重难点07 化学电源的相关分析判断-2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二） 试卷

2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二）

重难点06  化学电源的相关分析判断

方法探究

一、几种电池的特点

二、充电电池

1．充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是：化学能电能。

2．常见的充电电池

(1)铅蓄电池

负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。

负极(Pb)：Pb＋SO－2e－===PbSO4

正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O

总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O

工作原理：放电时，二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极发生氧化反应。充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极发生还原反应。

(2)镍镉电池

以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。

(3)碱金属中的Li是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。

三、燃料电池

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

(1)特点：能量转化效率高，燃料和空气分别送进燃料电池，它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程。

(2)常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同

①氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理如下：

负极(H2)反应式：2H2−4e−+4OH−4H2O(氧化反应)

正极(O2)反应式：O2+2H2O+4e−4OH−(还原反应)

电池总反应式：2H2+O22H2O

氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理如下：

负极(H2)反应式：2H2−4e−4H+(氧化反应)

正极(O2)反应式：O2+4H++4e−2H2O(还原反应)

电池总反应式：2H2+O22H2O

典例剖析

一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图。下列有关该电池的说法正确的是(　)

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－

===2H2O

C．电池工作时，CO向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

【答案】D

【解析】根据化学反应方程式，每有1 mol甲烷参与反应转移电子为8 mol，A项错误；因为电解质为熔融态的碳酸盐，所以电极A上H2参与的电极反应式为H2－2e－＋CO===H2O＋CO2，B项错误；根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，碳酸根离子向负极(A电极)移动，C项错误；电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子，因此电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，D项正确。

精选习题

1．镍—镉(Ni—Cd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，该电池的负极材料是

A．Cd　　　　　　　 B．NiO(OH)

C．Cd(OH)2  D．Ni(OH)2

【答案】A

【解析】放电时，元素化合价升高失电子的物质为负极材料。

2．（2020·湖北省高一期中）汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应为：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O，根据此反应判断下列说法正确的是（　　）

A．负极反应式：Pb﹣2e﹣+SO42﹣＝PbSO4 

B．电池放电时，溶液的酸性增强

C．PbO2得电子，被氧化 

D．PbO2是电池的负极

【答案】A

【解析】A．负极是还原剂失电子，发生氧化反应，负极反应式：Pb﹣2e﹣+SO42﹣＝PbSO4，故A正确；

B．电池放电时，正极消耗氢离子，溶液的酸性减弱，故B错误；

C．PbO2得电子，被还原，故C错误；

D．PbO2是氧化剂，是电池的正极，故D错误；

故选A。

3．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是X极：O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－；Y极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)。下列说法正确的是(　A　)

A．X是正极  B．Y是正极

C．Y极发生还原反应  D．电子由X极移向Y极

【答案】A

【解析】原电池的负极失电子，发生氧化反应，正极得电子，发生还原反应，A项正确，B、C错误；放电时，电子由负极(Y极)经导线流向正极(X极)，D项错误。

4.MCFC型燃料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为2H2＋O2===2H2O，下列有关该电池的说法正确的是(　D　)

A．该电池的正极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O

B．该电池的负极反应式为H2－2e－===2H＋

C．放电时OH－向负极移动

D．当生成1 mol H2O时，转移2 mol电子

【答案】D

【解析】该燃料电池的燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故A、B均错误；电解质中移动的阴离子为CO，不是OH－，故C错误；根据负极反应式知，生成1 mol H2O时转移2 mol电子，故D正确。

5.（2020·瑞安市上海新纪元高级中学高一开学考试）电子表所用的纽扣电池，两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，电池反应为 Ag2O + Zn + H2O＝2Ag + Zn(OH)2，示意图如图。下列判断正确的是（   ）

A．锌为负极，被还原

B．纽扣电池工作时，OHˉ移向Ag2O

C．每6.5 g 锌发生反应时，转移电子0.1 NA

D．纽扣电池工作时，电解质溶液的碱性增强

【答案】D

【解析】A．根据化合价变化可知Zn被氧化，应为原电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误；

B．原电池工作时，电解质中的阴离子移向负极，即OHˉ向锌电极移动，故B错误；

C．每6.5 g 锌发生反应时，转移电子0.2NA，故C错误；

D．原电池工作时：Ag2O + Zn + H2O＝2Ag + Zn(OH)2，溶液pH值增大，故D正确；

故选D。

6．（2020·山西省忻州一中高一期中）一种新型燃料电池，用两根金属Pt作电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲烷和氧气，其电极反应式为X极：CH4＋10OH－－8e－＝CO32—＋7H2O； Y极：4H2O＋2O2＋8e－＝8OH－。下列关于此燃料电池的说法中，错误的是

A．X为负极，Y为正极

B．该电池工作时，X极附近溶液的碱性增强

C．在标准状况下，通入 5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移

D．工作一段时间后，KOH的物质的量减少

【答案】B

【解析】A．根据电极反应式X极：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，Y极：4H2O+2O2+8e-═8OH-可知，X极甲烷被氧化，应为原电池的负极反应，Y极氧气得电子被还原，应为原电池的正极反应，故A正确；

B．根据电极反应式X极：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，可知反应消耗KOH，OH-浓度减小，则pH减小，碱性减弱，故B错误；

C．n（O2）=，转移电子的物质的量为0.25mol×4=1mol，故C正确；

D．X极：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，Y极：4H2O+2O2+8e-═8OH-，则总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，氢氧化钾被消耗，物质的量减小，故D正确；

故选：B。

7.（2020·河北省沧州市一中高一月考）研究人员最近发现了一种“水电池”，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电， 在海水中电池总反应式为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，下列对“水电池”在海水中放电时的有关 说法正确的是

A．正极反应式为：5MnO2+2e-=Mn5O102-

B．每生成 1 mol AgCl 转移 2 mol 电子

C．工作时，电子由 MnO2 极经外电路流向 Ag 极

D．Ag 发生还原反应

【答案】A

【解析】【分析】根据电池总反应可判断出反应中Ag的化合价升高，被氧化，Ag应为原电池的负极，MnO2得电子作正极，结合原电池原理分析解答。

【详解】A．根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，可判断出MnO2应为原电池的正极，正极反应的电极方程式为：5MnO2+2e-═Mn5O102-，故A正确；

B．方程式中Ag生成AgCl，化合价共降低了1价，所以每生成1molAgCl转移1 mol电子，故B错误；

C．在原电池中电子从负极经外电路向正极移动，即从Ag极经外电路流向MnO2极，故C错误；

D．根据电池总反应可判断出反应中Ag的化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故D错误；

故选A。

8．（2020·山东省泰安一中高一期中）一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入，将化学能转化为电能，被称为“21世纪的绿色发电站”。下列关于这种燃料电池的说法不正确的是(　　)

A．通入空气的一极为负极

B．H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧，放出大量的热，然后电池将热能转化为电能

C．电池实际运行时的电解液应选择碱性溶液

D．电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

【答案】AB

【解析】A．正极上得电子发生还原反应，元素的化合价降低，所以通入氧化剂空气的电极为正极，A错误；

B．燃料电池将化学能转化为电能，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得电子发生还原反应，发生的总反应与燃烧反应相同，但能量的转化与燃烧反应不同，B错误；

C．该反应中有二氧化碳生成，如果用非碱性溶液做电解液，生成的二氧化碳气体会造成内部的压强增大，有安全隐患，所以用碱性溶液做电解质溶液，C正确；

D．用碱液做电解液，正极上氧气得电子并和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，D正确。

答案选AB。

链接高考

1．（2018·全国Ⅱ）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是（  ）

A．放电时，ClO4－向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－=2CO32－＋C

D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－=Na

【答案】D

【解析】【分析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。

【详解】A. 放电时是原电池，阴离子ClO4－向负极移动，A正确；

B. 电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；

C. 放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e−＝2CO32－+C，C正确；

D. 充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO32－+C－4e−＝3CO2，D错误。答案选D。

2．（2018·全国Ⅲ）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1—）O2

【答案】D

【解析】A．放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，A错误；

B．因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），B错误；

C．充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，C错误；

D．根据图示和上述分析，电池的正极反应是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li+，所以总反应为：2Li + （1—）O2 ＝ Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-X ＝ 2Li +（1—）O2，选项D正确；

答案选D。