高考化学考点一遍过考点34 化学电源

1．电池的分类： 2．常见的化学电源 （1）一次电池 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 装置 电极 反应 负极：Zn−2e− Zn2+ 正极：2 + 4NH +2MnO2+2e− 2NH3+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2MnO2+2 + 4NH Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O 负极：Zn+2OH−−2e− Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2e− 2MnOOH +2OH− 总反应： Zn + 2MnO2+2H2O 2MnOOH+ Zn(OH)2 特点 优点：制作简单，价格便宜； 缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短， 放电后电压下降较快 优点：克服了普通锌锰干电池的缺点，单 位质量所输出的电能多且储存时间长，适 用于大电流和连续放电 （2）二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池 ① 放电时的电极反应 负极：Pb(s)+ 2 4SO  (aq)−2e− PbSO4(s) (氧化反应) 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+ 2 4SO  (aq)+2e− PbSO4(s)+2H2O(l) (还原反应) 总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) ② 充电时的电极反应 阴极：PbSO4(s)+2e− Pb(s)+ 2 4SO  (aq) (还原反应) 阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)−2e− PbO2(s)+4H+(aq)+ 2 4SO  (aq) (氧化反应) 总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) （3）燃料电池 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的优点：能量转换率高、 废弃物少、运行噪音低。 A、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 装置 电池总反应 2H2+O2 2H2O 介 质 酸性 (H+) 负极：2H2−4e− 4H+ 正极：O2+4H++4e− 2H2O 中性 (Na2SO4) 负极：2H2−4e− 4H+ 正极：O2+2H2O+4e− 4OH− 碱性 (OH−) 负极：2H2+4OH−−4e− 4H2O 正极：O2+2H2O+4e− 4OH− B、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质： ①碱性电解质(KOH 溶液为例) 总反应式：2CH3OH + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2 + 12e− + 6H2O===12OH− 负极的电极反应式为：CH3OH – 6e− +8OH− === CO32−+ 6H2O ②酸性电解质(H2SO4溶液为例) 总反应：2CH3OH +3O2 ===2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e−+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH3OH −12e−+2H2O ===12H++ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同。 C、甲烷燃料电池[来源:学#科#网] 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为 KOH，生成的 CO2还要与 KOH 反应生成 K2CO3，所 以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2=== K2CO3+3H2O。 负极发生的反应：CH4− 8e− +8OH−===CO2 + 6H2O、CO2 + 2OH−===CO32− + H2O，所以： 负极的电极反应式为：CH4 +10OH− + 8e− === CO32− + 7H2O 正极发生的反应有：O2 + 4e− ===2O2−和 O2− + H2O === 2OH−，所以： 正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e− === 4OH− 说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式。 D、铝—空气—海水电池 我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝 不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。 电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。 负极的电极反应式为：4Al−12e−===4Al3+ 正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e−===12OH− 总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3 说明：铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积。 考向一 燃料电池 典例 1 科学家设计出质子膜 H2S 燃料电池，实现了利用 H2S 废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜 H2S 燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是 A．电极 a 为电池的负极 B．电极 b 上发生的电极反应为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．电路中每流过 4 mol 电子，在正极消耗 44.8 L H2S D．每 17 g H2S 参与反应，有 1 mol H＋经质子膜进入正极区 【答案】C 1．糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC)，它使用便宜的酶代替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生 电流。下列有关判断不合理的是 A．该电池不宜在高温下工作 B．若该电池为酸性介质，正极反应式为 O2+4e−+4H+===2H2O C．放电过程中，电池内阳离子向正极迁移 D． 若该电池为碱性介质，以葡萄糖为原料并完全氧化，负极反应式为 C6H12O6−24e−+6H2O===6CO2↑+ 24H+ 燃料电池电极反应书写的注意事项 （1）燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还 原反应，可根据电荷守恒来配平。 （2）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。 （3）燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成 OH−，碱性溶液中不能生成 H+；水溶液中不能生成 O2−，而熔融电解质中 O2 被还原为 O2−。 （4）正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产 物与电解质溶液反应的叠加反应。 考向二 新型电池 典例 1 研究人员最近发明了一种“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：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有关“水”电池在海水中 放电时的说法中正确的是 A．正极反应式为 Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成 1 mol Na2Mn5O10 转移 2 mol 电子 C．Na＋不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl 是还原产物 【答案】B 2．现在污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其原理如图所示， 下列说法正确的是 A．电流方向从 B 极沿导线经小灯泡流向 A 极 B．A 极的电极反应式为 +e− Cl−+ C．当外电路中有 0.2 mol e−转移时，通过质子交换膜的 H+的个数为 0.2NA D．B 极为电池的正极，发生还原反应 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 A．Li＋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： 2 2 8S O  ＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2 2 4SO  C．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 Li＋Fe3＋=== Li＋＋Fe2＋ 2．NO2、O2 和熔融 KNO3 可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物 Y， Y 可循环使用。下列说法正确的是 A．O2 在石墨Ⅱ附近发生氧化反应 B．该电池放电时 3NO 向石墨Ⅱ电极迁移 C．石墨Ⅰ附近发生的反应：3NO2 ＋2e－===NO＋2 3NO D．相同条件下，放电过程中消耗的 NO2 和 O2 的体积比为 4∶1[来源:Z.Com] 3．一种以 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 H2O2＋2e－===2OH－ B．电池放电时 Na＋从 a 极区移向 b 极区 C．电子从电极 b 经外电路流向电极 a D．b 极室的输出液经处理后可输入 a 极室循环利用 4．熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样化、余热利用价值高和 电池构造材料价廉等诸多优点，是未来的绿色电站。某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K2CO3 为电解 质、以 CH4 为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是 A．Li＋、K＋移向左侧电极 B．外电路中电子由右侧电极移向左侧电极 C．通入 1 mol 气体 A 时，左侧电极上生成 5 mol CO2 D．相同条件下通入气体 B 与气体 C 的体积比为 2∶1 5．“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 C＋O2===CO2 B．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．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(NH2)2] 转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是 A．M 电极有 CO2 和 N2 生成 B．H＋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 D．N 电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 7．斯坦福大学华人化学家戴宏杰率领的团队研制出一种可在一分钟内充满电的超常性能铝离子电池，该电 池采用新型石墨(Cn)和铝作电极， 4AlCl 和有机阳离子构成电解质溶液，已知负极电极反应式为 Al-3e-+7 4AlCl 4 2 7Al Cl 。下列说法不正确的是 A．充电时，该电池负极应连接外接电源的负极 B．放电时，电子从铝电极流出经过电解质溶液到达石墨电极 C．充电时，阳极的电极反应式为 Cn+ 4AlCl -e- CnAlCl4 D．放电时，电路中每转移 1 mol 电子，负极的质量就减轻 9 g 8．将 CH4 设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B 为多孔性碳棒)持续通入甲烷，在标准状 况下，消耗甲烷体积 V L。则下列说法正确的是 A．OH－由 A 端移向 B 端 B．0＜V≤22.4 L 时，电池总反应的化学方程式为 CH4 ＋ 2O2 ＋ KOH===KHCO3 ＋ 2H2O C．22.4 L＜V≤44.8 L 时，负极电极反应为 CH4 －8e－ ＋ 9 2 3CO  ＋3H2O===10 3HCO D．V＝33.6 L 时，溶液中阴离子浓度大小关系为 c( 2 3CO  )＞c( 3HCO )＞c(OH－) 9．（1）高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，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 ①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 F＝96 500 C·mol－1)。 ②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。 ③ 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_________________________。 1．[2018 新课标Ⅲ]一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2 与 Li+在多孔碳材料电极处生成 Li2O2-x（x=0 或 1）。下列说法正确的是 A．放电时，多孔碳材料电极为负极 B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C．充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D．充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+（1－ 2 x ）O2 2．[2018 新课标Ⅱ]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na—CO2 二次电池。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 ， 电 池 的 总 反 应 为 ： 3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 A．放电时，ClO4 －向负极移动 B．充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2[ C．放电时，正极反应为：3CO2+4e− ＝2CO32－+C[ D．充电时，正极反应为：Na++e−＝Na 3．[2017 新课标Ⅲ]全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工 作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨 烯的 S8 材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是 A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4 B．电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D．电池充电时间越长，电池中 Li2S2 的量越多 4．[2016·新课标Ⅲ]锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2Zn+O2+4OH−+2H2O 2 2 4Zn(OH)  。下列说法正确的是 A．充电时，电解质溶液中 K+向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中 c(OH−)逐渐减小 C．放电时，负极反应为：Zn+4OH−−2e− 2 4Zn(OH)  D．放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况) 5．[2016·四川]某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为： Li1−xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x