高考化学一轮复习题组训练6.2原电池化学电源2含解析

原电池 化学电源

一次电池

1.(2020·丰台模拟)Fe3O4中含有、,分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ),以Fe3O4/Pd为催化材料,可实现用H2消除酸性废水中的致癌物N,其反应过程示意图如图所示,下列说法不正确的是              (　　)

A.Pd上发生的电极反应为H2-2e-2H+

B.Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的相互转化起到了传递电子的作用

C.反应过程中N被Fe(Ⅱ)还原为N2

D.用该法处理后水体的pH降低

【解析】选D。根据上面分析可知:A.Pd上发生的电极反应为H2-2e-2H+,故不选A; 由图中信息可知,Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)是该反应的催化剂,其相互转化起到了传递电子的作用,故不选B;反应过程中N被Fe(Ⅱ)还原为N2,故不选C;总反应为3H2+2N+2H+N2↑+4H2O,用该法处理后由于消耗水体中的氢离子,pH升高,故选D。

2.(双选)锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池,剖视图如图所示,一种非水的LiAlCl4的SOCl2溶液为电解液。亚硫酰氯既是电解质,又是正极活性物质,其中碳电极区的电极反应式为2SOCl2+4e-

4Cl-+S+SO2↑,该电池工作时,下列说法错误的是 (　　)

A.锂电极区发生的电极反应:Li-e-Li+

B.放电时发生的总反应:4Li+2SOCl24LiCl+SO2↑+S

C.锂电极上的电势比碳电极上的高

D.若采用水溶液代替SOCl2溶液,电池总反应和效率均不变

【解析】选C、D。锂电池中锂为电池的负极,失电子生成锂离子,反应式:Li-e-

Li+,A正确;放电时的总反应式为电池正负极得失电子总数相等时电极反应相加,4Li+2SOCl24LiCl+SO2↑+S,B正确;锂电极为电池的负极,负极的电势比正极低,C错误;若采用水溶液代替SOCl2溶液,锂电极则与水反应生成氢氧化锂,造成电极的损耗,D错误。

【加固训练】

　　Li-FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池,其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li+FeS2Fe+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

【解析】选C。A项,由S发生氧化反应,可知Li为电池负极;B项,电池工作时,阳离子(Li+)移向正极;D项,由于2Li+2H2O2LiOH+H2↑,故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。

二次电池

3.(2020·怀化模拟)锂锰电池结构如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中生成LiMnO2。下列有关说法正确的是              (　　)

A.外电路电流方向:a→b

B.电池正极反应式为Li++MnO2-e-LiMnO2

C.可以用水代替电池中的混合有机溶剂

D.用该电池给铅蓄电池充电,a极与Pb电极相连

【解析】选D。Li为负极,MnO2为正极,原电池工作时,外电路的电流方向从正极到负极,即从b极流向a极,故A错误;MnO2为正极,被还原,电极方程式为MnO2+

e-+Li+LiMnO2,故B错误;因负极材料为Li,可与水反应,则不能用水代替电池中的混合有机溶剂,故C错误;用该电池给铅蓄电池充电,要求正接正负接负充电,铅蓄电池Pb电极是负极,故D正确。

4.一种正投入生产的大型蓄电系统如图所示。放电前,被交换膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是              (　　)

A.放电时,负极的电极反应式为2-2e-

B.充电时,阳极的电极反应式为3Br--2e-B

C.放电时,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池

D.充电时,M接电源负极,N接电源正极

【解析】选C。放电时,负极反应为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+,A错误;充电时,阳极反应为3NaBr-2e-NaBr3+2Na+,B错误;在原电池中,阳离子移向正极,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池,C正确;充电时,阳极反应为3NaBr-2e-NaBr3+2Na+,所以充电时,M接电源正极,N接电源负极,D错误。

【归纳提升】

1.二次电池的解题思路

2.二次电池电极反应式的书写方法

(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质。

(2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。

(3)在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

(4)充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。

5.(2020·宁德模拟)科学家开发出Na-CO2电池如图所示。下列说法错误的是 (　　)

A.电池放电时,钠发生氧化反应

B.正极电极反应式:2CO2 + 2H2O + 2e-2HC + H2↑

C.理论上消耗23 g钠,同时产生22.4 L氢气(标准状况)

D.该装置既可以吸收二氧化碳,又能产生电能、氢燃料

【解析】选C。根据图示可知Na电极失去电子,变为Na+,所以电池放电时,钠失去电子,发生氧化反应,A正确;在正极上,CO2、H2O(碳酸电离产生的H+)获得电子,发生还原反应,产生HC、H2,电极反应式是2CO2 +2H2O+2e-2HC + H2↑,B正确;23 g Na的物质的量是1 mol,根据电子守恒,产生H2的物质的量为0.5 mol,则其在标准状况下的体积为V(H2)=0.5 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L,C错误;通过该装置可以吸收二氧化碳,减少温室效应,同时产生电能和氢气,产生了清洁能源的燃料——氢燃料,D正确。

6.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。下列说法正确的是              (　　)

A.a为CH4,b为CO2

B.C向正极移动

C.此电池在常温下也能工作

D.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2C

【解析】选D。电极反应式如下:

负极:CH4-8e-+4C5CO2+2H2O

正极:2O2+8e-+4CO24C

根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气,C应移向负极,由于电解质是熔融盐,因此此电池在常温下不能工作。

7.二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为______________________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生__________________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E=________________________(列式计算,能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=3.6×106 J)。 

【解析】电解质为酸性时,二甲醚(CH3OCH3)在燃料电池的负极上发生氧化反应,生成CO2和H+,CH3OCH3中碳元素的化合价为-2,CO2中碳元素的化合价为+4,所以

1 mol CH3OCH3失去12 mol电子,负极反应为CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+。第三空严格上说是物理和化学的综合问题。假设燃料二甲醚为1 kg,则我们只要知道电池的输出电能就能算出能量密度。1 kg二甲醚的物质的量为,

1 kg二甲醚产生的电量为×12 mol电子的电量。法拉第常数代表每摩尔电子所携带的电荷,那么1 kg二甲醚所产生的电荷为×12×

96 500 C·mol-1。根据电能公式W=UQ算出电能,再求出能量密度即可,且由此式得出的结果单位为J,要换算为kW·h。

答案:CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+　12

÷(3.6×106 J·kW-1·h-1)≈8.39 kW·h·kg-1

【归纳提升】

1.燃料电池的解题模板

2.书写燃料电池电极反应式的三大步骤

(1)先写出燃料电池总反应式

一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。但由于燃烧产物还可能与电解质溶液反应,燃烧产物与电解质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。

(2)再写出燃料电池正极的电极反应式

由于燃料电池正极一般都是O2得到电子发生还原反应,基础反应式为O2+4e-

2O2-。

①电解质为固体时,O2-可自由通过,正极的电极反应式为O2+4e-2O2-。

②电解质为熔融的碳酸盐时,正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2C。

③当电解质为中性或碱性环境时,正极的电极反应式为:O2+4e-+2H2O4OH-;

④当电解质为酸性环境时,正极的电极反应式为:O2+4e-+4H+2H2O。

(3)最后写出燃料电池负极的电极反应式

燃料电池负极的电极反应式=燃料电池总反应式-燃料电池正极的电极反应式。在利用此法时一要注意消去反应中的O2,二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。