資源簡介

第四章　化學反應與電能
專題強化練5　多類型化學電池
1.室溫鈉—硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉—硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極,表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時,在硫電極發生反應:
)e- Na2Sx
下列敘述錯誤的是 (　　)
A.充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移
B.放電時外電路電子流動的方向是a→b
C.放電時正極反應為2Na++S8+2e- Na2Sx
D.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
2.某新型水系鋅—空氣電池通過采用弱酸性的醋酸鋅[(CH3COO)2Zn]和醋酸(CH3COOH)的混合水溶液作為電解液,所構成的非堿性鋅—空氣電池可以在空氣中穩定充放電運行近600小時,其結構如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.電子由Zn電極流出,經過電解液流向多孔石墨電極
B.負極的電極反應式為Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-
C.電路中每轉移2 mol e-,多孔石墨電極消耗11.2 L O2
D.若選用堿性電解液,在多孔石墨電極表面易生成難溶碳酸鹽,降低電池放電效率
3.某低成本儲能電池原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.放電時負極質量減小
B.儲能過程中電能轉變為化學能
C.放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D.充電總反應:Pb+S+2Fe3+ PbSO4+2Fe2+
4.如圖所示為水系鋅離子電池,下列有關該電池的說法不正確的是 (　　)
A.放電時,負極反應為Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-
B.放電時,每轉移1 mol e-,a電極理論上減少43.5 g
C.充電時,K2SO4溶液的濃度不斷增大
D.充電時,a電極附近溶液的pH減小
5.一種微生物—光電化學復合系統可高效實現固定CO2并生成CH4,其原理如圖所示,雙極隔膜可向兩極室分別提供H+和OH-。下列有關說法不正確的是 (　　)
A.a電極為負極,發生氧化反應
B.m為OH-,n為H+
C.b電極的電極反應式為CO2+8H++8e- CH4+2H2O
D.b極每生成1.6 g CH4,裝置中H2O的質量減小10.8 g
6.我國科學家在研究HCOOH燃料電池方面有重大進展,裝置如圖所示,兩電極間用允許離子通過的半透膜隔開。下列說法正確的是 (　　)
A.正極電極反應為HCOO--2e-+2OH- HC+H2O
B.半透膜為陽離子交換膜,儲液池中需補充的物質A為H2SO4
C.當電路中轉移1 mol電子時,理論上生成174 g K2SO4
D.當1 mol HCOOH轉化為KHCO3時,有0.1 mol S從右向左遷移
7.如圖是“海水—河水”濃差電池裝置示意圖(不考慮溶解氧的影響),其中a、b均為Ag/AgCl復合電極,b的電極反應式為AgCl+e- Ag+Cl-。下列說法正確的是 (　　)
A.a的電極反應式為Ag-e- Ag+
B.內電路中,Na+由b極區向a極區遷移
C.工作一段時間后,兩極NaCl溶液的濃度差增大
D.電路中轉移1 mol e-時,理論上a極區模擬海水的質量減少58.5 g
8.利用同種氣體在兩極濃度不同而產生電勢差可設計成氣體濃差電池,利用濃差電池可測定混合氣體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量的工作原理如圖所示,其中在參比電極上通入純氧氣,測量電極上通入空氣。下列說法錯誤的是 (　　)
A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2-
B.工作時,電子由測量電極經外電路流向參比電極
C.處于封閉環境時,用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確
D.相同壓強下,電勢差越大,空氣中氧氣含量越高
答案與分層梯度式解析
1.A 2.D 3.B 4.C 5.D 6.B 7.D 8.D
1.A　由“工作時,在硫電極發生反應:S8+e- +e- ,2Na+++2(1-)e- Na2Sx”可以看出放電時硫電極得到電子,為原電池的正極。充電時為電解池裝置,陽離子移向陰極(即鈉電極),故鈉離子應從硫電極向鈉電極遷移,A錯誤;放電時,電子沿著外電路從鈉電極流向硫電極,B正確;放電時,在硫電極(正極)發生反應:S8+e- +e- ,2Na+++2(1-)e- Na2Sx,聯立三式可得總電極反應2Na++S8+2e- Na2Sx,C正確;炭化纖維素紙的導電性強,可以增強硫電極導電性能,D正確。
2.D　電子由負極經導線流向正極,不經過電解液,A錯誤;Zn電極為負極,電極反應式為Zn-2e- Zn2+,B錯誤;正極的電極反應式為O2+4e-+4H+ 2H2O,每轉移2 mol e-,消耗0.5 mol氧氣,未指明氣體所處狀況,無法計算氣體的體積,C錯誤;若選用堿性電解液,石墨可能被氧氣氧化為CO2,CO2溶于堿性溶液有碳酸根離子生成,負極Zn失電子得到的Zn2+會移動至多孔石墨電極附近與碳酸根離子結合生成碳酸鋅難溶物,降低電池放電效率,D正確。
3.B　電池放電時,負極反應式為Pb-2e-+S PbSO4,則負極質量增大,A錯誤;儲能過程為充電過程,電能轉化為化學能,充電時電池總反應為PbSO4+2Fe2+ Pb+S+2Fe3+,B正確、D錯誤;放電時,H+向正極移動,即左側H+通過質子交換膜移向電池右側,C錯誤。
反思升華
雙液電池分析的步驟
　　第一步:分析兩極材料和兩液的成分或兩極區域中粒子的轉化關系等,確定正、負極。
第二步:根據確定的兩極,分析電極反應,離子、電子的移動方向及電流流向等。
第三步:明確問題,分析出正確答案。
4.C　放電時,b電極為負極,堿性條件下鋅失去電子,電極反應式為Zn-2e-+4OH- [Zn(OH)4]2-,A正確;放電時,a電極為正極,酸性條件下二氧化錳在正極得到電子發生還原反應生成Mn2+和H2O,電極反應式為MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O,則外電路轉移1 mol e-時,a電極理論上減少1 mol××87 g/mol=43.5 g,B正確;充電時,陽極區H+通過陽離子交換膜進入中間區,陰極區OH-通過陰離子交換膜進入中間區,則K2SO4溶液的濃度減小,C錯誤;充電時,a電極為陽極,電極反應式為Mn2++2H2O-2e- MnO2+4H+,a電極附近溶液的pH減小,D正確。
5.D　由題圖可知,b極二氧化碳發生還原反應生成甲烷,為正極,電極反應式為CO2+8H++8e- CH4+2H2O,所以n為H+,m為OH-,a極為負極,OH-在負極失去電子,發生氧化反應,A、B正確;b電極的電極反應式為CO2+8H++8e- CH4+2H2O,C正確;電池總反應為CO2+2H2O CH4+2O2,每生成1.6 g CH4,即生成0.1 mol CH4,需消耗0.2 mol水,質量為3.6 g,D錯誤。
6.B　負極電極反應式為HCOO--2e-+2OH- HC+H2O,A錯誤;放電時K+從左向右遷移,題圖中半透膜為陽離子交換膜,儲液池中不斷消耗氫離子,同時產生硫酸鉀,故需補充的物質A為H2SO4,B正確;當電路中轉移1 mol電子時,理論上生成0.5 mol K2SO4,質量為87 g,C錯誤;半透膜為陽離子交換膜,根據負極電極反應式HCOO--2e-+2OH- HC+H2O,可知當1 mol HCOOH轉化為KHCO3時,轉移2 mol e-,有2 mol K+從左向右遷移,D錯誤。
7.D　根據圖中電子的移動方向判斷a為原電池的負極,電極反應式為Ag-e-+Cl- AgCl↓,A錯誤;b為原電池的正極,Na+由a極區向b極區遷移,工作一段時間后,模擬海水區NaCl溶液的濃度減小,模擬河水區NaCl溶液的濃度增大,兩極NaCl溶液的濃度差減小,B、C錯誤;電路中轉移1 mol e-時,負極中有1 mol Cl-與Ag+結合生成AgCl,同時有1 mol Na+透過陽離子交換膜移入模擬河水區,理論上a極區模擬海水的質量減少58.5 g,D正確。
8.D　相同條件下,純氧比空氣中氧氣濃度大,根據“同種氣體在兩極濃度不同而產生電勢差可設計成氣體濃差電池”,可知參比電極O2濃度大,作正極,則測量電極作負極。熔融ZrO2、CaO可用于傳遞O2-,A正確;電子由負極經外電路流向正極,故工作時,電子由測量電極經外電路流向參比電極,B正確;負極O2-失去電子發生氧化反應會不斷生成氧氣,導致測量電極處的氣體中氧氣濃度增大,故用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確,C正確;兩極氧氣濃度差越大,兩極電勢差越大,則相同壓強下,電勢差越大,空氣中氧氣含量越低,D錯誤。
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