第2節(jié)原電池化學(xué)電源一、選擇題1我國科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋰離子電池，放電時有關(guān)離子轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，下列說法正確的是()。ALi透過膜除允許 Li通過外，還允許H2O分子通過B放電時，進(jìn)入貯罐的液體發(fā)生反應(yīng)：S2O2Fe2=2Fe32SOC充電時，鈦電極與外電源的負(fù)極相連D充電時，電池內(nèi)部發(fā)生的總反應(yīng)為 LiFe3= LiFe22(2018年廣東深圳調(diào)研)一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()。A電池的正極反應(yīng)為H2O22e=2OHB電池放電時Na從a極區(qū)移向b極區(qū)C電子從電極b經(jīng)外電路流向電極aDb極室的輸出液經(jīng)處理后可輸入a極室循環(huán)利用3(2018屆江蘇常州一模)一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如下圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示。下列有關(guān)說法正確的是()。Ab電極為該電池的負(fù)極Bb電極附近溶液的pH減小Ca電極反應(yīng)式：C6H10O524e7H2O=6CO224HD中間室：Na移向左室，Cl移向右室4(2018屆遼寧重點(diǎn)中學(xué)模擬)“碳呼吸電池”是一種新型能源裝置，其工作原理如下圖。下列說法正確的是()。A該裝置是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能B利用該技術(shù)可捕捉大氣中的CO2C每得到1 mol草酸鋁，電路中轉(zhuǎn)移3 mol電子D正極的電極反應(yīng)為C2O2e=2CO25(2018屆江西贛州聯(lián)考)“直接煤燃料電池”能夠?qū)⒚褐械幕瘜W(xué)能高效、清潔地轉(zhuǎn)化為電能。用熔融Na2CO3作電解質(zhì)的直接煤燃料電池的工作原理如下圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()。A該電池的總反應(yīng)為CO2=CO2B煤直接燃燒發(fā)電比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率高C進(jìn)入反應(yīng)室的煤塊粉碎成粉末狀對反應(yīng)速率和限度均無影響D電子由電極b沿導(dǎo)線流向電極a，入口A加入的物質(zhì)為煤粉6(2018屆安徽安慶六校聯(lián)考)液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是()。A該燃料電池放電時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，pH變大Ba極的反應(yīng)式：N2H44OH4e=N24H2OC放電時，電流從a極經(jīng)過負(fù)載流向b極D其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜7(2018屆福建莆田質(zhì)檢)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，下圖是利用一種微生物將廢水中的尿素CO(NH2)2轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害物質(zhì)的裝置。下列敘述錯誤的是()。AM電極有CO2和N2生成BH透過質(zhì)子交換膜由左向右移動C微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移DN電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH二、非選擇題8在熔融碳酸鹽燃料電池中的應(yīng)用以熔融 Li2CO3和K2CO3為電解質(zhì)，天然氣經(jīng)內(nèi)重整催化作用提供反應(yīng)氣的燃料，電池示意圖如下：(1)外電路電子流動方向：由_流向_(填字母“A”或“B”)。(2)空氣極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)是_。(3)以此燃料電池為電源電解精煉銅，當(dāng)電路有0.6 mol e轉(zhuǎn)移，有_g 精銅析出。9(2018屆山東日照期中)用氟硼酸(HBF4，屬于強(qiáng)酸)代替硫酸作鉛蓄電池的電解質(zhì)溶液，可使鉛蓄電池在低溫下工作時的性能更優(yōu)良，反應(yīng)的化學(xué)方程式為PbPbO24HBF42Pb(BF4)22H2O，其中Pb(BF4)2為可溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)，用該鉛蓄電池分別電解AgNO3溶液和Na2SO3溶液，裝置如下圖，a、b、c、d電極材料均為石墨，通電時a電極質(zhì)量增大?；卮鹣铝袉栴}：(1)d電極為該裝置的_極，工作時，該池內(nèi)d電極上無氣體產(chǎn)生，寫出該池內(nèi)電解反應(yīng)的離子方程式：_。(2)該鉛蓄電池放電時X極附近pH_ (填“增大”“減小”或“不變”)，正極的電極反應(yīng)式為_。(3)鉛蓄電池充電時，Y電極與電源的_(填“正極”或“負(fù)極”)相連。(4)另取一常規(guī)鉛蓄電池(濃硫酸作電解質(zhì)溶液)與該鉛蓄電池同時放電，當(dāng)電路中均通過1 mol電子時，分別取下Y電極稱重，兩電極質(zhì)量相差_g。10(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實(shí)驗裝置。 圖1 圖2該電池放電時正極的電極反應(yīng)式為_。若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn_g(已知F96 500 Cmol1)。鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向_(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向_(填“左”或“右”)移動。圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有_。(2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如下圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是_，A是_。(3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。該電池中O2可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動，工作時O2的移動方向_(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_。11(1)某研究性學(xué)習(xí)小組為探究Fe3與Ag反應(yīng)，進(jìn)行如下實(shí)驗：按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng))。K閉合時，指針向左偏轉(zhuǎn)，石墨作_(填“正極”或“負(fù)極”)。當(dāng)指針歸零后，向左側(cè)U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液，發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉(zhuǎn)，寫出此時銀電極的反應(yīng)式：_。結(jié)合上述實(shí)驗分析，寫出Fe3和Ag反應(yīng)的離子方程式：_。丙同學(xué)進(jìn)一步驗證其結(jié)論：當(dāng)指針歸零后，向右側(cè)U形管中滴加數(shù)滴飽和NaCl溶液，可觀察到的現(xiàn)象是_。(2)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示：HS在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)式是_。若維持該微生物電池中兩種細(xì)菌的存在，則電池可以持續(xù)供電，原因是_。(3)鈷酸鋰電池的正極采用鈷酸鋰(LiCoO2)，負(fù)極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，該電池充放電時的總反應(yīng)式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，寫出放電時負(fù)極的電極反應(yīng)：_。(4)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。 放電過程中，Li向_(填“負(fù)極”或“正極”)移動。負(fù)極反應(yīng)式為_。電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，理論上生成_g Pb。(5)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿Α０毖跞剂想姵氐墓ぷ髟砣缦聢D所示。a電極的電極反應(yīng)式是_。一段時間后，需向裝置中補(bǔ)充KOH，請依據(jù)反應(yīng)原理解釋原因是_。第2節(jié)原電池化學(xué)電源1B解析：Li透過膜只允許Li通過，故A錯誤；鈦電極是電池的正極，充電時，應(yīng)該與外電源的正極相連，故C錯誤；放電時電池總反應(yīng)為LiFe3=LiFe2，則充電時發(fā)生的總反應(yīng)為LiFe2LiFe3，故D錯誤。2C解析：由圖分析可知，通入a電極的為BH，其中的B失電子，化合價升高，生成BO，因此a為電池的負(fù)極。b為電池的正極，H2O2中O由1價降到2價發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為H2O22e=2OH，A正確；原電池工作時，電解質(zhì)溶液中的陽離子由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動，B正確；電子由負(fù)極流出，正極流入，即ab，C錯誤；正極區(qū)產(chǎn)生的OH經(jīng)處理后輸入a極室可循環(huán)使用，D正確。3C解析：b電極上硝酸根離子得電子生成N2，發(fā)生還原反應(yīng)，故b電極應(yīng)為正極，A錯誤；b電極反應(yīng)式：2NO10e6H2O =N212OH，故b電極附近溶液的pH增大，B錯誤；原電池工作時陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，D錯誤。4B解析：“碳呼吸電池”為原電池原理，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蔄錯誤；“碳呼吸電池”能消耗二氧化碳?xì)怏w，所以利用該技術(shù)可捕捉大氣中的CO2，故B正確；根據(jù)工作原理圖，金屬鋁是負(fù)極，失電子生成草酸鋁，所以每得到1 mol草酸鋁，電路中轉(zhuǎn)移326 mol電子，故C錯誤；根據(jù)工作原理圖，CO2作為正極反應(yīng)物得電子生成草酸根，電極反應(yīng)為2CO22e=C2O，故D錯誤。5A解析：A項，在原電池中陰離子移向電源負(fù)極，由圖中CO移向左邊可知a為負(fù)極，電極反應(yīng)為C2CO4e=3CO2，b為正極，電極反應(yīng)為O22CO24e=2CO，所以該電池的總反應(yīng)為CO2=CO2，故A正確；B項，煤直接燃燒發(fā)電會有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能，所以比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率低，故B錯誤；C項，將煤塊粉碎成粉末狀，有利于在電極a附近參與反應(yīng)，加快了反應(yīng)速率，故C錯誤；D項，a為負(fù)極，電子由負(fù)極a沿導(dǎo)線流向正極b，故D錯誤。6B解析：根據(jù)原電池的工作原理，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，通空氣的一極為正極，反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH，pH增大，故A錯誤；通肼的一極為負(fù)極，反應(yīng)式為N2H44OH4e=N24H2O，故B正確；根據(jù)原電池的工作原理，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，電流的方向和電子移動的方向相反，即電流從b極經(jīng)過負(fù)載流向a極，故C錯誤；根據(jù)電極反應(yīng)式，OH應(yīng)從正極流向負(fù)極，交換膜應(yīng)選用陰離子交換膜，故D錯誤。7D解析：因為是質(zhì)子交換膜，因此反應(yīng)的環(huán)境呈酸性，有O2的一邊(N)是正極反應(yīng)區(qū)，即O24H4e=2H2O。尿素CO(NH2)2轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害物質(zhì)，M極反應(yīng)為CO(NH2)2H2O6e=CO2N26H，H應(yīng)該透過質(zhì)子交換膜由左向右移動；在微生物的作用下，此裝置構(gòu)成原電池，加速了反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。綜上，A、B、C正確，D錯誤。8(1)AB(2)O24e2CO2=2CO(3)19.29(1)陽SOH2OSOH2(2)增大PbO24H2e=Pb22H2O(3)負(fù)極(4)151.5解析：(1)a極質(zhì)量增大，發(fā)生的電極反應(yīng)為Age=Ag，a極為陰極，即Y為負(fù)極，X為正極，d為陽極，d電極上無氣體放出，SO具有還原性，其d極反應(yīng)式為SO2eH2O=SO2H，c極為陰極，反應(yīng)式為2H2e=H2，因此總電池反應(yīng)式為SOH2OSOH2。(2)X為正極，反應(yīng)式為PbO24H2e=Pb22H2O，消耗H，pH增大。(3)充電時，電池的正極接電源的正極，電池的負(fù)極接電源的負(fù)極，Y接電源的負(fù)極。(4)常規(guī)蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為Pb2eSO=PbSO4，新型蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為Pb2e=Pb2，因此通過1 mol電子，兩極質(zhì)量差為0.5 mol303 gmol1151.5 g。10(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2右左使用時間長、工作電壓穩(wěn)定(2)N28H6e=2NH氯化銨(3)從b到aCOO22e=CO2解析：(1)放電時高鐵酸鉀為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH。若維持電流強(qiáng)度為1A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 mol0.006 217 6 mol。理論消耗Zn的質(zhì)量為65 gmol10.2 g。電池工作時，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動。(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N28H6e=2NH，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作時電極b作正極，O2由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為COO22e=CO2。11(1)正極Age=AgAgFe3AgFe2右側(cè)U形管中出現(xiàn)白色沉淀，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)(2)HS4H2O8e=SO9HHS、SO離子濃度之和不會發(fā)生變化，只要有兩種細(xì)菌存在，就會循環(huán)地把有機(jī)物氧化成CO2放出電子(3)LixC6xe=6CxLi(4)正極Ca2Cl2e=CaCl220.7(5)2NH36e6OH=N26H2O由于發(fā)生反應(yīng)4NH33O2=2N26H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，所以要補(bǔ)充KOH解析：(1)K閉合時，指針向左偏轉(zhuǎn)，石墨作正極。指針向右偏轉(zhuǎn)，說明銀棒作正極，此時銀電極的反應(yīng)式為Age=Ag。結(jié)合上述實(shí)驗分析，F(xiàn)e3和Ag的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，離子方程式為AgFe3AgFe2?？捎^察到的現(xiàn)象是右側(cè)U形管中出現(xiàn)白色沉淀，溶液中Ag濃度減小，AgFe3AgFe2平衡正向移動，Ag發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)。(3)由電池充放電時的總反應(yīng)式可知放電時Li元素化合價升高，得到放電時負(fù)極的電極反應(yīng)為LixC6xe=6CxLi。(4)根據(jù)方程式，電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。(5)a電極是通入NH3的電極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該電極作負(fù)極，電極反應(yīng)式是2NH36e6OH=N26H2O。