课件 高考化学一轮复习第七单元 化学反应与能量 第二十七讲　原电池　化学电源

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第27讲 原电池　化学电源
考点一　原电池的工作原理考点二　化学电源经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点一　原电池的工作原理
1. 原电池及组成条件
2. 两种原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[微点拨] 盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼脂。(2)原电池装置中盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:①连接内电路,通过离子的定向移动,构成闭合回路;②隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;③维持电极区溶液的电荷平衡。
(1)电子方向:从　　　极流出沿导线流入　 极。 (2)电流方向:从　　　极沿导线流向　　　极。 (3)离子迁移方向:电解质溶液中,阴离子向　　　极迁移,阳离子向　　　极迁移。 
3. 原电池中的三个移动方向
(1)比较金属的活动性强弱原电池中,活动性较强的金属一般作　　　　,活动性较弱的金属(或导电的非金属)一般作　　　　。  (2)加快化学反应速率氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护将需要保护的金属制品作原电池的　　　　而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀,可用导线将其与一块　　　　　　　　　　　　　　相连,　　　　作原电池的负极。  
比铁活泼的常见金属如锌块
4. 原电池原理的四大应用
(4)设计制作原电池装置如根据Cu+2Ag+ = Cu2++2Ag设计原电池:
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)常温下CuO+H2SO4 = CuSO4+H2O能自发进行,故可以设计成原电池(　)(2)因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,必是铁作负极、铜作正极(　)(3)在原电池中,正极本身一定不参加电极反应,负极本身一定要发生氧化反应(　)
[解析] (2)铁在浓硝酸中会发生钝化,失去与硝酸反应的机会,不能作负极,而活动性弱的铜可与浓硝酸发生反应,铜作负极。
[解析] (3)燃料电池中正、负极(如Pt电极)不参加反应,而是燃料参加反应。
(4)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与稀硫酸反应效果更佳(　)(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动(　)(6)某原电池反应为Cu+2AgNO3 = 2Ag+Cu(NO3)2,装置中的盐桥内可以是含琼脂的饱和KCl溶液(　)
[解析] (5)原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
[解析] (6)盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
2.[2024·安徽淮北名校联盟联考] 下列各组装置中能形成原电池的是( 　)　　
[解析] 两电极活泼性不同,能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应,而且形成了闭合回路,符合原电池的构成条件,能形成原电池,A正确;乙醇、蔗糖都是非电解质,不能形成原电池,B、C错误;铂和碳都不能和氢氧化钠溶液反应,不能自发地发生氧化还原反应,不能形成原电池,D错误。
题组一　原电池的组成及工作原理
1.用如图所示装置探究原电池的工作原理,下列说法错误的是(　 )A.甲图中锌片质量减轻,铜棒上有气体产生B.乙图中正极上发生的反应为2H++2e- = H2↑C.丙图中锌片上发生氧化反应,溶液中的Cu2+向铜电极移动D.若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等,则两装置中还原产物的质量比为1∶32
[解析] 甲图中没有形成完整的回路,不能形成原电池,锌与稀硫酸发生反应,锌的质量减轻,锌片上有气泡产生,A错误;乙图中构成原电池,铜为正极,溶液中的氢离子在正极发生还原反应,电极反应式为2H++2e- = H2↑,B正确;
丙图中构成原电池,活泼金属锌作负极,发生氧化反应,铜为正极,溶液中的Cu2+向正极移动,C正确;乙图与丙图中负极反应相同,都为Zn-2e- = Zn2+,乙图与丙图中正极上的反应分别为2H++2e- = H2↑、Cu2++2e- = Cu,若乙图与丙图锌片减轻的质量相等,即失去电子的物质的量相等,依据得失电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比为2∶64=1∶32,D正确。
2.[2024·山东实验中学模拟] 实验小组中甲同学按图完成实验,发现电流表指针偏转,乙同学将图中盐桥(装有含氯化钾饱和溶液的琼脂)换成U形铜丝代替盐桥,发现电流表指针也发生偏转,以下说法正确的是(　 )A.甲同学实验过程中,ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变B.甲同学实验过程中,锌片被氧化,铜片被还原C.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯仍形成原电池D.乙同学将盐桥换成铜丝后,左侧烧杯ZnSO4溶液中Zn2+移向Zn片
[解析] 甲同学的实验中,Zn作负极,失去电子变成Zn2+进入溶液,则盐桥中的氯离子向负极移动以保持溶液的电中性,硫酸锌溶液中的阴离子浓度增大,A错误;甲同学的实验中,Zn被氧化,铜离子被还原为Cu,B错误;乙同学将盐桥换成铜丝后,右侧烧杯中两个电极都是Cu,左侧烧杯中电极是Zn和Cu,根据原电池的构成条件推测,左池为原电池,C正确;左侧烧杯中形成原电池,阳离子移向正极,铜是正极,则ZnSO4溶液中Zn2+移向铜丝,D错误。
【规律小结】 判断原电池正、负极的五种方法
(1)在原电池中,把发生氧化反应的电极称为负极,把发生还原反应的电极称为正极。(2)原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成“活泼电极一定作负极”的思维定式。
题组二　原电池原理的应用
3.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　 )A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>cD.a>b>d>c
[解析] 把四个实验从左到右分别编号为①②③④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气泡产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d作原电池负极,c作正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综上所述可知活动性:d>a>b>c。
4.某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I- = 2Fe2++I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。回答下列问题:(1)画出设计的原电池装置图,并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
[答案] (1)如下图(答案合理即可)
[解析] (1)先分析氧化还原反应,找出正、负极反应,即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为　　　　　　　。  (3)反应达到平衡时,外电路导线中　　　　(填“有”或“无”)电流通过。  (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中的电极变为　　　(填“正”或“负”)极。  
[解析] (2)发生氧化反应的电极是负极,负极上I-失电子变成I2。(3)反应达到平衡时,无电子移动,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,该溶液中的电极变为负极。
2I--2e- = I2
【方法点拨】 原电池设计步骤
1. 一次电池(放电后不可再充电)
Zn+2OH--2e- = Zn(OH)2
MnO2+H2O+e- = MnOOH+OH-　
Zn+2OH--2e- = ZnO+H2O　
Ag2O+H2O+2e- = 2Ag+2OH-
2. 二次电池(放电后可再充电使活性物质获得再生,重复使用)
铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其正极材料为PbO2,负极材料为Pb,电解质溶液为稀H2SO4溶液。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2H2O(l)+2PbSO4(s)二次电池中,放电时电池的负极,在充电时连接外接电源的负极;放电时电池的正极,在充电时连接外接电源的正极。
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
H2-2e- = 2H+
H2+2OH--2e- = 2H2O
O2+4H++4e- = 2H2O
O2+2H2O+4e- = 4OH-
2H2+O2 = 2H2O
(2)以CO为燃料气,请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。
O2+4e-+4H+ = 2H2O
CO-2e-+H2O = CO2+2H+
2CO+O2 = 2CO2
O2+4e-+2H2O = 4OH-
O2+4e- = 2O2-
CO-2e-+O2- = CO2
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(　)(2)若使反应Fe+2Fe3+ = 3Fe2+以原电池方式进行,可用锌、铁作电极材料(　)
[解析] (2)反应Fe+2Fe3+ = 3Fe2+以原电池方式进行,若锌、铁作电极材料,则发生的反应不再是原反应,而是反应Zn+2Fe3+ = 2Fe2++Zn2+。
[解析] (1)燃料电池工作时,并不是燃料在电池中燃烧,而是化学能直接转化为电能。
[解析] (3)碱性条件下负极反应为H2-2e-+2OH- = 2H2O。
2.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　 )A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O = 2Ag+2OH-C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
[解析] Zn比Cu活泼,形成原电池时,Zn作负极,电极反应式为Zn-2e- = Zn2+;Cu作正极,电极反应式为2H++2e- = H2↑,故Cu电极附近溶液中H+浓度减小。
1.Li-FeS2电池结构如图所示。已知放电时的反应为4Li+FeS2 = Fe+2Li2S。下列说法正确的是(　 )A.Li为电池的正极B.电池工作时,Li+向负极移动C.正极的电极反应式为FeS2+4e- = Fe+2S2-D.将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液,电池性能更好
2.[2022·湖南卷] 海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　 )A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e- = 2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
[解析] M极上Li失去电子发生氧化反应,则M极为负极,电极反应式为Li-e- = Li+,N极为正极,发生还原反应,据此分析解答。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作电解质溶液,A正确;海水呈弱碱性,有溶解氧,发生的电极反应可能为O2+2H2O+4e- = 4OH-,B错误;Li是活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷可防止水和Li接触,且玻璃陶瓷也可传导Li+,使M极产生的Li+向正极移动,形成闭合回路,C正确;该电池不可充电,属于一次电池,D正确。
【方法技巧】 化学电源中电极反应式的书写方法(1)拆分法①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu = 2Fe2++Cu2+。②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应,正极:2Fe3++2e- = 2Fe2+;负极:Cu-2e- = Cu2+。
(2)加减法①写出总反应,如xLi+Li1-xMn2O4 = LiMn2O4。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式相减(保证消去Li),得到另一个电极的反应式,即Li1-xMn2O4+xLi++xe- = LiMn2O4(正极)。
题组二　新型可充电电池
3.[2022·辽宁卷] 某储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　 )A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- = NaTi2(PO4)3+2Na+B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1 ml电子,理论上CCl4吸收0.5 ml Cl2D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
[解析] 放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- = NaTi2(PO4)3+2Na+,正极反应:Cl2+2e- = 2Cl-,消耗氯气,放电时,阴离子移向负极,充电时阳极反应:2Cl--2e- = Cl2↑,由此解析。放电时负极失电子,发生氧化反应,电极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- = NaTi2(PO4)3+2Na+,故A正确;放电时,阴离子移向负极,故放电时Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl溶液中迁移,故B错误;放电时正极反应为Cl2+2e- = 2Cl-,每转移1 ml电子,理论上CCl4释放0.5 ml Cl2,故C错误;充电过程中,阳极反应为2Cl--2e- = Cl2↑,消耗氯离子,NaCl溶液浓度减小,故D错误。
5.以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(　　)A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 ml O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
[解析] 碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH = 2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2 = N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH = 2K2CO3+N2+6H2O。放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池中KOH的物质的量减小,B错误;
6.(1)甲烷燃料电池有多种,请写出在不同环境下的电极反应式。①固体电解质(高温下能传导O2-)时的负极、正极反应式:　 、 　 。  ②熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的负极、正极反应式:　 、 　 。  (2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水,利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池,请写出该电池的负极、正极反应式:　　　　　　　 　　　　　、　　　　　　　　　　　。  
CH4-8e-+4O2- = CO2+2H2O
N2H4-4e-+4OH- = 4H2O+N2
1. [2023·广东卷] 负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是( 　)A.Ag作原电池正极B.电子由Ag经活性炭流向PtC.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e- = 4OH-D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 ml Cl-
[解析] Ag失去电子发生氧化反应,作原电池负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e- = 2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L的O2,转移电子2 ml,依据负极反应Ag-e-+Cl- = AgCl,可知最多去除2 ml Cl-,D错误。
2. [2023·新课标全国卷] 一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　 )A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2+由负极向正极迁移C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O = ZnxV2O5·nH2OD.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe- = xZn2++V2O5+nH2O
[解析] 由题意可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,则Zn为负极,V2O5为正极,故A项正确;Zn2+为阳离子,放电时阳离子由负极向正极迁移,故B项正确;充电过程为放电过程的逆过程,充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O = xZn+V2O5+nH2O,故C项错误;放电时正极反应为xZn2++V2O5+nH2O+2xe- = ZnxV2O5·nH2O,则充电时阳极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- = xZn2++V2O5+nH2O,故D项正确。
1. [2022·广东卷] 科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如下图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e- = Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　)A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1 ml Cl2,电极a质量理论上增加23 g
[解析] 据题中已知信息可知,充电时,电极b的反应式为2Cl--2e- = Cl2,则充电时电极b为阳极,A错误;由充电时的电极反应式可知,充电、放电过程,NaCl溶液的pH没有发生变化,B错误;
由充电时的电极反应式可知,放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3+Cl2 = 2Cl-+2Na++NaTi2(PO4)3,显然NaCl溶液的浓度增大,C正确;每生成1 ml Cl2, 转移2 ml电子,电极a有1 ml NaTi2(PO4)3转化为Na3Ti2(PO4)3,故电极a理论上增加的质量为2 ml×23 g·ml-1=46 g,D错误。
3. 如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是(　　)A.放电时,M电极反应为Ni-2e- = Ni2+B.放电时,Li+由M电极向N电极移动C.充电时,M电极的质量减小D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- = 3Li++Bi
[解析] 由题干信息可知,放电时,M极由于Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极作负极,电极反应式为Li-e- = Li+,N极为正极,电极反应式为3Li++3e-+Bi = Li3Bi。由分析可知,放电时,M电极反应为Li-e- = Li+,A项错误;由分析可知,放电时,M极为负极,N极为正极,故Li+由M电极向N电极移动,B项正确;由二次电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,M电极的电极反应为Li++e- = Li,故电极质量增大,C项错误;充电时,N电极反应为Li3Bi-3e- = 3Li++Bi,D项错误。
4. 锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)A.放电时,N极为正极B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e- = ZnD.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
[解析] 由图可知,放电时N极作正极,电极反应式为Br2+2e- = 2Br-,A正确;放电时,M极作负极,电极反应式为Zn-2e- = Zn2+,锌离子的浓度增大, ZnBr2的浓度增大,B错误;充电时M极作阴极,电极反应式为Zn2++2e- = Zn,C正确;由电池工作原理图可知,隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过,D正确。
5. CO2/HCOOH循环在氢能的储存、释放、燃料电池等方面具有重要应用。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。(1)电池负极的电极反应式为　 　;放电过程中需补充的物质A为　 　(填化学式)。 
(2)如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为　 　。 
考点一 原电池原理及应用
[解析] 图甲为原电池装置,铜为正极,氢离子得电子生成氢气,电极反应式是2H++2e- = H2↑,A正确;图乙装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜电极为负极,铬电极为正极,负极反应式为Cu-2e- = Cu2+,B正确;
2. 结合下图判断,下列说法正确的是(　 )A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e- = Fe2+B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e- = 4OH-C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D.放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
[解析] 装置Ⅰ中Zn作负极,电极反应式为Zn-2e- = Zn2+;装置Ⅱ中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e- = Fe2+,A错误。装置Ⅰ中Fe作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-;装置Ⅱ中Cu作正极,电极反应式为2H++2e- = H2↑,B错误。
装置Ⅰ的盐桥中阳离子向左侧烧杯移动,装置Ⅱ的盐桥中阳离子向右侧烧杯移动,以保持烧杯中电解质溶液呈电中性,C错误。装置Ⅰ左侧烧杯中Fe电极反应生成OH-,装置Ⅱ右侧烧杯中Cu电极反应消耗H+,故两烧杯中溶液的pH均增大,D正确。
3. 如图所示原电池装置中,用盐桥连接两烧杯中的电解质溶液。盐桥中阳、阴离子的电迁移率应尽可能地相近(电迁移率用μ∞表示,单位:m2·s-1·V-1)。下列有关说法不正确的是( 　)已知:左、右烧杯中溶液体积相同A.盐桥中的电解质可以为KNO3B.盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中C.电流表读数不变时,向右侧烧杯中加入硫酸铁固体,指针会继续偏转D.电池反应一段时间后,测得左侧溶液中c(Fe2+)增加了0.01 ml·L-1,则右侧溶液中c(Fe2+)为0.07 ml·L-1
铁电极发生的反应为Fe-2e- = Fe2+,石墨电极发生的反应为Fe3++e- = Fe2+,当铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.01 ml·L-1时,根据得失电子守恒可计算得出石墨电极增加的c(Fe2+)为0.02 ml·L-1,原溶液中c(Fe2+)为0.05 ml·L-1,故反应后c(Fe2+)=0.02 ml·L-1+0.05 ml·L-1=0.07 ml·L-1,D正确。
[解析] 原电池中,负极金属的活动性一般强于正极金属,Zn比Fe活泼,形成原电池时Zn作负极,A、C均错误;
4. 根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时,下列各项中合理的是(　 )
使用盐桥,形成双液原电池时,为得到稳定电流,正极、负极半电池中电解质溶液一般是电极金属材料形成的盐溶液,D错误,B正确。
5. [2023·山东德州三模] 我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池,其结构如图所示,该电池既能实现乙炔加氢又能提供电能,下列说法正确的是(　 )A.OH-通过阴离子交换膜向a电极移动B.左侧极室中c(KOH)减小C.a电极的电极反应式为C2H2+2H2O+2e- = C2H4+2OH-D.每转移2 ml e-,右侧极室中溶液质量增大34 g
[解析] b电极中锌变为氧化锌,Zn元素化合价升高,则b电极为负极,则OH-通过阴离子交换膜向b电极移动,A错误;左侧极室中a电极的电极反应式为C2H2+2H2O+2e- = C2H4+2OH-,若有2 ml电子转移,从左室迁移到右室的氢氧根离子为2 ml,反应生成的氢氧根离子为2 ml,左室内氢氧根离子数目不变,但溶液体积减小,c(KOH)增大,B错误,C正确;每转移2 ml e-,有2 ml OH-移动到右侧极室,根据Zn-2e-+2OH- = ZnO+H2O,则右侧极室中溶液质量增大为1 ml H2O的质量即18 g,D错误。
6. 科学家对新型Li-CO2电化学系统研究发现,用碳化钼(M2C)作Li极催化剂时CO2的放电产物为Li2C2O4,装置如图所示,下列说法不正确的是(　 )A.该电化学储能系统中Li极作为负极B.该电池最好选用Li2C2O4水溶液作为电解质溶液C.CO2放电的电极反应式为2CO2+2e-+2Li+ = Li2C2O4D.电池“吸入”CO2时将化学能转化为电能
[解析] 由题图可知,用碳化钼(M2C)作Li极催化剂时CO2的放电产物为Li2C2O4,Li元素价态升高,Li极为负极,CO2通入一极为正极。由分析可知,Li极作负极,故A正确;Li能与水反应,不能选择水溶液作电解质溶液,故B错误;根据上述分析,CO2通入一极作正极,得到电子发生还原反应,则CO2放电的电极反应式为2CO2+2e-+2Li+ = Li2C2O4,故C正确;根据原电池原理分析,电池“吸入”CO2时即CO2放电参加反应,将化学能转化为电能,故D正确。
7. [2023·山东菏泽二模] 硅锰原电池是一种新型电池,因其供电稳定,储存量丰富而备受关注。硅锰原电池工作原理如图所示。下列说法正确的是( 　)A.质子交换膜换成阴离子交换膜,电解液换成NaOH溶液,电池的电流更平稳B.Si@C电极上发生的电极反应为Si+2H2O+4e- = SiO2+4H+C.放电过程中负极区溶液pH减小,正极区溶液pH增大D.导线上每通过1 ml e-,正极区溶液质量增加28.5 g
10. NaBH4-H2O2 燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列有关 NaBH4-H2O2 燃料电池的说法错误的是(　 )A.b 为正极,电极反应式为H2O2+2e- = 2OH-B.放电过程中,a 极区 B 元素被氧化C.放电过程中,b 极区 NaOH 浓度增大D.电池中的离子交换膜为阳离子交换膜
[解析] NaBH4-H2O2 燃料电池中,H2O2 是氧化剂,在正极得到电子被还原,b为正极,电极反应式为H2O2+2e- = 2OH-,A正确;NaBH4为还原剂,在负极失去电子,呈-1价的H被氧化, B不正确;放电过程中,b 极区产生氢氧根离子,钠离子透过离子交换膜向正极移动,则b极区 NaOH 浓度增大,C正确;左侧钠离子进料量大于出料量,右侧钠离子出料量大于进料量,钠元素守恒,则电池中的离子交换膜为阳离子交换膜,D正确。
11. 我国科学家成功研制出CO2/Mg二次电池,在潮湿条件下的放电反应为3CO2+2Mg+2H2O = 2MgCO3·H2O+C,模拟装置如图所示(已知放电时,Mg2+由负极向正极迁移)。下列说法正确的是(　 )A.充电时,Mg电极接外电源的正极B.放电时,电子由镁电极经电解质溶液流向石墨电极C.充电时,阳极的电极反应式为2MgCO3·H2O+C-4e- = 3CO2↑+2Mg2++2H2OD.放电时,CO2在正极被还原,每消耗6.72 L CO2转移电子的物质的量为1.2 ml
[解析] 由原理可知,放电时Mg作负极,电极反应式为Mg-2e- = Mg2+,石墨作正极,电极反应式为3CO2+2Mg2++2H2O+4e- = 2MgCO3·H2O+C。充电时,Mg作阴极,接外电源的负极,A错误;放电时为原电池,电子经导线由负极传导到正极,不能进入电解质溶液,B错误;充电时,石墨作阳极,电极反应式为2MgCO3·H2O+C-4e- = 3CO2↑+2Mg2++2H2O,C正确;放电时,CO2在正极被还原为C,C元素由+4价变为0价,未指明6.72 L CO2是否处于标准状况下,不能确定转移电子数,D错误。
13. [2023·湖北名校联盟联考] 一种可充电的锌锰分液电池,其结构如图所示,下列说法不正确的是(　 )A.放电时,正极反应为MnO2+4H++2e- = Mn2++2H2OB.充电时,Zn作阴极:[Zn(OH)4]2-+2e- = Zn+4OH-C.离子交换膜a和b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜D.充电过程中K2SO4溶液的浓度逐渐降低
[解析] 放电时,Zn是负极,MnO2是正极,正极反应为MnO2+4H++2e- = Mn2++2H2O,A正确;放电时,Zn是负极,充电时,Zn作阴极,阴极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e- = Zn+4OH-,B正确;
14. [2023·河北唐山一模] 水系可逆Zn-CO2电池在工作时,复合膜(由a、b膜复合而成,a膜只允许H+通过,b膜只允许OH-通过)层间的H2O解离成H+和OH-,在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时,Zn-CO2电池工作原理如图所示,下列说法正确的是(　 )A.闭合K1时,右侧电极反应式为CO2+2H++2e- = HCOOHB.闭合K1时,电池工作一段时间,复合膜两侧溶液的pH左侧升高右侧降低C.闭合K2时,OH-从复合膜流向Zn电极D.闭合K2时,每生成65 g Zn,同时生成11.2 L CO2气体
[解析] 闭合K1时,Pd电极上物质转化为CO2→HCOOH,则Pd电极反应为CO2+2H++2e- = HCOOH,A正确;闭合K1时,Zn电极反应为Zn+4OH--2e- = [Zn(OH)4]2-,复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,移动向两极的H+和OH-的物质的量相等,两电极转移电子数相等,则右侧消耗H+少,左侧消耗OH-多,还要额外消耗KOH溶液中的OH-,故复合膜两侧溶液的pH左侧降低,右侧不变,B错误;闭合K2时,该装置为电解池,左侧为阴极,右侧为阳极,H+通过a膜流向Zn电极,C错误;没有指明气体是否为标准状况,无法计算CO2的体积,D错误。
15. [2023·广东汕头一模] 我国科学家利用Zn-BiOI电池,以ZnI2水溶液作为锌离子电池的介质,可实现快速可逆的协同转化反应。如图所示,放电时该电池总反应为3Zn+6BiOI = 2Bi+2Bi2O3+3ZnI2。下列说法正确的是( 　)A.放电时,BiOI为负极,发生氧化反应B.放电时,1 ml BiOI电极参与反应,转移3 ml e-C.充电时,Zn2+通过阳离子交换膜从Zn电极移向BiOI电极D.充电时,阳极发生反应:Bi+Bi2O3+3I--3e- = 3BiOI
[解析] 由总反应可知,放电时,Zn为负极,发生氧化反应,A错误;6 ml BiOI参加反应生成2 ml Bi时转移6 ml电子,则1 ml BiOI参与反应,转移1 ml e-,B错误;充电时,Zn电极作阴极,BiOI电极作阳极,溶液中阳离子向阴极移动,则Zn2+通过阳离子交换膜从BiOI电极移向Zn电极,C错误;充电时的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI2 = 3Zn+6BiOI,阳极发生反应为Bi+Bi2O3+3I--3e- = 3BiOI,D正确。
16. [2023·湖北七州联考] 一种新型AC/LiMn2O4体系,在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景,其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量之比1∶2反应合成),高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极,Li2SO4溶液作电解液,充电、放电的过程如图所示:下列说法正确的是(　 )A.合成LiMn2O4的过程中可能有O2产生B.放电时正极的电极反应式为LiMn2O4+xe- = Li(1-x)Mn2O4+xLi+C.充电时AC极应与电源正极相连D.可以用Na2SO4溶液代替Li2SO4溶液作电解液