第9章·第29讲·化学电源

第29讲化学电源 例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 2H2OCd 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 e OH NiOOH H2OB 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 D 解析 本题是考查常见的镍镉 Ni Cd 可充电电池的工作原理 由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知 充电时Ni OH 2作阳极 电解质溶液为KOH 所以电极反应式为 Ni OH 2 e OH NiOOH H2O Cd OH 2作阴极 Cd OH 2 2e Cd 2OH 充电的过程是将电能转化为化学能 放电时 Cd作负极 Cd 2e 2OH Cd OH 2 Cd周围的c OH 下降 OH 向负极移动 考点2燃料电池的原理与特点 1 燃料电池的特点燃料电池是利用燃烧反应或与之类似的反应具有能量变化大的特点而设计和电池 它具有高效无污染的特点正成为新能源研究的重点 燃料电池的工作原理具有如下特点 1 两电极可能相同 电极不参加反应 电极的作用是催化转换 作用很关键 原理很复杂 2 氧气等氧化剂总是在正极得电子发生还原反应 燃料在负极失电子发生氧化反应 3 燃料电池的电解质可能是酸性 碱性和熔融的盐或氧化物 4 燃料电池总反应式的条件都不能写 点燃 通常条件不写 2 有氧气参加的燃料电池正极反应式的书写 1 酸性条件 如硫酸 O2 4H 4e 2H2O 2 碱性条件 如KOH溶液 O2 2H2O 4e 4OH 3 熔融的盐 如K2CO3并在通O2的一极通CO2 O2 CO2 4e CO 4 熔融的氧化物 有O2 迁移 O2 4e 2O2 若已知燃料电池总反应和正极反应式 将很容易书写负极反应式 例2日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池 DDFC 该电池有较高的安全性 电池总反应为 CH3OCH3 3O2 2CO2 3H2O 电池示意如图 下列说法不正确的是 D 解析 由电池总反应式可知 二甲醚发生氧化反应 为负极反应物 氧气发生还原反应 为正极反应物 所以a为负极 b为正极 工作时 电子由a极沿导线经灯泡再到b极 电流由b极沿导线经灯泡再到a极 负极反应为 CH3OCH3 12e 3H2O 2CO2 12H 正极反应为 4H O2 4e 2H2O 电池工作时 1mol二甲醚被氧化时就有12mol电子转移 考点3原电池的pH变化 1 在原电池工作时 由于负极金属失去电子进入电解质溶液 正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出 可能会引起溶液pH的变化 1 当负极产生的金属离子结合溶液中的OH 时 电极附近的溶液pH降低 当正极O2得电子时结合溶液中的水时 生成OH 使溶液中的pH增大 2 电池工作时整个溶液pH的变化必须从总反应式来分析 当电解液中酸被消耗时 溶液pH增大 当电解质溶液中碱被消耗时 溶液pH减小 例3可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质 铝合金为负极 空气电极为正极 下列说法正确的是 A 以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质时 正极反应都为O2 2H2O 4e 4OH B 以NaOH溶液为电解质时 负极反应为 Al 3OH 3e Al OH 3 C 以NaOH溶液为电解质时 电池在工作过程中电解质的pH保持不变D 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 A 原电池及化学电源电极反应式书写的方法思路 1 若题目给出的是图示装置 先分析原电池的正极 再根据正 负极反应规律写电极反应式 2 根据化合价变化数写出两极的电子得失守恒式 3 最后根据电极附近的环境添加相应物质配平反应式 也可以利用总反应式减去一个电极反应式得另一电极反应式 注意 电极反应式均为离子方程式 注意物质是否能拆为离子形式 1 2011 新课标全国卷 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为 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FeB 电池放电时 负极反应为Fe 2OH 2e Fe OH 2C 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 C 解析 解答本题时应注意电池放电时为原电池 失去电子的为负极反应 充电时为电解池 失去电子的为阳极反应 2 2011 海南卷 一种充电电池放电时的电极反应为 H2 2OH 2e 2H2O NiO OH H2O e Ni OH 2 OH 当为电池充电时 与外电源正极连接的电极上发生的反应是 A H2O的还原B NiO OH 的还原C H2的氧化D Ni OH 2的氧化 D 3 下图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 A 该系统中只存在3种形式的能量转化B 装置Y中负极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D 装置X Y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 C 3 下图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 解析 本题主要考查的是电化学知识 A项 在该装置系统中 有四种能量转化的关系 即太阳能 电能 化学能和机械能之间的相互转化 B项 装置Y为氢氧燃料电池 负极电极反应为H2 2e 2OH 2H2O C项 相当于用光能电解水 产生H2和O2 实现燃料 H2 和氧化剂 O2 的再生 D项 在反应过程中 有能量的损耗和热效应的产生 不可能实现化学能和电能的完全转化 综上分析可知 本题选C项 A 闭合K时 钠离子从右到左通过离子交换膜B 闭合K时 负极反应为3NaBr 2e NaBr3 2Na 4 下图装置 是一种可充电电池的示意图 装置 为电解池的示意图 装置 的离子交换膜只允许Na 通过 已知充 放电的化学反应方程式为 2Na2S2 NaBr3Na2S4 3NaBr 当闭合开关K时 X极附近溶液先变红色 下列说法正确的是 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 1molNa 通过离子交换膜 X电极上析出标准状况下气体1 12L C 4 下图装置 是一种可充电电池的示意图 装置 为电解池的示意图 装置 的离子交换膜只允许Na 通过 已知充 放电的化学反应方程式为 2Na2S2 NaBr3Na2S4 3NaBr 当闭合开关K时 X极附近溶液先变红色 下列说法正确的是 5 一种燃料电池中发生的化学反应为 在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳 该电池负极发生的反应是 A CH3OH l O2 g H2O l CO2 g 2H aq 2e B O2 g 4H aq 4e 2H2O l C CH3OH l H2O l CO2 g 6H aq 6e D O2 g 2H2O l 4e 4OH C 解析 甲醇与氧气反应的氧化还原反应方程式为 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 化合价升高的元素为甲醇中的C元素 所以在负极上甲醇失去电子而放电 在该极上的电极反应式为 CH3OH l H2O l CO2 g 6H aq 6e 6 固体氧化物燃料电池 SOFC 以固体氧化物作为电解质 其工作原理如下图所示 下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是 A 电极b为电池负极 电极反应式为O2 4e 4O2 B 固体氧化物的作用是让电子在电池内通过 C 若H2作为燃料气 则接触面上发生的反应为H2 2OH 4e 2H H2OD 若C2H4作为燃料气 则接触面上发生的反应为C2H4 6O2 12e 2CO2 2H2O D 7 目前市场上主流手机所配的电池基本上都是锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 组成为C6Li 其中碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的有机导体或高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 0 45Li Li0 55CoO2LiCoO2下列说法不正确的是 A 放电时电池内部Li 向负极移动B 该电池不能选用水做溶剂的电解质C 放电时 正极的电极反应式 0 45Li Li0 55CoO2 0 45e LiCoO2D 充电时 外接电源的正极与电池上标注 的电极连接