧电池充电,C项正确;锂离子电池充电时,阴极的电极反应式为Lie=Li,D项错误。答案:D二、燃料电池5甲醇燃料电池体积小巧,洁净环保、比能量高,已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O3O2=2CO24H2O,如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是()Aa是甲醇,b是氧气B燃料电池将化学能转化为电能C质子从M电极区穿过交换膜移向N电极区D负极反应:CH4O6eH2O=CO26H解析:由质子交换膜知,电解质溶液呈酸性,N极上生成水,则a为氧气,N为正极,M为负极,负极反应式为CH4O6eH2O=CO26H,正极反应式为O24H4e=2H2O,b是甲醇、c是二氧化碳,质子从M电极区通过质子交换膜到N电极区,通过以上分析知,B、C、D正确。答案:A6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()Ab极发生氧化反应Ba极的反应式:N2H44OH4e=N24H2OC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阳离子交换膜解析:在燃料电池中,氧气作为氧化剂在正极发生还原反应,故A项错误;燃料N2H4为还原剂,在负极发生氧化反应,故B项正确;放电时,电流由正极(b极)经外电路流向负极(a极),故C项错误;正极的电极反应式为:O24e2H2O=4OH,OH将透过交换膜在负极发生反应,应选择阴离子交换膜,故D项错误。答案:B7新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示,(已知硼氢化钠中氢为1价),有关该电池的说法正确的是()A电极B材料中含MnO2层,MnO2可增强导电性B电池负极区的电极反应:BH8OH8e=BO6H2OC放电过程中,Na从正极区向负极区迁移D在电池反应中,每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液,理论上流过电路中的电子为6NA个解析:A项,电极B采用MnO2,为正极,H2O2发生还原反应,得到电子被还原生成OH,MnO2既作电极材料又有催化作用,错误;B项,负极发生氧化反应,电极反应式为BH8OH8e=BO6H2O,正确;C项,放电时,钠离子向正极移动,错误;D项,在电池反应中,每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液,理论上流过电路中的电子数6 molL11 L2NA/mol12NA,错误。答案:B三、新型化学电源8近几年科学家发明的一种新型可控电池锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是()A碳极发生的反应是2H2O2e=H22OHB有机电解质和水溶液不可以互换区域C标准状况下产生22.4 L的氢气时,正极消耗锂的质量为14 gD该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气解析:根据图示信息可知,碳电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O2e=H22OH,A正确;由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气,但是和有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确;金属Li和水发生反应2Li2H2O=2LiOHH2,标准状况下产生22.4 L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14 g,C错误;该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。答案:C9金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4MnO22nH2O=4M(OH)n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是()A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池,Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式:4MnnO22nH2O4ne=4M(OH)nD在Mg空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜解析:本题考查电化学知识,意在考查考生运用原电池原理解决问题的能力。A项,采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积,且有利于氧气扩散至电极表面,正确;B项,根据“已知”信息知铝的比能量比Mg、Zn的高,正确;C项,M空气电池放电过程中,正极为氧气得到电子生成OH,错误;D项,为了避免正极生成的OH移至负极,应选用阳离子交换膜,正确。答案:C10光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl),Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面,接着Cl(AgCl)e=Cl(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是()A光照时,电流由X流向YB光照时,Pt电极发生的反应为:2Cl2e=Cl2C光照时,Cl向Pt电极移动D光照时,电池总反应为:AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)解析:该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应,所以银作正极、铂作负极,光照时,电流从正极银X流向负极铂Y;光照时,Pt电极作负极,负极上亚铜离子失电子发生氧化反应,电极反应式为Cu(aq)e=Cu2(aq);光照时,该装置是原电池,银作正极,铂作负极,电解质中氯离子向负极铂移动;光照时,正极上氯原子得电子发生还原反应,负极上亚铜离子失电子,所以电池反应式为AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)。答案:B电极反应式书写的步骤和方法1 电极反应式书写的一般步骤2 电极反应式书写的一般方法(1)如果题目给出的是图示装置,先确定原电池的正负极上的反应物质,再根据正负极反应规律写电极反应。(2)如果题目给出的是总反应,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),写出较易写的电极反应,然后用总反应减去写出的电极反应即得另一极的电极反应。(3)对于可充电电池的反应,需清楚“充电”“放电”的方向,放电过程应用原电池原理,充电过程应用电解原理。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程,图示如下:(4)对于燃料电池,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:酸性电解质溶液环境下电极反应式:O24H4e= 2H2O。碱性电解质溶液环境下电极反应式:O22H2O4e= 4OH。固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式:O24e= 2O2。熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O22CO24e= 2CO。再根据电池总反应式减正极反应式写出电池的负极反应式。图示如下:1硼化钒(VB2)空气电池是目前储电能力最高的电池(如图所示),电池总反应为4VB211O2=4B2O32V2O5,下列叙述错误的是()A负极反应式为4VB244OH44e=2V2O54B2O322H2OB正极反应式为11O244e22H2O=44OHCOH由负极透过选择性透过膜向正极迁移D电子由硼化钒电极经负载流向电极a解析:从电池的总反应看,通入空气的一极(电极a)是电池的正极,电极反应式为O22H2O4e=4OH或11O244e22H2O=44OH,用电池的总反应减去式即可得负极反应式:4VB244OH44e=2V2O54B2O322H2O,故A、B项正确;电池工作时,OH应向负极迁移,C项错误;电子由负极经外电路流向正极,即由硼化钒电极经负载流向电极a,D项正确。答案:C2纸电池是一种有广泛应用的“软电池”,如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是()AZn为负极,发生氧化反应B电池工作时,电子由MnO2流向ZnC正极反应:MnO2eH2O=MnO(OH)OHD电池总反应:Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnO(OH)解析:纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰,Zn是活泼金属,作该电池的负极,失去电子发生氧化反应,A正确;电池工作时,电子由负极流向正极,即电子由Zn流向MnO2,B错误;类似于锌锰干电池,MnO2在正极上得电子被还原生成MnO(OH),则正极的电极反应式为MnO2H2Oe=MnO(OH)OH,C正确;负极反应式为Zn2OH2e=Zn(OH)2,结合正、负极反应式及得失电子守恒可知,该电池的总反应式为Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnO(OH),D正确。答案:B3高铁电池是一种新型可充电电池,电解质溶液为KOH溶液,该电池能长时间保持稳定的放电电压,放电时的总反应为:3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH,下列判断不正确的是()A放电时,负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时,阴极pH增大C放电时,若有6 mol电子转移,则正极有10 mol OH移向负极D充电时,阳极反应为Fe(OH)35OH3e=FeO4H2O解析:根据放电时的总反应可知,高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子,电极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2,故A项正确;充电时阴极发生Zn(OH)2得电子的还原反应,电极反应为Zn(OH)22e=Zn2OH,所以阴极pH增大,故B项正确;放电时正极反应为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH,每转移6 mol e产生10 mol OH,OH移向负极与Zn2结合为Zn(OH)2,故C项正确;充电时阳极发生氧化反应失去电子,故D项错误。答案:D4一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时,电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O= 4OH解析:原电池中H移向电池的正极,A

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