資源簡介

第2課時　化學電源
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.下列關于化學電源的敘述錯誤的是(　　)。
A.普通鋅錳電池中石墨棒為正極
B.鉛蓄電池中覆蓋著PbO2的電極板是負極板
C.氫氧燃料電池的正極是通入氧氣的電極
D.堿性鋅錳電池的比能量和儲存時間比普通鋅錳電池高
答案:B
解析:鉛蓄電池中覆蓋著PbO2的電極板為正極板,Pb板為負極板,B項錯誤。
2.茫茫黑夜中,航標燈為航海員指明了方向。航標燈的電源必須長效、穩定。我國科技工作者研制出以鋁合金、Pt-Fe合金網為電極材料的海水電池。在這種電池中(　　)。
①鋁合金是陰極　②鋁合金是負極　③海水是電解質溶液　④鋁合金電極發生還原反應
A.②③ B.②④
C.①② D.①④
答案:A
解析:海水電池,電極名稱為正極和負極,相對活潑的鋁合金作負極,發生氧化反應,海水是電解質溶液。
3.環境友好型鋁碘電池已研制成功,電解質溶液為AlI3溶液,已知電池總反應為2Al+3I22AlI3。下列說法不正確的是(　　)。
A.該電池負極的電極反應為Al-3e-Al3+
B.該電池的正極材料不能是鎂
C.消耗相同質量金屬,用鋰作負極時,產生電子的物質的量比鋁多
D.該電池的正極材料是碘
答案:D
解析:由總反應式知A項正確;由鎂比鋁活潑及鎂也能與I2反應知B項正確;轉移1 mol 電子消耗鋰、鋁的質量分別為7 g、9 g,C項正確;碘不是導體,故不能作電極材料,D項錯誤。
4.鋰電池是新一代高能電池,目前已研發出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應式為Li+MnO2LiMnO2。下列說法中正確的是(　　)。
A.Li是正極,MnO2是負極
B.放電時負極的反應:Li-e-Li+
C.電池放電時,正極發生氧化反應
D.電池放電時,產生高錳酸根離子
答案:B
解析:根據鋰電池的總反應式可知,Li作負極,發生氧化反應生成Li+;MnO2作正極,發生還原反應,生成Mn而不是高錳酸根離子Mn,A項、C項、D項錯誤,B項正確。
5.一種新型燃料電池,以鎳板為電極插入KOH溶液中,分別向兩極通入乙烷(C2H6)和氧氣,其中某一電極反應式為C2H6+18OH--14e-2C+12H2O。有關此電池的推斷不正確的是(　　)。
A.通入乙烷的電極為負極
B.放電一段時間后,KOH的物質的量濃度將下降
C.參加反應的O2與C2H6的質量比為32∶105
D.溶液中的OH-向負極移動
答案:C
解析:在燃料電池中,通入氧氣的一極為原電池的正極,發生還原反應,通入乙烷的電極為負極,發生氧化反應,A項正確;電池工作過程中,電池總反應為C2H6+4OH-+O22C+5H2O,反應消耗KOH,因此放電一段時間后,KOH的物質的量濃度將下降,B項正確;原電池中兩極上轉移的電子數相等,當有28 mol電子轉移時,正極上消耗7 mol O2,負極上消耗2 mol C2H6,二者的物質的量之比為7∶2,質量比為56∶15,C項錯誤;原電池中陰離子向負極移動,則溶液中的OH-向負極移動,D項正確。
6.某新型燃料電池利用民用燃氣為燃料,其工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)。
A.通入空氣的電極為該電池的正極
B.電池工作時,電子由b極經電解質流向a極
C.CO在b極發生的電極反應為CO-2e-+O2-CO2
D.相同狀況下,a極消耗1 L O2,理論上b極消耗2 L燃料
答案:B
解析:燃料電池中,通入空氣的電極為該電池的正極,A正確;電池工作時,電子由b極經外電路流向a極,B錯誤;CO在b極被氧化為CO2,電極反應式為CO-2e-+O2-CO2,C正確;H2、CO與O2發生反應生成H2O、CO2時,化學計量數之比均為2∶1,因此相同狀況下a極消耗1 L O2的同時,理論上b極消耗2 L燃料,D正確。
7.有人設計出利用CH4和O2反應,用鉑電極在KOH溶液中構成的原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒。下列說法中正確的是(　　)。
①每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol電子　②負極上CH4失去電子,電極反應式為CH4+10OH--8e-C+7H2O　③負極上是O2獲得電子,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-　④電池放電時,溶液pH不斷升高
A.①② B.①③
C.①④ D.③④
答案:A
解析:CH4在鉑電極上發生類似于CH4在O2中燃燒的反應,生成的CO2還與KOH反應生成K2CO3,電極反應式為CH4+10OH--8e-C+7H2O,1 mol CH4參加反應有8 mol電子發生轉移,O2在正極上發生反應,獲得電子,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-。雖然正極產生OH-,負極消耗OH-,但從總反應CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O可看出是消耗KOH,所以電池放電時溶液的pH不斷下降,故①②正確,③④錯誤。
8.一種由甲醇、氧氣和強堿溶液(作電解質)組成的新型手機電池,可持續使用一個月,其電池總反應式為2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O,則有關說法正確的是(　　)。
A.放電時CH3OH參與反應的電極為正極
B.放電時負極的電極反應式為CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
C.標準狀況下,通入5.6 L O2并完全反應后,有0.5 mol電子轉移
D.放電一段時間后,通入氧氣的電極附近溶液的pH降低
答案:B
解析:該原電池負極電極反應式為2CH3OH+16OH--12e-2C+12H2O,正極反應式為3O2+6H2O+12e-12OH-,A、D項錯誤,B項正確;C項應有1 mol電子轉移,C項錯誤。
9.鐵鉻氧化還原液流電池是一種低成本的儲能電池,電池結構如圖所示,工作原理為Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列說法一定正確的是(　　)。
A.電池充電時,b極的電極反應式為Cr3++e-Cr2+
B.電池放電時,b極的電極反應式為Fe2+-e-Fe3+
C.電池放電時,Cl-從b極穿過選擇性透過膜移向a極
D.電池放電時,電路中每通過0.1 mol電子,Fe3+濃度降低0.1 mol·L-1
答案:A
解析:放電時負極b發生氧化反應Cr2+-e-Cr3+,充電時該電極發生還原反應Cr3++e-Cr2+,A項正確,B項錯誤;放電時陰離子向負極b移動,C項錯誤;電池放電時,電路中每通過0.1 mol電子,Fe3+的物質的量減少0.1 mol,不知道溶液體積,無法得出濃度的變化,D項錯誤。
10.鉛酸蓄電池是常用的化學電源,其電極材料分別是Pb和PbO2,電解質溶液為稀硫酸,該電池工作時發生的總反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。試回答下列問題。
(1)鉛酸蓄電池的負極材料是　　　　　,正極反應為　 　　　　　　　　。
(2)電池工作時, 溶液中S移向　　　極。
(3)電池工作時,電解質溶液的pH　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)若有1 mol電子從某電極流出,則參加反應的H2SO4是　　　 mol,負極的質量變化是　　　(填“增大”或“減小”)　　 g。
答案:(1)Pb　PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
(2)負
(3)增大
(4)1　增大　48
解析:(1)蓄電池放電時是原電池。根據電池總反應及原電池原理,負極發生氧化反應,Pb為負極;正極PbO2發生還原反應,正極反應式為PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O。(2)原電池工作時,溶液中陰離子移向負極。(3)從電池總反應可知H2SO4參加反應,且生成H2O,所以溶液pH增大。(4)根據總反應式,若從負極流出1 mol電子,參加反應的H2SO4是1 mol,負極有0.5 mol Pb轉化為PbSO4,負極增大質量即為0.5 mol S的質量,即48 g。
能力提升
1.鎳氫電池是近年開發出來的可充電電池,它可以取代會產生鎘污染的鎳鎘電池。鎳氫電池的總反應式是H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根據此反應式判斷,下列敘述正確的是(　　)。
A.電池放電時,電池負極周圍溶液的堿性增強
B.電池放電時,鎳元素被氧化
C.電池放電時,氫元素被還原
D.電池放電時,氫氣是負極反應物
答案:D
解析:充電電池在放電時是一個電源(原電池),在電池的總反應式中從左到右是放電,根據發生氧化反應的是負極,發生還原反應的是正極,所以D正確,B、C錯誤;而H2作為電池的負極發生的反應是H2+2OH--2e-2H2O,溶液中應該是OH-濃度減小,所以A錯誤。
2.中國科學院綠色智能技術研究院設計出一種新型微生物電池,可消除水中碳水化合物的污染。其工作原理如圖所示,下列有關說法正確的是(　　)。
A.X電極為負極
B.Y電極上的電極反應式:Cm(H2O)n-4me-mCO2↑+(n-2m)H2O+4mH+
C.H+由左向右移動
D.有1 mol CO2生成時,消耗1 mol的MnO2
答案:B
解析:該裝置為原電池裝置,X電極上MnO2轉化成Mn2+,Mn元素的化合價降低,根據原電池工作原理,X電極為正極,Y電極為負極,A錯誤;Y電極為負極,C元素的平均化合價由0價升高為+4價,電極反應式為Cm(H2O)n-4me-mCO2↑+(n-2m)H2O+4mH+,B正確;根據原電池工作原理,H+由負極向正極移動,即H+由右向左移動,C錯誤;正極反應式為MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,建立關系式為2mMnO2~4me-~mCO2,有1 mol CO2生成時,消耗2 mol MnO2,D錯誤。
3.下面是四種燃料電池工作原理示意圖,其中正極反應生成水的是(　　)。
答案:C
解析:A項,正極反應生成O2-;B項,正極反應生成OH-;C項,正極反應生成H2O;D項,正極反應生成C。
4.新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結構如圖,該電池總反應為NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O。下列有關說法正確的是(　　)。
A.電池正極區的電極反應為B+8OH--8e-B+6H2O
B.電極B為負極,MnO2層的作用是提高原電池的工作效率
C.燃料電池每消耗3 mol H2O2,理論上電路中通過的電子數為6NA
D.燃料電池在放電過程中,Na+從正極區向負極區遷移
答案:C
解析:電池總反應為NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O,結合圖示,電極A反應為B-8e-+8OH-B+6H2O,電極A為負極,A錯誤;電極B反應式為H2O2+2e-2OH-,電極B為正極,B錯誤;H2O2中O元素的化合價由-1價降低為-2價,每消耗3 mol H2O2,理論上電路中通過電子的物質的量為6 mol,數目為6NA,C正確;燃料電池在放電過程中,陽離子Na+從負極區向正極區遷移,D錯誤。
5.(1)鋰水電池以金屬鋰和鋼板為電極材料,以LiOH為電解質,加入水即可放電,總反應為2Li+2H2O2LiOH+H2↑。
①鋰水電池放電時,OH-向　　極移動。
②寫出該電池放電時正極的電極反應:　　　　　　　　　　　　　。
(2)有學者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉化為重要的化工原料,其負極反應為　 。
(3)Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和石墨,電解質溶液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表示為4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
①電池的負極材料為　　　　,發生的電極反應為　　　　　　　　。
②電池正極發生的電極反應為　　　　　　　　　　　　　。
③組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行,原因是 　。
答案:(1)①負　②2H2O+2e-2OH-+H2↑
(2)SO2+2H2O-2e-S+4H+
(3)①Li　Li-e-Li+
②2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
③構成電池的電極材料Li能與氧氣、水反應,且SOCl2也與水反應
解析:(1)OH-是陰離子,一定向負極移動。正極是H2O中的H+得電子放出H2,
所以正極電極反應是2H2O+2e-2OH-+H2↑。
(2)負極失電子,化合價升高,SO2S,
故負極電極反應為SO2+2H2O-2e-S+4H+。
(3)分析反應的化合價變化,可得Li為還原劑,SOCl2為氧化劑。①負極材料為Li(還原劑),Li-e-Li+。②正極反應式可由總反應減去負極反應式得到: 2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。③因為構成電池的電極材料Li能與氧氣、水反應,且SOCl2也與水反應,故組裝該電池必須在無水、無氧條件下進行。
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第2課時　化學電源
一、化學電源的分類及其特點
1.化學電源的分類。
化學電源包括　一次電池　、　二次電池　和　燃料電池　等,它們都是根據　原電池　原理制成的。
2.化學電源的優點。
(1)　能量轉化　效率較高,供能穩定可靠。
(2)可以制成各種形狀、大小和　容量　不同的電池及電
池組。
(3)方便攜帶,易于維護等。
3.判斷一種電池優劣的主要標準——“兩看”。
(1)看電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少
(　比能量　)或輸出功率的大小(　比功率　)。
(2)看電池　可儲存時間　的長短。
二、一次電池
1.一次電池的特點。
放電后　不可再充電　。一次電池又叫干電池,其電解質溶液為　膠　狀,不流動。
2.一次電池的代表——堿性鋅錳電池。
(1)組成。正極:　MnO2　;負極:　Zn　;電解質: KOH 。
(2)工作原理。
負極反應:　Zn+2OH--2e- ==== Zn(OH)2　;
正極反應:MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-;
總反應:Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。
(3)特點:堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好,它的　比能量　和可儲存時間均有提高。
三、二次電池
1.二次電池的特點。
放電后可以再充電而反復使用的電池。二次電池又叫
　可充電　電池或蓄電池。
2.鉛酸蓄電池。
(1)負極板上覆蓋　Pb　,正極板上覆蓋　PbO2　,　稀硫酸　作電解質溶液。
(2)電池放電時的電極反應式如下。
負極:　Pb+ -2e- ==== PbSO4　;
正極:PbO2+4H++ +2e- ==== PbSO4+2H2O ;
總反應:Pb +PbO2 +2H2SO4══2PbSO4 +2H2O 。
電池的充電過程與其放電過程相反。
(3)鉛酸蓄電池的優缺點。
①優點:可重復使用、　電壓　穩定、使用方便、安全可靠、價格　低廉　,應用廣泛。
②缺點:　比能量　低、笨重。
3.新型蓄電池的特點。
小型　化、供電方便、　工作壽命　長、不需要維護等。
四、燃料電池
1.燃料電池的特點。
連續地將燃料和氧化劑的　化學　能直接轉化為　電　能。工作時,燃料和氧化劑連續地由　外部　供給并在　電極　上進行反應,生成物不斷地被排出,從而連續不斷地提供
　電能　。
2.基本構造及工作原理(以酸性氫氧燃料電池為例)。
負極反應:　2H2-4e- ==== 4H+　;
正極反應:　O2+4H++4e-====2H2O　;
總反應:2H2+O2══2H2O。
3.燃料電池的優點。
(1)將化學能轉化為電能的轉化率 高 ,超過80%,遠高于轉化率僅30%多的火力發電。
(2)污染　小　。
微思考 燃料電池與燃燒有什么區別 燃料電池的兩個電極材料是否必須不同
提示:燃料電池是將化學能轉化為電能,燃燒是將化學能轉化為熱能。燃料電池的兩個電極材料一般相同,常用石墨作電極。
微判斷 (1)廢舊電池中含汞、鎘、鉛、鎳等重金屬,隨意丟棄會污染環境,應對廢舊電池分類回收,集中處理。(　　)
(2)二次電池的充電反應和放電反應互為可逆反應。(　　)
(3)燃料電池工作時負極應不斷充入燃料,正極充入氧化劑,如O2。(　　)
(4)鉛酸蓄電池的負極反應式為Pb-2e-══Pb2+。(　　)
√
×
√
×
微訓練 1 .下列化學電源屬于綠色電池的是(　　)。
A.鉛酸蓄電池
B.鎳鎘電池
C.鋅錳電池
D.氫氧燃料電池
答案:D
解析:鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鋅錳電池都含有一些毒性很強的重金屬元素,若處理不當會造成土壤、水源的嚴重污染;氫氧燃料電池中反應產物是水,無污染。
2.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點,因而得到廣泛應用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀為電解質,電池總反應式為Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列說法錯誤的是(　　)。
A.電池工作時,鋅失去電子
B.電池正極的電極反應式為
MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-
C.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極
D.外電路中每通過0.2 mol電子,鋅的質量理論上減小6.5 g
C
解析:由所給電池的總反應式可知,電池工作時,每有1 mol Zn參加反應,失去2 mol電子,則會有2 mol電子從負極Zn經過外電路流向正極,并在正極發生反應:MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-,故外電路中每通過0.2 mol電子,鋅的質量就減小6.5 g。
3.電子表和電子計算器中所用的是紐扣式的微型鋅銀電池,其電極分別為Ag2O和Zn,電解質為KOH。工作時電池總反應式為Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2。
(1)工作時電流從　　　　(填“Ag2O”或“Zn”,下同)極流向
　　　　極。
(2)負極的電極反應式為　　　　　　　　　。
答案:(1)Ag2O　Zn　(2)Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2
解析:(1)在反應Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2中,由化合價變化可知Zn被氧化,應為原電池的負極,則正極為Ag2O,電子由負極流向正極,電流方向與電子流向相反。
(2)負極的電極反應式為Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2。
一、二次電池的工作原理
問題探究
高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池可長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
1.寫出該電池放電時的負極反應式。
提示:放電時負極反應為Zn-2e-+2OH-══Zn(OH)2。
2.根據該電池的總反應分析電池工作時,正極附近溶液的pH怎樣變化
提示:放電時正極附近生成OH-,堿性增強,pH變大。
3.給該電池充電時應該怎樣連接電極
提示:充電時該電池的正極接外接電源正極,負極接外接電源負極。
歸納總結
二次電池的充電過程與放電過程相反,放電時為原電池,充電時為電解池。充電時,電池的正極外接直流電源的正極,作陽極,電池的負極外接直流電源的負極,作陰極。同一電極上的電極反應式,充電與放電時在形式上恰好相反;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。歸納為
下圖:
典例剖析
【例1】鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池,放電時的總反應式為Fe+Ni2O3+3H2O══Fe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列有關該電池的說法不正確的是(　　)。
A.電池的電解質溶液為堿性溶液,正極為Ni2O3,負極為Fe
B.電池放電時,負極反應式為Fe+2OH--2e-══Fe(OH)2
C.電池充電過程中,陰極附近溶液的pH降低
D.電池充電時,陽極反應式為2Ni(OH)2+2OH--2e-══Ni2O3+3H2O
C
解析:因為放電時的反應中有氫氧化物生成,故電解質溶液是堿性溶液,因為鐵的化合價升高,鎳的化合價降低,故Fe是負極, Ni2O3是正極,故A和B均正確;充電時的陰極反應式為Fe(OH)2+2e-══Fe+2OH-,故此時陰極附近溶液的pH增大,故C錯誤;根據所給的放電時的電池反應可推知D正確。
學以致用
1.關于鉛酸蓄電池的說法正確的是(　　)。
A.放電時,正極發生的反應是Pb+ -2e-══PbSO4
B.放電時,該電池的負極材料是鉛板
C.充電時,電池中硫酸的濃度不斷減小
D.充電時,陽極發生的反應是PbSO4+2e-══Pb+
答案:B
解析:A項中電池放電時正極應發生還原反應,電極反應為PbO2+4H++ +2e-══PbSO4+2H2O;C項中電池充電時硫酸的濃度應不斷增大;D項中電池充電時陽極應發生氧化反應。
2.鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染,且鎂電池放電時電壓高而平穩,因而越來越成為人們研制綠色電池所關注的焦點。其中一種鎂電池的反應為xMg+Mo3S4 MgxMo3S4,則鎂電池放電時,下列說法錯誤的是(　　)。
A.Mg2+向正極遷移
B.正極反應式為Mo3S4+2xe-══
C.充電時,該電池的正極與電源的負極相連
D.負極反應式為xMg-2xe-══xMg2+
解析:充電時,電池的正極應與電源的正極相連。
C
二、燃料電池電極反應式的書寫
問題探究
一種新型熔融鹽燃料電池具有高發電效率。現用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作電解質,一極通CO氣體,另一極通O2和CO2混合氣體,其總反應為2CO+O2══2CO2。
1.判斷該電池的正極、負極情況 A、B為何種物質
提示:電極a為負極,電極b為正極,A為CO,B為O2。
2.你能寫出該電池的正極反應式和負極反應式嗎
歸納總結
電池的負極一定是充入可燃物,有機燃料中各元素的化合價變化遵循一般化合價規則,燃料失電子發生氧化反應,電池的正極多為氧氣或空氣得電子,發生還原反應,特別注意電解質溶液酸堿性不同的區別。可根據電荷守恒來配平電極反應式。
以CH3OH為燃料的燃料電池電極反應式的書寫。
1.酸性介質。
2.堿性介質。
3.熔融碳酸鹽作介質。
4.熔融金屬氧化物作介質。
典例剖析
【例2】科技工作者制造了一種甲烷燃料電池,一個電極通入空氣,另一個電極通入甲烷,通過摻雜了Y2O3的ZrO2晶體在高溫下傳導O2-。以下判斷錯誤的是(　　)。
A.電池正極發生的反應:O2+4e-══2O2-
B.電池負極發生的反應:CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O
C.固體電解質里的O2-的移動方向:由正極移向負極
D.向外電路釋放電子的電極:正極(即電子由正極流向負極)
答案:D
解析:因為放電時,電池正極發生還原反應(元素化合價降低),負極發生氧化反應(元素化合價升高)。所以正極反應式是O2+4e-══2O2-,負極反應式是CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O。由上述電池的正、負極反應式可以看出,正極反應“源源不斷”地產生O2-,負極反應要持續進行,則需要“持續不斷”地消耗O2-,故電池內O2-的移動方向是由正極移向負極。電池的負極發生氧化反應,失去電子,故外電路電子從負極流出,D項錯誤。
【拓展延伸】 對于甲烷燃料電池,電解質溶液如果是KOH溶液,則電極反應式如何書寫
答案:正極:2O2+4H2O+8e-══8OH-
負極:CH4+10OH--8e-══ +7H2O
總反應:CH4+2O2+2OH-══ +3H2O
方法歸納 燃料電池電極反應式的書寫關鍵。 (1)書寫總反應方程式時,要注意燃料燃燒產物與電解質溶液是否發生反應,若能反應,電解質溶液要寫在總反應方程式中。 (2)燃料電池正極反應的本質是氧氣得電子發生還原反應,即O2+4e-══2O2-,產生的O2-存在形式與電解質溶液的酸堿性和電解質的狀態有著密切的關系,在酸性溶液中轉化為H2O,在堿性溶液中轉化為OH-,在熔融的碳酸鹽中轉化為 。
(3)書寫燃料電池的電極反應式,一定要注意電解質溶液的酸堿性。堿性溶液電極反應式中不能出現H+,酸性溶液電極反應式中不能出現OH-。
學以致用
3.如圖是甲醇燃料電池的結構示意圖,甲醇在催化劑作用下提供質子(H+)和電子,電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應,電池總反應為2CH3OH+3O2══ 2CO2+4H2O。
下列說法不正確的是(　　)。
A.左電極為電池的負極,a處通入的物質是甲醇
B.正極反應式為O2+2H2O+4e-══4OH-
C.負極反應式為CH3OH+H2O-6e-══CO2+6H+
D.該電池提供1 mol e-,消耗氧氣0.25 mol
答案:B
解析:負極反應式為2CH3OH-12e-+2H2O══2CO2+12H+,正極反應式為3O2+12e-+12H+══6H2O;根據電子流向,可以判斷a處通甲醇,b處通O2;當電池提供1 mol電子時,消耗O2為1×
mol=0.25 mol。
4.以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環境下電極反應式的書寫方法。
(1)酸性條件。
總反應式:　 ;
正極反應式:　 ;
負極反應式:　 。
(2)堿性條件。
總反應式:　 ;
正極反應式:　 ;
負極反應式:　 。
(3)固體電解質(高溫下能傳導O2-)。
總反應式:　 ;
正極反應式:　 ;
負極反應式:　 。
(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下。
總反應式:　 ;
正極反應式:　 ;
負極反應式:　 。
答案:(1)CH4+2O2══CO2+2H2O　
2O2+8H++8e-══4H2O　
CH4-8e-+2H2O══CO2+8H+
(3)CH4+2O2══CO2+2H2O　
2O2+8e-══4O2-　
CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O
(4)CH4+2O2══CO2+2H2O　
1.下列有關化學電源的敘述正確的是(　　)。
A.鉛酸蓄電池充電時的陽極產物為PbO2
B.鋅錳干電池中碳棒為負極
C.燃料電池在工作時需要點燃引發反應
D.氧化還原反應都可以設計成原電池
答案:A
解析:鉛酸蓄電池充電時,陽極上硫酸鉛失電子發生氧化反應,電極反應式為PbSO4+2H2O-2e-══PbO2+ +4H+,則鉛酸蓄電池充電時的陽極產物為PbO2,A項正確;原電池中失電子的一極為負極,則鋅錳干電池中鋅為負極,碳棒為正極,B項錯誤;燃料電池中燃料與氧氣分別在兩個電極上反應,燃料與氧氣不接觸,不發生燃燒反應,不需要點燃引發反應,C項錯誤;自發的氧化還原反應可以設計成原電池,非自發的氧化還原反應不能設計成原電池,D項錯誤。
2.下列關于化學能轉化為電能的四種裝置的說法正確的是
(　　)。
A.電池Ⅰ中鋅是正極
B.電池Ⅱ是一次電池
C.電池Ⅲ工作時,氫氣發生還原反應
D.電池Ⅳ工作時,電子由鋅通過導線流向石墨棒
答案:D
解析:電池Ⅰ中鋅是負極;電池Ⅱ是鉛酸蓄電池,屬于二次電池;電池Ⅲ工作時,負極氫氣發生氧化反應;電池Ⅳ中,鋅作負極,工作時電子流出到石墨棒,D項正確。
3.新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池以其獨特的優勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式:正極為FePO4+Li++e-══LiFePO4,負極為Li-e-══Li+。下列說法中正確的是(　　)。
A.充電時動力電池上標注“+”的電極應與外接電源的正極
相連
B.充電時電池反應為FePO4+Li++e-══LiFePO4
C.放電時電池內部Li+向負極移動
D.放電時,在正極上Li+得電子被還原
A
解析:充電時動力電池上標注“+”的電極應與外接電源的正極相連,發生氧化反應:LiFePO4-e-══FePO4+Li+,A項正確;放電時電池反應式為FePO4+Li══LiFePO4,則充電時電池反應式為LiFePO4══FePO4+Li,B項錯誤;放電時電池內部Li+向正極移動,C項錯誤;放電時,在正極上FePO4得電子被還原,D項錯誤。
4.我國科學家設計的一種甲酸(HCOOH)燃料電池如圖所示(離子交換膜只允許K+通過),
下列說法錯誤的是(　　)。
A.物質A可以是硫酸氫鉀
D.右側每消耗11.2 L O2(標準狀況),左側有1 mol K+通過離子交換膜移向右側
答案:D
甲酸燃料電池放電的本質是通過HCOOH與O2的反應將化學能轉化為電能,故電池的總反應為2HCOOH+O2+2OH-══
2 +2H2O,C正確;右側每消耗11.2 LO2(標準狀況),其物質的量是0.5 mol,轉移2 mol電子,左側有2 mol
K+通過離子交換膜移向右側,D錯誤。
5.(1)在氫氧燃料電池中,若電解質溶液為KOH溶液,則負極通入的應是　　　　,正極通入的應是　　　　,電極反應式分別為　　　　　　　,　　　　　　　　　。
(2)如把KOH溶液改為稀硫酸作電解質溶液,則電極反應式分別為　　　　　　　,　　　　　　　　　　。
(3)上述(1)和(2)中的電解質溶液不同,反應進行后,(1)中溶液pH　　　　(填“增大”或“減小”,下同),(2)中溶液pH　　　　。
答案:(1)H2　O2　負極:2H2+4OH--4e-══4H2O
正極:O2+2H2O+4e-══4OH-
(2)負極:2H2-4e-══4H+　正極:O2+4H++4e══-2H2O
(3)減小　增大
解析:(3)由于(1)是在堿性條件下反應,n(KOH)不變,但工作時H2O增多,故c(KOH)減小,pH減小;而(2)中為酸性溶液, n(H2SO4)不變,水增多,溶液酸性減弱,故pH增大。

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