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1、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()、Fe(),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()与Fe()的相互转化起到了传递电子的作用C.反应过程中N被Fe()还原为N2D.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()与Fe()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()还原为N2,故不选
2、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+SC.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
3、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
4、.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:abB.电池正极反应式为Li+MnO2-e-LiMnO2C.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
5、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-BC.放电时,Na+经过离子交换膜
6、,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
7、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 + H2C.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
8、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 mol22.4 Lmol-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CO2B.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-
9、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 kWhkg-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 kWh=3.6106 J)。【解析】电解质为酸性时,二甲
10、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1296 500 Cmol-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
11、式得出的结果单位为J,要换算为kWh。答案:CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+12(3.6106 JkW-1h-1)8.39 kWhkg-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-。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-。电解质为熔融的碳酸盐时,正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2C。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-;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。- 7 -