第二節(jié) 原電池 化學電源,考點一原電池的工作原理 【基礎(chǔ)回顧】 1.原電池的概念及反應本質(zhì):把_轉(zhuǎn)化為_的 裝置,其本質(zhì)是發(fā)生了_反應。,化學能,電能,氧化還原,2.原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例):,鋅片,銅片,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-= Cu,減小,增大,氧化,還原,Zn,Cu,正,負,電能,3.原電池的構(gòu)成條件:,電解質(zhì),氧化還原,4.原電池中的三個移動方向: (1)電子方向:從_極流出沿導線流入_極。 (2)電流方向:從_極沿導線流向_極。 (3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向_極遷 移,陽離子向_極遷移。,負,正,正,負,負,正,【思維診斷】 (正確的打“”,錯誤的打“”) (1)原電池中發(fā)生氧化反應的一極一定是負極。 () 提示:。原電池中,負極失去電子發(fā)生氧化反應。,(2)原電池中負極材料的活潑性一定比正極強。 () 提示:。不一定,比如鎂、鋁、氫氧化鈉電池中鋁作負極。,(3)帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時間長。() 提示:。帶鹽橋的電池中的負極材料與電解質(zhì)溶液(氧化劑)不直接接觸,兩極反應發(fā)生在不同區(qū)域,電池效率提高,產(chǎn)生電流的持續(xù)時間長。,(4)原電池工作時,溶液中的陽離子向負極移動,鹽橋中的陽離子向正極移動。() 提示:。原電池中,陽離子向正極移動。,(5)原電池放電時,電流方向由電源的負極流向正極。() 提示:。放電時,電流的方向由正極到負極。,【方法點撥】 1.原電池正、負極的判斷:,2.溶液pH變化判斷: (1)當負極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的OH-時,電極附近的溶液pH降低。當正極O2得電子結(jié)合溶液中的水時,生成OH-使溶液中的pH增大。 (2)電池工作時整個溶液pH的變化必須從總反應式來分析。當電解質(zhì)溶液中酸被消耗時,溶液pH增大,當電解質(zhì)溶液中堿被消耗時,溶液pH減小。,3.原電池的有關(guān)計算: 電子守恒法是氧化還原計算的最基本的方法。計算時可由電極反應式中的氧化劑(或還原劑)與得到的電子(或失去的電子)之間的關(guān)系進行計算。,【典題探究】 1.(RJ必修2P42改編題)如圖所示是一位同學在測試水果電池,下列有關(guān)說法錯誤的是(),A.金屬片A是水果電池的正極 B.水果電池的化學能轉(zhuǎn)化為電能 C.此水果發(fā)電的原理是電磁感應 D.金屬片A、B可以一個是銅片,另一個是鐵片,【解析】選C。圖中電壓表指針正常偏轉(zhuǎn),則連接電壓表正接線柱的是電池的正極,即金屬片A是水果電池的正極,故A正確;水果電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置;故B正確;此水果發(fā)電的原理是自發(fā)進行的氧化還原反應,故C錯誤;由于銅的活潑性比鐵差,鐵片在酸性條件會失去電子,而銅不可以,故兩金屬片可以一個是銅片,另一個是鐵片,故D正確。,2.(2018洛陽模擬)下列有關(guān)電池的說法不正確的是 () A.太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 B.銅鋅原電池工作時,電子沿外電路從鋅電極流向銅電極 C.氫氧燃料電池工作時,氫氣在負極被氧化 D.原電池中一定發(fā)生了氧化還原反應,【解析】選A。太陽能電池的主要材料是高純度的晶體硅,A項錯誤;銅鋅原電池工作時,電子沿外電路由負極(鋅)流向正極(銅),B項正確;氫氧燃料電池工作時,氫氣在負極失去電子被氧化,C項正確;由原電池的工作原理可知原電池中一定發(fā)生了氧化還原反應,D項正確。,3.如圖是某同學設計的原電池裝置,下列敘述中正確的是導學號79100086(),A.氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應 B.電極上發(fā)生還原反應,作原電池的正極 C.該原電池的總反應式為2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+ D.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,K+移向負極區(qū),【解析】選C。該原電池反應中氧化反應和還原反應在兩個不同的燒杯中進行,因此氧化劑和還原劑沒有直接接觸,A項錯誤;B項,Cu電極為原電池的負極,發(fā)生氧化反應,電極反應式為Cu-2e-=Cu2+,錯誤;D項,正極發(fā)生反應:2Fe3+2e-=2Fe2+,正電荷數(shù)減小,K+移向正極補充正電荷,錯誤。,【加固訓練】 1.一定條件下,實驗室利用如圖所示裝置,通過測電壓求算Ksp(AgCl)。工作一段時間后,兩電極質(zhì)量均增大。下列說法錯誤的是(),A.該裝置工作時化學能轉(zhuǎn)化為電能 B.左池中的銀電極作正極 C.電池總反應為Ag+(aq)+Cl-(aq) AgCl(s) D.鹽橋中的K+向右池方向移動,【解析】選B。該裝置是原電池,是將化學能轉(zhuǎn)化為電 能的裝置,A正確;左邊的銀失電子生成銀離子,與電解 質(zhì)溶液中的氯離子結(jié)合生成氯化銀,右邊電解質(zhì)溶液 中的銀離子得電子生成單質(zhì)銀,所以電池總反應為 Ag+(aq)+Cl-(aq) AgCl(s),B錯誤,C正確;原電池中 的陽離子向正極移動,所以鹽橋中的K+向右池方向移 動,D正確。,2.鎂-次氯酸鹽燃料電池,具有比能量高、安全方便 等優(yōu)點。該電池的正極反應式為ClO-+H2O+2e-= Cl-+2OH-,關(guān)于該電池的敘述正確的是() A.該電池中鎂為負極,發(fā)生還原反應 B.電池工作時,OH-向正極移動 C.該電池的總反應為Mg+ClO-+H2O=Mg(OH)2+Cl- D.電池工作時,正極周圍溶液的pH將不斷變小,【解析】選C。次氯酸鹽在正極發(fā)生反應,則Mg為負極,發(fā)生氧化反應,A項錯誤;電池工作時,陰離子向負極移動,B項錯誤;負極反應式為Mg-2e-+2OH-=Mg(OH)2,將正、負極反應式相加可得總反應,C項正確;根據(jù)正極反應式可知,電池工作時,正極周圍溶液的c(OH-)增大,pH將增大,D項錯誤。,3.(2018黃石模擬)如圖是課外活動小組設計的用化學電源使LED燈發(fā)光的裝置。下列說法錯誤的是(),A.銅片表面有氣泡生成 B.裝置中存在“化學能電能光能”的轉(zhuǎn)化 C.如果將硫酸換成檸檬汁,導線中不會有電子流動 D.如果將鋅片換成鐵片,電路中的電流方向不變,【解析】選C。銅鋅原電池中,Cu作正極,溶液中的氫離子在正極上得電子生成氫氣,所以Cu上有氣泡生成,故A正確;原電池中化學能轉(zhuǎn)化為電能,LED燈發(fā)光時,電能轉(zhuǎn)化為光能,故B正確;檸檬汁顯酸性也能作電解質(zhì)溶液,所以將硫酸換成檸檬汁,仍然構(gòu)成原電池,所以導線中有電子流動,故C錯誤;金屬性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正極,所以電路中的電流方向不變,仍然由Cu流向負極,故D正確。,考點二原電池原理的應用 【基礎(chǔ)回顧】 1.比較金屬的活動性強弱: 原電池中,_一般是活動性較強的金屬,_一般 是活動性較弱的金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?。,負極,正極,2.加快化學反應速率: 氧化還原反應形成原電池時,反應速率加快。 3.用于金屬的防護: 將需要保護的金屬制品作原電池的 _而受到保 護。如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道不被腐蝕,可用導 線將其與一塊鋅塊相連,鋅塊作原電池的_。,正極,負極,4.設計原電池: (1)將氧化還原反應分成兩個半反應。 (2)根據(jù)原電池的反應特點,結(jié)合兩個半反應找出正、 負極材料和電解質(zhì)溶液。 電極材料的選擇:選擇活潑性較強的金屬作為原 電池的_;活潑性較弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮?為_。,負極,正極,電解質(zhì)溶液的選擇:電解質(zhì)溶液能與_發(fā)生反應。 如果兩個半反應在兩個容器中進行(中間連接鹽橋), 則每個容器中的電解質(zhì)溶液的陽離子與電極材料相同。,負極,(3)根據(jù)Cu+ 2Ag+ = Cu2+2Ag設計電池:,Cu-2e-=Cu2+,2Ag+2e-=2Ag,【思維診斷】 (正確的打“”,錯誤的打“”) (1)某原電池反應為Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。 () 提示:。KCl和AgNO3反應生成AgCl沉淀易阻止原電池反應的發(fā)生。,(2)10 mL濃度為1 molL-1的鹽酸與過量的鋅粉反應,若加入適量的CuSO4溶液能減慢反應速率但又不影響氫氣生成量。() 提示:。加入CuSO4溶液與Zn發(fā)生置換反應:CuSO4+ Zn=Cu+ZnSO4,生成的Cu與Zn和鹽酸構(gòu)成原電池,會加快反應速率。,(3)若在海輪外殼上附著一些銅塊,則可以減緩海輪外殼的腐蝕 。() 提示:。鐵的金屬活潑性比銅強,構(gòu)成原電池時鐵失去電子作負極被腐蝕,加快了鐵的腐蝕。,【題組過關(guān)】 1.(2018邯鄲模擬)原電池中,B極逐漸變粗,A極逐漸變細,C為電解質(zhì)溶液,則A、B、C應是下列各組中的 () A.A是Zn,B是Cu,C為稀硫酸 B.A是Cu,B是Zn,C為稀硫酸 C.A是Fe,B是Ag,C為稀AgNO3溶液 D.A是Ag,B是Fe,C為稀AgNO3溶液,【解析】選C。在原電池中,一般活潑金屬作負極,失去電子發(fā)生氧化反應(金屬被氧化)而逐漸溶解(或質(zhì)量減輕);不活潑金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?作正極,發(fā)生還原反應有金屬析出(質(zhì)量增加)或有氣體放出;依據(jù)題意可知A為負極、B為正極,即活潑性A大于B,且A能從電解質(zhì)溶液中置換出金屬單質(zhì)。所以,只有C選項符合題意。,【解析】選C。在原電池中,一般活潑金屬作負極,失去電子發(fā)生氧化反應(金屬被氧化)而逐漸溶解(或質(zhì)量減輕);不活潑金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?作正極,發(fā)生還原反應有金屬析出(質(zhì)量增加)或有氣體放出;依據(jù)題意可知A為負極、B為正極,即活潑性A大于B,且A能從電解質(zhì)溶液中置換出金屬單質(zhì)。所以,只有C選項符合題意。,2.實驗發(fā)現(xiàn),在FeCl3酸性溶液中加入少量鋅粉后,Fe3+立即被還原成Fe2+。某化學興趣小組根據(jù)該實驗事實設計了如圖所示的原電池裝置。下列有關(guān)說法中正確的是導學號79100087(),A.該原電池的正極反應是Zn-2e-=Zn2+ B.Pt電極表面生成大量氣泡 C.生成的Fe2+通過鹽橋可以和鋅直接反應生成Fe D.左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去,【解析】選D。該原電池的正極反應是2Fe3+2e-= 2Fe2+,負極反應為Zn-2e-=Zn2+,故A錯誤;該原電池反應為Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2,該反應不生成氣體,故B錯誤;原電池中陽離子移動到正極,則生成的Fe2+在左邊的燒杯中,故C錯誤;左邊燒杯中發(fā)生2Fe3+ 2e-=2Fe2+,則左燒杯中溶液的紅色逐漸褪去,故D正確。,【加固訓練】 理論上任何一個自發(fā)的氧化還原反應均可以設計成原電池。 (1)根據(jù)氧化還原反應:Fe+2Fe3+=3Fe2+設計的原電池如圖所示,其中鹽橋內(nèi)裝瓊膠-飽和KNO3溶液。請回答下列問題:,電解質(zhì)溶液X是_; 電解質(zhì)溶液Y是_。 寫出兩電極的電極反應式: 鐵電極:_; 碳電極:_。,外電路中的電子是從_電極流向_電 極(填“Fe”或“C”)。 鹽橋中向X溶液中遷移的離子是_(填字 母)。 A.K+B. C.Ag+D.,(2)請將氧化還原反應3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O設計成原電池,在裝置圖中的橫線上寫出相應的電極及電解質(zhì)溶液,并寫出相應的電極反應式。,電極反應式: 正極:_; 負極:_。,【解析】(1)根據(jù)反應,Fe作負極,C作正極,負極電 解液中應含有亞鐵離子,正極反應為Fe3+e-=Fe2+, 因而Y為含F(xiàn)e3+的電解質(zhì)溶液。 電極反應:負極Fe-2e-= Fe2+; 正極2Fe3+2e-=2Fe2+。 外電路電子由負極流向正極。 Fe是負極,因而向X溶液中遷移的是陰離子即為 。,(2)由反應可知,Cu發(fā)生氧化反應,作負極,其電極反應 式為3Cu-6e-= 3Cu2+,正極應選用碳棒或其他惰性 電極,其電極反應式為2 +6e-+8H+= 2NO+4H2O,參照其裝置圖可知其正極、負極的電解 質(zhì)分別為HNO3、Cu(NO3)2。,答案:(1) FeCl2(或FeSO4)FeCl3或Fe2(SO4)3 Fe-2e-=Fe2+2Fe3+2e-=2Fe2+ FeC B,(2),2 +6e-+8H+=2NO+4H2O 3Cu-6e-=3Cu2+,考點三化學電源 【基礎(chǔ)回顧】 1.一次電池:只能使用一次,不能充電復原繼續(xù)使用。 (1)干電池 總反應:Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+2MnO(OH)+2NH3 負極:_。,Zn-2e-=Zn2+,正極:2 +2e-= 2NH3+H2、2MnO2+H2= 2MnO(OH),(2)堿性鋅錳電池 總反應:Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH) 負極:_; 正極:_。,Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,2MnO2+2e-+2H2O= 2MnO(OH)+2OH-,2.二次電池:放電后能充電復原繼續(xù)使用。 鉛蓄電池總反應:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O (1)放電時原電池 負極反應:_ 正極反應:_ _;,Pb(s)+ (aq)-2e-= PbSO4(s);,PbO2(s)+4H+(aq)+ (aq)+2e-=,PbSO4(s)+2H2O(l),(2)充電時電解池 陰極反應:_ 陽極反應:_ _; 放電時原電池的負極作充電時電解池的_極。,PbSO4(s)+2e-= Pb(s)+ (aq);,PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=,PbO2(s)+4H+(aq)+ (aq),陰,3.燃料電池:將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為 電能的裝置。 (1)氫氧燃料電池 總反應: _; 酸性介質(zhì) 負極:_; 正極: _。,2H2+O2=2H2O,H2-2e-= 2H+,O2+4e-+4H+= 2H2O,堿性介質(zhì) 負極:_; 正極: _。 熔融的金屬氧化物作介質(zhì)傳導O2- 負極:_; 正極:_。,H2-2e-+2OH-= 2H2O,O2+4e-+2H2O=4OH-,H2-2e-+O2-= H2O,O2+4e-= 2O2-,碳酸鹽作介質(zhì) 負極:_; 正極:_。,H2-2e-+ = H2O+CO2,O2+4e-+2CO2= 2,(2)甲烷-氧氣燃料電池(需寫出負極反應式即可) _(堿性介質(zhì)) _(酸性介質(zhì)) _(碳酸鹽作介質(zhì)) _(熔融的金屬氧化物作介質(zhì)高溫下能傳導O2-),CH4-8e-+10OH-= +7H2O,CH4-8e-+2H2O= CO2+8H+,CH4-8e-+4 = 5CO2+2H2O,CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,【思維診斷】 (正確的打“”,錯誤的打“”) (1)太陽能電池不屬于原電池。() 提示:。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。,(2)在原電池中,正極本身一定不參與電極反應,負極 本身一定要發(fā)生氧化反應。() 提示:。正極可能參與反應,例如鉛蓄電池。正極 二氧化鉛變成硫酸鉛。放電時正極反應式:PbO2+4H+ +2e-= PbSO4+2H2O。,(3)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池,放電過程中,H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移。() 提示:。放電過程中,H+從負極區(qū)向正極區(qū)遷移。,(4)固體酸燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質(zhì)傳遞H+,電池總反應可表示為2H2+O2=2H2O,則電池工作時電子從通O2的一極通過外電路流向通H2的一極。 () 提示:。通H2的一極是負極,通氧氣的一極為正極,所以電子從通H2的一極通過外電路流向通O2的一極。,(5)鉛蓄電池工作時,當電路中轉(zhuǎn)移0.1 mol電子時,負 極增重4.8 g。() 提示:。鉛蓄電池的負極反應式為Pb-2e+ = PbSO4(沉淀),由反應方程式可知:每1 mol鉛反應生 成1 mol硫酸鉛,轉(zhuǎn)移2 mol電子。轉(zhuǎn)移0.1 mol電子, 生成0.05 mol硫酸鉛,增加的質(zhì)量為0.05 mol (303 gmol-1-207 gmol-1)=4.8 g。,【典題探究】 角度一 燃料電池 【典題1】一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是() 導學號79100088,A.反應CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移 12 mol 電子 B.電極A上H2參與的電極反應為 H2+2OH-2e-= 2H2O C.電池工作時, 向電極B移動 D.電極B上發(fā)生的電極反應為 O2+2CO2+4e-= 2,【解析】選D。根據(jù)化學反應方程式,每有1 mol甲烷 參與反應轉(zhuǎn)移電子為6 mol,A項錯誤;因為電解質(zhì)為熔 融態(tài)的碳酸鹽,所以電極A上H2參與的電極反應式為H2 -2e-+ = H2O+CO2,B項錯誤;根據(jù)原電池工作原 理,電極A是負極,電極B是正極,陰離子向負極移動,碳 酸根離子向負極(A電極)移動,C項錯誤;電極B上氧氣,得電子與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子,因此電極反 應式為O2+4e-+2CO2= 2 ,D項正確。,【母題變式】 (1)負極的電極反應式為_。 提示:H2+CO+2 -4e-= H2O+3CO2。負極上H2和CO 被氧化成二氧化碳和水。,(2)如用此電池電鍍銅,待鍍銅金屬上增重19.2 g時, 則至少消耗標準狀況下CH4的體積是_L。 提示:2.24 L。根據(jù)上題化學反應方程式,每有1 mol 甲烷參與反應轉(zhuǎn)移電子為6 mol,所以待鍍銅金屬上增 重19.2 g,即 =0.3 mol 時,則轉(zhuǎn)移電子為 0.6 mol,至少消耗標準狀況下0.1 mol 22.4 Lmol-1=2.24 L CH4 。,【歸納提升】 書寫燃料電池電極反應式的三大步驟 1.先寫出燃料電池總反應式: 一般都是可燃物在氧氣中的燃燒反應方程式。但由于燃燒產(chǎn)物還可能與電解質(zhì)溶液反應,燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應的方程式與其相加得總反應方程式。,2.再寫出燃料電池正極的電極反應式: 由于燃料電池正極都是O2得到電子發(fā)生還原反應,基礎(chǔ)反應式為O2+4e-= 2O2-。 (1)電解質(zhì)為固體時,O2-可自由通過,正極的電極反應式為O2+4e-= 2O2-。 (2)電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽時,正極的電極反應式為O2+2CO2+4e-= 2 。,(3)當電解質(zhì)為中性或堿性環(huán)境時,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-。 (4)當電解質(zhì)為酸性環(huán)境時,正極的電極反應式為O2+4e-+4H+= 2H2O。,3.最后寫出燃料電池負極的電極反應式: 燃料電池負極的電極反應式=燃料電池總反應式-燃料電池正極的電極反應式。在利用此法時,一要注意消去反應中的O2,二要注意兩極反應式和總反應式電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等。,【素養(yǎng)升華】 模型認知燃料電池的解題模板,角度二 可充電電池 【典題2】(2016四川高考)某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時電池總反應為 Li1-x CoO2+LixC6= LiCoO2+C6(x<1)。下列關(guān)于 該電池的說法不正確的是導學號79100089() A.放電時,Li+在電解質(zhì)中由負極向正極遷移,B.放電時,負極的電極反應式為LixC6-xe-= xLi+C6 C.充電時,若轉(zhuǎn)移1 mol e-,石墨(C6)電極將增重7x g D.充電時,陽極的電極反應式為LiCoO2-xe-= Li1-xCoO2+ xLi+,【探微題眼】 (1)由總反應可知,化合價發(fā)生變化的元素有Li、Co,Li1-xCoO2為正極, LixC6失去電子為負極。 (2)原電池中,負極發(fā)生氧化反應,失去電子。 (3)充電是放電的逆過程,陽極發(fā)生氧化反應。,【解析】選C。放電時,陽離子向原電池的正極移動, A選項正確;Li1-xCoO2中Li顯+1價,氧顯-2價,則Co顯 +(3+x)價,LixC6中Li和C均顯0價。負極發(fā)生氧化反應, 其電極反應式為LixC6-xe-= xLi+C6,B選項正確; 充電時,C6為電解池的陰極,電極反應式為xLi+C6+xe-,=LixC6,若轉(zhuǎn)移1 mol 電子,石墨電極質(zhì)量增加 7g,C選項錯誤;正極發(fā)生還原反應,其電極反應式為 Li1-xCoO2+xLi+xe-= LiCoO2,則充電時,陽極的電 極反應式為LiCoO2-xe-= Li1-xCoO2 + xLi+,D選項 正確。,【歸納提升】 充電電池電極反應式的書寫方法 1.先標出原電池總反應式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目,指出參與負極和正極反應的物質(zhì)。 2.寫出一個比較容易書寫的電極反應式(書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)。,3.在電子守恒的基礎(chǔ)上,總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。 4.充電的電極反應與放電的電極反應過程相反 。,【拓展示例】以充電電池V2O4+xLi LixV2O4為例: x Li失去x e-,Li作負極,發(fā)生氧化反應。正極為 V2O4 ,發(fā)生還原反應。 放電時,負極反應式為xLi-xe-=xLi+。 V2O4+xLi LixV2O4減去負極反應式xLi-xe-= xLi+即得正極反應式為V2O4+xLi+xe-= LixV2O4。,充電的陽極反應為放電正極反應的逆過程,即 LixV2O4-xe-= V2O4+xLi+。 充電的陰極反應為放電負極反應的逆過程,即xLi+xe-= xLi。,【素養(yǎng)升華】 模型認知解答可充電電池的解題思路,角度三 新型化學電源 【典題3】(2017全國卷)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應為16Li+xS8=8Li2Sx (2x8)。下列說法錯誤的是() 導學號79100090,A.電池工作時,正極可發(fā)生反應:2Li2S6+2Li+2e- = 3Li2S4 B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多,【探微題眼】,【解析】選D。電池工作時,Li+向正極移動,則a為正極,正極上得電子發(fā)生還原反應,電極反應可以為2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4,A項正確;電池工作時,轉(zhuǎn)移0.02 mol電子時,Li被氧化生成Li+的物質(zhì)的量為0.02 mol,負極質(zhì)量減輕0.14 g,B項正確;石墨能導電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導電性,C項正確;并不是電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多,D項錯誤。,【歸納提升】 電極反應式書寫與判斷的三個步驟 步驟一:負極失去電子發(fā)生氧化反應;正極上,溶液中陽離子(或氧化性強的離子)得到電子,發(fā)生還原反應,充電時則正好相反; 步驟二:兩電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒,符合正極反應加負極反應等于電池反應的原則;,步驟三:注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應,若反應,一般要將電極反應和電極產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液發(fā)生的反應合并。,【題組過關(guān)】 1.(RJ選修4P78改編題)鎘鎳可充電電池的充、放電反應按下式進行:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2,由此判斷錯誤的是() A.放電時,Cd作負極 B.充電時,正極上發(fā)生還原反應,C.電解質(zhì)溶液為堿性溶液 D.放電時,負極反應為Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2,【解析】選B。該原電池放電時,Cd元素化合價由0價變?yōu)?2價,Cd失電子發(fā)生氧化反應而作負極,故A正確;充電時,正極是陽極,發(fā)生氧化反應,故B錯誤;放電時,正、負極上電極反應式分別為NiO(OH)+e-+H2O= Ni(OH)2+OH-、Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,根據(jù)電極反應式知,電解質(zhì)溶液為堿性溶液,故C正確;放電時,Cd失電子發(fā)生氧化反應而作負極,電極反應式為Cd+2OH- 2e-=Cd(OH)2,故D正確。,2.(2018寧德模擬)熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池,具有效率高、噪音低、無污染、燃料多樣化、余熱利用價值高和電池構(gòu)造材料價廉等諸多優(yōu)點,是未來的綠色電站。某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質(zhì)、以CH4為燃料時,該電池工作原理如圖。下列說法正確的是(),A.Li+、K+移向左側(cè)電極 B.外電路中電子由右側(cè)電極移向左側(cè)電極 C.通入1 mol氣體A時,左側(cè)電極上生成5 mol CO2 D.相同條件下通入氣體B與氣體C的體積比為21,【解析】選C。該原電池為甲烷燃料電池,通入燃料的 電極為負極、通入氧化劑的電極為正極,負極反應式 為CH4+4 -8e-= 5CO2+2H2O,正極反應式為O2+2CO2+4e-=2 ,負極上產(chǎn)生的二氧化碳可以為 正極所利用,所以A是負極,B是正極。燃料電池中通入 燃料的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極,原電,池放電時,陽離子向正極移動,Li+、K+向右側(cè)電極移 動,A錯誤;外電路中電子由負極流向正極,即從左側(cè)電 極移向右側(cè)電極,B錯誤;負極反應式為CH4+4 -8e- = 5CO2+2H2O,正極反應式為O2+2CO2+4e-=2 , 通入1 mol甲烷氣體時,左側(cè)電極上生成5 mol CO2, C正確;相同條件下通入氣體B與氣體C的體積比為 12,D錯誤。,【加固訓練】 1.工業(yè)上燃燒硫礦石制取硫酸的廢氣SO2,用電化學原理將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料,如圖,下列說法正確的是(),A.a為負極,電極反應式為SO2-2e+2H2O= +4H+ B.電子從a極經(jīng)導線移向b極,再經(jīng)溶液移向a極 C.電池工作一段時間后電解質(zhì)溶液的pH增大 D.用該電池電解硫酸銅溶液(電解池的電極為惰性電極), 消耗氧氣的物質(zhì)的量與析出銅的物質(zhì)的量之比為 21,【解析】選A。通入SO2的a極為負極,A正確;原電池中 電子從負極經(jīng)導線流向正極,但電子不進入溶液,B錯 誤;該電池的總反應為2SO2+O2+2H2O= 4H+2 , 因為反應中生成H+,所以電池工作一段時間后,電解質(zhì) 溶液的pH減小,C錯誤;1 mol O2參與反應轉(zhuǎn)移4 mol電 子,而1 mol Cu2+放電需要2 mol電子,所以消耗氧氣的 物質(zhì)的量與析出銅的物質(zhì)的量之比為12,D錯誤。,2.如圖是Zn-H2O2電池,該電池是以食鹽水為電解質(zhì)溶液,電池工作時可以用于照明,下列有關(guān)該電池說法錯誤的是(),A.食鹽溶液中Cl-向Pt電極移動 B.H2O2在Pt電極上發(fā)生的電極反應為H2O2+2e-= 2OH- C.Zn電極發(fā)生氧化反應 D.電子從Zn電極沿導線流向Pt電極,【解析】選A。Zn-H2O2電池中鋅是負極,發(fā)生氧化反應,電子從負極流向正極,原電池中的陰離子移向負極,A錯誤,C、D正確;H2O2得電子發(fā)生反應:H2O2+2e-= 2OH-,B正確。,3.環(huán)境監(jiān)察局常用“定電位”NOx傳感器來監(jiān)測化工廠的氮氧化物氣體是否達到排放標準,其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(),A.對電極是負極 B.工作電極上發(fā)生的電極反應為NO2+2e-+2H+= NO+H2O C.傳感器工作時H+由工作電極移向?qū)﹄姌O D.對電極的材料可能為活潑金屬鋅,【解析】選C。工作電極通入NO2生成NO,說明被還原, 為原電池正極,則對電極是負極,原電池工作時,陽離 子移向正極,陰離子向負極移動;根據(jù)以上分析,對電 極是負極,故A正確;工作電極上通入NO2生成NO,為原 電池的正極,發(fā)生的電極反應為NO2+2e-+2H+ = NO+H2O,故B正確;原電池工作時,陽離子移向正極,傳感器工作時H+由對電極移向工作電極,故C錯誤;對電極是負極,對電極的材料可能為活潑金屬鋅,故D正確。,4.有一種一面鍍鋅、一面鍍二氧化錳的超薄紙質(zhì)電池,在使用印刷與壓層技術(shù)后,變成一張可任意裁剪大小的“電紙”,紙內(nèi)的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解質(zhì)溶液,電池總反應式為Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnO(OH)。下列說法不正確的是(),A.該電池的負極材料為鋅 B.該電池反應中二氧化錳發(fā)生了還原反應 C.電池的正極反應式為MnO2+H2O+e-= MnO(OH)+OH- D.當有0.1 mol鋅溶解時,流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子數(shù)為1.2041023,【解析】選D。鋅失去電子作負極,A正確;二氧化錳得電子,發(fā)生還原反應,B正確;負極反應為Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,用總反應式減去負極反應式得正極反應式為MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-,C正確;電子不能在電解質(zhì)溶液中流動,D錯誤。,