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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 充电 放电 2NiOOH H2。 则下列说法正确的是( ) 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2H2O 2e =H 2 2OH D放电时，负极反应为NiOOH H2O e =Ni(OH) 2OH 【答案】 C 2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V 3 VO 2H
2、2O 充电 放电 VO 22H V2。下列叙述正确的是 ( ) A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 V 2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 22H e=VO2H 2O 【答案】 B 【解析】放电时发生的反应为VO 22H V 2 =V 3VO2H 2O ，阴离子移向负极，A 错误； 负极 V 2被氧化成 V 3，每转移 0.5 mol电子，负极有0.5 mol V 2被氧化， B正确；充电时的 总反应为V 3 VO2H 2O=VO 2 2H V2。阳极反应为 VO 2 H2O e =VO 22H 阳极附
3、近 溶液的酸性增强，C、D错误。 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O2 2H2O4e =4OH C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】 D 4某充电宝锂离子电池的总反应为xLi Li1xMn2O4 放电 充电 LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应 为 NiOOH MH 放电 充电 M Ni(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的 是( ) A锂离子电池放电时Li
4、 向正极迁移 B镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH H2O e =Ni(OH)2OH 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：LiMn2O4xe =Li 1xMn2O4xLi 【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2CH4O 3O2=2CO24H2O，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：CH4O 6e H 2O=CO2 6H 【
5、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CH4O 6e H 2O=CO2 6H ，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(N2H4) 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( ) Ab 极发生氧化反应 Ba 极的反应式： N2H44OH 4e=N 2 4H2O
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】 B 7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， MnO2可增强导电性 B电池负极区的电极反应：BH 48OH 8e=BO 26H2O C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 mol L 1 H 2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个 【答案】 B 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
7、确的是( ) A碳极发生的反应是2H2O 2e =H 2 2OH 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 g D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： 2H2O 2e =H 2 2OH ，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 2Li 2H2O=2LiOH H2，标准状况下产生22.4 L 的氢气时，金属锂是负极，负极
8、消 耗锂的质量为14 g ，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 nO22nH2O=4M(OH) n。 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
9、电过程的正极反应式：4M n nO22nH2O4ne =4M(OH) n D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】 C 10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)= 光 Ag(s) Cl(AgCl) ， 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( ) A光照时，电流由X流向 Y B光照时， Pt 电极发生的反应为：2Cl 2e=Cl 2 C光照时， Cl 向 Pt 电
10、极移动 D光照时，电池总反应为：AgCl(s) Cu (aq)= 光 Ag(s) Cu 2(aq) Cl (aq) 【答案】 B 11将两个铂电极插入500 mL CuSO 4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 molL 1 B210 3 molL 1 C110 3 molL 1 D110 7 molL 1 【答案】 A 【解析】阴极反应：Cu 22e=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： 2Cu 2 2H
11、 2O= 电解 2CuO2 4H 264 g4 mol 0.064 g x x0.002 mol c(H ) 0.002 mol 0.5 L 410 3 molL 1。 12两个惰性电极插入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 mg C106 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 =O 2 2H2O；阴 极： 4Ag 4e=4Ag ，电解的总反应式
12、为 4AgNO32H2O= 电解 4AgO2 4HNO3。由电解的总 反应式可知，电解过程中生成的n(Ag) n(HNO3) n(H ) (10 3 molL 1106 molL 1) 0.5 L 5104 mol ， m(Ag) 510 4 mol108 gmol 10.054 g 54 mg。 13500 mL NaNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO 3) 0.3 mol L 1，用石墨作电极电解此溶 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 mol L
13、1 B电解后溶液中c(H ) 0.2 mol L1 C上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol 【答案】 B 14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 mol C原 CuSO4溶液的浓度为0.1 mol L 1 D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
14、 和 0.1 mol H2O ，故 CuSO4电解完后还 电解了部分水，阴极析出了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： (
15、1)a为电源的 _( 填“正”或“负” ) 极，C 池是 _池。 A 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Cu 2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=Cl 2Ag e=Ag (2)0.025 mol L 1 (3)13 (2)B 池中电解总反应为2CuSO42H2O= 电解 2Cu O2 2H2SO4，若转移0
16、.02 mol电子时只收集到O2( 只电解溶质 ) ，则根据关系式2CuSO4O24e 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CuSO4x mol ，H2O y mol ，则有2x2y0.02 ， 1 2x 3 2y0.01 ，解得 x y 0.005 mol ，则c(CuSO4) 0.025 mol L 1。 (3) 由于 A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl2H2O= 电解 2NaOH H2 Cl2，根据关 系式 NaOH e ，生成的 n(NaOH)0.02 mol ，则c(NaOH) 0.02 mol 0.2 L 0.1 mol L 1，即溶液 的 pH13。