高考化學一輪復習第六章化學反應與能量第二講原電池化學電源學案

第二講原電池化學電源

考點一原電池的工作原理及應用(命題指數(shù)★★★★★)1.原電池的概念、構(gòu)成及反應本質(zhì):(1)把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應。(2)構(gòu)成條件。①有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。②將電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。③兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導線連接)。④能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應。2.原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例):電極名稱負極正極電極材料鋅片銅片電極反應Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu反應類型氧化反應還原反應電子流向由Zn片沿導線流向Cu片鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液,K+移向正極,Cl-移向負極3.原電池原理的應用:(1)設(shè)計制作化學電源。(2)加快化學反應速率。一個自發(fā)進行的氧化還原反應,形成原電池時會使反應速率增大。如在Zn與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液構(gòu)成原電池,反應速率增大。

(3)比較金屬的活動性強弱。原電池中,一般活動性強的金屬作負極,而活動性弱的金屬(或非金屬導體)作正極。(4)用于金屬的防護。使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護。例如:要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁,可用導線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負極。1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)在原電池中,發(fā)生氧化反應的一極一定是負極。 ()

提示:√。氧化反應是失去電子的反應,因此在原電池中一定為負極上的反應。(2)在鋅銅原電池中,因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路,所以有電流產(chǎn)生。 ()

提示:×。電子不經(jīng)過電解質(zhì)溶液。(3)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:×。陽離子向正極移動,陰離子移向負極。(4)某原電池反應為Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含瓊脂的KCl飽和溶液。 ()

提示:×。瓊脂中少量的Cl-會進入AgNO3溶液和銀離子反應。(5)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極,活潑金屬一定作負極。 ()

提示:×?；顫娊饘俨灰欢ㄗ髫摌O,鋁-NaOH溶液-鎂電池中鋁作負極。(6)把鋅片和銅片用導線連起來,浸入食鹽水中,不能形成原電池。 ()

提示:×。發(fā)生了吸氧腐蝕形成原電池。2.設(shè)計原電池裝置證明Fe3+的氧化性比Cu2+強。(1)寫出能說明氧化性Fe3+大于Cu2+的離子方程式:

_____________。

(2)若要將上述反應設(shè)計成原電池,電極反應式分別是①負極:_____________。②正極:

_____________。(3)在表中畫出裝置圖,指出電極材料和電解質(zhì)溶液:①不含鹽橋②含鹽橋答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+(2)①Cu-2e-Cu2+②2Fe3++2e-2Fe2+

(3)①不含鹽橋②含鹽橋命題角度1:原電池的工作原理【典例1】(2020·全國Ⅲ卷)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應:VB2+16OH--11e-V+2B(OH+4H2O。該電池工作時,下列說法錯誤的是 ()

A.負載通過0.04mol電子時,有0.224L(標準狀況)O2參與反應

B.正極區(qū)溶液的pH降低,負極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4VD.電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極【解析】選B。該電池中O2在正極發(fā)生的反應為O2+2H2O+4e-4OH-,所以負載通過0.04mol電子時,有0.224L(標準狀況)O2參與反應,A正確;根據(jù)正負極電極反應式可知使用過程中負極區(qū)溶液的pH降低、正極區(qū)溶液的pH升高,B錯誤;根據(jù)兩極電極反應式可知電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V,C正確;VB2電極和復合碳電極分別為電池的負極、正極,根據(jù)物理學知識可知電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極,D正確。

【思維升級·母題延伸】(1)(變化觀念與平衡思想)分析電池工作原理,判斷裝置中的離子交換膜是陽離子交換膜還是陰離子交換膜?

提示:陰離子交換膜。該電池中復合碳電極發(fā)生的反應為O2+2H2O+4e-4OH-,產(chǎn)生OH-,而VB2電極上發(fā)生的反應消耗OH-,因此離子交換膜應為陰離子交換膜。(2)(宏觀辨識與微觀探析)有同學認為:本電池工作時電子從VB2電極出發(fā)沿導線到達復合碳電極,再經(jīng)KOH溶液回到VB2電極,從而構(gòu)成閉合回路的。此同學的認識是否正確?為什么?提示:不正確。電子不能經(jīng)過電解質(zhì)溶液,在電解質(zhì)溶液中是陰陽離子的定向移動構(gòu)成閉合回路的?！緜溥x例題】

下圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計的,下列有關(guān)敘述錯誤的是()

A.①中鋅電極發(fā)生氧化反應B.②中電子由a電極經(jīng)導線流向b電極C.③中外電路中電流由A電極流向B電極D.④中LixC6作負極【解析】選C。在原電池中陰離子移向負極,所以③中A電極為負極,則外電路中電流應由B電極流向A電極。命題角度2:原電池的工作原理應用【典例2】選擇合適的圖象,將序號填在相應橫線上:(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系是

_____________。(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸,同時向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系是_____________。(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他條件不變,則圖象是_____________?！疽詧D析題·培養(yǎng)關(guān)鍵能力】

【解析】(1)當加入少量CuSO4溶液,Zn可以置換Cu,構(gòu)成原電池,速率加快,但由于部分Zn參與置換Cu的反應,H2的量減少,故選A。

(2)Zn與CuSO4溶液反應置換Cu,Zn、Cu、H2SO4構(gòu)成原電池,加快反應速率,但由于Zn足量,n(H+)不變,H2的量不變,故選B。(3)加入CH3COONa,c(H+)減少,但n(H+)不變,故速率減慢,產(chǎn)生H2的量一樣多,故選C。答案:(1)A(2)B(3)C

【備選例題】

(2021·淮安模擬)某?；瘜W興趣小組進行探究性活動:將氧化還原反應2Fe3++2I-2Fe2++I2設(shè)計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任選。回答下列問題:

(1)畫出設(shè)計的原電池裝置圖,并標出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液________________________________________________。(2)發(fā)生氧化反應的電極反應式為____________________。

(3)反應達到平衡時,外電路導線中(填“有”或“無”)電流通過。

(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,當固體全部溶解后,則此時該溶液中的電極變?yōu)?填“正”或“負”)極。

【解析】(1)先分析氧化還原反應,找出正、負極反應,即可確定電極材料和正、負極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應的電極是負極,負極上I-失電子變成I2。(3)反應達到平衡時,無電子移動,故無電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,平衡逆向移動,此時Fe2+失電子,該溶液中的電極變成負極。答案:(1)如下圖(答案合理即可)

(2)2I--2e-I2(3)無(4)負

1.原電池的工作原理簡圖:注意:①若有鹽橋,鹽橋中的陰離子移向負極區(qū),陽離子移向正極區(qū)。②若有交換膜,離子可選擇性通過交換膜,如陽離子交換膜,陽離子可通過交換膜移向正極。2.判斷原電池正、負極的五種方法:命題點1:原電池的工作原理分析(基礎(chǔ)性考點)1.(2021·廣州模擬)某小組為研究原電池原理,設(shè)計如圖裝置,下列敘述正確的是 ()

A.若X為Fe,Y為Cu,鐵為正極B.若X為Fe,Y為Cu,電子由銅片流向鐵片C.若X為Fe,Y為C,碳棒上有紅色固體析出D.若X為Cu,Y為Zn,鋅片發(fā)生還原反應【解析】選C。Fe比Cu活潑,Fe作負極,電子從Fe流向Cu,故A、B錯誤;若X為Fe,Y為C,電解質(zhì)為硫酸銅,則正極C上析出Cu,故C正確;Zn比Cu活潑,Zn作負極,發(fā)生氧化反應,故D錯誤。2.(2021·福州模擬)原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中正確的是 ()

A.①②中Mg作負極,③④中Fe作負極B.②中Mg作正極,電極反應式為6H2O+6e-6OH-+3H2↑C.③中Fe作負極,電極反應式為Fe-2e-Fe2+D.④中Cu作正極,電極反應式為2H++2e-H2↑【解析】選B。①中Mg作負極;②中Al作負極;③中銅作負極;④是鐵的吸氧腐蝕,Cu作正極,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-。命題點2:原電池原理的應用(綜合性考點)3.(2021·成都模擬)有a、b、c、d四個金屬電極,有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生;c極無變化d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動順序是 ()

A.a>b>c>d B.b>c>d>a

C.d>a>b>c D.a>b>d>c【解析】選C。把四個實驗從左到右分別編號為①、②、③、④,則由實驗①可知,a作原電池負極,b作原電池正極,金屬活動性:a>b;由實驗②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無變化,則活動性:b>c;由實驗③可知,d極溶解,則d作原電池負極,c作正極,活動性:d>c;由實驗④可知,電流從a極流向d極,則d極為原電池負極,a極為原電池正極,活動性:d>a。綜上所述可知活動性:d>a>b>c。命題點3:聚焦“鹽橋”原電池(應用性考點)4.將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CoCl2)溶液中,發(fā)生反應的離子方程式為Co2+(aq)+Cd(s)Co(s)+Cd2+(aq),如將該反應設(shè)計為如圖的原電池,則下列說法一定錯誤的是()

A.Cd作負極,Co作正極B.原電池工作時,電子從負極沿導線流向正極C.根據(jù)陰陽相吸原理,鹽橋中的陽離子向負極(甲池)移動D.甲池中盛放的是CdCl2溶液,乙池中盛放的是CoCl2溶液【解析】選C。將該反應設(shè)計為原電池時,Cd作負極,電極反應為Cd-2e-Cd2+;Co作正極,電極反應為Co2++2e-Co,鹽橋中的陽離子向正極(乙池)移動?！局R拓展】鹽橋

1.制作方法:在燒杯中加入2g瓊脂和60mL飽和KCl溶液,使用水浴加熱法將瓊脂加熱至完全溶解,然后趁熱將此混合溶液加入U形玻璃管中,靜置待瓊脂凝固后便可使用。

2.作用:鹽橋在原電池中起導電作用,使整個裝置形成閉合回路,鹽橋?qū)щ娎玫氖顷帯㈥栯x子的定向移動,使電解質(zhì)溶液保持電中性,從而使原電池能相對持續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)生電流。鹽橋不能用導線代替?！炯庸逃柧殹胃摺?/p>

1.根據(jù)下圖,判斷下列說法正確的是 ()

A.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負極反應均是Fe-2e-Fe2+B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應均是O2+2H2O+4e-4OH-C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽離子均向右側(cè)燒杯移動D.放電過程中,裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大【解析】選D。裝置Ⅰ中,由于Zn比Fe活潑,所以Zn作原電池的負極,電極反應式為Zn-2e-Zn2+;Fe作正極,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-,由于正極有OH-生成,因此溶液的pH增大。裝置Ⅱ中,Fe作負極,電極反應式為Fe-2e-Fe2+;Cu作正極,電極反應式為2H++2e-H2↑,正極由于不斷消耗H+,所以溶液的pH逐漸增大,據(jù)此可知A、B均錯誤,D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中,陽離子移向正極,所以C錯誤。2.全釩電池以惰性材料作電極,在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的原電池反應為V(黃色)+V2+(紫色)+2H+VO2+(藍色)+H2O+V3+(綠色)。下列說法正確的是 ()

A.正極反應為V+2H++e-VO2++H2OB.負極附近的溶液由紫色逐漸變?yōu)樗{色C.反應每生成1molH2O時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol

D.原電池使用過程中溶液的pH逐漸減小【解析】選A。由電池總反應V(黃色)+V2+(紫色)+2H+VO2+(藍色)+H2O+V3+(綠色)可得,V為正極的活性物質(zhì),V2+為負極的活性物質(zhì),所以左室為正極室,右室為負極室。正極反應為V+2H++e-VO2++H2O,A項正確;負極反應為V2+-e-V3+,所以負極附近溶液的顏色由紫色逐漸變?yōu)榫G色,B項錯誤;由電極反應V+2H++e-VO2++H2O可知,反應每生成1molH2O時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol,C項錯誤;由原電池總反應可知,反應過程中H+被不斷消耗,所以溶液的pH逐漸增大,D項錯誤。

3.根據(jù)下圖,下列判斷中正確的是 ()

A.燒杯a中的溶液pH降低B.燒杯b中發(fā)生氧化反應C.燒杯a中發(fā)生的反應為2H++2e-H2↑D.燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl--2e-Cl2↑【解析】選B。由題給原電池裝置可知,電子經(jīng)過導線,由Zn電極流向Fe電極,則O2在Fe電極發(fā)生還原反應:O2+2H2O+4e-4OH-,燒杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高;燒杯b中,Zn發(fā)生氧化反應:Zn-2e-Zn2+。考點二常見的化學電源(命題指數(shù)★★★★★)

1.一次電池:只能使用一次,不能充電復原繼續(xù)使用(1)堿性鋅錳電池。堿性鋅錳電池的負極是Zn,正極是MnO2,電解質(zhì)是KOH,其電極反應如下:負極:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;正極:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-;總反應:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。(2)銀鋅電池。銀鋅電池的負極是Zn,正極是Ag2O,電解質(zhì)是KOH,其電極反應如下:負極:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;正極:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-;總反應:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。(3)鋰電池。鋰電池是用金屬鋰作負極,石墨作正極,電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。其電極反應如下:負極:8Li-8e-8Li+;正極:3SOCl2+8e-6Cl-+S+2S;總反應:8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S。2.二次電池:放電后能充電復原繼續(xù)使用鉛蓄電池是最常見的二次電池,總反應為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)3.燃料電池:燃料電池中的常見燃料有氫氣、烴(CH4、C2H6)、烴的衍生物(甲醇、乙醇)、CO等,燃料在電池中的負極發(fā)生反應。以氫氧燃料電池為例介質(zhì)酸性堿性負極反應式2H2-4e-4H+2H2+4OH--4e-4H2O正極反應式O2+4H++4e-2H2OO2+2H2O+4e-4OH-電池總反應式2H2+O22H2O1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)堿性鋅錳電池是一次電池,其中MnO2是催化劑,可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長。 ()

提示:×。堿性鋅錳電池MnO2是氧化劑參與電極反應。(2)二次電池充電時,充電器的正極連接二次電池的正極。 ()

提示:√。充電時正極連接電源的正極,作陽極發(fā)生氧化反應。(3)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒,然后將熱能轉(zhuǎn)化為電能。 ()

提示:×。燃料電池直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能。(4)鉛蓄電池放電時,正極與負極質(zhì)量均增加。 ()

提示:√。鉛蓄電池放電時,負極鉛、正極二氧化鉛均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U,質(zhì)量均增加。(5)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:×。在原電池中陽離子在電解質(zhì)溶液中移向正極。2.電子表和電子計算器中所用的是紐扣式的微型銀鋅電池,其電極分別為Ag2O和Zn,電解液為KOH溶液。工作時電池總反應為Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2(1)工作時電流從極流向極(兩空均選填“Ag2O”或“Zn”)。

(2)負極的電極反應式為。

(3)工作時電池正極區(qū)的pH(選填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)外電路中每通過0.2mol電子,鋅的質(zhì)量理論上減少g。

提示:(1)Ag2OZn

(2)Zn+2OH--2e-Zn(OH)2(3)增大(4)6.5

命題角度1:新型二次電池【典例1】科學家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖,電極為金屬鋅和選擇性催化材料,放電時,溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是 ()

A.放電時,負極反應為Zn-2e-+4OH-Zn(OHB.放電時,1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol

C.充電時,電池總反應為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時,正極溶液中OH-濃度升高【解析】選D。由題可知,放電時,CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,即CO2發(fā)生還原反應,故放電時右側(cè)電極為正極,左側(cè)電極為負極,Zn發(fā)生氧化反應生成Zn(OH;充電時,右側(cè)為陽極,H2O發(fā)生氧化反應生成O2,左側(cè)為陰極,Zn(OH發(fā)生還原反應生成Zn。放電時,負極上Zn發(fā)生氧化反應,電極反應式為Zn-2e-+4OH-Zn(OH,故A正確,不選;放電時,CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,C元素化合價降低2,則1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol,故B正確,不選;充電時,陽極上H2O轉(zhuǎn)化為O2,負極上Zn(OH轉(zhuǎn)化為Zn,電池總反應為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,故C正確,不選;充電時,正極即為陽極,電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑,溶液中H+濃度增大,溶液中c(H+)·c(OH-)=Kw,溫度不變時,Kw不變,因此溶液中OH-濃度降低,故D錯誤,符合題意。

在題干條件不變的情況下,下列說法正確的是 ()

A.電解質(zhì)溶液1和電解質(zhì)溶液2可以同為KOH溶液B.放電時,CO2在電極上的反應可能為CO2-2e-+2H+HCOOHC.充電時,Zn電極的電極反應式為Zn(OH+2e-Zn+4OH-D.充電時,外接電源的負極接右側(cè)電極【解析】選C。從題目給出的圖示中可知左側(cè)電極生成Zn(OH,故電解質(zhì)溶液1應為堿溶液,而右側(cè)電極上CO2生成的HCOOH為一種酸,因此電解質(zhì)溶液2不可能為堿性溶液,故A項錯誤;放電時CO2在正極反應為得電子的反應,故B項錯誤;根據(jù)圖示可以判斷充電時Zn電極的電極反應式為Zn(OH+2e-Zn+4OH-,故C項正確;充電時,電池的正極要接外接電源的正極,負極接外接電源的負極,故D項錯誤。【講臺揮灑一刻】

命題角度2:新型燃料電池【典例2】(2019·全國Ⅰ卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說法錯誤的是 ()

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時還可提供電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應H2+2MV2+2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應生成NH3D.電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動【解析】選B。相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法選用酶作催化劑,條件溫和,同時利用MV+和MV2+的相互轉(zhuǎn)化,化學能轉(zhuǎn)化為電能,故可提供電能,故A正確;左室為負極區(qū),MV+在負極失電子發(fā)生氧化反應生成MV2+,電極反應式為MV+-e-MV2+,放電生成的MV2+在氫化酶的作用下與H2反應生成H+和MV+,反應的方程式為H2+2MV2+2H++2MV+,故B錯誤;右室為正極區(qū),MV2+在正極得電子發(fā)生還原反應生成MV+,電極反應式為MV2++e-MV+,放電生成的MV+與N2在固氮酶的作用下反應生成NH3和MV2+,故C正確;電池工作時,氫離子(即質(zhì)子)通過交換膜由負極向正極移動,故D正確。(1)(變化觀念與平衡思想)分析電池工作原理,判斷電池中間的交換膜是何種類?提示:質(zhì)子交換膜或陽離子交換膜。因為在負極區(qū)H2通過氫化酶的作用生成H+,而在正極區(qū)N2通過固氮酶生成NH3需要H+,因此需要將負極區(qū)生成的H+移動至正極區(qū)。(2)(證據(jù)推理與模型認知)寫出正極區(qū)在固氮酶作用下N2發(fā)生反應的電極方程式。提示:N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+。(3)(宏觀辨識與微觀探析)當電路中通過3mol電子時,可產(chǎn)生氨氣的體積(標準狀況下)為L;正極區(qū)中n(H+)(填“增加”“減少”或“不變”)。

提示:22.4;不變。負極區(qū)氫氣在氫化酶作用下發(fā)生氧化反應,反應式為H2+2MV2+2H++2MV+,正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應,生成NH3,發(fā)生反應:N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+,根據(jù)反應可知轉(zhuǎn)移6mol電子時生成2molNH3,負極區(qū)產(chǎn)生6molH+進入正極區(qū),同時正極區(qū)消耗6molH+,故正極區(qū)H+總量不變,當電路中通過3mol電子時,可產(chǎn)生氨氣的體積(標準狀況下)為22.4L,正極區(qū)n(H+)不變。

【備選例題】

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-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是 ()

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++C6C.充電時,若轉(zhuǎn)移1mole-,石墨(C6)電極將增重7xg

D.充電時,陽極的電極反應式為LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+【解析】選C。放電時,負極反應為LixC6-xe-xLi++C6,正極反應為Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2,A、B正確;充電時,陰極反應為xLi++C6+xe-LixC6,轉(zhuǎn)移1mole-時,石墨C6電極將增重7g,C項錯誤;充電時,陽極反應為放電時正極反應的逆反應:LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+,D項正確。

1.二次電池的充電:(1)充電時電極的連接:充電的目的是使電池恢復其供電能力,因此負極應與電源的負極相連以獲得電子,可簡記為負接負后作陰極,正接正后作陽極。(2)工作時的電極反應式:同一電極上的電極反應式,在充電與放電時,形式上恰好是相反的;同一電極周圍的溶液,充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。2.燃料電池題目的一般分析思路:3.化學電源中電極反應式書寫的一般方法:(1)明確兩極的反應物。(2)明確直接產(chǎn)物:根據(jù)負極氧化、正極還原,明確兩極的直接產(chǎn)物。(3)確定最終產(chǎn)物:根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則,找出參與的介質(zhì)粒子,確定最終產(chǎn)物。(4)配平:根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。注意:①H+在堿性環(huán)境中不存在;②O2-在水溶液中不存在,在酸性環(huán)境中結(jié)合H+,生成H2O,在中性或堿性環(huán)境中結(jié)合H2O,生成OH-;③若已知總反應式時,可先寫出較易書寫的一極的電極反應式,然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式,即得到較難寫出的另一極的電極反應式。命題點1:一次電池與二次電池的工作原理分析(基礎(chǔ)性考點)1.紙電池是一種有廣泛應用的“軟電池”,某種堿性紙電池采用薄層紙片作為載體和傳導體,紙的兩面分別附著鋅和二氧化錳。下列有關(guān)該紙電池的說法不合理的是 ()

A.Zn為負極,發(fā)生氧化反應B.電池工作時,電子由MnO2流向ZnC.正極反應:MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-D.電池總反應:Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH)【解析】選B。類似于堿性鋅錳電池,MnO2在正極上得電子被還原生成MnO(OH),則正極的電極反應式為MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-,C正確;負極反應式為Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,結(jié)合正、負極反應式及得失電子守恒可知,該電池的總反應式為Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH),D正確。2.鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,其充、放電按下式進行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,有關(guān)該電池的說法正確的是 ()

A.充電時陽極反應:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2OB.充電過程是化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程C.放電時負極附近溶液的堿性不變D.放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動【解析】選A。放電時Cd的化合價升高,Cd作負極,Ni的化合價降低,NiOOH作正極,則充電時Cd(OH)2作陰極,Ni(OH)2作陽極,陽極電極反應式為Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,A項正確;充電過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程,B項錯誤;放電時負極電極反應式為Cd+2OH--2e-Cd(OH)2,Cd電極周圍OH-的濃度減小,C項錯誤;放電時OH-向負極移動,D項錯誤。命題點2:各類燃料電池的工作原理分析(綜合性考點)3.(2021年湖北適應性測試)研究發(fā)現(xiàn),在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸,可使電池持續(xù)大電流放電,其工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是 ()

A.加入HNO3降低了正極反應的活化能B.電池工作時正極區(qū)溶液的pH降低C.1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原

D.負極反應為CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+【解析】選B。該電池的負極反應為CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+,H+向右移動通過質(zhì)子交換膜,正極反應為O2+4e-+4H+2H2O。硝酸作正極反應的催化劑,加入催化劑可以降低正極反應的活化能,故A正確;正極反應雖然消耗H+,但負極區(qū)生成的H+移向正極區(qū),負極區(qū)H+的物質(zhì)的量不變,由于生成了水,電池工作時正極區(qū)溶液的pH升高,故B錯誤;根據(jù)正負極電極反應式可知,1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原,故C正確;負極反應為CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+,故D正確。

4.(2021·長沙模擬)中科院科學家設(shè)計出一套利用SO2和太陽能綜合制氫的方案,其基本工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是 ()

A.該電化學裝置中,Pt電極的電勢高于BiVO4電極的電勢B.該裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為光能→化學能→電能C.電子流向:BiVO4電極→外電路→Pt電極D.BiVO4電極上的反應式為S-2e-+2OH-S+H2O【解析】選B。該電化學裝置中,Pt電極為正極,BiVO4為負極,故Pt電勢高于BiVO4電極的電勢,A正確;該裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能,B錯誤;據(jù)分析,電子流向:BiVO4電極→外電路→Pt電極,C正確;BiVO4為負極,電極上發(fā)生氧化反應,則電極反應式為S-2e-+2OH-S+H2O,D正確。命題點3:原電池原理在實際生活中的應用(應用性考點)5.十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”,意味著對大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合,原理如圖所示。下列說法正確的是 ()

A.該電池放電時質(zhì)子從電極b移向電極aB.電極a附近發(fā)生的電極反應為SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+C.電極b附近發(fā)生的電極反應為O2+4e-+2H2O4OH-D.相同條件下,放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1【解析】選D。A項,放電時為原電池,質(zhì)子向正極移動,電極a為負極,則該電池放電時質(zhì)子從電極a移向電極b,錯誤;B項,電極a為負極,發(fā)生氧化反應,電極反應為SO2+2H2O-2e-S+4H+,硫酸應當拆為離子形式,錯誤;C項,酸性條件下,氧氣得電子與氫離子反應生成水,電極b附近發(fā)生的電極反應為O2+4e-+4H+2H2O,錯誤;D項,由總反應式2SO2+O2+2H2O2S+4H+可知,放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1,正確?！炯庸逃柧殹胃摺?/p>

1.某新型可充電電池構(gòu)造如圖所示,工作時(需先引發(fā)鐵和氯酸鉀的反應,從而使LiCl-KCl共晶鹽熔化)某電極(記為X)的反應式之一為xLi++xe-+LiV3O8Li1+xV3O8。下列說法正確的是 ()

A.放電時,正極上的電極反應式為Li-e-Li+B.放電時,總反應式為xLi+LiV3O8Li1+xV3O8C.充電時,X電極與電源負極相連D.充電時,X電極的質(zhì)量增加

【解析】選B。由題干所給電極反應式可知X電極發(fā)生得電子的還原反應,故X電極是正極,結(jié)合題圖知,X電極是LiV3O8,則Li-Si合金是負極,負極的電極反應式為Li-e-Li+,結(jié)合X電極的電極反應式可知放電時總反應式為xLi+LiV3O8Li1+xV3O8,A項錯誤,B項正確;充電時,X電極應與電源正極相連,C項錯誤;充電時,X電極的電極反應是放電時X電極的電極反應的逆過程,則充電時X電極的質(zhì)量減輕,D項錯誤。2.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+H2OC.對電極的材料可能為鋅D.傳感器工作時H+由工作電極移向?qū)﹄姌O【解析】選D。A.由NO2NO知,工作電極發(fā)生還原反應,作正極,則對電極是負極,正確;B.工作電極是正極,電極反應式為NO2+2e-+2H+NO+H2O,正確;C.對電極是負極,發(fā)生氧化反應,則對電極的材料可能為活潑金屬鋅,正確;D.陽離子向正極移動,所以傳感器工作時H+由對電極移向工作電極,錯誤。3.車用尿素的學名是柴油機尾氣處理液,是一種無色、透明、清澈的液體,用于還原氮氧化合物。目前使用的車用尿素溶液一般由32.5%高純尿素和67.5%的去離子水組成。某學習小組利用圖示裝置探究車用尿素對尾氣中氮的氧化物的轉(zhuǎn)化,下列說法正確的是 ()

A.a極為電源的正極B.電子從a極經(jīng)固體電解質(zhì)流向b極C.該裝置工作時,NO2在b電極上的電極反應式為2NO2+8e-4O2-+N2

D.若反應中轉(zhuǎn)移1mol電子,則生成5.6L(標準狀況)N2

【解析】選C。電池a極發(fā)生氧化反應,b極發(fā)生還原反應,則a為負極,b為正極,故A錯誤;電子從負極經(jīng)導線流向正極,故B錯誤;根據(jù)圖中信息得出NO2在b電極變?yōu)榈獨?其電極反應式為2NO2+8e-

4O2-+N2,故C正確;反應中轉(zhuǎn)移1mol電子時,若全為NO2參與電極反應,根據(jù)2NO2+8e-4O2-+N2知,生成N2的體積為2.8L(標準狀況),若全為NO參與電極反應,則生成N2的體積為5.6L(標準狀況),故D錯誤。

1.(2020·天津等級考)熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良,是具有應用前景的儲能電池。如圖中的電池反應為2Na+xSNa2Sx(x=5~3,難溶于熔融硫)。下列說法錯誤的是 ()

A.Na2S4的電子式為Na+]2-Na+B.放電時正極反應為xS+2Na++2e-Na2SxC.Na和Na2Sx分別為電池的負極和正極D.該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池【解析】選C。Na2S4為離子化合物,構(gòu)成離子為Na+、,電子式為Na+]2-Na+,A項正確;根據(jù)電池總反應,放電時正極上S發(fā)生還原反應,且Na+向正極移動參與反應,電極反應為xS+2Na++2e-Na2Sx,B項正確;Na為電池的負極,S為電池的正極,C項錯誤;根據(jù)電池總反應及示意圖,可知該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池,D項正確。2.(2019·全國Ⅲ卷)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設(shè)計了采用強堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是 ()

A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)

【解析】選D。Zn作負極被氧化生成ZnO,三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,沉積的ZnO分散度高,A正確。充電