(2019)新人教版高中化学必修二第六章 第一节 第3课时 设计原电池 燃料电池解析版.docx

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1、第3课时设计原电池燃料电池1.下图为番茄制作的水果电池,下列说法正确的是()A一段时间后,铜片质量减小B锌电极发生氧化反应C电流由锌通过导线流向铜D铜电极是该电池的负极答案B解析锌的金属性强于铜,所以锌是负极,铜是正极,溶液中的氢离子在正极得到电子生成氢气,所以选项B正确。2下列电池工作时,O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池答案C解析氢氧燃料电池的总反应是2H2O2=2H2O,因而正极是O2得电子发生还原反应。3某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果如下:编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Fe、Al稀硫酸偏向

2、Fe2Al、Mg稀硫酸偏向Al3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Al、MgNaOH溶液偏向Mg根据上表记录的实验现象,回答下列问题:(1)实验1、2中铝的作用是否相同?_。写出实验1中铝电极上发生的电极反应式:_。实验2中,镁为_极,电极反应式为_。(2)实验3中,铝为_极,石墨为_极,电池总反应式为_。(3)实验4中,铝为_极,原因为_,负极电极反应式为_。答案(1)实验1、2中铝的作用不同,实验1中,铝作原电池的负极,实验2中铝作原电池的正极Al3e=Al3负Mg2e=Mg2(2)负正2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2(3)负铝可以和氢氧化钠溶液发生反应Al3e4OH=AlO2H2O解

3、析(1)由实验1、2的现象可知,实验1中Al为原电池的负极,实验2中Al为原电池的正极。实验1中铝电极上发生的电极反应式为Al3e=Al3;实验2中镁为负极,电极反应式为Mg2e=Mg2。(2)由实验3的现象可知,Al为原电池的负极,石墨为原电池的正极,负极发生氧化反应,电极反应式为2Al6e=2Al3,正极发生还原反应,电极反应式为6H6e=3H2,电池总反应方程式为2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2。(3)由实验4的现象可知,Mg作正极,Al作负极,因为Al可以和NaOH溶液发生自发的氧化还原反应,2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2,负极电极反应式为Al3e4OH=A

4、lO2H2O。4如图所示,可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时两种。试回答下列问题:(1)酸式电池的电极反应:负极:_,正极:_;电池总反应:_。(2)碱式电池的电极反应:负极:_,正极:_;电池总反应:_。答案(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O解析(1)正极上,O2得电子变为O2,溶液中O2不能单独存在,酸性条件下与H结合成H2O。负极上,H2失电子变为H,H进入电解质溶液。(2)正极上,O2得电子变为O

5、2,溶液中O2不能单独存在,碱性条件下与H2O结合成OH。负极上,H2失电子变为H,碱性条件下H不能大量存在,与OH结合成H2O。5如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列有关该装置的说法正确的是()A铜为负极,其附近的溶液变蓝,溶液中有Cu2产生B其能量转化的形式主要是化学能电能光能C如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向将发生改变D如果将稀硫酸换成柠檬汁,LED灯将不会发光答案B解析锌片作负极,发生氧化反应,铜片作正极,发生还原反应,A错误;该装置的能量转化形式是“化学能电能光能”,B正确;如把锌片换为铁片,铜片依然为正极,电路中的电流方向不会发生改变,C错误;如将

6、稀H2SO4换为柠檬汁,由于柠檬汁中含有柠檬酸,溶液呈酸性,LED灯也会发光,D错误。6某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是()A锌筒是原电池的正极B石墨电极上发生氧化反应C铵根离子流向石墨电极D电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒答案C解析锌锰干电池中,锌筒作负极,石墨电极作正极,A错误;锌锰干电池中,锌筒作负极,石墨电极作正极,正极上二氧化锰得电子发生还原反应,B错误;原电池中阳离子定向移动到正极,故铵根离子流向石墨电极,C正确;电子经导线由负极锌筒流向石墨电极,D错误。7.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其

7、工作温度为600700 ,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应为:2H2+O22H2O,负极反应为:H2+CO32-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是()A.正极反应:4OH-4e-2H2O+O2B.当电池生成1 mol H2O时,转移4 mol电子C.放电时CO32向负极移动D.放电时CO32向正极移动答案:C8如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是( )A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为:C装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化【答案】C【解

8、析】A.存在能量转化形式有太阳能、机械能、化学能、电能,则不只是三种,故A错误;B.装置Y为燃料电池,氢气在负极失电子被氧化,电极反应式是:H2-2e-+2OH-=2H2O,故B错误;C.在装置X中,电解水生成H2、O2,能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生,故C正确;D.在反应过程中,有能量的损耗和热效应的产生,不可能实现化学能和电能的完全转化,故D错误。答案选 C。9LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是( ) A电路中的电子从负极经外电路到正极,再经过KOH溶液回到负极,形成闭合回路Ba处通入氢气, b处通氧气,该装置将化学能最

9、终转化为电能C电池放电后, OH的物质的量浓度减小D通入O2的电极发生反应:O2 + 4e 2O2【答案】C【解析】 A. 电路中的电子从负极经外电路到正极,但是电子不经过KOH溶液,A不正确;B. 由外电路中电子的运动方向可知,a是负极、b是正极,故a处通入氢气、 b处通氧气,该装置将化学能最终转化为光能,B不正确;C. 电池放电后,电池反应产物是水,故 OH的物质的量浓度减小,C正确;D. 通入O2的电极发生反应为O2 + 2H2O+4e 4OH,D不正确。答案选C。10一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )A反应,每消耗1mol CH4转移12mol 电子

10、B电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e-=2H2OC电池工作时,CO32-向电极B移动D电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e=2CO32-【答案】D【解析】 A、1mol CH4CO,化合价由-4价+2上升6价,1mol CH4参加反应共转移6mol电子,故A错误;B、环境不是碱性,否则不会产生CO2,其电极反应式:CO+H2+2CO32-4e-=3CO2H2O,故B错误;C、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,故C错误;D、根据电池原理,O2、CO2共同参加反应,其电极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO32-,故D正确;11(1)如图是

11、甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:电池的负极是_(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式:负极反应式:2CO24e=4CO2;正极反应式:_;总电池反应式:_。【答案】(1)a CH410OH8e=7H2O 减小 (2) O22CO24e=2 2COO2=2CO2 【解析】(1)根据总反应式CH42OH

12、+2O2=CO32-+3H2O,CH4在反应时失去电子,故a电极是电池的负极,负极反应式是CH410OH8e= CO32-7H2O。由于电池工作过程中会消耗OH,故一段时间后,电解质溶液的pH会减小;(2) 用CO作燃料,熔融盐燃料电池的总反应为2CO+O2=2CO2;根据正极反应式负极反应式总电池反应,可推知正极反应式为O22CO24e=2 CO32-。12人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用,如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等,都离不开各式各样的电池,同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息,回答下列问题:(1)研究人员最近

13、发明了一种“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,在海水中电池反应可表示为:5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl该电池的负极反应式是_;在电池中,Na+不断移动到“水”电池的_极(填“正”或“负”);外电路每通过4 mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是_;(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时,b口通入的物质为_;该电池负极的电极反应式_;工作一段时间后,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,有_个电子转移。(3)Ag2O2是银锌碱性电池的

14、正极活性物质,当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:_;【答案】(1)Ag+Cl-e-=AgCl 正 2 mol (2)CH3OH CH3OH-6e-+H2O=CO26H+ 1.2NA (3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag 【解析】 (1)根据电池总反应:5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl可知,Ag元素的化合价由0价失电子升高到+1价,发生氧化反应,Ag应为原电池的负极,负极发生反应的电极方程式为:Ag+Cl-e-=AgCl;答案为

15、Ag+Cl-e-=AgCl。在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以钠离子向正极移动;答案为正。根据方程式中5molMnO2生成1molNa2Mn5O10,化合价共降低了2价,所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子,则外电路每通过4mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2mol;答案为2mol。(2)据氢离子移动方向知,阳离子向正极移动,则右侧电极为正极,左侧电极为负极,负极上通入燃料甲醇;答案为CH3OH。正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为:O2+4H+4e-=2H2O,负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为CH3OH-6e

16、-+H2O=CO2+6H+;答案为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。根据CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+反应知,消耗1mol甲醇要转移6mol电子,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量n=1.2mol,则转移电子个数为1.2NA;答案为1.2NA。(3)电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,正极电极反应式为Ag2O2+4e-+2H2O2Ag+4OH-,负极电极反应式为2Zn-4e-+8OH-2Zn(OH)42-,反应还应有KOH参加,反应的总方程式为:Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag;答案为:Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag。

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