2023届新高考一轮复习(多选)鲁科版第六章第2课时　原电池、化学电源学案.docx

第2课时原电池、化学电源1.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如新型电池的开发等。 原电池原理及应用1.原电池的概念原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是自发进行的氧化还原反应。2.原电池构成条件(1)能自发进行的氧化还原反应,一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应。(2)电极,一般是活泼性不同的两电极。(3)电解质溶液或熔融电解质。(4)形成闭合回路。3.原电池工作原理(以铜锌原电池为例)(1)两种装置(2)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn-2e-Zn2+Cu2+2e-Cu反应类型氧化反应还原反应盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成(4)盐桥的组成和作用盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。盐桥的作用:a.连接内电路,形成闭合回路;b.平衡电荷,使原电池不断产生电流。盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。 装置中Zn与Cu2+直接接触,会有部分Zn与Cu2+直接反应,化学能转化为热能,造成能量损耗;装置中,Zn在负极区,Cu2+在正极区,不存在Zn与Cu2+的直接反应而造成能量损耗,电流稳定,且持续时间长。4.原电池的应用(1)比较金属的活动性强弱:原电池中,负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。(2)加快化学反应速率:氧化还原反应形成原电池时,反应速率加快。(3)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。(4)设计制作化学电源理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“×”)(1)NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应,此反应可以设计成原电池。()(2)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生。()(3)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。()(4)在Cu|CuSO4|Zn原电池中,正电荷定向移动的方向就是电流的方向,所以Cu2+向负极移动。()解析:(1)该反应不是氧化还原反应,没有电子转移。(2)在原电池工作时,电子不进入电解质溶液,电解质溶液通过离子移动形成闭合回路。(3)原电池工作时,无论溶液中的还是盐桥中的阳离子都向正极移动。(4)在外电路中电流由正极流向负极,而在电解质溶液中,阳离子都由负极移向正极。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)在两种活泼性不同的金属组成的原电池中,活泼性较强的金属一定作负极吗?提示:在原电池中活泼性强的金属不一定作负极,但负极一定发生氧化反应。如Mg-Al-NaOH溶液组成的原电池,Al作负极。(2)在如图所示的4个装置中,不能形成原电池的是哪几个,并指出原因。提示:;中酒精是非电解质,中未形成闭合回路。3.做一做设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:铜片、锌片和导线,ZnSO4溶液,CuSO4溶液。(1)完成原电池甲的装置示意图(见下图),并作相应标注,要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。(2)以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装电池乙,工作一段时间后,负极可观察到的现象是。 (3)更能有效地将化学能转化为电能的原电池是(填甲、乙);其原因是 。 答案:(1)(2)电极逐渐溶解变细。(3)甲;Zn和Cu2+不直接接触,避免两种物质直接反应,从而避免了化学能转化为热能,提高电池效率。 原电池工作原理及装置分析1.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(B)A.中Mg作负极,中Fe作负极B.中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2C.中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+D.中Cu作正极,电极反应式为2H+2e-H2解析:中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A、C错误;中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,负极反应式为2Al+8OH-6e-2AlO2-+4H2O,两者相减得到正极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2,B正确;中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。2.某同学设计了如图所示原电池装置,下列说法正确的是(B)A.该原电池的负极是PtB.甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅C.若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转D.电子由乙烧杯经盐桥流向甲烧杯解析:根据分析可知Pt电极为正极,Cu电极为负极,故A错误;根据电池总反应可知甲烧杯中的Fe3+不断被消耗,所以红色逐渐变浅,故B正确;由于Cu比Pt活泼,所以即便甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,铜依然为负极,故C错误;电子不能在电解质溶液和盐桥中移动,故D错误。 原电池工作原理的应用3.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下;由此可判断这四种金属的活动性顺序是(C)实验装置部分实验现象a极质量减小;b极质量增加b极有气体产生;c极无变化d极溶解;c极有气体产生电流从a极流向d极A.a>b>c>dB.b>c>d>aC.d>a>b>cD.a>b>d>c解析:由实验可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验可知,d极溶解,c极有气体产生,c作正极,则活动性:d>c;由实验可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,则活动性:d>a;综上所述可知这四种金属活动性:d>a>b>c。4.设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+强。(1)写出能说明氧化性Fe3+大于Cu2+的离子方程式:。 (2)若要将上述反应设计成原电池,电极反应式分别是:负极。 正极。 (3)在框中画出装置图,指出电极材料和电解质溶液:不含盐桥含盐桥答案:(1)2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+(2)Cu-2e-Cu2+2Fe3+2e-2Fe2+(3)不含盐桥含盐桥判断原电池正、负极的5种方法 常见化学电源1.一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。负极材料:Zn电极反应:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2正极材料:碳棒电极反应:2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-(2)纽扣式锌银电池总反应:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。电解质是KOH负极材料:Zn电极反应:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2正极材料:Ag2O电极反应:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,负极材料是Pb,正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。 可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极;同理,原来的正极连接电源的正极作阳极,简记为负连负,正连正。3.氢氧燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,分为酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H2-4e-4H+2H2+4OH-4e-4H2O正极反应式O2+4e-+4H+2H2OO2+2H2O+4e-4OH-电池总反应式2H2+O22H2O理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“×”)(1)太阳能电池不属于原电池。()(2)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。()(3)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用。()(4)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重4.8 g。()解析:(2)MnO2是正极反应物,不是催化剂。答案:(1)(2)×(3)(4)2.想一想燃料电池在工作时,是不是燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能?提示:不是,燃料电池不是燃料在电极上燃烧,而是在两极发生氧化还原反应,直接把化学能转化为电能。3.做一做(1)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。该电池的负极反应式为。 写出负极可能发生副反应:。 (2)如图为钠高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 左右,电池的总反应式为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是。 答案:(1)Mg-2e-Mg2+Mg+2H2OMg(OH)2+H2(2)xS+2e-Sx2-(或2Na+xS+2e-Na2Sx)导电和隔离钠与硫1.如图所示是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是(C)A.氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-B.干电池工作时,H+向石墨电极移动C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 gD.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池解析:氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,故A正确;干电池的石墨是正极,则电池工作时H+向正极移动,即向石墨电极移动,故B正确;铅蓄电池工作过程中,负极上铅失电子,生成硫酸铅,且硫酸铅在负极上析出,硫酸铅是难溶物质,则负极质量应该增加而非减小,故C错误;干电池是一次电池,铅蓄电池是可充电电池属于二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,故D正确。2.“免加水铅蓄电池”寿命可长达4年,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,下列判断错误的是(B)A.铅蓄电池充电时,Pb电极发生还原反应B.铅蓄电池放电时Pb电极的电极反应为Pb-2e-Pb2+C.电池工作时,H+移向PbO2板D.实验室用铅蓄电池作电源,用惰性电极电解CuSO4溶液,当阴极析出2.4 g铜时,铅蓄电池内消耗H2SO4物质的量至少是0.075 mol解析:铅蓄电池充电时,Pb电极此时连接电源负极做阴极,发生还原反应,故A正确;铅蓄电池放电时负极发生氧化反应,电极反应式为Pb-2e-+SO42-PbSO4,故B错误;铅蓄电池工作时为原电池,原电池中阳离子移向正极,因此H+移向PbO2板,故C正确;实验室用铅蓄电池作电源,用惰性电极电解CuSO4溶液,当阴极析出2.4 g铜,即2.4 g64 g/mol=0.037 5 mol时,转移电子0.037 5 mol×2=0.075 mol,根据Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,铅蓄电池内消耗H2SO4物质的量至少是0.075 mol,故D正确。3.燃料电池能量转化率高,以下是氢氧燃料电池结构示意图:(PTFE*为聚四氟乙烯的缩写,工作温度65 左右)下列说法不正确的是(C)A.电极室a为负极室,电极室b为正极室B.燃料电池的能量转化率比柴油发动机的能量利用率高C.碱性电解液的氢氧燃料电池,氧化生成的水在O2侧产生;酸性电解液电池,水在H2侧产生D.多孔隔膜既是电解液的仓库,也是反应产物H2O的通道,电解液除KOH外也可用H2SO4或固态离子导体解析:电极室a中氢气失电子产生氢离子,为负极室,电极室b中氧气得电子产生氢氧根离子,为正极室,选项A正确;燃料电池的能量主要为化学能转化为电能,转化率比柴油发动机的能量(热能部分转化为动能再转化为电能)利用率高,选项B正确;碱性电解液的氢氧燃料电池,H2失电子产生的氢离子与氢氧根离子反应生成水,氧化生成的水在H2侧产生;酸性电解液电池,O2得电子产生氢氧根离子与氢离子反应生成水,水在O2侧产生,选项C不正确;多孔隔膜起到导电的作用,选项D正确。 创新型化学电源1.日新月异的新型燃料电池(1)燃料电池常用的燃料H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。(2)燃料电池常用的电解质酸性电解质溶液,如H2SO4溶液;碱性电解质溶液,如NaOH溶液;熔融氧化物;熔融碳酸盐,如K2CO3;质子交换膜等。(3)燃料电池原理(4)燃料电池电极反应式书写的常用方法第一步,写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下:CH4+2O2CO2+2H2OCO2+2NaOHNa2CO3+H2O+可得甲烷燃料电池的总反应式:CH4+2O2+2NaOHNa2CO3+3H2O。第二步,写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,因电解质溶液不同,故其电极反应也会有所不同:酸性电解质:O2+4H+4e-2H2O。碱性电解质:O2+2H2O+4e-4OH-。固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-2O2-。熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-2CO32-。第三步,电池的总反应式-电池的正极反应式=电池的负极反应式。2.用途广泛的新型充电电池(1)工作原理(2)新型可充电电池电极方程式的书写铁镍电池(负极Fe,正极NiO2,电解液KOH溶液)已知:Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2。放电:负极:Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2;正极:NiO2+2H2O+2e-Ni(OH)2+2OH-。充电:阴极:Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-;阳极:Ni(OH)2-2e-+2OH-NiO2+2H2O。LiFePO4电池(正极LiFePO4,负极Li,含Li+导电固体为电解质)已知:FePO4+LiLiFePO4。放电:负极:Li-e-Li+;正极:FePO4+Li+e-LiFePO4。充电:阴极:Li+e-Li;阳极:LiFePO4-e-FePO4+Li+。高铁电池(负极Zn,正极石墨,电解质为浸湿的固态碱性物质)已知:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。放电:负极:3Zn-6e-+6OH-3Zn(OH)2;正极:2FeO42-+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-。充电:阴极:3Zn(OH)2+6e-3Zn+6OH-;阳极:2Fe(OH)3-6e-+10OH-2FeO42-+8H2O。 锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料:正极材料:LiMO2(M:Co、Ni、Mn等)、LiM2O4(M:Co、Ni、Mn等)、LiMPO4(M:Fe等)。负极材料:石墨(能吸附锂原子)。负极反应:LixCn-xe-xLi+Cn,正极反应:Li1-xMO2+xLi+xe-LiMO2,总反应:Li1-xMO2+LixCnCn+LiMO2。理解辨析1.想一想可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应吗?提示:可充电电池放电时是自发的原电池反应,充电时是非自发的电解池反应,条件不同,不属于可逆反应。2.做一做新型高效环保电池、液体锌二次电池具有电压高、成本低、安全性强和可循环使用等特点。已知:Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)42-;KOH凝胶中允许离子存在、生成或迁移。(1)电池放电时,电子移动方向: 。 (2)电池充电时,H+移动方向: 。 (3)电池放电时,负极反应: 。 (4)电池充电时,阳极反应: 。 (5)电池充电时,电极B的质量如何变化: 。 解析:(1)电池放电时,电子由负极经导线流向正极,即放电时,电子由电极B经导线流向电极A。(2)电池充电时为电解池,阳离子移向阴极,即H+向电极B移动。(3)电池放电时,负极反应为Zn+4OH-2e-Zn(OH)42-。(4)电池充电时,阳极反应为Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+。(5)电池充电时,电极B为阴极,发生反应:Zn(OH)42-+2e-Zn+4OH-,电极B上有单质Zn生成,故质量增大。答案:(1)电子由电极B经导线流向电极A(2)H+向电极B移动(3)Zn+4OH-2e-Zn(OH)42-(4)Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+(5)质量增大 创新型燃料电池1.(双选)(2021·山东济南二模)用质子导体固体氧化物燃料电池(P-SOFC)脱氢可得丙烯,可实现“烯烃电力”联产。下列说法正确的是(CD)A.催化剂促进电能转变为化学能B.O2-由负极迁移至正极C.负极上发生的电极反应为C3H8-2e-C3H6+2H+D.电池总反应式为2C3H8+O22C3H6+2H2O解析:该装置为燃料电池,则催化剂能促进化学能转变为电能,A错误;O2作正极,得电子后形成O2-,O2-带负电荷,会在正极上与H+结合形成H2O,B错误;通入燃料C3H8的电极为负极,在负极上C3H8失去电子变为C3H6,故负极的电极反应式为C3H8-2e-C3H6+2H+,C正确;在电池的正极上O2得到电子变为O2-,然后再与H+结合形成H2O,故正极的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。负极电极反应式为C3H8-2e-C3H6+2H+。由于同一闭合回路中电子转移数目相等,所以将正极、负极电极反应式叠加,可得总反应方程式为2C3H8+O22C3H6+2H2O,D正确。2.(2021·新疆伊宁月考)净化含尿素和酸性Cr2O72-废水的微生物燃料电池工作原理如图。下列说法错误的是(D)A.放电时,M室电极的电势低于N室电极的B.放电时,负极的电极反应为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+C.当废水中Cr2O72-的浓度或酸性过大时,电池的效率都会降低D.1 mol Cr2O72-被净化时,有6 mol H+从N室迁移到M室解析:据分析,M室电极为负极,放电时,正极的电势高于负极的,则M室电极的电势低于N室电极的,故A正确;放电时,在微生物的作用下,CO(NH2)2在负极上失去电子发生氧化反应生成氮气和二氧化碳气体,电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+,故B正确;蛋白质在强氧化剂作用下或强酸性溶液中会发生变性,当废水中Cr2O72-的浓度或废水酸性过大时,还原菌的活性降低导致电池的效率降低,故C正确;原电池工作时阳离子移向正极,当1 mol Cr2O72-被净化时,负极放电生成的6 mol H+从负极室迁移到正极室,故D错误。 创新型可充电电池3.(2021·山东日照三模)包覆纳米硅复合材料(GS-Si)的可充电石墨烯电池工作原理如图所示。放电时,GS-Si包覆石墨烯电极上的物质变化为C6LiC6Li1-x;多元含锂过渡金属氧化物电极上的物质变化为Li1-xMO2LiMO2,下列说法错误的是(B)A.放电时,胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导离子,构成闭合回路B.若放电前两个电极质量相等,转移0.1 mol电子后两个电极质量相差0.7 gC.充电时,与正极连接的电极反应式为LiMO2-xe-Lil-xMO2+xLi+D.为保护电池,GS-Si包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li-e-C6+Li+解析:放电时,电池内电路由胶状聚合物电解质、隔膜、固体电解质构成,放电时,胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导Li+,构成闭合回路,A正确;由电极反应可知,放电时,转移0.1 mol电子后,负极材料减少0.1 mol Li+,正极材料增加0.1 mol Li+,因此转移0.1 mol电子后两个电极质量相差0.1 mol×2×7 g/mol=1.4 g,B错误;放电时,正极反应式为xLi+xe-+Li1-x MO2LiMO2,则充电时,与正极连接的电极反应式为LiMO2-xe-Lil-xMO2+xLi+,C正确;若GS-Si包覆石墨烯的电极反应进行至C6Li-e-C6+Li+,石墨烯电极会被氧化,损伤电极,因此为保护电池,GS-Si包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li-e-C6+Li+,D正确。4.(2021·山东淄博三模)以Na3Ti2(PO4)3为负极材料的新型可充电钠离子电池的工作原理如图。下列说法错误的是(C)A.放电时,正极反应式为FeFe(CN)6+2Na+2e-Na2FeFe(CN)6B.充电时,a端接电源正极C.充电时,每生成1 mol FeFe(CN)6消耗2 mol NaTi2(PO4)3D.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室解析:放电时,Mo箔为正极,FeFe(CN)6被还原为Na2FeFe(CN)6,电极反应为FeFe(CN)6+2Na+2e-Na2FeFe(CN)6,A正确;放电时Mo箔为正极,则充电时,Mo箔为阳极,a端连接电源正极,B正确;充电时右侧为阴极,电极反应为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+Na3Ti2(PO4)3,阳极反应为Na2FeFe(CN)6-2e-FeFe(CN)6+2Na+,根据电极反应可知每生成1 mol FeFe(CN)6转移2 mol电子,消耗1 mol NaTi2(PO4)3,C错误;充电时,为电解池,电解池中阳离子由阳极流向阴极,即Na+通过离子交换膜从左室移向右室,D正确。突破二次电池的四个角度 新型高效环保电池5.(2022·山东潍坊月考)某研究团队发现,利用微生物电化学系统可处理含氮废水。如图是一种新型的浸没式双极室脱盐反硝化电池,中间由质子交换膜隔开,阳极室中的NO3-通过泵循环至阴极室。下列说法错误的是(B)A.电极电势:阴极室高于阳极室B.负极的电极反应式:CH2O-4e-+H2OCO2+4H+C.当处理1 mol NO3-时,有5 mol H+经过质子交换膜,移向阴极室D.该装置需在适宜的温度下进行,温度不宜过高解析:原电池中电极电势,正极高于负极,则题中原电池右侧阴极高于左侧阳极,故A正确;负极电极反应式为(CH2O)n-4ne-+nH2OnCO2+4nH+,故B错误;由正极电极反应式2NO3-+12H+10e-N2+6H2O可知,当处理1 mol NO3-时,有5 mol H+经过质子交换膜,移向阴极室,故C正确;微生物对温度要求比较严格,合适温度下才能具有较高活性,超过一定温度会失活,故D正确。6.(双选)(2021·山东枣庄二模)目前,光电催化反应器(PEC)可以有效地进行能源的转换和储存,一种PEC装置如图所示,通过光解水可由CO2制得主要产物异丙醇。下列说法中正确的是(BD)A.该装置的能量来源有光能和电能B.光催化剂电极反应为2H2O-4e-O2+4H+C.每生成60 g异丙醇,电路中转移的电子数目为6NAD.H+从光催化剂电极一侧向左移动解析:由装置图可知,该装置的能量来源是光能,原电池仅仅是转换和储存能量的装置,A错误;由题图可知,光催化剂电极进入的物质为H2O,出去的物质是O2和H+,故该电极的反应为2H2O-4e-O2+4H+,B正确;电化学催化剂电极中,CO2发生的电极反应为3CO2+18H+18e-CH3CH(OH)CH3+5H2O,故每生成60 g即 1 mol异丙醇,电路中转移的电子数目为18NA,C错误;由图中可知,左侧是电池的正极,右侧为负极,故H+从光催化剂电极一侧向左移动,D正确。1.(2021·山东卷,10)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(C)A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L解析:在碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O,N2H4-O2清洁燃烧电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O,(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+H2O。放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池根据总反应可知,KOH的物质的量减小,B错误;理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为m g,则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是mg32 g/mol×6、mg32 g/mol×4、mg60 g/mol×16,通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大,C正确;根据得失电子守恒和总反应式可知,消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol,在标准状况下为22.4 L,D错误。2.(2020·山东卷,10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(B)A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为21解析:根据题图分析可知,a极为负极,CH3COO-失电子被氧化成CO2和H+,根据电荷守恒可得电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+,故A正确;为了实现海水的淡化,模拟海水中的氯离子需要移向负极,即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,钠离子需要移向正极,即b极,则隔膜2为阳离子交换膜,故B错误;当电路中转移1 mol电子时,根据电荷守恒可知,海水中会有1 mol Cl-移向负极,同时有1 mol Na+移向正极,即除去1 mol NaCl,质量为58.5 g,故C正确;b极为正极,水溶液为酸性,所以氢离子得电子产生氢气,电极反应式为2H+2e-H2,所以当转移8 mol电子时,正极产生4 mol气体,根据负极反应式可知,负极产生2 mol气体,物质的量之比为4 mol2 mol=21,故D正确。3.(2021·广东卷,9)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(B)A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能解析:根据题干信息可知,放电时总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C,放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+,故A错误;放电时正极为CO2得到电子生成C,故B正确;放电时阳离子移向还原电极,即阳离子由负极移向正极,故C错误;放电时装置为原电池,能量转化关系为化学能转化为电能,故D错误。4.(2021·河北卷,9)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是(D)A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水解析:金属性强的金属钾易与氧气反应,为防止钾与氧气反应,电池所选隔膜应允许K+通过,不允许O2通过,故A正确;由题图分析可知,放电时,a为负极,b为正极,电流由b电极沿导线流向a电极,充电时,b电极应与直流电源的正极相连,作电解池的阳极,故B正确;由题图分析可知,生成1 mol超氧化钾时,消耗1 mol氧气,两者的质量比值为(1 mol×71 g/mol)(1 mol×32 g/mol)2.221,故C正确;铅酸蓄电池充电时的总反应的化学方程式为2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4,反应消耗2 mol水,转移2 mol电子,由得失电子守恒可知,耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗水的质量为3.9 g39 g/mol×18 g/mol=1.8 g,故D错误。5.(2021·湖南卷,10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示。下列说法错误的是(B)A.放电时,N极为正极B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时,M极的电极反应式为Zn2+2e-ZnD.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过解析:由图分析可知,放电时,N电极为电池的正极,故A正确;放电时,左侧锌放电产生Zn2+,左侧贮液器中溴化锌的浓度不断增大,故B错误;充电时,M电极为阴极,锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌,电极反应式为Zn2+2e-Zn,故C正确;放电时,Br-通过隔膜进入溶液中与Zn2+结合,充电时,Zn2+通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积,故D正确。