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2022高考化学第6章化学反应与能量第2节原电池化学电源考点2化学电源讲与练含解析
2022高考化学第6章化学反应与能量第2节原电池化学电源考点2化学电源讲与练含解析
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第六章 化学反应与能量李仕才考点二 化学电源 1.一次电池2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为15\nPb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)3.燃料电池(1)总反应式的书写:燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同,燃烧反应方程式即为燃料电池的总反应方程式,但不同电解质中反应终产物不同。(2)正极反应式的书写:正极反应的本质都是O2放电得电子生成O2-,电解质溶液酸碱性不同,电极反应式不同。①酸性电解质溶液环境下正极反应式:O2+4H++4e-===2H2O。②碱性电解质溶液环境下正极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-。③固体电解质(高温下能传导O2-)环境下正极反应式:O2+4e-===2O2-。④熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下正极反应:O2+2CO2+4e-===2CO。(3)负极反应式的书写:在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。①氢氧燃料电池。总反应均为2H2+O2===2H2O碱性电解液:H2-2e-+2OH-===2H2O酸性电解液:H2-2e-===2H+固体或熔融:固体电解质在熔融状态传导O2-:H2-2e-+O2-===H2O熔融碳酸盐:H2-2e-+CO===CO2+H2O15\n②甲醇、空气(含CO2),与碳酸锂熔融盐燃料电池。总反应:2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O负极:CH3OH-6e-+3CO===4CO2+2H2O③甲烷、空气、KOH燃料电池:总反应:CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O负极:CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O④丁烷、空气燃料电池,其电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态能传导O2-。总反应:2C4H10+13O2===8CO2+10H2O负极:C4H10-26e-+13O2-===4CO2+5H2O判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)1.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( √ )2.铅蓄电池工作时,当电路中转移0.2mol电子时,消耗的H2SO4为0.1mol。( × )3.铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1mol电子时,负极增加4.8g。( √ )4.在化学电源中,正极本身一定不参与电极反应,负极本身一定要发生氧化反应。( × )5.二次电池充电时,充电器的正极接二次电源的正极。( √ )1.锂电池不能选用水作电解液。因为锂是比较活泼的金属,会和水发生反应。2.可充电电池的放电反应和充电反应因反应条件不同不互为可逆反应;其中充电时的阴极反应式为“放电”时负极的逆反应,阳极反应式为“放电”时正极的逆反应。3.充电电池充电时,电池的负极外接电源的负极,正极外接电源的正极。4.化学电源的电池总反应一般较复杂,写电极反应式常用加减法。①写出总反应,如Li+LiMn2O4===Li2Mn2O4。②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li-e-===Li+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4(正极)。15\n一、可充电电池1.“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电,夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为2Ni(OH)22NiOOH+H2。则下列说法正确的是( )A.放电时,NiOOH发生氧化反应B.充电时,a电极的pH增大,K+移向b电极C.充电时,a电极的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-D.放电时,负极反应为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-解析:放电时,NiOOH在正极上得电子变成Ni(OH)2,发生还原反应,A错误;充电时,a电极作阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,pH增大,K+移向a电极,B错误、C正确;放电时,负极上H2放电,D错误。答案:C2.全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池,该电池性能优良,其电池总反应为V3++VO2++H2OVO+2H++V2+。下列叙述正确的是( )A.放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极B.放电时每转移0.5mol电子,负极有0.5molV2+被氧化C.充电时阳极附近溶液的酸性减弱D.充电时阳极反应式为VO+2H++e-===VO2++H2O解析:放电时发生的反应为VO+2H++V2+===V3++VO2++H2O,阴离子移向负极,A错误;负极V2+被氧化成V3+,每转移0.5mol电子,负极有0.5molV2+被氧化,B正确;充电时的总反应为V3++VO2++H2O===VO+2H++V2+。阳极反应为VO2++H2O-e-===VO+2H+阳极附近溶液的酸性增强,C、D错误。15\n答案:B3.锂—空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量。如图是锂—空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是( )A.a极为原电池的正极B.电池充电时,b极发生的反应为O2+2H2O+4e-===4OH-C.放电时,a极锂的化合价未发生变化D.充电时,溶液中Li+由b极向a极迁移解析:根据题给装置图判断,a电极为原电池的负极,电极反应为Li-e-===Li+,A、C项错误;电池充电时,b极发生的反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,B项错误;充电时,阳离子移向电解池的阴极,D项正确。答案:D4.某充电宝锂离子电池的总反应为xLi+Li1-xMn2O4LiMn2O4,某手机镍氢电池总反应为NiOOH+MHM+Ni(OH)2(M为储氢金属或合金),有关上述两种电池的说法不正确的是( )A.锂离子电池放电时Li+向正极迁移15\nB.镍氢电池放电时,正极的电极反应式:NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-C.上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D.锂离子电池充电时,阴极的电极反应式:LiMn2O4-xe-===Li1-xMn2O4+xLi+解析:电池工作时,阳离子(Li+)向正极迁移,A项正确;镍氢电池放电时,正极得电子,电极反应式:NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,B项正确;根据电池总反应知,左侧锂电池作电源给右侧电池充电,C项正确;锂离子电池充电时,阴极的电极反应式为Li++e-===Li,D项错误。答案:D二、燃料电池5.甲醇燃料电池体积小巧,洁净环保、比能量高,已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O+3O2===2CO2+4H2O,如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是( )A.a是甲醇,b是氧气B.燃料电池将化学能转化为电能C.质子从M电极区穿过交换膜移向N电极区D.负极反应:CH4O-6e-+H2O===CO2↑+6H+解析:由质子交换膜知,电解质溶液呈酸性,N极上生成水,则a为氧气,N为正极,M为负极,负极反应式为CH4O-6e-+H2O===CO2↑+6H+,正极反应式为O2+4H++4e-===2H2O,b是甲醇、c是二氧化碳,质子从M电极区通过质子交换膜到N电极区,通过以上分析知,B、C、D正确。答案:A6.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(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( )15\nA.b极发生氧化反应B.a极的反应式:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2OC.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解析:在燃料电池中,氧气作为氧化剂在正极发生还原反应,故A项错误;燃料N2H4为还原剂,在负极发生氧化反应,故B项正确;放电时,电流由正极(b极)经外电路流向负极(a极),故C项错误;正极的电极反应式为:O2+4e-+2H2O===4OH-,OH-将透过交换膜在负极发生反应,应选择阴离子交换膜,故D项错误。答案:B7.新型NaBH4/H2O2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:BH+8OH--8e-===BO+6H2OC.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1L6mol·L-1H2O2溶液,理论上流过电路中的电子为6NA个解析: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BH+8OH--8e-===BO+6H215\nO,正确;C项,放电时,钠离子向正极移动,错误;D项,在电池反应中,每消耗1L6mol·L-1H2O2溶液,理论上流过电路中的电子数=6mol·L-1×1L×2×NA/mol=12NA,错误。答案:B三、新型化学电源8.近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )A.碳极发生的反应是2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.有机电解质和水溶液不可以互换区域C.标准状况下产生22.4L的氢气时,正极消耗锂的质量为14gD.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气解析:根据图示信息可知,碳电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A正确;由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气,但是和有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确;金属Li和水发生反应2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,标准状况下产生22.4L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14g,C错误;该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。答案:C9.金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O===4M(OH)n。15\n已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-===4M(OH)nD.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜解析:本题考查电化学知识,意在考查考生运用原电池原理解决问题的能力。A项,采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积,且有利于氧气扩散至电极表面,正确;B项,根据“已知”信息知铝的比能量比Mg、Zn的高,正确;C项,M-空气电池放电过程中,正极为氧气得到电子生成OH-,错误;D项,为了避免正极生成的OH-移至负极,应选用阳离子交换膜,正确。答案:C10.光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl),[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面],接着Cl(AgCl)+e-===Cl-(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是( )15\nA.光照时,电流由X流向YB.光照时,Pt电极发生的反应为:2Cl-+2e-===Cl2C.光照时,Cl-向Pt电极移动D.光照时,电池总反应为:AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)解析:该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应,所以银作正极、铂作负极,光照时,电流从正极银X流向负极铂Y;光照时,Pt电极作负极,负极上亚铜离子失电子发生氧化反应,电极反应式为Cu+(aq)-e-===Cu2+(aq);光照时,该装置是原电池,银作正极,铂作负极,电解质中氯离子向负极铂移动;光照时,正极上氯原子得电子发生还原反应,负极上亚铜离子失电子,所以电池反应式为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)。答案:B 电极反应式书写的步骤和方法1电极反应式书写的一般步骤15\n2电极反应式书写的一般方法(1)如果题目给出的是图示装置,先确定原电池的正负极上的反应物质,再根据正负极反应规律写电极反应。(2)如果题目给出的是总反应,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),写出较易写的电极反应,然后用总反应减去写出的电极反应即得另一极的电极反应。(3)对于可充电电池的反应,需清楚“充电”“放电”的方向,放电过程应用原电池原理,充电过程应用电解原理。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程,图示如下:(4)对于燃料电池,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:15\n①酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-===2H2O。②碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-。③固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-===2O2-。④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O2+2CO2+4e-===2CO。再根据电池总反应式减正极反应式写出电池的负极反应式。图示如下:1.硼化钒(VB2)-空气电池是目前储电能力最高的电池(如图所示),电池总反应为4VB2+11O2===4B2O3+2V2O5,下列叙述错误的是( )A.负极反应式为4VB2+44OH--44e-===2V2O5+4B2O3+22H2OB.正极反应式为11O2+44e-+22H2O===44OH-C.OH-由负极透过选择性透过膜向正极迁移D.电子由硼化钒电极经负载流向电极a解析:从电池的总反应看,通入空气的一极(电极a)是电池的正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-或11O2+44e-+22H2O===44OH-①,用电池的总反应减去①式即可得负极反应式:4VB2+44OH--44e-===2V2O5+4B2O3+22H2O,故A、B项正确;电池工作时,OH-15\n应向负极迁移,C项错误;电子由负极经外电路流向正极,即由硼化钒电极经负载流向电极a,D项正确。答案:C2.纸电池是一种有广泛应用的“软电池”,如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是( )A.Zn为负极,发生氧化反应B.电池工作时,电子由MnO2流向ZnC.正极反应:MnO2+e-+H2O===MnO(OH)+OH-D.电池总反应:Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH)解析:纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体,纸的两面分别附着锌和二氧化锰,Zn是活泼金属,作该电池的负极,失去电子发生氧化反应,A正确;电池工作时,电子由负极流向正极,即电子由Zn流向MnO2,B错误;类似于锌锰干电池,MnO2在正极上得电子被还原生成MnO(OH),则正极的电极反应式为MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-,C正确;负极反应式为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,结合正、负极反应式及得失电子守恒可知,该电池的总反应式为Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH),D正确。答案:B3.高铁电池是一种新型可充电电池,电解质溶液为KOH溶液,该电池能长时间保持稳定的放电电压,放电时的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列判断不正确的是( )A.放电时,负极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2B.充电时,阴极pH增大C.放电时,若有6mol电子转移,则正极有10molOH-移向负极D.充电时,阳极反应为Fe(OH)3+5OH-+3e-===FeO+4H2O解析:根据放电时的总反应可知,高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子,电极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,故A项正确;充电时阴极发生Zn(OH)2得电子的还原反应,电极反应为Zn(OH)2+2e-===Zn+2OH-,所以阴极pH增大,故B项正确;放电时正极反应为FeO+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-,每转移6mole-产生10molOH-,OH-15\n移向负极与Zn2+结合为Zn(OH)2,故C项正确;充电时阳极发生氧化反应失去电子,故D项错误。答案:D4.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH-4e-+H2O===CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是( )A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动B.若有0.4mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48L氧气C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH+O2===CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应为O2+4e-+2H2O===4OH-解析:原电池中H+移向电池的正极,A项错误;该原电池的总反应为CH3CH2OH+O2===CH3COOH+H2O,C项正确;用C项的方程式进行判断,有0.4mol的电子转移时,消耗的氧气为0.1mol,标准状况下为2.24L,B项错误;酸性介质的原电池中不可能生成OH-,D项错误。答案:C5.如图所示为以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是( )A.该电池不能在高温下工作B.电池的负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+C.放电过程中,电子从正极区向负极区每转移1mol,便有1molH+从阳极室进入阴极室D.微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相溶性等优点,值得研究与推广解析:高温条件下微生物会死亡,电池不能正常工作,A选项正确;电池的负极失电子,发生氧化反应,即葡萄糖失电子生成CO2气体,B选项正确;放电过程中,电子从负极区向正极区转移,C选项错误;结合题给条件分析,D选项正确。答案:C15\n6.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-===2H2OC.电池工作时,CO向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-===2CO解析:A选项,甲烷中的C为-4价,CO中的C为+2价,每个碳原子失去6个电子,因此每消耗1mol甲烷失去6mol电子,错误;B选项,熔融盐中没有OH-,因此OH-不能参与电极反应,电极反应式应为H2+CO+2CO-4e-===3CO2+H2O,错误;C选项,CO应向负极移动,即向电极A移动,错误;D选项,电极B上O2和CO2得电子生成CO,正确。答案:D15
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高考 - 二轮专题
发布时间:2022-08-25 14:49:12
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