1.原電池的概念、構(gòu)成及反應(yīng)本質(zhì):
(1)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。
(2)構(gòu)成條件。
①有兩個(gè)活潑性不同的電極(常見(jiàn)為金屬或石墨)。
②將電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。
③兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接)。
④能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
2.原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例):
3.原電池原理的應(yīng)用:
(1)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源。
(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率。
一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率增大。如在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量 CuSO4 溶液構(gòu)成原電池,反應(yīng)速率增大。
(3)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。
原電池中,一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極,而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬導(dǎo)體)作正極。
(4)用于金屬的防護(hù)。
使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。例如:要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負(fù)極。
1.判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。
(1)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極。( )
提示:√。氧化反應(yīng)是失去電子的反應(yīng),因此在原電池中一定為負(fù)極上的反應(yīng)。
(2)在鋅銅原電池中,因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路,所以有電流產(chǎn)生。( )
提示:×。電子不經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液。
(3)原電池工作時(shí),溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng),鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。( )
提示:×。陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子移向負(fù)極。
(4)某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含瓊脂的KCl飽和溶液。( )
提示:×。瓊脂中少量的Cl-會(huì)進(jìn)入AgNO3溶液和銀離子反應(yīng)。
(5)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極,活潑金屬一定作負(fù)極。( )
提示:×?；顫娊饘俨灰欢ㄗ髫?fù)極,鋁-NaOH溶液-鎂電池中鋁作負(fù)極。
(6)把鋅片和銅片用導(dǎo)線連起來(lái),浸入食鹽水中,不能形成原電池。( )
提示:×。發(fā)生了吸氧腐蝕形成原電池。
2.設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3+的氧化性比Cu2+強(qiáng)。
(1)寫(xiě)出能說(shuō)明氧化性Fe3+大于Cu2+的離子方程式: _____________。
(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,電極反應(yīng)式分別是
①負(fù)極: _____________。
②正極: _____________。
(3)在表中畫(huà)出裝置圖,指出電極材料和電解質(zhì)溶液:
答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)①Cu-2e-Cu2+ ②2Fe3++2e-2Fe2+
(3)
命題角度1:原電池的工作原理
【典例1】(2020·全國(guó)Ⅲ卷)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng):VB2+16OH--11e-V+2B(OH+4H2O。該電池工作時(shí),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.負(fù)載通過(guò)0.04 ml電子時(shí),有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)
B.正極區(qū)溶液的pH降低,負(fù)極區(qū)溶液的pH升高
C.電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V
D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極
【解析】選B。該電池中O2在正極發(fā)生的反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH- ,所以負(fù)載通過(guò)0.04 ml電子時(shí),有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng),A正確;根據(jù)正負(fù)極電極反應(yīng)式可知使用過(guò)程中負(fù)極區(qū)溶液的pH降低、正極區(qū)溶液的pH升高,B錯(cuò)誤;根據(jù)兩極電極反應(yīng)式可知電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V,C正確;VB2電極和復(fù)合碳電極分別為電池的負(fù)極、正極,根據(jù)物理學(xué)知識(shí)可知電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極,D正確。
【思維升級(jí)·母題延伸】(1)(變化觀念與平衡思想)分析電池工作原理,判斷裝置中的離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜還是陰離子交換膜?
提示:陰離子交換膜。該電池中復(fù)合碳電極發(fā)生的反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-,產(chǎn)生OH-,而VB2電極上發(fā)生的反應(yīng)消耗OH-,因此離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜。
(2)(宏觀辨識(shí)與微觀探析)有同學(xué)認(rèn)為:本電池工作時(shí)電子從VB2電極出發(fā)沿導(dǎo)線到達(dá)復(fù)合碳電極,再經(jīng)KOH溶液回到VB2電極,從而構(gòu)成閉合回路的。此同學(xué)的認(rèn)識(shí)是否正確?為什么?
提示:不正確。電子不能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液,在電解質(zhì)溶液中是陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)構(gòu)成閉合回路的。
【備選例題】
下圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)的,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.①中鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B.②中電子由a電極經(jīng)導(dǎo)線流向b電極
C.③中外電路中電流由A電極流向B電極
D.④中LixC6作負(fù)極
【解析】選C。在原電池中陰離子移向負(fù)極,所以③中A電極為負(fù)極,則外電路中電流應(yīng)由B電極流向A電極。
命題角度2:原電池的工作原理應(yīng)用
【典例2】選擇合適的圖象,將序號(hào)填在相應(yīng)橫線上:
(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸中,同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是
_____________。
(2)將過(guò)量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸,同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是_____________。
(3)將(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他條件不變,則圖象是_____________。
【以圖析題·培養(yǎng)關(guān)鍵能力】
【解析】(1)當(dāng)加入少量CuSO4溶液,Zn可以置換Cu,構(gòu)成原電池,速率加快,但由于部分Zn參與置換Cu的反應(yīng),H2的量減少,故選A。
(2)Zn與CuSO4溶液反應(yīng)置換Cu,Zn、Cu、H2SO4構(gòu)成原電池,加快反應(yīng)速率,但由于Zn足量,n(H+)不變,H2的量不變,故選B。
(3)加入CH3COONa,c(H+)減少,但n(H+)不變,故速率減慢,產(chǎn)生H2的量一樣多,故選C。
答案:(1)A (2)B (3)C
【備選例題】
(2021·淮安模擬)某校化學(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活動(dòng):將氧化還原反應(yīng)2Fe3++2I-2Fe2++I2設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池。提供的試劑:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任選?；卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)畫(huà)出設(shè)計(jì)的原電池裝置圖,并標(biāo)出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液________________________________________________。
(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。
(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),外電路導(dǎo)線中 (填“有”或“無(wú)”)電流通過(guò)。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,當(dāng)固體全部溶解后,則此時(shí)該溶液中的電極變?yōu)? (填“正”或“負(fù)”)極。
【解析】(1)先分析氧化還原反應(yīng),找出正、負(fù)極反應(yīng),即可確定電極材料和正、負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極,負(fù)極上I-失電子變成I2。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),無(wú)電子移動(dòng),故無(wú)電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體,平衡逆向移動(dòng),此時(shí)Fe2+失電子,該溶液中的電極變成負(fù)極。
答案:(1)如下圖(答案合理即可)
(2)2I--2e-I2 (3)無(wú) (4)負(fù)
1.原電池的工作原理簡(jiǎn)圖:
注意:①若有鹽橋,鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū),陽(yáng)離子移向正極區(qū)。
②若有交換膜,離子可選擇性通過(guò)交換膜,如陽(yáng)離子交換膜,陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極。
2.判斷原電池正、負(fù)極的五種方法:
命題點(diǎn)1:原電池的工作原理分析(基礎(chǔ)性考點(diǎn))
1.(2021·廣州模擬)某小組為研究原電池原理,設(shè)計(jì)如圖裝置,下列敘述正確的是( )
A.若X為Fe,Y為Cu,鐵為正極
B.若X為Fe,Y為Cu,電子由銅片流向鐵片
C.若X為Fe,Y為C,碳棒上有紅色固體析出
D.若X為Cu,Y為Zn,鋅片發(fā)生還原反應(yīng)
【解析】選C。Fe比Cu活潑,Fe作負(fù)極,電子從Fe流向Cu,故A、B錯(cuò)誤;若X為Fe,Y為C,電解質(zhì)為硫酸銅,則正極C上析出Cu,故C正確;Zn比Cu活潑,Zn作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),故D錯(cuò)誤。
2.(2021·福州模擬)原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說(shuō)法中正確的是( )
A.①②中Mg作負(fù)極,③④中Fe作負(fù)極
B.②中Mg作正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.③中Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+
D.④中Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑
【解析】選B。①中Mg作負(fù)極;②中Al作負(fù)極;③中銅作負(fù)極;④是鐵的吸氧腐蝕,Cu作正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-。
命題點(diǎn)2:原電池原理的應(yīng)用(綜合性考點(diǎn))
3.(2021·成都模擬)有a、b、c、d四個(gè)金屬電極,有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下:
由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)順序是( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>cD.a>b>d>c
【解析】選C。把四個(gè)實(shí)驗(yàn)從左到右分別編號(hào)為①、②、③、④,則由實(shí)驗(yàn)①可知,a作原電池負(fù)極,b作原電池正極,金屬活動(dòng)性:a>b;由實(shí)驗(yàn)②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無(wú)變化,則活動(dòng)性:b>c;由實(shí)驗(yàn)③可知,d極溶解,則d作原電池負(fù)極,c作正極,活動(dòng)性:d>c;由實(shí)驗(yàn)④可知,電流從a極流向d極,則d極為原電池負(fù)極,a極為原電池正極,活動(dòng)性:d>a。綜上所述可知活動(dòng)性:d>a>b>c。
命題點(diǎn)3:聚焦“鹽橋”原電池(應(yīng)用性考點(diǎn))
4.將鎘(Cd)浸在氯化鈷(CCl2)溶液中,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為C2+(aq)+Cd(s)C(s)+Cd2+(aq),如將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為如圖的原電池,則下列說(shuō)法一定錯(cuò)誤的是( )
A.Cd作負(fù)極,C作正極
B.原電池工作時(shí),電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極
C.根據(jù)陰陽(yáng)相吸原理,鹽橋中的陽(yáng)離子向負(fù)極(甲池)移動(dòng)
D.甲池中盛放的是CdCl2溶液,乙池中盛放的是CCl2溶液
【解析】選C。將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池時(shí),Cd作負(fù)極,電極反應(yīng)為Cd-2e-Cd2+;C作正極,電極反應(yīng)為C2++2e-C,鹽橋中的陽(yáng)離子向正極(乙池)移動(dòng)。
【知識(shí)拓展】鹽橋
1.制作方法:在燒杯中加入2 g瓊脂和60 mL飽和KCl溶液,使用水浴加熱法將瓊脂加熱至完全溶解,然后趁熱將此混合溶液加入U(xiǎn)形玻璃管中,靜置待瓊脂凝固后便可使用。
2.作用:鹽橋在原電池中起導(dǎo)電作用,使整個(gè)裝置形成閉合回路,鹽橋?qū)щ娎玫氖顷?、?yáng)離子的定向移動(dòng),使電解質(zhì)溶液保持電中性,從而使原電池能相對(duì)持續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)生電流。鹽橋不能用導(dǎo)線代替。
【加固訓(xùn)練—拔高】
1.根據(jù)下圖,判斷下列說(shuō)法正確的是( )
A.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e-Fe2+
B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-4OH-
C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽(yáng)離子均向右側(cè)燒杯移動(dòng)
D.放電過(guò)程中,裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大
【解析】選D。裝置Ⅰ中,由于Zn比Fe活潑,所以Zn作原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+;Fe作正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-,由于正極有OH-生成,因此溶液的pH增大。裝置Ⅱ中,Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+;Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,正極由于不斷消耗H+,所以溶液的pH逐漸增大,據(jù)此可知A、B均錯(cuò)誤,D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中,陽(yáng)離子移向正極,所以C錯(cuò)誤。
2.全釩電池以惰性材料作電極,在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的原電池反應(yīng)為V(黃色)+V2+(紫色)+2H+VO2+(藍(lán)色)+H2O+V3+(綠色)。
下列說(shuō)法正確的是( )
A.正極反應(yīng)為V+2H++e-VO2++H2O
B.負(fù)極附近的溶液由紫色逐漸變?yōu)樗{(lán)色
C.反應(yīng)每生成1 ml H2O時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5 ml
D.原電池使用過(guò)程中溶液的pH逐漸減小
【解析】選A。由電池總反應(yīng)V(黃色)+V2+(紫色)+2H+VO2+(藍(lán)色)+H2O+V3+(綠色)可得,V為正極的活性物質(zhì),V2+為負(fù)極的活性物質(zhì),所以左室為正極室,右室為負(fù)極室。正極反應(yīng)為V+2H++e-VO2++H2O,A項(xiàng)正確;負(fù)極反應(yīng)為V2+-e-V3+,所以負(fù)極附近溶液的顏色由紫色逐漸變?yōu)榫G色,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由電極反應(yīng)V+2H++e-VO2++H2O可知,反應(yīng)每生成1 ml H2O時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1 ml,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由原電池總反應(yīng)可知,反應(yīng)過(guò)程中H+被不斷消耗,所以溶液的pH逐漸增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.根據(jù)下圖,下列判斷中正確的是( )
A.燒杯a中的溶液pH降低
B.燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)
C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-H2↑
D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-Cl2↑
【解析】選B。由題給原電池裝置可知,電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線,由Zn電極流向Fe電極,則O2在Fe電極發(fā)生還原反應(yīng):O2+2H2O+4e-4OH-,燒杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高;燒杯b中,Zn發(fā)生氧化反應(yīng):Zn-2e-Zn2+。
考點(diǎn)二 常見(jiàn)的化學(xué)電源(命題指數(shù)★★★★★)
1.一次電池:只能使用一次,不能充電復(fù)原繼續(xù)使用
(1)堿性鋅錳電池。
堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn,正極是MnO2,電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:
負(fù)極:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;
正極:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-;
總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。
(2)銀鋅電池。
銀鋅電池的負(fù)極是Zn,正極是Ag2O,電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:
負(fù)極:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;
正極:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-;
總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。
(3)鋰電池。
鋰電池是用金屬鋰作負(fù)極,石墨作正極,電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。其電極反應(yīng)如下:
負(fù)極:8Li-8e-8Li+;
正極:3SOCl2+8e-6Cl-+S+2S;
總反應(yīng):8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S。
2.二次電池:放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用
鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池,總反應(yīng)為
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l)
3.燃料電池:
燃料電池中的常見(jiàn)燃料有氫氣、烴(CH4、C2H6)、烴的衍生物(甲醇、乙醇)、CO等,燃料在電池中的負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。
以氫氧燃料電池為例
1.判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。
(1)堿性鋅錳電池是一次電池,其中MnO2是催化劑,可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。( )
提示:×。堿性鋅錳電池MnO2是氧化劑參與電極反應(yīng)。
(2)二次電池充電時(shí),充電器的正極連接二次電池的正極。( )
提示:√。充電時(shí)正極連接電源的正極,作陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。
(3)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒,然后將熱能轉(zhuǎn)化為電能。( )
提示:×。燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(4)鉛蓄電池放電時(shí),正極與負(fù)極質(zhì)量均增加。( )
提示:√。鉛蓄電池放電時(shí),負(fù)極鉛、正極二氧化鉛均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U,質(zhì)量均增加。
(5)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池,放電過(guò)程中,H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移。( )
提示:×。在原電池中陽(yáng)離子在電解質(zhì)溶液中移向正極。
2.電子表和電子計(jì)算器中所用的是紐扣式的微型銀鋅電池,其電極分別為Ag2O和Zn,電解液為KOH溶液。工作時(shí)電池總反應(yīng)為Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2
(1)工作時(shí)電流從 極流向 極(兩空均選填“Ag2O”或“Zn”)。
(2)負(fù)極的電極反應(yīng)式為 。
(3)工作時(shí)電池正極區(qū)的pH (選填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)外電路中每通過(guò)0.2 ml電子,鋅的質(zhì)量理論上減少 g。
提示:(1)Ag2O Zn
(2)Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 (3)增大 (4)6.5
命題角度1:新型二次電池
【典例1】科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖,電極為金屬鋅和選擇性催化材料,放電時(shí),溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。
下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-Zn(OH
B.放電時(shí),1 ml CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 ml
C.充電時(shí),電池總反應(yīng)為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充電時(shí),正極溶液中OH-濃度升高
【解析】選D。由題可知,放電時(shí),CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,即CO2發(fā)生還原反應(yīng),故放電時(shí)右側(cè)電極為正極,左側(cè)電極為負(fù)極,Zn發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn(OH;充電時(shí),右側(cè)為陽(yáng)極,H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2,左側(cè)為陰極,Zn(OH發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn。放電時(shí),負(fù)極上Zn發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OH-Zn(OH,故A正確,不選;放電時(shí),CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,C元素化合價(jià)降低2,則1 ml CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時(shí),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2 ml,故B正確,不選;充電時(shí),陽(yáng)極上H2O轉(zhuǎn)化為O2,負(fù)極上Zn(OH轉(zhuǎn)化為Zn,電池總反應(yīng)為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,故C正確,不選;充電時(shí),正極即為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++O2↑,溶液中H+濃度增大,溶液中c(H+)·c(OH-)=Kw,溫度不變時(shí),Kw不變,因此溶液中OH-濃度降低,故D錯(cuò)誤,符合題意。
在題干條件不變的情況下,下列說(shuō)法正確的是( )
A.電解質(zhì)溶液1和電解質(zhì)溶液2可以同為KOH溶液
B.放電時(shí),CO2在電極上的反應(yīng)可能為CO2-2e-+2H+HCOOH
C.充電時(shí),Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn(OH+2e-Zn+4OH-
D.充電時(shí),外接電源的負(fù)極接右側(cè)電極
【解析】選C。從題目給出的圖示中可知左側(cè)電極生成Zn(OH,故電解質(zhì)溶液1應(yīng)為堿溶液,而右側(cè)電極上CO2生成的HCOOH為一種酸,因此電解質(zhì)溶液2不可能為堿性溶液,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;放電時(shí)CO2在正極反應(yīng)為得電子的反應(yīng),故B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)圖示可以判斷充電時(shí)Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn(OH+2e-Zn+4OH-,故C項(xiàng)正確;充電時(shí),電池的正極要接外接電源的正極,負(fù)極接外接電源的負(fù)極,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【講臺(tái)揮灑一刻】
命題角度2:新型燃料電池
【典例2】(2019·全國(guó)Ⅰ卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時(shí)還可提供電能
B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+2H++2MV+
C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3
D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)
【解析】選B。相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法選用酶作催化劑,條件溫和,同時(shí)利用MV+和MV2+的相互轉(zhuǎn)化,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故可提供電能,故A正確;左室為負(fù)極區(qū),MV+在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MV2+,電極反應(yīng)式為MV+-e-MV2+,放電生成的MV2+在氫化酶的作用下與H2反應(yīng)生成H+和MV+,反應(yīng)的方程式為H2+2MV2+2H++2MV+,故B錯(cuò)誤;右室為正極區(qū),MV2+在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成MV+,電極反應(yīng)式為MV2++e-MV+,放電生成的MV+與N2在固氮酶的作用下反應(yīng)生成NH3和MV2+,故C正確;電池工作時(shí),氫離子(即質(zhì)子)通過(guò)交換膜由負(fù)極向正極移動(dòng),故D正確。
(1)(變化觀念與平衡思想)分析電池工作原理,判斷電池中間的交換膜是何種類?
提示:質(zhì)子交換膜或陽(yáng)離子交換膜。因?yàn)樵谪?fù)極區(qū)H2通過(guò)氫化酶的作用生成H+,而在正極區(qū)N2通過(guò)固氮酶生成NH3需要H+,因此需要將負(fù)極區(qū)生成的H+移動(dòng)至正極區(qū)。
(2)(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)寫(xiě)出正極區(qū)在固氮酶作用下N2發(fā)生反應(yīng)的電極方程式。
提示:N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+。
(3)(宏觀辨識(shí)與微觀探析)當(dāng)電路中通過(guò)3 ml電子時(shí),可產(chǎn)生氨氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為 L;正極區(qū)中n(H+) (填“增加”“減少”或“不變”)。
提示:22.4;不變。負(fù)極區(qū)氫氣在氫化酶作用下發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)式為H2+2MV2+2H++2MV+,正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應(yīng),生成NH3,發(fā)生反應(yīng):N2+6H++6MV+2NH3+6MV2+,根據(jù)反應(yīng)可知轉(zhuǎn)移6 ml電子時(shí)生成2 ml NH3,負(fù)極區(qū)產(chǎn)生6 ml H+進(jìn)入正極區(qū),同時(shí)正極區(qū)消耗6 ml H+,故正極區(qū)H+總量不變,當(dāng)電路中通過(guò)3 ml電子時(shí),可產(chǎn)生氨氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為22.4 L,正極區(qū)n(H+)不變。
【備選例題】
某電動(dòng)汽車(chē)配載一種可充放電的鋰離子電池,放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i1-xCO2+LixC6LiCO2+C6(x

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