1、- 1 -专题 11 原电池、化学电源、燃料电池一、可充电电池1 “天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为 2Ni(OH)2 2NiOOHH 2。则 充 电 放 电下列说法正确的是( )A放电时，NiOOH 发生氧化反应B充电时，a 电极的 pH 增大，K 移向 b 电极C充电时，a 电极的电极反应为 2H2O2e =H22OH D放电时，负极反应为 NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH 【答案】C2全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，该电池性能优良，其电池总反应为V3 VO 2 H 2O VO
2、 2H V 2 。下列叙述正确的是( ) 充 电 放 电 2A放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极B放电时每转移 0.5 mol 电子，负极有 0.5 mol V2 被氧化C充电时阳极附近溶液的酸性减弱D充电时阳极反应式为 VO 2H e =VO2 H 2O 2【答案】B【解析】放电时发生的反应为 VO 2H V 2 =V3 VO 2 H 2O，阴离子移向负极，A 错误； 2负极 V2 被氧化成 V3 ，每转移 0.5 mol 电子，负极有 0.5 mol V2 被氧化，B 正确；充电时的总反应为 V3 VO 2 H 2O=VO 2H V 2 。阳极反应为 VO2 H 2Oe =VO 2H 阳
3、 2 2极附近溶液的酸性增强，C、D 错误。- 2 -3锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池 10 倍的能量。如图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是( )Aa 极为原电池的正极B电池充电时，b 极发生的反应为 O22H 2O4e =4OHC放电时，a 极锂的化合价未发生变化D充电时，溶液中 Li 由 b 极向 a 极迁移【答案】D4某充电宝锂离子电池的总反应为 xLiLi 1 xMn2O4 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反 放 电 充 电应为 NiOOHMH MNi(OH) 2(M 为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确 放 电 充 电的是( )A锂离子电池放
4、电时 Li 向正极迁移B镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH - 3 -C上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn 2O4 xe =Li1 xMn2O4 xLi【答案】D二、燃料电池5甲醇燃料电池体积小巧，洁净环保、比能量高，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为 2CH4O3O 2=2CO24H 2O，如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是( )Aa 是甲醇，b 是氧气B燃料电池将化学能转化为电能C质子从 M 电极区穿过交换膜移向 N 电极区D负极反应：CH 4O6e H 2O=CO2
5、6H 【答案】A【解析】由质子交换膜知，电解质溶液呈酸性，N 极上生成水，则 a 为氧气，N 为正极，M 为负极，负极反应式为 CH4O6e H 2O=CO26H ，正极反应式为O24H 4e =2H2O，b 是甲醇、c 是二氧化碳，质子从 M 电极区通过质子交换膜到 N 电极区，通过以上分析知，B、C、D 正确。6液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N 2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH 溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )- 4 -Ab 极发生氧化反应Ba 极的反应式：N 2H44OH 4e =N24H 2O
6、C放电时，电流从 a 极经过负载流向 b 极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜【答案】B7新型 NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知硼氢化钠中氢为1 价)，有关该电池的说法正确的是( )A电极 B 材料中含 MnO2层，MnO 2可增强导电性B电池负极区的电极反应：BH 8OH 8e =BO 6H 2O 4 2C放电过程中，Na 从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗 1 L 6 molL1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为 6NA个【答案】B- 5 -三、新型化学电源8近几年科学家发明的一种新型可控电池锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(
7、 )A碳极发生的反应是 2H2O2e =H22OH B有机电解质和水溶液不可以互换区域C标准状况下产生 22.4 L 的氢气时，正极消耗锂的质量为 14 gD该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气【答案】C【解析】根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，应该是正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H 2O2e =H22OH ，A 正确；由于金属 Li 可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B 正确；金属 Li 和水发生反应 2Li2H 2O=2LiOHH 2，标准状况下产生 22.4 L 的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为 14 g
8、，C 错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供能源，D 正确。9金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M nO22 nH2O=4M(OH)n。- 6 -已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B比较 Mg、Al、Zn 三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4M n nO22 nH2O4
9、ne =4M(OH)nD在 Mg空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜【答案】C10光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时 AgCl(s) Ag(s)Cl(AgCl)，= = = = =光 Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面，接着 Cl(AgCl)e =Cl (aq)，若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是( )- 7 -A光照时，电流由 X 流向 YB光照时，Pt 电极发生的反应为：2Cl 2e =Cl2C光照时，Cl 向 Pt 电极移动D光照时，电池总反应为：AgCl(s)Cu
10、(aq) Ag(s)Cu 2 (aq)Cl (aq)= = = = =光 【答案】B11将两个铂电极插入 500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )A410 3 molL1 B210 3 molL1C110 3 molL1 D110 7 molL1【答案】A【解析】阴极反应：Cu 2 2e =Cu，增重 0.064 g 应是 Cu 的质量，设生成 H 的物质的量为 x，根据总反应方程式：2Cu2 2H 2O 2CuO 24H = = = = =电 解 264 g 4
11、mol0.064 g xx0.002 molc(H ) 410 3 molL1 。0.002 mol0.5 L12两个惰性电极插入 500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设电解过程中阴极没有 H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为( )A27 mg B54 mgC106 mg D216 mg【答案】B【解析】首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极：4OH 4e =O22H 2O；阴极：4Ag 4e =4Ag，电解的总反应式为- 8 -4AgNO32H 2O 4AgO 24HNO 3。由电解的总反应式
12、可知，电解过程中生成= = = = =电 解 的 n(Ag) n(HNO3) n(H )(10 3 molL1 10 6 molL1 )0.5 L510 4 mol， m(Ag)510 4 mol108 gmol1 0.054 g54 mg。13500 mL NaNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO )0.3 molL1 ，用石墨作电极电解此 3溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体 1.12 L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( )A原混合溶液中 c(Na )0.2 molL 1B电解后溶液中 c(H )0.2 molL 1C上述电解过程中
13、共转移 0.4 mol 电子D电解后得到的 Cu 的物质的量为 0.1 mol【答案】B14用惰性电极电解一定浓度 CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和 pH。则下列说法正确的是( )A电解过程中阴极没有气体生成B电解过程中转移的电子的物质的量为 0.4 molC原 CuSO4溶液的浓度为 0.1 molL1D电解过程中阳极收集气体体积为 1.12 L(标准状况下)【答案】B【解析】加入 0.1 mol Cu(OH)2相当于加入 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O，故 CuSO4电解完后还电解了部分水，阴极
14、析出了 0.1 mol Cu 和 0.1 mol H2，A 错误；析出 0.1 mol Cu 转移电子 0.2 mol，析出 0.1 mol H2转移电子 0.2 mol，故转移的电子的总物质的量为 0.4 mol，B正确；原 CuSO4溶液的物质的量为 0.1 mol，不知溶液体积，无法求浓度，C 错误；电解过程中阳极始终产生 O2，根据转移的电子的总物质的量为 0.4 mol，产生 O2体积为 2.24 L(标准状况下)，D 错误。15如图所示，通电 5 min 后，电极 5 的质量增加 2.16 g，请回答下列问题：- 9 -(1)a 为电源的_(填“正”或“负”)极，C 池是_池。A
15、池阳极的电极反应为_，C 池阴极的电极反应为_。(2)如果 B 池中共收集到 224 mL 气体(标准状况)且溶液体积为 200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中 Cu2 的物质的量浓度为_。(3)如果 A 池溶液是 200 mL 足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的 pH 为_。【答案】(1)负 电解 2Cl 2e =Cl2 Ag e =Ag(2)0.025 molL1 (3)13(2)B 池中电解总反应为 2CuSO42H 2O 2CuO 2= = = = =电 解 2H2SO4，若转移 0.02 mol 电子时只收集到 O2(只电解溶质)，则根据关系式
16、2CuSO4O 24e 可得 n(O2)0.005 mol，体积为 112 mL(标准状况)224 mL，说明溶质 CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗 CuSO4 x mol，H 2O y mol，则有 2x2 y0.02， x y0.01，解12 32得 x y0.005 mol，则 c(CuSO4)0.025 molL 1 。(3)由于 A 池中电解液足量，A 池中只发生反应2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2，根据关系式 NaOHe ，生成的 n(NaOH)= = = = =电 解 0.02 mol，则 c(NaOH) 0.1 molL 1 ，即溶液的 pH13。0.02 mol0.2 L
