(新)2022届考点44 非水电池(解析版).doc
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1、考点44 非水电池1(2015江苏)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CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子B电极A上H2参与的电极反应为:H22OH2e=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:O22CO24e=2CO32【答案】D【解析】A、1molCH4CO,化合价由-4价+2上升6价,1molCH4参加反应共转移6mol电子,故错误;B、环境不是碱性,否则不会产生CO2,其电极反应式:COH22CO324e=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
2、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:O22CO24e=2CO32,故D正确。不同类型的燃料电池可有不同种类的电解质,其电解质通常有水剂体系(酸性、中性或碱性)电解质、熔融盐电解质、固体(氧化物或质子交换膜)电解质等。在不同的电解质中,燃料电池的电极反应式就有不同的表示方法。因此,在书写燃料电池电极反应式时要特别注意电解质的种类。1、电解质为熔融的碳酸盐(如Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物)在熔融的碳酸盐环境中,O2-离子也不能单独存在, O2-离子可结合CO2生成CO32-离子,则其正极反应式为O22CO2 +4e-=2CO32-。2、电解
3、质为固体电解质(如固体氧化锆氧化钇)该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过,故其正极反应式应为O24e-=2O2-。综上所述,燃料电池正极反应式本质都是O24e-=2O2-,在不同电解质环境中,其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时,要特别注意所给电解质的状态。1、固态金属氧化物电池典例1(2018广东省揭阳市高三高考第一次模拟考试)在固态金属氧化物燃料电池中,以H2CO混合气体为燃料,基本原理如右图所示。下列说法不正确的是A Y极是原电池的正极,发生还原反应B 负极的电极反应式是:H22eO2H2O CO2eO2 CO2C 总反应可表示为:H2COO2 H2OCO2D
4、 同温同压下两极消耗的气体的体积之比是11【答案】D【解析】根据图示知:与X相连的电极通入H2、CO,所以X是负极,Y是正极,负极上发生氧化反应,电极反应式为:H2+O2-2e-=H2O、CO+O2-2e-=CO2,正极上发生还原反应,电极反应式为:O2+4e-=O2-,总反应为:H2+CO+O2=H2O+CO2。A根据图示知:与X相连的电极通入H2、CO,所以X是负极,Y是正极,A正确;B负极上发生氧化反应,电极反应式为:H2+O2-2e-=H2O、CO+O2-2e-=CO2,B正确;C、根据正负极的电极反应式可知,总反应式可以为:H2+CO+O2=H2O+CO2,C正确;D、总反应式可表示
5、为:H2+CO+O2=H2O+CO2,同温同压下两极消耗的气体体积之比是2:1,D错误。2、熔融碳酸盐电池典例2(2018届河南省濮阳市高三第二次模拟考试)氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600700),具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是A 电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用B 负极反应式为H2 -2e- +CO32-=CO2+H2OC 该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放D 电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗3.2 g O2【答案】B【解析】根据图示,在氢氧熔
6、融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极为负极,负极发生氧化反应,电极反应式为H2 -2e- +CO32-=CO2+H2O,通入氧气的电极为正极,正极发生还原反应,电极反应式为O2+2CO2+4e-= 2CO32-,总反应为:2 H2O2= 2H2O。A. 根据上述分析,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极反应,A错误;B. 负极发生氧化反应,电极反应式为H2 -2e- +CO32-=CO2+H2O,故B正确;C. 根据总反应,该电池工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,C错误;D. 电池工作时,外电路中流过0.2 mol电子,消耗0.5mol氧气,质量为16 g O2,D错误。3、质子膜电池
7、典例3(2018届甘肃省兰州市高三第一次诊断性考试)科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法不正确的是A 电极a为电池的负极B 电极b上发生的电极反应为:O2 +4H+ + 4e= 2H2OC 电路中每流过4 mol电子,在正极消耗44.8 LH2SD 每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区【答案】C【解析】A,根据图示,电极a上H2S失去电子被氧化成S2,电极a为负极,A项正确;B,电极b上O2发生得电子的还原反应,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O,B项正确;C,H2
8、S在负极被消耗,负极电极反应式为2H2S-4e-=S2+4H+,电路中流过4mol电子,负极消耗2molH2S,H2S所处温度和压强未知,无法计算消耗H2S的体积,C项错误;D,n(H2S)=17g34g/mol=0.5mol,根据正极和负极电极反应式,每17gH2S参与反应有1molH+经质子膜进入正极区,D项正确。4、固体氧化物电池典例4如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A 电极甲发生还原反应B
9、电池内的O2-由电极乙移向电极甲C 电池总反应为N2H4 +2O2= 2NO +2H2OD 当甲电极上有lmol N2H4消耗时,乙电极上有22.4L O2参与反应【答案】B【解析】A、通氧气一极为正极,通N2H4的一极为负极,即电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A错误;B、根据原电池的工作原理,O2从正极移向负极,B正确;C、因为反应生成无毒无害物质,即N2H4转化成N2和H2O,C错误;D、题目中没有说明条件是否为标准状况下,因此无法计算气体的体积,D错误。5、新材料电池典例5(2018届广东省佛山市普通高中教学质量检测二)新型液态金属Li-Sb电池具有优良的动力传
10、输特性,工作原理如图所示,该电池的两极及电解液被分成3层(熔融Li和Sb可互溶)。下列说法正确的是A 电池放电时Li为正极B 将Li换成Na会提高该电池的比能量C 该电池充电时阳极金属的总质量不变D 在Sb电极中常掺入Pb,目的是降低该电池工作温度【答案】D【解析】电池放电时Li为负极,A项错误;比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小,将Li换成Na会降低该电池的比能量,B项错误;当电池放电时,上层的锂金属失去电子,成为锂离子,移到中层的盐层,而盐层中的锂离子,则会吸收电子,渐渐跑到铅锑混合物所在的最下层,若开始充电,最底层的锂金属会往上熔回盐层的过程中,熔融Li和Sb可互溶
11、,故该电池充电时阳极金属的总质量发生改变,C项错误;将正极金属Sb和低熔点金属进行合金化来降低熔点,从而降低电池的工作温度,D项正确。1(江西省重点中学盟校2019届高三第一次联考)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700900时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A电池总反应为:N2H4+2O2=2NO+2H2OB电池内的O2-由电极乙移向电极甲C当甲电极上有lmol N2H4消耗时,乙电极上有22.4LO2参与反应D电池正极方程式为:O2 + 4e-
12、+2H2O=4OH-【答案】B【解析】A.反应生成物均为无毒无害的物质,负极上反应生成N2,则电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O,A错误;B.放电时,阴离子向负极移动,即O2-由电极乙移向电极甲,B正确;C.由电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O可知,当甲电极上有1molN2H4消耗时,乙电极上有1molO2被还原,由于反应条件未知,所以O2的体积不一定是22.4L,C错误;D.正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为:O2+4e-=2O2-,D错误。2(衡水金卷2018-2019年度高三第三次联合质量测评)一种以肼(N2H4)为燃料的新型环保电池的工作原理如图所示。下列说
13、法正确的是A电极A的电势比电极B的低B电极A的电极反应式为N2H44e+4OH=N2+4H2OC电极B发生氧化反应D每消耗11.2L的O2,转移的电子数为2NA【答案】A【解析】A. 电极A为负极,故A的电势比电极B的低,故A正确;B. 由图示可知,固体电解质中存在阳离子而不是氢氧根,电极A的电极反应式为:N2H44e+2O2-=N2+2H2O,故B错误;C. 电极B为正极,氧气得电子生成阳离子,发生还原反应,故C错误;D. 没有说明是否在标准状况下,所以11.2L的O2,转移的电子数不能确定,故D错误。3(安徽省芜湖市第一中学2020届高三上学期基础检测)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为
14、燃料氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700900时,O2可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )A.电池内的O2由电极甲移向电极乙B.电池总反应为N2H4+2O22NO+2H2OC.当甲电极上有1molN2H4消耗时,标况下乙电极上有22.4LO2参与反应D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲【答案】C【解析】A. 放电时,阴离子向负极移动,即O2由电极乙移向电极甲,A项错误; B. 反应生成物均为无毒无害的物质,负极上反应生成氮气,则电池总反应为N2H4+O2=N2+2H2O,B项错误;C. 由电
15、池总反应为N2H4+O2=N2+2H2O可知,当甲电极上有1molN2H4消耗时,乙电极上有1molO2被还原,所以标况下乙电极上有22.4LO2参与反应,C项正确;D. 电池外电路的电子从电源的负极流向正极,即由电极甲移向电极乙,D项错误。4(天津市新华中学2019届高三下学期第10次统练)某小组设计如图装置,利用氢镍电池为钠硫电池(总反应为:)充电。已知氢镍电池放电时的总反应式为,其中M为储氢合金,下列说法正确的是Aa极为氢镍电池的正极B充电时,通过固体陶瓷向M极移动C氢镍电池的负极反应式为D充电时,外电路中每通过2mol电子,N极上生成1molS单质【答案】B【解析】A.根据以上分析,与
16、a极相连的是钠硫电池的负极,所以a极为氢镍电池的负极,故A错误;B. 电解时阳离子向阴极移动,所以充电时,通过固体Al2O3陶瓷向M极移动,故B正确;C. 氢镍电池的负极发生氧化反应,反应式为MH+OH-e-=M+H2O,故C错误;D. 充电时,N电极为阳极,反应式为Sx2-2e-=xS,根据电子守恒,外电路中每通过2mol电子,N极上生成xmolS单质,故D错误。5(浙江省临安市昌化中学2019届高三上学期期末)钠-CO2电池的工作原理如图所示,吸收的CO2转化为Na2CO3固体和碳,沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面,下列说法不正确的是()A.负极反应式为Nae-=Na+B.多壁碳纳
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