第六章第28講原電池、化學(xué)電源學(xué)案 2025高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)_第1頁(yè)
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第28講原電池化學(xué)電源[課程標(biāo)準(zhǔn)]1.了解原電池及常見化學(xué)電源的工作原理。2.能分析、解釋原電池的工作原理,能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池和電解池。3.能列舉常見的化學(xué)電源,并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理??键c(diǎn)一原電池的工作原理1.概念:把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.構(gòu)成條件(1)一看反應(yīng):看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。(2)二看兩電極:一般是金屬活動(dòng)性不同的兩電極。(3)三看是否形成閉合回路,形成閉合回路需三個(gè)條件:①電解質(zhì)溶液;②兩電極直接或間接接觸;③兩電極插入電解質(zhì)溶液。3.工作原理(以銅鋅原電池為例)學(xué)生用書第132頁(yè)(1)原理分析電極名稱負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向由Zn沿導(dǎo)線流向Cu鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KCl溶液,K+移向正極,Cl-移向負(fù)極(2)兩種裝置比較①鹽橋作用:a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢(shì)差(中和電荷),使電池能持續(xù)提供電流。②裝置Ⅰ中有部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;裝置Ⅱ中使Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定。4.原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱:原電池中,負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬,正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)。(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率:氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí),反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護(hù):將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理,結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng),選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。[正誤辨析](1)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極()(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng),與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路()(3)在鋅銅原電池中,因?yàn)橛须娮油ㄟ^電解質(zhì)溶液形成閉合回路,所以有電流產(chǎn)生()(4)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(fù)極()(5)一般來說,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高()答案:(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√一、原電池電極的判斷及工作原理1.(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為極,活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為極。(2)根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由極流向極;電子由極流向極。(3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi),陽(yáng)離子移向極,陰離子移向極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。原電池的極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),其極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下,溶解的一極為極,增重或有氣體逸出的一極為極。答案:(1)負(fù)正(2)正負(fù)負(fù)正(3)正負(fù)(4)負(fù)正(5)負(fù)正2.分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置,按要求回答問題。(1)裝置①中,作負(fù)極,該電極反應(yīng)式為。答案:MgMg-2e-=Mg2+(2)裝置②中作負(fù)極,該電極反應(yīng)式為,正極反應(yīng)式為。答案:Al2Al-6e-+8OH-=2AlOeq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(2))+4H2O6H2O+6e-=6OH-+3H2↑(3)裝置③中,作正極,負(fù)極反應(yīng)式為。答案:FeCu-2e-=Cu2+(4)裝置④中,作負(fù)極,正極反應(yīng)式為。答案:FeO2+2H2O+4e-=4OH-eq\a\vs4\al(反思?xì)w納)原電池正、負(fù)極判斷的一般方法學(xué)生用書第133頁(yè)二、可逆反應(yīng)原電池原理的分析3.控制適合的條件,將反應(yīng)2Fe3++2I-2Fe2++I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池?;卮鹣铝袉栴}:(1)反應(yīng)開始時(shí),負(fù)極為中的石墨(填“甲”或“乙”),電極反應(yīng)式為。(2)電流表讀數(shù)為時(shí),反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。(3)當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),在甲中加入FeCl2固體,此時(shí)負(fù)極為中的石墨(填“甲”或“乙”),電極反應(yīng)式為。答案:(1)乙2I--2e-=I2(2)零(3)甲2Fe2+-2e-=2Fe3+4.某同學(xué)為探究Ag+和Fe2+的反應(yīng),按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng)),發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏移。電子由石墨經(jīng)導(dǎo)線流向銀。放置一段時(shí)間后,向甲燒杯中逐漸加入濃Fe2(SO4)3溶液,發(fā)現(xiàn)電壓表指針的變化依次為偏移減小→回到零點(diǎn)→逆向偏移。則電壓表指針逆向偏移后,銀為(填“正”或“負(fù)”)極。由實(shí)驗(yàn)得出Ag+和Fe2+反應(yīng)的離子方程式是。答案:負(fù)Fe2++Ag+Fe3++Ageq\a\vs4\al(歸納總結(jié))原電池的工作原理簡(jiǎn)圖注意:①電子移動(dòng)方向:從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極,電子不能通過電解質(zhì)溶液。②若有鹽橋,鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū),陽(yáng)離子移向正極區(qū)。③若有交換膜,離子可選擇性通過交換膜,如陽(yáng)離子交換膜,陽(yáng)離子可通過交換膜移向正極。三、原電池原理的應(yīng)用5.用A、B、C、D、E五塊金屬片,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):(1)A、B用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,A極為負(fù)極,活動(dòng)性;(2)C、D用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,電流由D→導(dǎo)線→C,活動(dòng)性;(3)A、C相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,C極產(chǎn)生大量氣泡,活動(dòng)性;(4)B、D相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,D極發(fā)生氧化反應(yīng),活動(dòng)性;(5)用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液,E先析出,活動(dòng)性。綜上所述,這五種金屬的活動(dòng)性從強(qiáng)到弱的順序?yàn)?。答案?1)A>B(2)C>D(3)A>C(4)D>B(5)B>EA>C>D>B>E6.請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證Cu2+、Fe3+氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)寫出電極反應(yīng)式,負(fù)極,正極,并在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖,要求用燒杯和鹽橋,并標(biāo)出外電路電子流向。答案:Cu-2e-=Cu2+2Fe3++2e-=2Fe2+eq\a\vs4\al(歸納總結(jié))畫原電池裝置圖常見失分點(diǎn)失分點(diǎn)一:不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。失分點(diǎn)二:不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。失分點(diǎn)三:誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。失分點(diǎn)四:不能連成閉合回路。學(xué)生用書第134頁(yè)7.把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸,同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是。(2)將過量的兩份鋅粉a、b分別加入等量的稀硫酸,同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)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,則圖像是。解析:加入CuSO4溶液,Zn置換出Cu,形成原電池,加快反應(yīng)速率,(1)a中Zn減少,H2體積減小,所以A正確;(2)中由于H2SO4定量,產(chǎn)生H2的體積一樣多,所以B項(xiàng)正確;(3)當(dāng)把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液時(shí),由于CH3COO-+H+CH3COOH,a中c(H+)減少,反應(yīng)速率減小,但產(chǎn)生H2的體積不變,所以C項(xiàng)正確。答案:(1)A(2)B(3)C考點(diǎn)二常見化學(xué)電源一、一次電池——干電池1.堿性鋅錳干電池總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。負(fù)極材料:Zn。電極反應(yīng):Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2。正極材料:碳棒。電極反應(yīng):2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-。2.紐扣式鋅銀電池總反應(yīng)式:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。電解質(zhì)溶液是KOH溶液。負(fù)極材料:Zn。電極反應(yīng):Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2。正極材料:Ag2O。電極反應(yīng):Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。二、二次電池——可充電電池或蓄電池鉛酸蓄電池總反應(yīng):Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)[微提醒]可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正、負(fù)極連接方式:提示:三、“高效、環(huán)境友好”的燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,分為酸性和堿性兩種。學(xué)生用書第135頁(yè)電池酸性堿性或中性負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e-=4H+2H2-4e-+4OH-=4H2O正極反應(yīng)式O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-總反應(yīng)式2H2+O2=2H2O備注燃料電池的電極不參與反應(yīng),有很強(qiáng)的催化活性,起導(dǎo)電作用[正誤辨析](1)鉛酸蓄電池放電時(shí),正極與負(fù)極質(zhì)量均增加()(2)手機(jī)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池()(3)若使反應(yīng)Fe+2Fe3+=3Fe2+以原電池方式進(jìn)行,可用鋅鐵作電極材料()(4)堿性鋅錳干電池是一次電池,其中MnO2是催化劑,可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)()(5)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒,然后熱能轉(zhuǎn)化為電能()(6)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負(fù)極反應(yīng)為2H2-4e-=4H+()答案:(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×一、一次電池1.酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程中產(chǎn)生Mn2O3。(1)該電池的正極反應(yīng)式為,電池總反應(yīng)的離子方程式為。(2)維持電流強(qiáng)度為0.5A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅g。(已知F=96500C·mol-1)解析:(2)電池工作5分鐘,通過的電量Q=0.5A×5min×60s·min-1=150C,則理論上消耗Zn的質(zhì)量m(Zn)=eq\f(150C,2×96500C·mol-1)×65g·mol-1≈0.05g。答案:(1)2MnO2+2e-+2NHeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(4))=Mn2O3+2NH3+H2OZn+2MnO2+2NHeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(4))=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O(2)0.05二、二次電池2.鉛蓄電池是典型的可充電電池,它的正、負(fù)極是惰性材料,電池總反應(yīng)式為Pb+PbO2+4H++2SOeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))2PbSO4+2H2O。請(qǐng)回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原):(1)放電時(shí):正極的電極反應(yīng)式是;電解液中H2SO4的濃度將變(填“大”或“小”);當(dāng)外電路通過1mol電子時(shí),理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí),若按如圖連接,電解一段時(shí)間后,則在A電極上生成,B電極上生成,此時(shí)鉛蓄電池的正極、負(fù)極的極性將。解析:(1)原電池正極上得電子,負(fù)極上失電子。根據(jù)電池總反應(yīng)式可得負(fù)極反應(yīng)式為Pb+SOeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))-2e-=PbSO4質(zhì)量增加2mol96g1molΔm求得Δm=48g。(2)電解池中與電源正極相連的電極(陽(yáng)極)上失電子,與電源負(fù)極相連的電極(陰極)上得電子。則陽(yáng)極反應(yīng)為PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SOeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4));陰極反應(yīng)為PbSO4+2e-=Pb+SOeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))。根據(jù)圖示,電解一段時(shí)間后,原PbO2極變成Pb,原Pb極變成PbO2,即鉛蓄電池的正、負(fù)極的極性對(duì)換。答案:(1)PbO2+2e-+4H++SOeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))=PbSO4+2H2O小48(2)PbPbO2對(duì)換3.一種碳納米管能夠吸附氫氣,可作二次電池(如圖所示)的碳電極。該電池的電解質(zhì)溶液為6mol·L-1的KOH溶液。(1)寫出放電時(shí)的正、負(fù)極電極反應(yīng)式:。(2)寫出充電時(shí)的陰、陽(yáng)極電極反應(yīng)式:。答案:(1)負(fù)極:H2-2e-+2OH-=2H2O;正極:2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-(2)陰極:2H2O+2e-=H2↑+2OH-;陽(yáng)極:2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiO(OH)+2H2O三、燃料電池4.以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法。(1)酸性條件總反應(yīng)式:;正極反應(yīng)式:;負(fù)極反應(yīng)式:。(2)堿性條件總反應(yīng)式:;正極反應(yīng)式:;負(fù)極反應(yīng)式:。學(xué)生用書第136頁(yè)(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)總反應(yīng)式:;正極反應(yīng)式:;負(fù)極反應(yīng)式:。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下總反應(yīng)式:;正極反應(yīng)式:;負(fù)極反應(yīng)式:。答案:(1)CH4+2O2=CO2+2H2O2O2+8H++8e-=4H2OCH4-8e-+2H2O=CO2+8H+(2)CH4+2O2+2OH-=COeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))+3H2O2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH--8e-=COeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))+7H2O(3)CH4+2O2=CO2+2H2O2O2+8e-=4O2-CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O(4)CH4+2O2=CO2+2H2O2O2+4CO2+8e-=4COeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))CH4+4COeq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3))-8e-=5CO2+2H2Oeq\a\vs4\al(歸納總結(jié))解答燃料電池題目的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)1.要注意介質(zhì)是什么?是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。2.通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料,通入正極的物質(zhì)為氧氣。3.通過介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向,可判斷電池的正負(fù)極,同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。近幾年高考中的新型電池種類繁多,“儲(chǔ)氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等,這些新型電池常以選擇題的形式呈現(xiàn)。解析這類考題,首先要理解常見的化學(xué)電源種類及原電池的工作原理,其次會(huì)判斷正、負(fù)電極或陰、陽(yáng)極,以及會(huì)書寫電極反應(yīng)式等。應(yīng)用1.Li-O2電池比能量高,在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時(shí),光催化電極產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li++e-=Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2O2+2h+=2Li++O2)對(duì)電池進(jìn)行充電。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.充電時(shí),電池的總反應(yīng)Li2O2=2Li+O2B.充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C.放電時(shí),Li+從正極穿過離子交換膜向負(fù)極遷移D.放電時(shí),正極發(fā)生反應(yīng)O2+2Li++2e-=Li2O2C[充電時(shí)光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li++e-=Li)和陽(yáng)極反應(yīng)(Li2O2+2h+=2Li++O2),則充電時(shí)總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2=2Li+O2,結(jié)合題圖,充電時(shí)金屬Li電極為陰極,光催化電極為陽(yáng)極;則放電時(shí)金屬Li電極為負(fù)極,光催化電極為正極;據(jù)此作答。A.光照時(shí),光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行充電,結(jié)合陰極反應(yīng)式和陽(yáng)極反應(yīng)式,充電時(shí)電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2=2Li+O2,A正確;B.充電時(shí),光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴,陰極反應(yīng)與電子有關(guān),陽(yáng)極反應(yīng)與空穴有關(guān),故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān),B正確;C.放電時(shí),金屬Li電極為負(fù)極,光催化電極為正極,Li+從負(fù)極穿過離子交換膜向正極遷移,C錯(cuò)誤;D.放電時(shí)總反應(yīng)為2Li+O2=Li2O2,正極反應(yīng)為O2+2Li++2e-=Li2O2,D正確。]應(yīng)用2.海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注,一種鋰-海水電池構(gòu)造示意圖如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A.海水起電解質(zhì)溶液作用B.N極僅發(fā)生的電極反應(yīng):2H2O+2e-=2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D.該鋰-海水電池屬于一次電池B[鋰-海水電池的總反應(yīng)為2Li+2H2O=2LiOH+H2↑,M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),則M電極為負(fù)極,電極反應(yīng)為L(zhǎng)i-e-=Li+,N極為正極,電極反應(yīng)為2H2O+2e-=2OH-+H2↑,同時(shí)氧氣也可以在N極得電子,電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-。A.海水中含有豐富的電解質(zhì),如氯化鈉、氯化鎂等,可作為電解質(zhì)溶液,故A正確;B.由上述分析可知,N為正極,電極反應(yīng)為2H2O+2e-=2OH-+H2↑和反應(yīng)O2+4e-+2H2O=4OH-,故B錯(cuò)誤;C.Li為活潑金屬,易與水反應(yīng),玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應(yīng),并能傳導(dǎo)離子,故C正確;D.該電池不可充電,屬于一次電池,故D正確。]應(yīng)用3.科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì),發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為:NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是()A.充電時(shí)電極b是陰極B.放電時(shí)NaCl溶液的pH減小C.放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大D.每生成1molCl2,電極a質(zhì)量理論上增加23gC[A.由充電時(shí)電極a的反應(yīng)式可知,充電時(shí)電極a發(fā)生還原反應(yīng),所以電極a是陰極,則電極b是陽(yáng)極,故A錯(cuò)誤;B.放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反,則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+可知,NaCl溶液的pH不變,故B錯(cuò)誤;C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+,正極反應(yīng)為Cl2+2e-=2Cl-,反應(yīng)后Na+和Cl-濃度都增大,則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大,故C正確;D.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl--2e-=Cl2↑,陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3,由得失電子守恒可知,每生成1molCl2,電極a質(zhì)量理論上增加23g/mol×2mol=46g,故D錯(cuò)誤。]學(xué)生用書第137頁(yè)應(yīng)用4.全釩液流儲(chǔ)能電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能系統(tǒng)(工作原理如圖,電解液含硫酸)。該電池負(fù)載工作時(shí),左罐顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色。離子種類VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))VO2+V3+V2+顏色黃色藍(lán)色綠色紫色下列說法錯(cuò)誤的是()A.該電池工作原理為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+V2++2H+VO2++V3++H2OB.a(chǎn)和b接用電器時(shí),左罐電動(dòng)勢(shì)小于右罐,電解液中的H+通過離子交換膜向左罐移動(dòng)C.電池儲(chǔ)能時(shí),電池負(fù)極溶液顏色變?yōu)樽仙獶.電池?zé)o論是負(fù)載還是儲(chǔ)能,每轉(zhuǎn)移1mol電子,均消耗1mol氧化劑B[該電池負(fù)載工作時(shí),左罐顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色,即左罐溶液主要含有VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2)),放電時(shí),VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))得電子生成VO2+,正極上的反應(yīng)為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+2H++e-=VO2++H2O,負(fù)極反應(yīng)為V2+-e-=V3+,所以電池總反應(yīng)為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+V2++2H+=VO2++V3++H2O,原電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子透過陽(yáng)離子交換膜移向正極;充電時(shí)電解池總反應(yīng)、陰陽(yáng)極反應(yīng)與原電池的總反應(yīng)、負(fù)正極恰好相反;據(jù)此解答。A.由以上分析可知,該電池的總反應(yīng)是VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))和V2+在酸性環(huán)境下發(fā)生氧化還原反應(yīng),總反應(yīng)為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+V2++2H+VO2++V3++H2O,故A正確;B.a和b接用電器時(shí),為原電池,左罐為正極,右罐為負(fù)極,則左罐電動(dòng)勢(shì)大于右罐,電解液中的H+通過離子交換膜向左罐移動(dòng),故B錯(cuò)誤;C.電池儲(chǔ)能時(shí),充電過程為電解池,負(fù)極作陰極發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)式為V3++e-=V2+,則電池負(fù)極溶液顏色變?yōu)樽仙?,故C正確;D.該電池的總反應(yīng)為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+V2++2H+VO2++V3++H2O,電池是負(fù)載時(shí)為原電池,氧化劑是VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2)),電極反應(yīng)為VOeq\o\al(\s\up1(+),\s\do1(2))+2H++e-=VO2++H2O,儲(chǔ)能時(shí)是電解池,氧化劑是V3+,電極反應(yīng)為V3++e-=V2+,他們轉(zhuǎn)移電子數(shù)都為1,所以電池?zé)o論是負(fù)載還是儲(chǔ)能,每轉(zhuǎn)移1mol電子,均消耗1mol氧化劑,故D正確。]應(yīng)用5.科學(xué)家報(bào)道了一種新型可充電Na/Fe二次電池,其工作原理如圖所示,下列有關(guān)說法正確的是()A.充電時(shí),X極為陰極,發(fā)生了氧化反應(yīng)B.充電時(shí),Y極的電極反應(yīng)式為CaFeO2.5+0.5Na2O-e-=CaFeO3+Na+C.充電時(shí),可用乙醇代替有機(jī)電解質(zhì)溶液D.電極材料中,單位質(zhì)量金屬放出的電能:Na>LiB[根據(jù)原電池工作原理圖可知,負(fù)極X上Na發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),負(fù)極反應(yīng)式為Na-e-=Na+,正極Y上發(fā)生得電子的還原反應(yīng),正極反應(yīng)式為CaFeO3+Na++e-=CaFeO2.5+0.5Na2O,充電時(shí)為電解池,原電池的負(fù)極連接電源的負(fù)極,陰陽(yáng)極的電極反應(yīng)和放電時(shí)的負(fù)正極反應(yīng)相反,據(jù)此分析解答。A.放電時(shí),X極上Na失電子、發(fā)生氧化反應(yīng)、為負(fù)極,則充電時(shí),X極為陰極,發(fā)生了還原反應(yīng),故A錯(cuò)誤;B.充電時(shí),Y極作陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為CaFeO2.5+0.5Na2O-e-=CaFeO3+Na+,故B正確;C.乙醇是非電解質(zhì),不能導(dǎo)電,不能作電解質(zhì)溶液,故C錯(cuò)誤;D.若Na和Li都失去1mol電子,則電極材料中消耗Na的質(zhì)量為23g、Li的質(zhì)量為7g,所以單位質(zhì)量金屬放出的電能:Li>Na,故D錯(cuò)誤。]應(yīng)用6.科學(xué)家預(yù)言,被稱為“黑金”的“新材料之王石墨烯”將“徹底改變21世紀(jì)”。我國(guó)關(guān)于石墨烯的專利總數(shù)世界排名第一。如圖是我國(guó)研發(fā)的某種石墨烯電池有關(guān)原理示意圖,左邊裝置工作時(shí)的電極反應(yīng)為L(zhǎng)i1-xC6+xLi++xe-=LiC6,Li[GS/Si]O2-xe-=Li1-x[GS/Si]O2+xLi+。下列說法錯(cuò)誤的是()A.a(chǎn)與d電極上發(fā)生的反應(yīng)類型相同B.左右兩個(gè)裝置中的離子交換膜均為陽(yáng)離子交換膜C.電池放電時(shí),正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2D.若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等,則轉(zhuǎn)移0.1mol電子后兩個(gè)電極質(zhì)量相差0.7gD[A.由題裝置圖可推出a為陰極,b為陽(yáng)極,c為負(fù)極,d為正極,a與d電極上均發(fā)生還原反應(yīng),故A正確;B.從裝置圖中可以看出,為保持溶液呈電中性,離子交換膜允許Li+通過,應(yīng)該使用陽(yáng)離子交換膜,故B正確;C.d電極為正極,其電極反應(yīng)相當(dāng)于充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的逆過程,根據(jù)題干中信息可知,正極(d電極)反應(yīng)為:Li1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2,故C正確;D.若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等,則根據(jù)電極反應(yīng),轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí),c極減少0.1molLi+,質(zhì)量減少0.7g,d極增加0.1molLi+,質(zhì)量增大0.7g,兩個(gè)電極質(zhì)量相差1.4g,故D錯(cuò)誤。]應(yīng)用7.下面是最近研發(fā)的Ca-LiFePO4可充電電池的工作示意圖,鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li+通過,電池反應(yīng)為:xCa2++2LiFePO4xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+,下列說法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)iFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+B.充電時(shí),Li1-xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li+脫嵌,放電時(shí)發(fā)生Li+嵌入C.充電時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí),理論上左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕2.6gD.LiPF6-LiAsF6為非水電解質(zhì),其與Li2SO4溶液的主要作用都是傳遞離子A[由總反應(yīng)式可知,放電時(shí)為原電池反應(yīng),Ca化合價(jià)升高被氧化為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Ca-2e-=Ca2+,Li1-xFePO4被還原,為原電池正極反應(yīng),電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4,充電是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程,陽(yáng)極反應(yīng)和原電池正極相反,陰極反應(yīng)和原電池負(fù)極相反,以此解答該題。A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Ca-2e-=Ca2+,使左室中正電荷數(shù)目增多,鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li+通過,使LiPF6-LiAsF6電解質(zhì)中的Li+通過鋰離子導(dǎo)體膜移入右室,正極反應(yīng)為:Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4,電極發(fā)生Li+嵌入,A錯(cuò)誤:B.充電時(shí),陽(yáng)極發(fā)生:LiFePO4-xe-=xLi++Li1-xFePO4,電極發(fā)生Li+脫嵌,陰極發(fā)生:Ca2++2e-=Ca,轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí),有0.2molLi+從右室通過鋰離子導(dǎo)體膜移入左室,左室電解質(zhì)中有0.1molCa2+得電子生成Ca沉積在鈣電極上,故左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕40×0.1g-7×0.2g=2.6g,B正確,C正確;D.鈣與水能夠劇烈反應(yīng),所以,左室中的LiPF6-LiAsF6電解質(zhì)一定為非水電解質(zhì),Li2SO4溶液為右室中的電解質(zhì)溶液,它們的主要作用都是傳遞離子,形成電流,構(gòu)成閉合回路,D正確。]學(xué)生用書第138頁(yè)應(yīng)用8.某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了負(fù)載有Ru納米顆粒且具有三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯基電極,負(fù)極為Na箔,電解質(zhì)溶液為添加了乙二胺的有機(jī)溶劑,構(gòu)成了Na-SO2電池,其簡(jiǎn)單示意圖如圖。下列有關(guān)說法中不正確的是()A.放電時(shí),正極上的電極反應(yīng)式為2Na++2SO2+2e-=Na2S2O4B.充電時(shí),每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,在陽(yáng)極可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體2.24LC.組裝電池時(shí),可將乙二胺的有機(jī)溶劑電解液改為乙二胺的水溶液D.該電池使用多孔石墨烯電極有利于氣體、電極和電解液的充分接觸C[根據(jù)題意,負(fù)極為Na箔,放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Na-e-=Na+,結(jié)合圖示放電時(shí)SO2在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成Na2S2O4,正極反應(yīng)式為2SO2+2e-+2Na+=Na2S2O4,放電時(shí)電池總反應(yīng)為2Na+2SO2=Na2S2O4,據(jù)此分析作答。A.根據(jù)圖示,放電時(shí)SO2在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成Na2S2O4,正極上的反應(yīng)式為2SO2+2e-+2Na+=Na2S2O4,A正確;B.根據(jù)圖示,充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Na2S2O4-2e-=2Na++2SO2,每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,陽(yáng)極生成0.1molSO2氣體,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L,B正確;C.該電池的負(fù)極為Na箔,由于Na能與水發(fā)生反應(yīng):2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,故組裝電池時(shí)不能將乙二胺的有機(jī)溶劑電解液改為乙二胺的水溶液,C錯(cuò)誤;D.多孔石墨烯電極具有較大的表面積,故使用多孔石墨烯電極有利于氣體、電極和電解液的充分接觸,D正確。]應(yīng)用9.水系鈉離子電池有成本低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì),未來有望代替鋰離子電池和鉛酸電池。一種水系鈉離子電池放電和充電的工作原理示意圖如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì)B.放電時(shí),若導(dǎo)線中流過2mole-,理論上有2molNa+移入M電極區(qū)C.充電時(shí),光可以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移D.充電時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為3I--2e-=Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3))B[由圖中信息知,放電時(shí),電極N為正極,Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3))得電子變成I-,反應(yīng)式為:Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3))+2e-=3I-;電極M為負(fù)極,S2-失去電子變?yōu)镾eq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)),電極反應(yīng)式為:4S2--6e-=Seq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4));Na+從M極向N極移動(dòng);充電時(shí)陽(yáng)極的反應(yīng)為:3I--2e-=Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3));陰極反應(yīng)為:Seq\o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))+6e-=4S2-;光照可促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移,據(jù)此分析。A.由上述分析可知,放電時(shí),電極N為正極,電極M為負(fù)極,電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì),A正確;B.由分析可知,放電時(shí),Na+由M電極區(qū)移入N電極區(qū),B錯(cuò)誤;C.充電時(shí),光可以促進(jìn)I-在TiO2光電極上轉(zhuǎn)移電子,C正確;D.充電時(shí),陽(yáng)極上I-失電子轉(zhuǎn)化為Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)),電極反應(yīng)式為3I--2e-=Ieq\o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)),D正確。]應(yīng)用10.鉀元素資源豐富、價(jià)格低廉并且具有與鋰相近的氧化還原電勢(shì),因此鉀離子電池(PIBs)具有很大的應(yīng)用潛力。某教授課題組利用靜電紡絲技術(shù),制備了一種VN納米粒子組裝的中空微球/N摻雜碳納米纖維(VN-NPs/N-CNFs)復(fù)合材料。基于此,設(shè)計(jì)了以VN-NPs/N-CNFs和普魯士藍(lán)鉀納米粒子eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(K/KFe[Fe(CN)6]))的鉀離子電池(PIBs),充電時(shí)在VN-NPs/N-CNFs復(fù)合材料的Cu電極發(fā)生的電極反應(yīng)為V+K3N-3e-→VN+3K+,下列有關(guān)說法中錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),在Cu電極區(qū)發(fā)生的是還原反應(yīng)B.該電池的溶劑為有機(jī)溶劑C.放電時(shí),電解質(zhì)溶液中的K+向Al電極區(qū)移動(dòng)D.VN納米粒子組裝的中空微球縮短了K+的傳輸路徑,減輕了體積膨脹C[A.放電時(shí)銅電極為正極,發(fā)生還原反應(yīng),A正確;B.該電池有金屬鉀參與反應(yīng),不能為水溶液,應(yīng)該為有機(jī)溶劑,B正確;C.放電時(shí),Al電極為負(fù)極,K+向正極移動(dòng),C錯(cuò)誤;D.K+可以在VN納米粒子組裝的中空微球中傳輸,縮短了傳輸路徑,減輕了體積膨脹,提高了傳輸效率,D正確。]應(yīng)用11.風(fēng)力發(fā)電輸出功率的波動(dòng)性導(dǎo)致其直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來不良影響,需要連接儲(chǔ)能電池裝置,通過儲(chǔ)能電池對(duì)電能的存儲(chǔ)、匯集,再集中供電來提高并網(wǎng)性能,如圖是水系鋁離子儲(chǔ)能電池工作機(jī)理,下列有關(guān)其說法不正確的是()A.單位質(zhì)量的鋁放出的電量高,并且價(jià)格低廉,儲(chǔ)量豐富B.鋁儲(chǔ)能電池是二次電池C.放電時(shí),Al3+從正極材料的空隙中脫出進(jìn)入電解液,再以單質(zhì)鋁的形式沉積負(fù)極材料表面D.該電池中金屬鋁電極易形成致密的氧化鋁鈍化膜,阻斷鋁離子的傳輸從而降低電池效能D[A.鋁在地殼中的含量豐富,且單位質(zhì)量的鋁放出的電量高,可以用于制造水系鋁離子儲(chǔ)能電池,故A正確;B.根據(jù)題意,儲(chǔ)能電池通過對(duì)電能的存儲(chǔ)、匯集,再集中供電,說明鋁儲(chǔ)能電池是二次電池,故B正確;C.放電時(shí),鋁失去電子變成Al3+,鋁為負(fù)極,石墨為正極,Al3+從正極材料的空隙中脫出進(jìn)入電解液,再以單質(zhì)鋁的形式沉積負(fù)極材料表面,故C正確;D.該電池中沒有氧氣產(chǎn)生,金屬鋁電極表面不會(huì)形成致密的氧化鋁鈍化膜,故D錯(cuò)誤。]學(xué)生用書第139頁(yè)真題演練明確考向1.(2021·山東,10)以KOH溶液為離子導(dǎo)體,分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池,下列說法正確的是()A.放電過程中,K+均向負(fù)極移動(dòng)B.放電過程中,KOH物質(zhì)的量均減小C.消耗等質(zhì)量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時(shí),理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2LC[放電過程為原電池工作原理,所以鉀離子均向正極移動(dòng),A錯(cuò)誤;堿性環(huán)境下,N2H4-O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4+O2=N2+2H2O,其總反應(yīng)中未消耗KOH,所以KOH的物質(zhì)的量不變,其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知,KOH的物質(zhì)的量均減小,B錯(cuò)誤;理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān),設(shè)消耗燃料的質(zhì)量均為mg,則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達(dá)式)分別是eq\f(mg,32g·mol-1)×6、eq\f(mg,32g·mol-1)×4、eq\f(mg,60g·mol-1)×16,通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大,C正確;根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可知,消耗1molO2生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4L,D錯(cuò)誤。]2.(2020·山東,10)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置,利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化?,F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用下圖處理有機(jī)廢水(含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯(cuò)誤的是()A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽(yáng)離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí),模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時(shí)間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1B[由裝置示意圖可知,負(fù)極區(qū)CH3COO-發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H+,A項(xiàng)正確;隔膜1為陰離子交換膜,隔膜2為陽(yáng)離子交換膜,才能使模擬海水中的氯離子移向負(fù)極,鈉離子移向正極,達(dá)到海水淡化的目的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電路中有1mol電子通過,則電解質(zhì)溶液中有1mol鈉離子移向正極,1mol氯離子移向負(fù)極,C項(xiàng)正確;負(fù)極產(chǎn)生CO2:CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+,正極產(chǎn)生H2:2H++2e-=H2↑,根據(jù)電荷守恒,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1,D項(xiàng)正確。]3.(2021·浙江6月選考,22)某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示,電極A為非晶硅薄膜,充電時(shí)Li+得電子成為L(zhǎng)i嵌入該薄膜材料中;電極B為L(zhǎng)iCoO2薄膜;集流體起導(dǎo)電作用。下列說法不正確的是()A.充電時(shí),集流體A與外接電源的負(fù)極相連B.放電時(shí),外電路通過amol電子時(shí),LiPON薄膜電解質(zhì)損失amolLi+C.放電時(shí),電極B為正極,反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2D.電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2B[結(jié)合充電時(shí)Li+得電子成為L(zhǎng)i嵌入電極A的薄膜材料中知,充電時(shí)電極A為陰極,故充電時(shí)集流體A應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連,A說法正確;放電時(shí),外電路通過amol電子時(shí),內(nèi)電路中有amolLi+通過LiPON薄膜電解質(zhì)從負(fù)極遷移到正極,但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒有損失Li+,B說法不正確;放電時(shí),電極B為正極,發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2,C說法正確;電池放電時(shí),嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i+,正極上Li1-xCoO2得到電子和Li+轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iCoO2,故電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2,D說法正確。]4.(2021·廣東,9)火星大氣中含有大量CO2,一種有CO2參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為火星探測(cè)器供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極,碳納米管為正極,放電時(shí),下列說法正確的是()A.負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)B.CO2在正極上得電子C.陽(yáng)離子由正極移向負(fù)極D.將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B[根據(jù)題干信息可知,放電時(shí)總反應(yīng)為4Na+3CO2=2Na2CO3+C。放電時(shí)負(fù)極上Na發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成Na+,故A錯(cuò)誤;放電時(shí)正極上CO2得到電子生成C,故B正確;放電時(shí)陽(yáng)離子移向正極,故C錯(cuò)誤;放電時(shí)裝置為原電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故D錯(cuò)誤。]5.(2021·河北,9)K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖,a和b為兩個(gè)電極,其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池,下列說法錯(cuò)誤的是()A.隔膜允許K+通過,不允許O2通過B.放電時(shí),電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極;充電時(shí),b電極為陽(yáng)極C.產(chǎn)生1Ah電量時(shí),生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗3.9g鉀時(shí),鉛酸蓄電池消耗0.9g水D[金屬性強(qiáng)的鉀易與氧氣反應(yīng),為防止鉀與氧氣反應(yīng),電池所選擇隔膜應(yīng)允許K+通過,不允許O2通過,故A正確;放電時(shí),a為負(fù)極,b為正極,電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極,充電時(shí),b電極應(yīng)與直流電源的正極相連,作電解池的陽(yáng)極,故B正確;生成1mol超氧化鉀時(shí),消耗1mol氧氣,兩者的質(zhì)量比為(1mol×71g·mol-1)∶(1mol×32g·mol-1)≈2.22∶1,故C正確;鉛酸蓄電池充電時(shí)的總反應(yīng)為2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4,反應(yīng)消耗2mol水,轉(zhuǎn)移2mol電子,由得失電子守恒可知,消耗3.9g鉀時(shí),鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為eq\f(3.9g,39g·mol-1)×18g·mol-1=1.8g,故D錯(cuò)誤。]課時(shí)精練(二十八)原電池化學(xué)電源eq\a\vs4\al(\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P393))(本欄目?jī)?nèi)容,在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂!)1.新型化學(xué)電池Zn-K2FeO4、能量密度大、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無污染。下列關(guān)于其放電時(shí)的說法錯(cuò)誤的是()A.負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)B.將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.K2FeO4在正極得電子D.陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)D[A.原電池放電時(shí),負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),A正確;B.原電池放電過程是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,B正確;C.新型化學(xué)電池Zn-K2FeO4中,Zn作負(fù)極,K2FeO4在正極得電子,C正確;D.原電池放電時(shí),電解質(zhì)中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng),D錯(cuò)誤。]2.M、N、P、E四種金屬,已知:①M(fèi)+N2+=N+M2+;②M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中,M表面有大量氣泡逸出;③N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中,電極反應(yīng)為E2++2e-=E,N-2e-=N2+。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是()A.P>M>N>E B.E>N>M>PC.P>N>M>E D.E>P>M>NA[由①知,金屬活動(dòng)性:M>N;M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中,M表面有大量氣泡逸出,說明M作原電池的正極,故金屬活動(dòng)性:P>M;N、E構(gòu)成的原電池中,N作負(fù)極,故金屬活動(dòng)性:N>E;綜合上述分析可知,金屬活動(dòng)性:P>M>N>E,A正確。]3.市售一種可充電電池,由LaLi5H6、NiO(OH)、KOH溶液組成。LaNi5H6+6NiO(OH)LaNi5+6Ni(OH)2有關(guān)該電池的敘述正確的是()A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)aNi5H6+6OH--6e-=LaNi5+6H2OB.放電時(shí),負(fù)極材料是Ni(OH)2C.充電時(shí),陰極反應(yīng)為Ni(OH)2+OH--e-=NiO(OH)+H2OD.充電時(shí),電池負(fù)極接充電器電源的正極A[放電時(shí)為原電池,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),LaNi5H6+6OH--6e-=LaNi5+6H2O,A正確;放電時(shí),負(fù)極材料是LaNi5H6,B錯(cuò)誤;充電時(shí)為電解池,陰極發(fā)生還原反應(yīng),LaNi5+6H2O+6e-=LaNi5H6+6OH-,C錯(cuò)誤;充電時(shí)電解池的陰極應(yīng)與電源的負(fù)極相連,即電池負(fù)極接充電器電源的負(fù)極,D錯(cuò)誤。]4.幾位同學(xué)用相同大小的銅片和鋅片為電極研究水果電池,得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,下列說法不正確的是()實(shí)驗(yàn)編號(hào)水果種類電極間距離/cm電流大小/μA①西紅杮198.7②西紅杮272.5③蘋果27.2A.該實(shí)驗(yàn)的目的是探究水果種類和電極間距離對(duì)水果電池電流大小的影響B(tài).能表明水果種類對(duì)電流大小有影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是②和③C.上述裝置中,鋅片作負(fù)極,電極反應(yīng)為:Zn+2e-=Zn2+D.其他條件相同時(shí),改變電極插入水果的深度可能影響水果電池電流大小C[A項(xiàng),實(shí)驗(yàn)①和②都是西紅杮,電極間距離不同,電流大小不同,實(shí)驗(yàn)②和③電極間距離相同,水果種類不同,電流大小也不同,所以該實(shí)驗(yàn)的目的是探究水果種類和電極間距離對(duì)水果電池電流大小的影響,正確;B項(xiàng),實(shí)驗(yàn)②和③電極間距離相同,水果種類不同,電流大小不同,表明水果種類對(duì)電流大小有影響,正確;C項(xiàng),鋅比銅活潑,鋅作負(fù)極,電極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+,錯(cuò)誤;D項(xiàng),其他條件相同時(shí),改變電極插入水果的深度,改變了電極和電解質(zhì)溶液的接觸面積,可能影響水果電池電流的大小,正確。]5.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(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e-=Fe2+B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-=4OH-C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽(yáng)離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng)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D[裝置Ⅰ中的負(fù)極為Zn,A項(xiàng)錯(cuò)誤;裝置Ⅱ中的正極反應(yīng)為2H++2e-=H2↑,B項(xiàng)錯(cuò)誤;陽(yáng)離子向正極移動(dòng),裝置Ⅰ中陽(yáng)離子向左側(cè)燒杯移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤。]6.如圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)的,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.①中鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)B.②中電子由a電極經(jīng)導(dǎo)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做負(fù)極C[在原電池中陰離子移向負(fù)極,所以③中A電極為負(fù)極,則外電路中電流應(yīng)由B電極流向A電極。]7.如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置,下列敘述中正確的是()A.電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng),作原電池的負(fù)極B.電極Ⅱ的電極反應(yīng)式為Cu2++2e-=CuC.該原電池的總反應(yīng)為2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+D.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,其作用是傳遞電子C[電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng),作原電池的正極,電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-=2Fe2+,故A不正確;電極Ⅱ?yàn)樵姵氐呢?fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu2+,故B不正確;該原電池的總反應(yīng)為2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,故C正確;鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,其作用是傳遞離子,使溶液保持電中性,故D不正確。]8.乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑,在200℃左右時(shí)供電,電池總反應(yīng)式為C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O,電池示意圖如圖所示,下列說法中正確的是()A.電池工作時(shí),質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移B.電池工作時(shí),電流由b極沿導(dǎo)線流向a極C.a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5OH+3H2O+12e-=2CO2↑+12H+D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O+O2+4e-=4OH-B[通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng);通入氧氣的一極(b極)為正極,發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí),陽(yáng)離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移,A項(xiàng)不正確;電流方向與電子流向相反,電流由b極沿導(dǎo)線流向a極,B項(xiàng)正確;a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化,C項(xiàng)不正確;因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷愘|(zhì)子溶劑,所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH-,D項(xiàng)不正確。]9.沉積物微生物燃料電池可處理含硫廢水,其工作原理如圖。下列說法中錯(cuò)誤的是()A.碳棒b極電勢(shì)比碳棒a極電勢(shì)高B.光照強(qiáng)度對(duì)電池的輸出功率無影響C.碳棒b電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2OD.酸性增強(qiáng)不利于菌落存活,工作一段時(shí)間后,電池效率降低B[根據(jù)氫離子的流向可知碳棒b為正極,光合菌產(chǎn)生的O2得電子結(jié)合H+得到H2O,碳棒a為負(fù)極,F(xiàn)eSx在硫氧化菌的作用下被氧化為S,S在硫氧化菌的作用下被氧化為硫酸根離子。由以上分析可知b極為正極,a極為負(fù)極,正極的電勢(shì)高于負(fù)極,A正確;光照強(qiáng)度增強(qiáng),光合作用越強(qiáng),產(chǎn)生的氧氣越多,電池的輸出功率越大,即光照強(qiáng)度對(duì)電池的輸出功率有影響,B錯(cuò)誤;b為正極,光合菌產(chǎn)生的O2得電子結(jié)合H+得到H2O,電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O,C正確;酸性增強(qiáng)不利于菌落存活,負(fù)極失電子發(fā)生的氧化反應(yīng)會(huì)減慢,故工作一段時(shí)間后,電池效率降低,D正確。]10.一種新型鎂硫電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A.使用堿性電解質(zhì)水溶液B.放電時(shí),正極反應(yīng)包括3Mg2++MgS8-6e-=4MgS2C.使用的隔膜是陽(yáng)離子交換膜D.充電時(shí),電子從Mg電極流出C[Mg為活潑金屬,所以放電時(shí)Mg被氧化,Mg電極為負(fù)極,聚合物電極為正極。堿性電解質(zhì)水溶液中負(fù)極生成的Mg2+會(huì)生成Mg(OH)2沉淀,降低電池效率,A錯(cuò)誤;放電時(shí)為原電池,原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng),則正極反應(yīng)包括3Mg2++MgS8+6e-=4MgS2,B錯(cuò)誤;據(jù)題圖可知Mg2+要通過隔膜移向正極參與電極反應(yīng),所以使用的隔膜是陽(yáng)離子交換膜,C正確;放電時(shí)Mg電極發(fā)生氧化反應(yīng),充電時(shí)Mg電極得電子發(fā)生還原反應(yīng),即電子流入Mg電極,D錯(cuò)誤。]11.我國(guó)科學(xué)家開發(fā)出了Zn-NO電池系統(tǒng),該電池同時(shí)具有合成氨和對(duì)外供電的功能,其工作原理如圖所示,下列說法中錯(cuò)誤的是()A.電極電勢(shì):Zn/ZnO電極<MoS2電極B.Zn/ZnO電極的反應(yīng)式為Zn+2OH--2e-=ZnO+H2OC.電池工作一段時(shí)間后,正極區(qū)溶液的pH減小D.電子流向:Zn/ZnO電極→負(fù)載→MoS2電極C[A項(xiàng),Zn/ZnO電極為負(fù)極,MoS2電極為正極,正極電勢(shì)高于負(fù)極電勢(shì),A正確;B項(xiàng),Zn/ZnO電極的反應(yīng)式為Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,B正確;C項(xiàng),MoS2電極區(qū)NO+5e-+5H+=NH3+H2O消耗的H+源于雙極膜解離出的H+,且產(chǎn)生的NH3會(huì)部分溶解,所以正極區(qū)溶液的pH不會(huì)降低,C錯(cuò)誤;D項(xiàng),電子流向:負(fù)極→負(fù)載→正極,D正確。]12.某興趣小組為了探究鋁電極在電池中的作用,設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下系列實(shí)驗(yàn),結(jié)果記錄如下:編號(hào)電極材料電解質(zhì)溶液電流計(jì)指針偏移方向1Mg、Al稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀鹽酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg5Al、Cu濃硝酸偏向Al注:①實(shí)驗(yàn)均為常溫下完成;②電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)檎龢O方向。試根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完成下列問題:(1)實(shí)驗(yàn)1、2中Al所作的電極(指正極或負(fù)極)(填“相同”或“不同”)。(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)3完成下列填空:①Al為極,電極反應(yīng)式為。②石墨為極,電極反應(yīng)式為

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