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2024届高中化学一轮复习课件：原电池 化学电源
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这是一份2024届高中化学一轮复习课件：原电池 化学电源，共3页。PPT课件主要包含了原电池及组成条件，氧化还原，电极材料，AgNO3，CuSO4，Ag++e-Ag，CuNO32，题组一一次电池，题组三燃料电池等内容，欢迎下载使用。
2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(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。3.原电池中的三个移动方向(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。
4.原电池原理的四大应用(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)设计制作原电池装置
如根据Cu+2Ag+ =Cu2++2Ag设计原电池:
[解析]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。
(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]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。
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( )
[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
(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]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
(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( )
2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是 (填序号),并指出原因: 。
①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路
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Zn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
题组一 原电池的组成及工作原理
[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. 如图所示为锌铜原电池。下列叙述中正确的是 ( )A.盐桥的作用是传导离子B.外电路电子由铜片流向锌片C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e- =ZnD.外电路中有0.2 ml电子通过时,铜片表面质量增加约3.2 g
[解析] “双液”原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,传导离子,起到导电作用,A正确;锌的活泼性强于铜,则锌片作负极,铜片作正极,在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应式为Cu2++2e- =Cu,外电路中通过0.2 ml电子时,铜片上析出0.1 ml Cu,其质量为0.1 ml×64 g·ml-1=6.4 g,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
1.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极有气体产生,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。
[解析]根据反应原理:2Ag+(aq)+Cu(s) =Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X应为铜电极,而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素化合价升高,而银元素的化合价降低,则银电极为正极,铜电极为负极。
[易错警示] 1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写
1. 一次电池(放电后不可再充电)
Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-
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30%的稀H2SO4溶液。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2H2O(l)+2PbSO4(s)
二次电池,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。
3.燃料电池(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。
2H2-4e- =4H+
2H2+4OH--4e- =4H2O
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
2CO-4e-+2H2O =2CO2+4H+
2CO+O2 =2CO2
O2+4e-+2H2O =4OH-
O2+4e- =2O2-
2CO-4e-+2O2- =2CO2
(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]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]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。
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( )
[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH- =4H2O。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e- =4H+( )
2. 最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是 ( )A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe- =VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧
[解析] 放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe- =VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。
1.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。
2. K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是( )A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
[解析]由图可知,a电极为原电池的负极,单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子,电极反应式为K-e- =K+,b电极为正极,氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾; 金属性强的金属钾易与氧气反应,为防止钾与氧气反应,电池所选择隔膜应允许K+通过,不允许O2通过,故A正确。由分析可知,放电时,a为负极,b为正极,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极应与直流电源的正极相连,作电解池的阳极,故B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xLi-xe- =xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,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
1. Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 ( )A.充电时,电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- =Li2O2
[解析]充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2 =2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。由上述分析,充电时电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2,A正确;
充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确;放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误;放电时总反应为2Li+O2 =Li2O2,正极反应为O2+2Li++2e- =Li2O2,D正确。
题目中未指明消耗11.2 L氧气是否处于标准状况,不能计算,C错误;电路中转移1 ml电子时,生成0.5 ml K2SO4,其质量为0.5 ml×174 g·ml-1=87 g,D正确。
2. (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
2O2+8e- =4O2-
N2H4-4e-+4OH- =4H2O+N2↑
(3)化学家正在研究尿素动力燃料电池,用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电。尿素燃料电池结构如图所示,写出该电池的负极反应式: 。
CO(NH2)2+H2O-6e- =CO2↑+N2↑+6H+
2.两种原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
[微点拨]盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有含饱和KCl(或KNO3)溶液的琼胶。(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。3.原电池中的三个移动方向(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。
4.原电池原理的四大应用(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)设计制作原电池装置
如根据Cu+2Ag+ =Cu2++2Ag设计原电池:
[解析]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。
(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]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。
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( )
[解析]原电池工作时,电解质溶液中的阴离子向负极移动。
(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]盐桥中的离子不能与电解质溶液中的离子发生反应。
(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( )
2.在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是 (填序号),并指出原因: 。
①中酒精是非电解质;④中未形成闭合回路
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Zn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
题组一 原电池的组成及工作原理
[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. 如图所示为锌铜原电池。下列叙述中正确的是 ( )A.盐桥的作用是传导离子B.外电路电子由铜片流向锌片C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e- =ZnD.外电路中有0.2 ml电子通过时,铜片表面质量增加约3.2 g
[解析] “双液”原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,传导离子,起到导电作用,A正确;锌的活泼性强于铜,则锌片作负极,铜片作正极,在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应式为Cu2++2e- =Cu,外电路中通过0.2 ml电子时,铜片上析出0.1 ml Cu,其质量为0.1 ml×64 g·ml-1=6.4 g,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
1.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极有气体产生,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。
[解析]根据反应原理:2Ag+(aq)+Cu(s) =Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,X应为铜电极,而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素化合价升高,而银元素的化合价降低,则银电极为正极,铜电极为负极。
[易错警示] 1.原电池的工作原理2.原电池中电极反应式的书写
1. 一次电池(放电后不可再充电)
Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-
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30%的稀H2SO4溶液。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2H2O(l)+2PbSO4(s)
二次电池,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。
3.燃料电池(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。
2H2-4e- =4H+
2H2+4OH--4e- =4H2O
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
2CO-4e-+2H2O =2CO2+4H+
2CO+O2 =2CO2
O2+4e-+2H2O =4OH-
O2+4e- =2O2-
2CO-4e-+2O2- =2CO2
(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]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]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。
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( )
[解析]碱性条件下负极反应为2H2-4e-+4OH- =4H2O。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2-4e- =4H+( )
2. 最近,我国科研人员发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2-PC为电极材料,实现了低热量发电。放电时,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如图所示。下列说法正确的是 ( )A.分离器可以为阴离子交换膜B.充电时,阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O+2xe- =VO2+xZn2++yH2OC.放电时,电流从Zn极流向VO2-PC极D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧
[解析] 放电时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- =Zn2+,VO2结合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,说明Zn2+从负极移向正极,则分离器可以是阳离子交换膜,但不能是阴离子交换膜,A错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为ZnxVO2·yH2O-2xe- =VO2+xZn2++yH2O,B错误;放电时,电流由正极流向负极,即电流从VO2-PC极流向Zn极,C错误;充电时,Zn2+由较高温区向左侧低温区迁移,并在Zn电极得电子被还原为Zn,D正确。
1.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。
2. K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是( )A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
[解析]由图可知,a电极为原电池的负极,单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子,电极反应式为K-e- =K+,b电极为正极,氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾; 金属性强的金属钾易与氧气反应,为防止钾与氧气反应,电池所选择隔膜应允许K+通过,不允许O2通过,故A正确。由分析可知,放电时,a为负极,b为正极,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极应与直流电源的正极相连,作电解池的阳极,故B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xLi-xe- =xLi+(负极)。③利用总反应与上述的一极反应式相减,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
1. Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 ( )A.充电时,电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- =Li2O2
[解析]充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e- =Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2 =2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。由上述分析,充电时电池的总反应为Li2O2 =2Li+O2,A正确;
充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确;放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误;放电时总反应为2Li+O2 =Li2O2,正极反应为O2+2Li++2e- =Li2O2,D正确。
题目中未指明消耗11.2 L氧气是否处于标准状况,不能计算,C错误;电路中转移1 ml电子时,生成0.5 ml K2SO4,其质量为0.5 ml×174 g·ml-1=87 g,D正确。
2. (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
2O2+8e- =4O2-
N2H4-4e-+4OH- =4H2O+N2↑
(3)化学家正在研究尿素动力燃料电池,用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电。尿素燃料电池结构如图所示,写出该电池的负极反应式: 。
CO(NH2)2+H2O-6e- =CO2↑+N2↑+6H+
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