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專題24 原電池的基本原理 （滿分60分 時(shí)間30分鐘） 姓名：_______________ 班級(jí)：_______________ 得分：_______________ 1．（1）依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+(aq)＋Cu(s)===Cu2+(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。 ①電極X的材料是____________；電解質(zhì)溶液Y是__________； ②銀電極發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________________。 （2）科學(xué)家預(yù)言,燃料電池將是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇（CH3OH）燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。 回答下列問題： ①這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是_____________________________________。 ②負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式是_________________________________________。 ③電解液中的H+向________極移動(dòng)（填“正”或“負(fù)”）。 【答案】Cu AgNO3 Ag+ + e-= Ag 2CH3OH+3O22CO2+4H2O 2CH3OH+2H2O-12e=2CO2+12H+ 正 【解析】 【詳解】 （1）①根據(jù)總的反應(yīng)式可知，銅失去電子，銀離子得到電子，所以銅是負(fù)極。X電極插在硫酸銅溶液中，所以X電極是Cu，因此電解質(zhì)溶液Y是AgNO3； ②銀電極為電池的正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式是Ag+ + e－ ＝Ag； （2）①甲醇燃料電池實(shí)質(zhì)就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應(yīng)來(lái)提供電能，CH3OH作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+；氧氣在正極反應(yīng)：3O2+12H++12e-=6H2O，兩反應(yīng)相加得總反應(yīng)式，所以電池反應(yīng)式為2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O； 【點(diǎn)睛】本題考查了原電池原理、燃料電池，根據(jù)正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)、電子移動(dòng)方向、離子移動(dòng)方向等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，為易錯(cuò)點(diǎn)。 2．（1）如圖所示，是原電池的裝置圖。請(qǐng)回答： 若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為______；電子的移動(dòng)方向是______________；反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后溶液C的氫離子濃度將________(填“升高”、“降低”或“基本不變”)。 （2）下圖是一個(gè)雙液原電池裝置圖，下列說(shuō)法正確的是__________。 A．鹽橋中的陰離子向CuSO4溶液中移動(dòng) B．鹽橋的作用之一是平衡電荷 C．銅片作電池的負(fù)極 D．該電池比單液原電池的電流更穩(wěn)定 （3）甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，則C電極是________(填“正極”或“負(fù)極”)，C電極的反應(yīng)方程式為_______________；若線路中轉(zhuǎn)移3 mol電子，則上述CH3OH燃料電池，消耗的CH3OH的質(zhì)量為_____g。 【答案】2H＋＋2e－===H2↑由Fe電極沿導(dǎo)線流向A極降低B D負(fù)極CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋16 【解析】 【詳解】 （3）根據(jù)電子的流向（或H+的流向），電極c為負(fù)極，電極d為正極。電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，電極c上CH3OH發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成CO2，c電極的電極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。根據(jù)電極反應(yīng)式，負(fù)極每消耗1molCH3OH線路中轉(zhuǎn)移6mol電子，線路中轉(zhuǎn)移3mol電子，負(fù)極消耗CH3OH物質(zhì)的量為0.5mol，消耗CH3OH的質(zhì)量為0.5mol32g/mol=16g。 【點(diǎn)睛】正確判斷原電池的正、負(fù)極和理解原電池的工作原理是解答本題的關(guān)鍵。判斷原電池的正、負(fù)極常用的方法有：①根據(jù)電子的流向，電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，如第（2）、（3）題；②根據(jù)離子的流向，陰離子流向負(fù)極、陽(yáng)離子流向正極，如第（3）題；③根據(jù)反應(yīng)的類型，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)、正極發(fā)生還原反應(yīng)；④根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表，一般較活潑金屬為負(fù)極；⑤根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等。 3．人們應(yīng)用原電池原理制作了多種電池，以滿足不同的需要．以下每小題中的電池廣泛使用于日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)等方面，請(qǐng)根據(jù)題中提供的信息，填寫空格． （1）FeCl3溶液常用于腐蝕印刷電路銅板，發(fā)生2FeCl3+Cu═2FeCl2+CuCl2，若將此反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，則負(fù)極所用電極材料為____________，當(dāng)線路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，則被腐蝕銅的質(zhì)量為______________ g． （2）將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入燒堿溶液中，分別形成了原電池，在這兩個(gè)原電池中，負(fù)極分別為____________________． A．鋁片、銅片　　B．銅片、鋁片　　C．鋁片、鋁片 （3）燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的供電裝置，如圖是電解質(zhì)為稀硫酸溶液的氫氧燃料電池原理示意圖，回答下列問題： ①氫氧燃料電池的總反應(yīng)化學(xué)方程式是：__________________． ②電池工作一段時(shí)間后硫酸溶液的濃度___________（填“增大”、“減小”或“不變”）． 【答案】Cu6.4gB2H2+O2=2H2O減小 【解析】 的氧化還原反應(yīng)，此時(shí)金屬銅做負(fù)極，金屬鋁做正極，插入氫氧化鈉溶液中，金屬銅和氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，鋁和氫氧化鈉溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，此時(shí)金屬鋁做負(fù)極，銅做正極。 （3） ①氫氧燃料電池中通入氧氣的一極為正極，通入氫氣的一極為負(fù)極，總反應(yīng)為 2H2+O2=2H2O，②根據(jù)總反應(yīng)分析，電池工作一段時(shí)間后，生成水，使溶液的體積增大，則硫酸的濃度減小。 【點(diǎn)睛】在原電池中實(shí)現(xiàn)的是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，做原電池負(fù)極的金屬不一定金屬性比正極的強(qiáng)。根據(jù)存在的反應(yīng)分析，發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬，做原電池的負(fù)極，不反應(yīng)的金屬做正極。在燃料電池中，燃料永遠(yuǎn)在負(fù)極反應(yīng)，氧氣在正極反應(yīng)。 4．化學(xué)電池一直是化學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)之一。 Ⅰ．早期的鋅汞紐扣式電池，以鋅和氧化汞為電極材料，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池，有效的解決電池使用壽命短、易發(fā)生漏液等問題。 電池總反應(yīng)為：Zn+HgO = ZnO+Hg。 （1）該電池的正極反應(yīng)式是___________。 （2）但是該工廠的污水中會(huì)含有一定量的+2價(jià)的汞離子，通常采用向污水中通入一定量的硫化氫，反應(yīng)的離子方程式為___________。 （3）該方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)物的顆粒比較小，大部分懸浮于污水中，通常采用投入一定量的明礬晶體進(jìn)行后續(xù)處理，請(qǐng)解釋其原因___________。 II．鋰離子電池由于輕便、比能量大等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今社會(huì)最為常見的電池。其中的重要材料磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）通常按照下列流程進(jìn)行生產(chǎn)： 請(qǐng)回答下列問題： （4）生產(chǎn)過(guò)程中“混合攪拌”的目的是__________。氣體X除了水蒸氣之外，還含有___________（填寫化學(xué)式）。 （5）請(qǐng)寫出一定條件下由LiH2PO4生成LiFePO4的化學(xué)方程式__________，當(dāng)生成1mol磷酸亞鐵鋰時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為___________。 【答案】HgO + 2e－ + H2O = Hg + 2OH－ Hg2+ + H2S = HgS + 2H+ 水解產(chǎn)生的Al(OH)3膠體具有吸附性 加快反應(yīng)速率 NH3 2LiH2PO4 + Fe2O3 + C =2LiFePO4 + CO ↑+ 2H2O 1NA 【解析】 【詳解】