2020高中化学 第四章 电化学基础 第二节 化学电源导学案 新人教版选修4

A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇 B.正极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH C.负极反应式为CH3OH＋H2O－6e===CO2↑＋6H D.该电池提供1 mol e，消耗氧气0.25 mol 答案 B

解析 电极反应式为

负极：2CH3OH－12e＋2H2O===2CO2↑＋12H

正极：3O2＋12e＋12H===6H2O，B错误；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；3 mol

当电池提供 1 mol 电子时，消耗O2为＝0.25 mol。

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8.美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁－过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )

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A.电池的负极反应为Mg－2e===Mg B.电池工作时，H向负极移动

C.电池工作一段时间后，溶液的pH增大 D.电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H===Mg＋2H2O 答案 B

解析 Mg－H2O2燃料电池中Mg作负极：Mg－2e===Mg，Pt作正极：H2O2＋2H＋2e===2H2O，总反应式为Mg＋H2O2＋2H===Mg＋2H2O，消耗H，使c(H)减小，pH增大，且H移向正极。 9.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )

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催化剂A.反应CH4＋H2O=====△3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－2e===2H2O C.电池工作时，CO3向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e===2CO3

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答案 D

解析 A项，由化合价变化可知，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，电极反应式为H2＋CO3－2e===H2O＋CO2↑；C项，电池工作时，CO3向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为O2＋2CO2＋2e===2CO3。

[能力提升题]

10.某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是( )

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A.正极反应为AgCl＋e===Ag＋Cl

B.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D.当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 答案 D

解析 原电池正极发生还原反应，该原电池正极反应式为Cl2＋2e===2Cl，A项不正确；该原电池放电时，负极材料中的Ag被氧化为Ag，Ag与附近的Cl反应生成AgCl白色沉淀。交换膜右侧溶液中无大量AgCl白色沉淀生成，B项不正确；由原电池负极反应Cl＋Ag－e===AgCl↓和正极反应Cl2＋2e===2Cl可知，若用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项不正确；由原电池的负极反应Cl＋Ag－e===AgCl↓可知，当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中减少0.01 mol Cl，同时约有0.01 mol H通过阳离子交换膜移至右侧，故交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子，D项正确。

11.“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。

(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将________能转化为________能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为

放电

Cd＋2NiOOH＋2H2O充电Cd(OH)2＋2Ni(OH)2

充电时，阳极的电极反应式为_________________；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 放电

(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn＋Ag2O＋H2O充电2Ag＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为________________________。 答案 (1)太阳 电 Ni(OH)2－e＋OH===NiOOH＋H2O 减小

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(2)Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2

解析 (1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)2为阳极；放电时负极反应为Cd－2e＋2OH===Cd(OH)2，故溶液碱性减小。

12.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压，该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋放电

8H2O充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。

(1)放电时负极反应为___________________________________________________。 (2)充电时Fe(OH)3发生________反应。

(3)放电时电子由________极流向________(填“正”或“负”)极。 (4)放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是__________________。 答案 (1)Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2 (2)氧化 (3)负 正 (4)1.806×10

解析 放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e＋2OH

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===Zn(OH)2；电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.806×10，充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。

13.燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。

(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为_________________________， 正极电极反应式为________________________________________________________， 放电过程中溶液的pH__________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如右，有关说法正确的是________。 a.电池工作时，Na向负极移动 b.电子由电极2经外电路流向电极1 c.电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O

d.电极2发生的电极反应为O2＋4H＋4e===2H2O

(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

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①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。

②正极反应式为__________________________________________________________。

负极反应式为____________________________________________________________。 ③放电过程中，H由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。 ④在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体_______L。 ⑤该电池________(填“能”或“不能”)在高温下工作。

(4)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答：

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①a极电极反应式为_______________________________________________________。 ②工作时，O由电极________向电极________移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极________通过传感器流向电极________。

答案 (1)CH4＋10OH－8e===CO3＋7H2O O2＋2H2O＋4e===4OH 减小 (2)c (3)①正极 ②O2＋4H＋4e===2H2O C6H12O6＋6H2O－24e===6CO2↑＋24H ③负 正 ④22.4 ⑤不能 (4)①CO＋O－2e===CO2 ②b a a b

解析 (1)负极为CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为CO3，故负极电极反应式为CH4＋10OH－8e===CO3＋7H2O；正极O2得电子在碱性条件下生成OH，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH，电池总反应式为CH4＋2O2＋2OH===CO3＋3H2O。随着放电反应的进行，OH不断消耗，pH减小。

(2)先分析进出电极物质的化合价，判断电池正负极，NH3→N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极，电池工作时，Na向正极移动，电子由电极1经外电路流向2，电极2电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH。电极1电极反应式为2NH3＋6OH－6e===N2＋6H2O。

(3)①O2→H2O发生还原反应，故A为燃料电池的正极，B为燃料电池的负极。②由于电解质中含有H，故正极电极反应为O2＋4H＋4e===2H2O，负极电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e===6CO2↑＋24H。

③放电过程中，H由负极区向正极区移动。

④葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。

⑤高温下由于微生物蛋白质发生变性，故该电池不能在高温下工作。

(4)根据元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O－2e===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e===2O，总反应为2CO＋O2===2CO2。工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O由电极b向电极a移动。

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