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