1、原电池 化学电源角度1一次电池1.(2019银川模拟)普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 Zn(NH3)22+Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是()A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e-Mn2O3+2NH3+H2OC.原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极D.外电路中每通过0.1
2、 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g【解析】选C。普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误;根据原电池工作原理,负极失电子,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,B项错误;由负极的电极反应式可知,每通过0.1 mol电子,消耗锌的质量是65 gmol-1=3.25 g,D项错误。2.锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:(1)外电路的电流方向是由_(填字母,下同)极流向_极。(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂
3、?_(填“是”或“否”),原因是_。【解析】(1)结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,所以电子流向是从ab,那么电流方向则是ba。(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2。(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。答案:(1)ba(2)MnO2+e-+Li+LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属,能与水反应角度2燃料电池3.(2019莆田模拟)一种以引火性高的联氨(N
4、2H4)为燃料的环保电池,工作时产生稳定无污染的物质,原理如图所示。下列说法正确的是()A.N极为电源负极,联氨从c口通入B.负极上每消耗1 mol N2H4,转移6 mol电子C.正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-D.可将联氨改进为引火性低、稳定性好的N2H4H2O【解析】选D。A.H+移向N极,则N极为电源正极,联氨应从b口通入,故A错误;B.原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,负极反应为:N2H4-4e-4H+N2,负极上每消耗1 mol N2H4,转移4 mol电子,故B错误;C.电解质溶液呈酸性,正极反应有氢离子参加,正确的电极反应式为:O2+4H+4e-2H
5、2O,故C错误;D.可将联氨改进为引火性低、稳定性好的N2H4H2O,故D正确。4.(2019全国卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是()A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】选B。相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;左室为
6、负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+-e-MV2+,放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+ 2H+2MV+,故B错误;右室为正极区,MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2+e-MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。角度3可充电电池5.(2018全国卷)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2(x=0或1)。下列说法正确的是()A.
7、放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为:Li22Li+(1-)O2【解析】选D。结合题中所给信息及装置图,可知放电时Li作负极,负极反应为:2Li-2e-2Li+,多孔碳材料作正极,正极反应为:(1-)O2+2Li+2e-Li2O2-x,故A错误;B项放电时外电路电子从Li电极流向多孔碳材料,故B错误;C项充电时多孔碳材料作阳极,Li+应移向锂电极,故C错误;D项结合放电时的正负极反应式可知正确。6.(2019全国卷)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-
8、Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn- NiOOH二次电池,结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D. 放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区【解析】选D。Zn作负极被氧化生成ZnO,三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,沉积的ZnO分散度高
9、,A正确。充电时阳极发生氧化反应,根据电池反应的充电过程可知,阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B正确。放电时负极发生氧化反应,根据电池反应的放电过程可知,负极反应为Zn(s)+2OH-(aq) -2e-ZnO(s)+H2O(l),C正确。放电时,电池内部阳离子由负极移向正极,阴离子由正极移向负极,D错误。角度4新型化学电源7.镍钴锰三元材料是近年来开发的一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好、成本适中等重要优点。镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素,通常可以表示为:LiNiaCobMncO2,其中a+b+c=1,可简写为LiAO2
10、。放电时总反应为LiAO2+nCLi1-xAO2 + LixCn(0x1),工作原理如图所示,则以下说法错误的是() A.放电时Ni最先失去电子B.放电时电子从a电极由导线移向b电极C.充电时的阳极反应式为LiAO2 - xe-Li1-xAO2 +xLi+D.充电时转移1mol电子,理论上阴极材料质量增加7 g【解析】选C。根据Li+的移动方向可知,a为负极,b为正极。A.镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素,放电时镍元素最先失去电子,故A正确;B.放电时电子从负极,即a电极由导线移向正极,即b电极,故B正确;C.充电时的阳极反应式是放电时的正极反应式的逆反应,LixCn -xe-nC+xLi+
11、,故C错误;D.充电时,阴极反应式为Li1-xAO2 + xLi+xe-LiAO2,转移1 mol电子,理论上阴极材料质量增加1 mol锂离子,质量为7 g,故D正确。8.(2019天津高考)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极【解析】选D。Zn2+移向左侧,a极是正极,充电时,接外电源的正极,放电时电
12、极反应式为I2Br-+2e-2I-+Br-,A正确、D错误;放电时,负极Zn-2e-Zn2+,负极、正极的离子数目都增多,B正确;充电时,b极的电极反应式为Zn2+2e-Zn,每增重0.65 g,转移电子0.02 mol,则有0.02 mol I-被氧化,C正确。【加固训练】1.某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法不正确的是()A.工作时电极b作正极,O2-由电极b流向电极aB.负极的电极反应式为:CO-2e-+O2-CO2C.传感器中测得有210-3 mol电子通过时,说
13、明通过的尾气中含有2.24 mL COD.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高【解析】选C。该电池为燃料电池,燃料为负极,空气为正极。A.b为正极,阴离子向负极移动,正确;B.负极发生氧化反应,正确;C.通过210-3 mol电子时,CO反应0.001 mol,在标准状况下,体积为22.4 mL,错误;D.CO含量高,转移电子多,电流大,正确。2.某学生利用如图实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(铜元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题:(1)导线中电子流向为_(用a、b表示)。(2)若装置中铜电极的质量增加0.64 g,则导线中转移的电子数目为_ (用“NA”表示)
14、。(3)装置中盐桥中除添加琼脂外,还要添加KCl的饱和溶液,电池工作时,对盐桥中的K+、Cl-的移动方向的表述正确的是_(填字母)。A.盐桥中的K+向左侧烧杯移动、Cl-向右侧烧杯移动B.盐桥中的K+向右侧烧杯移动、Cl-向左侧烧杯移动C.盐桥中的K+、Cl-几乎都不移动(4)若将反应2Fe3+CuCu2+2Fe2+设计成原电池,其正极反应为_。【解析】(1)锌铜原电池中,锌比铜活泼,故锌为负极,铜为正极。原电池中,电子由负极流向正极,故电子的流向为ab。(2)0.64 g铜的物质的量为0.01 mol,由电极反应式Cu2+2e-Cu可知,生成1 mol铜,转移2 mol电子,故生成0.01 mol铜,导线中转移0.02 mol电子,电子数目为0.02NA。(3)左侧烧杯中锌失电子变成锌离子,使得锌电极附近带正电荷,吸引阴离子向左侧烧杯移动,右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜,使得铜电极附近带负电荷,吸引阳离子向右侧烧杯移动,故盐桥中的K+向右侧烧杯移动、Cl-向左侧烧杯移动。(4)由方程式2Fe3+Cu Cu2+2Fe2+可知,Cu被氧化,为原电池的负极,负极反应为Cu-2e-Cu2+,正极Fe3+被还原,电极反应式为2Fe3+2e-2Fe2+。答案:(1)ab(2)0.02NA(3)B(4)Fe3+e-Fe2+
