鲁科版 (2019)选择性必修1微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用导学案及答案

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微专题3　新型电池题目的解题技巧

1．新型电池的正、负极的判断

由反应物、反应产物或反应方程式，根据元素的常规价态去判断即可：

新型电池中

2．新型电池的电极反应式书写步骤

第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。

第二步：分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。

第三步：写出比较容易书写的电极反应式。

第四步：若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。

【例题】　(双选)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(　　)

A．Zn为电池的负极

B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变

D．电池工作时OH－向负极迁移

[思维流程]

——

AD　[Zn在反应中化合价升高为负极材料，A正确；K2FeO4为正极材料，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应方程式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，B错误；该电池放电过程中正极生成OH－，电解质溶液浓度增大，C错误；电池工作时阴离子OH－向负极迁移，D正确。]

1．某海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700 ℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，则下列推断中正确的是(　　)

A．正极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．该电池的电极没有参加反应

C．电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为4 mol

D．O2从正极通入，发生氧化反应

B　[该电池为氢氧燃料电池，负极是H2，发生氧化反应，正极是O2，发生还原反应，D项错误；燃料电池电极本身不参加反应，B项正确；由总反应式可知，电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为2 mol，C项错误；由总反应式减去负极反应式得正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO，A项错误。]

2．为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)

A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)

C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)

D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区

D　[A项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。]

3．飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。

(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将________能转化为________能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为

Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2

充电时，阳极的电极反应式为______________________；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性______________(填“增强”“减弱”或“不变”)。

(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn＋Ag2O＋H2O2Ag＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为_________________________________。

(3)若用上述应急电池电解200 mL含有0.1 mol·L－1 NaCl和0.1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液(电极均为惰性电极)，当消耗1.3 g锌时，阳极产生的气体为________(填化学式)。

[解析]　(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)2为阳极；放电时负极反应为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，故溶液碱性减小。(3)阳极上阴离子放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；1.3 g Zn转移电子：×2＝0.04 mol，阴极只有Cu2＋放电，故消耗n(OH－)＝0.04 mol－0.2 L×0.1 mol·L－1＝0.02 mol，产生O2 0.005 mol。