PAGE1-專題11原電池、化學電源、燃料電池一、可充電電池1．“天宮二號”飛行器白天靠太陽能帆板產生電流向鎳氫電池充電，夜間鎳氫電池向飛行器供電。鎳氫電池的結構示意圖如圖所示。若電池總反應為2Ni(OH)2eq\o(,\s\up17(充電),\s\do15(放電))2NiOOH＋H2。則下列說法正確的是()A．放電時，NiOOH發生氧化反應B．充電時，a電極的pH增大，K＋移向b電極C．充電時，a電極的電極反應為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．放電時，負極反應為NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－【答案】C2．全釩液流電池是一種新型的綠色環保儲能電池，該電池性能優良，其電池總反應為V3＋＋VO2＋＋H2Oeq\o(,\s\up17(充電),\s\do15(放電))VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋。下列敘述正確的是()A．放電過程中電解質溶液中陰離子移向正極B．放電時每轉移0.5mol電子，負極有0.5molV2＋被氧化C．充電時陽極旁邊溶液的酸性減弱D．充電時陽極反應式為VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2O【答案】B【解析】放電時發生的反應為VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋=V3＋＋VO2＋＋H2O，陰離子移向負極，A錯誤；負極V2＋被氧化成V3＋，每轉移0.5mol電子，負極有0.5molV2＋被氧化，B正確；充電時的總反應為V3＋＋VO2＋＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋。陽極反應為VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋陽極旁邊溶液的酸性增加，C、D錯誤。3．鋰—空氣電池能夠供應相當于一般鋰離子電池10倍的能量。如圖是鋰—空氣電池放電和充電時的工作示意圖。下列說法正確的是()A．a極為原電池的正極B．電池充電時，b極發生的反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．放電時，a極鋰的化合價未發生改變D．充電時，溶液中Li＋由b極向a極遷移【答案】D4．某充電寶鋰離子電池的總反應為xLi＋Li1－xMn2O4eq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))LiMn2O4，某手機鎳氫電池總反應為NiOOH＋MHeq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))M＋Ni(OH)2(M為儲氫金屬或合金)，有關上述兩種電池的說法不正確的是()A．鋰離子電池放電時Li＋向正極遷移B．鎳氫電池放電時，正極的電極反應式：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－C．上圖表示用鋰離子電池給鎳氫電池充電D．鋰離子電池充電時，陰極的電極反應式：LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋【答案】D二、燃料電池5．甲醇燃料電池體積小巧，干凈環保、比能量高，已在便攜式通訊設備、汽車等領域應用。某甲醇燃料電池的總反應式為2CH4O＋3O2=2CO2＋4H2O，如圖是該燃料電池的示意圖。下列說法錯誤的是()A．a是甲醇，b是氧氣B．燃料電池將化學能轉化為電能C．質子從M電極區穿過交換膜移向N電極區D．負極反應：CH4O－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋【答案】A【解析】由質子交換膜知，電解質溶液呈酸性，N極上生成水，則a為氧氣，N為正極，M為負極，負極反應式為CH4O－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，正極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，b是甲醇、c是二氧化碳，質子從M電極區通過質子交換膜到N電極區，通過以上分析知，B、C、D正確。6．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優點。一種以液態肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示，該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH溶液作為電解質溶液。下列關于該電池的敘述正確的是()A．b極發生氧化反應B．a極的反應式：N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2OC．放電時，電流從a極經過負載流向b極D．其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜【答案】B7．新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結構如圖所示，(已知硼氫化鈉中氫為－1價)，有關該電池的說法正確的是()A．電極B材料中含MnO2層，MnO2可增加導電性B．電池負極區的電極反應：BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2OC．放電過程中，Na＋從正極區向負極區遷移D．在電池反應中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，理論上流過電路中的電子為6NA個【答案】B三、新型化學電源8．近幾年科學家獨創的一種新型可控電池——鋰水電池，工作原理如圖所示。下列有關說法不正確的是()A．碳極發生的反應是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．有機電解質和水溶液不行以互換區域C．標準狀況下產生22.4L的氫氣時，正極消耗鋰的質量為14gD．該裝置不僅可供應電能，還可得到清潔的氫氣【答案】C【解析】依據圖示信息可知，碳電極上產生氫氣，應當是正極，該電極上發生得電子的還原反應：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A正確；由于金屬Li可以和水反應生成氫氧化鋰和氫氣，但是和有機電解質不反應，所以有機電解質和水溶液不行以互換區域，B正確；金屬Li和水發生反應2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，標準狀況下產生22.4L的氫氣時，金屬鋰是負極，負極消耗鋰的質量為14g，C錯誤；該裝置是將化學能轉化為電能的裝置，裝置不僅可供應電能，并且反應產物是氫氣，能供應能源，D正確。9．金屬(M)－空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優點，有望成為新能源汽車和移動設備的電源。該類電池放電的總反應方程式為：4M＋nO2＋2nH2O=4M(OH)n。已知：電池的“理論比能量”指單位質量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說法不正確的是()A．采納多孔電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴散至電極表面B．比較Mg、Al、Zn三種金屬－空氣電池，Al－空氣電池的理論比能量最高C．M－空氣電池放電過程的正極反應式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－=4M(OH)nD．在Mg－空氣電池中，為防止負極區沉積Mg(OH)2，宜采納中性電解質及陽離子交換膜【答案】C10．光電池是發展性能源。一種光化學電池的結構如圖，當光照在表面涂有氯化銀的銀片上時AgCl(s)eq\o(=,\s\up17(光))Ag(s)＋Cl(AgCl)，[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面]，接著Cl(AgCl)＋e－=Cl－(aq)，若將光源移除，電池會馬上復原至初始狀態。下列說法不正確的是()A．光照時，電流由X流向YB．光照時，Pt電極發生的反應為：2Cl－＋2e－=Cl2C．光照時，Cl－向Pt電極移動D．光照時，電池總反應為：AgCl(s)＋Cu＋(aq)eq\o(=,\s\up17(光))Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)【答案】B11．將兩個鉑電極插入500mLCuSO4溶液中進行電解，通電肯定時間后，某一電極增重0.064g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積改變)，此時溶液中氫離子濃度約為()A．4×10－3mol·L－1 B．2×10－3mol·L－1C．1×10－3mol·L－1 D．1×10－7mol·L－1【答案】A【解析】陰極反應：Cu2＋＋2e－=Cu，增重0.064g應是Cu的質量，設生成H＋的物質的量為x，依據總反應方程式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋2×64g4mol0.064gxx＝0.002molc(H＋)＝eq\f(0.002mol,0.5L)＝4×10－3mol·L－1。12．兩個惰性電極插入500mLAgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變為3.0時(設電解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積改變可以忽視不計)，電極上析出銀的質量最大為()A．27mg B．54mgC．106mg D．216mg【答案】B【解析】首先結合離子放電依次，弄清晰兩極的反應：陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；陰極：4Ag＋＋4e－=4Ag，電解的總反應式為4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(電解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。由電解的總反應式可知，電解過程中生成的n(Ag)＝n(HNO3)＝n(H＋)＝(10－3mol·L－1－10－6mol·L－1)×0.5L≈5×10－4mol，m(Ag)＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g＝54mg。13．500mLNaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq\o\al(－,3))＝0.3mol·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到氣體1.12L(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是()A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2mol·L－1B．電解后溶液中c(H＋)＝0.2mol·L－1C．上述電解過程中共轉移0.4mol電子D．電解后得到的Cu的物質的量為0.1mol【答案】B14．用惰性電極電解肯定濃度CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好復原到電解前的濃度和pH。則下列說法正確的是()A．電解過程中陰極沒有氣體生成B．電解過程中轉移的電子的物質的量為0.4molC．原CuSO4溶液的濃度為0.1mol·L－1D．電解過程中陽極收集氣體體積為1.12L(標準狀況下)【答案】B【解析】加入0.1molCu(OH)2相當于加入0.1molCuO和0.1molH2O，故CuSO4電解完后還電解了部分水，陰極析出了0.1molCu和0.1molH2，A錯誤；析出0.1molCu轉移電子0.2mol，析出0.1molH2轉移電子0.2mol，故轉移的電子的總物質的量為0.4mol，B正確；原CuSO4溶液的物質的量為0.1mol，不知溶液體積，無法求濃度，C錯誤；電解過程中陽極始終產生O2，依據轉移的電子的總物質的量為0.4mol，產生O2體積為2.24L(標準狀況下)，D錯誤。15．如圖所示，通電5min后，電極5的質量增加2.16g，請回答下列問題：(1)a為電源的______(填“正”或“負”)極，C池是________池。A池陽極的電極反應為________，C池陰極的電極反應為________。(2)假如B池中共收集到224mL氣體(標準狀況)且溶液體積為200mL(設電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2＋的物質的量濃度為________。(3)假如A池溶液是200mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不變)，則通電后，溶液的pH為________。【答案】(1)負電解2Cl－－2e－=Cl2↑Ag＋＋e－=Ag(2)0.025mol·L－1(3)13(2)B池中電解總反應為2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若轉移0.02mol電子時只收集到O2(只電解溶質)，則依據關系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005mol，體積為112mL(標準狀況)<224mL，說明溶質CuSO4已耗完，然后電解水。設整個過程消耗CuS