1、第二讲 原电池 化学电源一、选择题1(2019福建泉州模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A原电池是将化学能转化成电能的装置B原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流D图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片解析：D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。答案：D2(2019云南七校联考)铝空气电池以高纯度铝(含铝99.99%)为负极，铂铁合金为正极，海水为电解质溶液，工作原理如图所示。下列说法正确的是()A铝空气电池要及时回收处理，以免造成重金属污染B正极
2、制成鱼鳃状的目的是增大铂铁合金与海水中溶解氧的接触面积C每消耗1 mol Al，电解质溶液中会有3 mol电子通过D该电池工作时，铂铁合金比高纯铝更容易被腐蚀解析：A项，铝不属于重金属，错误；B项，正极制成鱼鳃状的目的是增大铂铁合金与海水中溶解氧的接触面积，从而增大反应速率，正确；C项，电子只能沿导线转移，电解质溶液中移动的是离子，错误；D项，该电池工作时铂铁合金是正极被保护，不易被腐蚀，错误。答案：B3(2019鄂豫陕八校联考)硼化钒(VB2)空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时发生的反应为4VB211O2=4B2O32V2O5。下列说法不正确的是()A电极a为电池
3、正极B图中选择性透过膜为阴离子透过膜C电池工作过程中，电极a附近区域pH减小DVB2极发生的电极反应为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O解析：根据电池反应，O2发生还原反应，故通入空气的电极a为正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，A项正确；根据电池反应，VB2发生氧化反应转化为V2O5、B2O3，VB2极的电极反应式为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O，D项正确；根据负极反应和正极反应可知，正极上生成OH，负极上消耗OH，故该选择性透过膜为阴离子透过膜，B项正确；由正极反应式可知，电池工作过程中，电极a附近c(OH)增大，pH增大，C项错误。答案：C
4、4(2019哈尔滨模拟)新型NaBH4H2O2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数为6NA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，Na向正极移动，错误
5、；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为6 molL11 L2NAmol112NA，错误。答案：B5(2019贵阳一中月考)将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料构成NaCO2二次电池，电池的总反应为3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO向负极移动B充电时释放CO2，放电时吸收CO2C放电时，正极反应为3CO24e= 2COCD充电时，正极反应为Nae= Na解析：电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放CO2，B项正确；放电时，
6、正极上CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO24e= 2COC，C项正确；充电时，阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。答案：D6(2019贵阳模拟)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电极是负极Ba电极的电极反应式：N2H44OH4e=N24H2OC放电时，电子从a电极经过负载流向b电极D电池工作时，K从正极移向负极解析：燃料电池中正极上通入空气，故b电极为正极，A项错误；a电极为负极，负极上N2H4发生氧化反应：N2H44e4OH=N24H2O，B项错误；放电
7、时，电子从负极(a电极)经过负载流向正极(b电极)，C项正确；该装置交换膜为阴离子交换膜，电池工作时，OH从正极移向负极，D项错误。答案：C7(2019石家庄联考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应式为Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A放电时，Co元素的化合价升高B放电时，正极的电极反应式为Li1xCoO2xexLi= LiCoO2C充电时，Li在电解液中由阳极向阴极迁移D充电时，阴极的电极反应式为C6xLixe=LixC6解析：由放电时电池的总反应式可知，放电时Co的化合价降低，A项错误；放电时正极的电极反应式为
8、Li1xCoO2xexLi=LiCoO2，B项正确；充电时阳离子由阳极向阴极迁移，C项正确；充电时阴极反应与放电时负极反应互为逆反应，阴极反应式为C6xLixe=LixC6，D项正确。答案：A8(2019日照质检)一种突破传统电池设计理念的镁锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。下列说法不正确的是()A放电时，Mg(液)层的质量减小B放电时，正极反应为Mg22e=MgC该电池充电时，MgSb(液)层发生还原反应D该电池充电时，Cl向下层移动解析：根据电流方向(由正极流向负极)可知，镁(液)层为原电池的负极，放电时
9、，Mg(液)层的质量减小，A项正确；根据题意知，正极反应为熔融的Mg2得电子发生还原反应，电极反应式为Mg22e=Mg，B项正确；充电时镁(液)层为阴极，MgSb(液)层为阳极，则MgSb(液)层发生氧化反应，C项错误；充电时阴离子向阳极移动，即Cl向下层移动，D项正确。答案：C二、非选择题9可以将氧化还原反应：2H2O2=2H2O设计成原电池。(1)利用氢气和氧气、氢氧化钾溶液构成燃料电池，则负极通入的气体应是_，正极通入的气体就是_，电极反应式为正极_，负极_。(2)如把KOH改为稀硫酸作电解质，则电极反应式为：正极_，负极_。(3)(1)和(2)的电解溶液不同，反应进行后，其溶液的pH各
10、有何变化？_。(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质溶液，则电极反应式为：正极_，负极_。解析：(1)根据电池反应式可知在反应中H2被氧化，O2被还原。H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H参加或生成，故负极的电极反应为H22OH2e= 2H2O，正极的电极反应为O22H2O4e= 4OH。(2)若将导电物质换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH生成，故负极的电极反应为H22e= 2H，正极的电极反应为O24H4e= 2H2O。(3)由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H2SO4的量不变，H2
11、O增多，故溶液变稀，pH将变大。(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质，则正极为2O24H2O8e=8OH，此时不会有CO2放出；负极为CH410OH8e=CO7H2O。答案：(1)H2O2O22H2O4e= 4OHH22OH2e= 2H2O(2)O24H4e= 2H2OH22e= 2H(3)前者变小，后者变大(4)2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O10(2019模拟联考汇编)(1)研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，“水”电池在放电时
12、：该电池的负极的电极反应式为_。Na不断向“水”电池的_极移动。每有 1 mol 电子转移，生成_mol Na2Mn5O10。(2)如图1为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为 320 左右，电池反应为2NaxS=Na2Sx，正极的电极反应式为_。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是_。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠高能电池的理论放电量是铅蓄电池的_倍。图1(3)如图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应为_，正极反应为_。图2解析：(1)根据电池总反应可判断出Ag为该电池的负极，电极
13、反应式为AgCle=AgCl。在原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故Na移向正极。根据电池总反应和得失电子守恒知，生成1 mol Na2Mn5O10的同时生成2 mol AgCl，转移2 mol电子，故每有1 mol电子转移，生成0.5 mol Na2Mn5O10。(2)正极的电极反应式为xS2e=S，M的作用一是导电，二是因钠与硫易反应，故它起到隔离作用；钠高能电池中负极为钠，消耗23 g钠转移1 mol e，则消耗207 g钠时转移 mol e，铅蓄电池的电池反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，铅蓄电池中铅是负极，消耗207 g铅时转移2 mol e，故钠高能
14、电池的理论放电量是铅蓄电池的2072324.5倍。答案：(1)AgCle=AgCl正0.5(2)xS2e=S(或2NaxS2e=Na2Sx)导电和隔离钠与硫4.5(3)CH3CH2OHH2O4e=CH3COOH4H O24e4H=2H2O11(2019湖北八校联考)如图1是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为_；反应进行一段时间后溶液C的pH将_(填“升高”“降低”或“基本不变”)。图1(2)若需将反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2 设计成如图1所示的原电池装置，则A(负极)极材料为_，B(正极)极材料
15、为_，溶液C为_。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是_极，Cu极发生_反应，电极反应为_。反应一段时间后溶液中c(Cu2)_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图2：图2电池总反应为2CH3OH3O2=2CO24H2O，则c电极是_(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为_。若线路中转移 2 mol 电子，则上述CH3OH燃料电池中消耗的O2在标况下的体积为_L。解析：(1)铁作负极，则该原电池总反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电
16、极反应式为2H2e=H2；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高。(2)Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3，如FeCl3溶液。(3)Zn比较活泼，在该原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu22e=Cu，则溶液中c(Cu2)变小。(4)根据图中的电子流向知c是负极，负极是甲醇发生氧化反应：CH3OH6eH2O=CO26H，线路中转移2 mol电子时消耗氧气
17、0.5 mol，标况下体积为11.2 L。答案：(1)2H2e=H2升高(2)Cu石墨FeCl3溶液(或其他合理答案)(3)负还原Cu22e=Cu变小(4)负极CH3OH6eH2O=CO26H11.212(1)某研究性学习小组为探究Fe3与Ag反应，进行如下实验：按图1连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。图1K闭合时，指针向左偏转，石墨作_(填“正极”或“负极”)。当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式：_。结合上述实验分析，写出Fe3和Ag反应的离子方程式：_。丙同学进一步验证其结论：当指针归零后，向右侧U形管中滴加数滴饱和N
18、aCl溶液，可观察到的现象是_。(2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图2所示：图2HS在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是_。若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_。(3)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，写出放电时负极的电极反应_。(4)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图3所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4
19、2LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。图3放电过程中，Li向_(填“负极”或“正极”)移动。负极反应式为_。电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成_g Pb。(5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。图4a电极的电极反应式是_；一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_。解析：(1)K闭合时，指针向左偏转，石墨作正极。当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，说明银棒作正极，此时银电极的反应式Age=Ag。结合上述实验分析，Fe3和Ag反应为可逆反应，离子方程式为AgFe3AgFe2。当指针归零后，向右侧U形
20、管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是出现白色沉淀，溶液中Ag浓度减小，AgFe3AgFe2平衡正向移动，Ag发生氧化反应为负极，电流表指针向左偏转。(2)酸性环境中反应物为HS产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS4H2O8e=SO9H；从质量守恒角度来说，HS、SO离子浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。(3)放电时，负极上发生氧化反应，碳单质可以看作是盛放锂单质的容器，结合电池充放电时的总反应式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6可知放电时Li元素化合价升高，得到放电时负极的电极反应为LixC6xe=C6xLi
21、。(4)根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。(5)a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH36e6OH=N26H2O；一段时间后，需向装置中补充KOH，是由于发生4NH33O2=2N26H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。答案：(1)正极Age=AgAgFe3AgFe2出现白色沉淀，电流表指针向左偏转(2)HS4H2O8e=SO9HHS、SO离子浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子(3)LixC6xe=C6xLi(4)正极Ca2Cl2e=CaCl220.7(5)2NH36e6OH=N26H2O由于发生4NH33O2= 2N26H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH