1、第 2 节 原电池 化学电源一、选择题1我国科学家研发出一种新型的锂离子电池，放电时有关离子转化关系如下图所示，下列说法正确的是( )。ALi 透过膜除允许 Li 通过外，还允许 H2O 分子通过B放电时，进入贮罐的液体发生反应：S 2O 2Fe 2 =2Fe3 2SO28 24C充电时，钛电极与外电源的负极相连D充电时，电池内部发生的总反应为 LiFe 3 = Li Fe 22(2018 年广东深圳调研)一种以 NaBH4 和 H2O2 为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )。A电池的正极反应为 H2O22e =2OHB电池放电时 Na 从 a 极区移向 b 极区C电子从
2、电极 b 经外电路流向电极 aDb 极室的输出液经处理后可输入 a 极室循环利用3(2018 届江苏常州一模)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如下图所示，图中有机废水中有机物可用 C6H10O5 表示。下列有关说法正确的是( )。Ab 电极为该电池的负极Bb 电极附近溶液的 pH 减小Ca 电极反应式：C 6H10O524e 7H 2O=6CO224H D中间室：Na 移向左室， Cl 移向右室4(2018 届辽宁重点中学模拟 )“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如下图。下列说法正确的是( )。A该装置是将电能转变为化学能B利用该技术可捕捉大气中的 CO2C每得到 1 mol
3、草酸铝，电路中转移 3 mol 电子D正极的电极反应为 C2O 2e =2CO2245(2018 届江西赣州联考)“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能。用熔融 Na2CO3 作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是( )。A该电池的总反应为 CO 2=CO2B煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高C进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响D电子由电极 b 沿导线流向电极 a，入口 A 加入的物质为煤粉6(2018 届安徽安庆六校联考 )液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N 2H4)为燃料的电池装置
4、如下图所示。下列有关叙述正确的是( )。A该燃料电池放电时，正极发生氧化反应， pH 变大Ba 极的反应式：N 2H44OH 4e =N24H 2OC放电时，电流从 a 极经过负载流向 b 极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜7(2018 届福建莆田质检)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，下图是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH 2)2转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是( )。AM 电极有 CO2 和 N2 生成BH 透过质子交换膜由左向右移动C微生物促进了反应中电子的转移DN 电极反应式为 O22H 2O4e =4OH二、非选择题8在熔融碳酸盐燃料电池中
5、的应用以熔融 Li2CO3 和 K2CO3 为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料，电池示意图如下：(1)外电路电子流动方向：由_流向_( 填字母“A”或“B”) 。(2)空气极发生反应的电极反应是_ 。(3)以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有 0.6 mol e 转移，有_g 精铜析出。9(2018 届山东日照期中)用氟硼酸(HBF 4，属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应的化学方程式为 PbPbO 24HBF 42Pb(BF4)22H 2O，其中 Pb(BF4)2 为可溶于水的强电解质，用该铅蓄电池分别电解AgNO3 溶液和
6、Na2SO3 溶液，装置如下图，a、b、c、d 电极材料均为石墨，通电时 a 电极质量增大。回答下列问题：(1)d 电极为该装置的_极，工作时，该池内 d 电极上无气体产生，写出该池内电解反应的离子方程式：_。(2)该铅蓄电池放电时 X 极附近 pH_ (填“增大” “减小”或“不变”) ，正极的电极反应式为_。(3)铅蓄电池充电时，Y 电极与电源的 _(填“正极”或“负极”)相连。(4)另取一常规铅蓄电池(浓硫酸作电解质溶液 )与该铅蓄电池同时放电，当电路中均通过 1 mol 电子时，分别取下 Y 电极称重，两电极质量相差 _g。10(1)高铁酸钾(K 2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，
7、而且高铁电池的研制也在进行中。如图 1 所示是高铁电池的模拟实验装置。图 1 图 2该电池放电时正极的电极反应式为_。若维持电流强度为 1 A，电池工作十分钟，理论消耗 Zn_g(已知 F96 500 Cmol1 )。盐桥中盛有饱和 KCl 溶液，此盐桥中氯离子向 _(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_( 填“左”或“右”) 移动。图 2 为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有_。(2)有人设想以 N2 和 H2 为反应物，以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，电池正极的电极反应
8、式是_，A 是_。(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中 CO 的浓度，其装置如下图所示。该电池中O2 可以在固体介质 NASICON(固溶体)内自由移动，工作时 O2 的移动方向_(填“从 a 到 b”或“从 b 到 a”)，负极发生的电极反应式为_。11(1)某研究性学习小组为探究 Fe3 与 Ag 反应，进行如下实验：按下图连接装置并加入药品( 盐桥中的物质不参与反应 )。K 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
9、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 NaCl 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下图所示：HS 在硫氧化菌作用下转化为 SO 的反应式是_。24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(LiCoO 2)，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：LiCoO 26C Li1x CoO2Li xC6，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
10、构如下图所示，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 2LiClCa= =CaCl2Li 2SO4Pb 。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。氨氧燃料电池的工作原理如下图所示。a 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_。第 2 节 原电池 化学电源1B 解析：Li 透过膜只允许 Li 通过，故 A 错误；钛电极是电池的正极，充电时，应该与外电源的正极相连，故
11、C 错误；放电时电池总反应为 LiFe 3 =Li Fe 2 ，则充电时发生的总反应为 Li Fe 2 LiFe 3 ，故 D 错误。= = = = =通 电 2C 解析：由图分析可知，通入 a 电极的为 BH ，其中的 B 失电子，化合价升高， 4生成 BO ，因此 a 为电池的负极。b 为电池的正极，H 2O2 中 O 由1 价降到2 价发生还 2原反应，反应式为 H2O22e =2OH ，A 正确；原电池工作时，电解质溶液中的阳离子由负极区向正极区移动，B 正确；电子由负极流出，正极流入，即 ab，C 错误；正极区产生的OH 经处理后输入 a 极室可循环使用， D 正确。3C 解析：b
12、电极上硝酸根离子得电子生成 N2，发生还原反应，故 b 电极应为正极，A 错误；b 电极反应式：2NO 10e 6H 2O =N2 12OH ，故 b 电极附近溶液的 pH 3增大，B 错误；原电池工作时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D 错误。4B 解析：“碳呼吸电池” 为原电池原理，将化学能转变为电能，故 A 错误；“碳呼吸电池”能消耗二氧化碳气体，所以利用该技术可捕捉大气中的 CO2，故 B 正确；根据工作原理图，金属铝是负极，失电子生成草酸铝，所以每得到 1 mol 草酸铝，电路中转移326 mol 电子，故 C 错误；根据工作原理图，CO 2 作为正极反应物得电子生成草酸根，电极
13、反应为 2CO22e =C2O ，故 D 错误。245A 解析：A 项，在原电池中阴离子移向电源负极，由图中 CO 移向左边可知 a23为负极，电极反应为 C2CO 4e =3CO2，b 为正极，电极反应为23O22CO 24e =2CO ，所以该电池的总反应为 C O2=CO2，故 A 正确；B 项，煤23直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能，所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低，故 B 错误；C 项，将煤块粉碎成粉末状，有利于在电极 a 附近参与反应，加快了反应速率，故 C 错误；D 项，a 为负极，电子由负极 a 沿导线流向正极 b，故 D 错误。6B 解析：根据原电池的工作原理
14、，正极得电子，发生还原反应，通空气的一极为正极，反应式为 O22H 2O 4e =4OH ，pH 增大，故 A 错误；通肼的一极为负极，反应式为 N2H44OH 4e =N24H 2O，故 B 正确；根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电流的方向和电子移动的方向相反，即电流从 b 极经过负载流向a 极，故 C 错误；根据电极反应式，OH 应从正极流向负极，交换膜应选用阴离子交换膜，故 D 错误。7D 解析：因为是质子交换膜，因此反应的环境呈酸性，有 O2 的一边(N) 是正极反应区，即 O24H 4e =2H2O。尿素CO(NH 2)2转化为对环境无害物质， M 极反应为CO(N
15、H2)2H 2O6e =CO2N 26H ，H 应该透过质子交换膜由左向右移动；在微生物的作用下，此装置构成原电池，加速了反应的进行，促进了反应中电子的转移。综上，A、B 、C 正确，D 错误。8(1)A B (2)O 24e 2CO 2=2CO (3)19.2239(1)阳 SO H 2O SO H 223 = = = = =通 电 24(2)增大 PbO 24H 2e =Pb2 2H 2O(3)负极 (4)151.5解析：(1)a 极质量增大，发生的电极反应为 Ag e =Ag，a 极为阴极，即 Y 为负极，X 为正极，d 为阳极，d 电极上无气体放出，SO 具有还原性，其 d 极反应式为
16、 SO232e H 2O=SO 2H ，c 极为阴极，反应式为 2H 2e =H2，因此总电池23 24反应式为 SO H 2O SO H 2。(2)X 为正极，反应式为23 = = = = =通 电 24PbO24H 2e =Pb2 2H2O，消耗H ，pH 增大。(3)充电时，电池的正极接电源的正极，电池的负极接电源的负极，Y 接电源的负极。(4)常规蓄电池负极反应式为 Pb2e SO =PbSO4，新型蓄电池负极反应24式为 Pb2e =Pb2 ，因此通过 1 mol 电子，两极质量差为 0.5 mol303 gmol1 151.5 g。10(1)FeO 4H 2O3e =Fe(OH)3
17、5OH 0.2 右 左 使用时间长、24工作电压稳定(2)N28H 6e =2NH 氯化铵 4(3)从 b 到 a COO 2 2e =CO2解析：(1)放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO 4H 2O3e =Fe(OH)35OH 。若维持电流强度为 1A，电池工作十分钟，转24移电子的物质的量为 mol0.006 217 6 mol。理论消耗 Zn 的质量为1106096 50065 gmol1 0.2 g。电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，0.006 217 6 mol2所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。(2)该电池的本质
18、反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为 N28H 6e =2NH ，氨气与 HCl 反应生成氯化铵， 4则电解质溶液为 NH4Cl、HCl 混合溶液。(3)工作时电极 b 作正极，O 2 由电极 b 移向电极 a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极 a 是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为COO 2 2e =CO2。11(1)正极 Ag e =AgAgFe 3 Ag Fe 2右侧 U 形管中出现白色沉淀，电流表指针向左偏转(2)HS 4H 2O8e =SO 9H 24HS 、SO 离子浓度之和不会发生变化，只要
19、有两种细菌存在，就会循环地把有24机物氧化成 CO2 放出电子(3)LixC6x e =6CxLi (4)正极 Ca2Cl 2e =CaCl2 20.7(5)2NH 36e 6OH =N26H 2O由于发生反应 4NH33O 2=2N26H 2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充 KOH解析：(1)K 闭合时，指针向左偏转，石墨作正极。 指针向右偏转，说明银棒作正极，此时银电极的反应式为 Ag e =Ag。结合上述实验分析，Fe 3 和 Ag 的反应为可逆反应，离子方程式为 AgFe 3 Ag Fe 2 。 可观察到的现象是右侧 U 形管中出现白色沉淀，溶液中 Ag 浓度减小， AgFe 3 Ag Fe 2 平衡正向移动，Ag 发生氧化反应，作负极，电流表指针向左偏转。(3)由电池充放电时的总反应式可知放电时 Li元素化合价升高，得到放电时负极的电极反应为 LixC6 xe =6CxLi 。(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2NH36e 6OH =N26H 2O。
