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第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时　化学电源
目
录
知识点二　二次电池
课时作业
知识点一　化学电源　一次电池
即时演练
知识点三　燃料电池
1.宏观辨识与微观探析:通过对常见化学电源的分析,运用化学原理及守恒规律,从微观角度分析化学电源的工作原理,提高对原电池本质的认识。2.科学探究与创新意识:研发和利用新型电池,满足人类社会发展的需求。
核心素养发展目标
一
知识点一　化学电源　一次电池
1.化学电源概述
(1)分类及其特点
不能继续使用
充电
失去
得到
(2)优点:方便携带、易于维护,能量转化效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。
(3)判断电池优劣的主要标准
(4)回收利用
废旧电池中常含______、酸和碱等物质,应当回收利用,这样既可以减少环境污染,又可以节约资源。
重金属
2.一次电池(以碱性锌锰电池为例)
项目 碱性锌锰电池
示意图
工作 原理 负极:__________________________;
正极:MnO2+H2O+e- MnO(OH)+OH-;
总反应:Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2
Zn+2OH--2e- Zn(OH)2
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限,价格昂贵。(　 　)
(2)在干电池中,碳棒只起导电作用,并不参加化学反应。 (　 　)
(3)干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池。 (　 　)
(4)碱性锌锰电池能量利用率高,放电时能把化学能全部转化为电能。(　 　)
(5)碱性锌锰电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使碱性锌锰电池的比能量高、可储存时间长。 (　 　)
基础诊断
×
√
√
×
×
1.如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图,该电池发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关说法中正确的是(　 　)
A.该电池为二次电池
B.该电池理论上每消耗1 mol Zn时,电池中消枆2 mol KOH
C.该电池正极的电极反应式为MnO2+e-+H2O MnO(OH)+OH-
D.该电池的负极反应式是Zn-2e- Zn2+
C
解析:锌锰干电池不能充电,为一次电池,A错误;该电池的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2,电池工作时,不消耗KOH,B错误;电池正极得电子发生还原反应,根据电池总反应,可知该电池正极的电极反应式为MnO2+e-+H2O MnO(OH)+OH-,C正确;电池负极失电子发生氧化反应,根据电池总反应,该电池的负极反应式为Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,D错误。
2.锌银纽扣电池的总反应:Zn+Ag2O ZnO+2Ag,根据其示意图回答下列问题:
(1)负极反应物为__,负极反应式:______________________________。
(2)正极反应物为______,正极反应式:____________________________。
(3)电解质溶液是__________。
锌
Zn+2OH--2e- ZnO+H2O
Ag2O
Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-
KOH溶液
二
知识点二　二次电池
1.二次电池
二次电池又称__________或______,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
2.铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,其放电反应和充电反应表示如下:
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
负极是____,正极是______,电解质溶液是______。
可充电电池
蓄电池
Pb
PbO2
稀硫酸
(1)放电反应原理
①负极反应式:Pb+S-2e- PbSO4。
②正极反应式:PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O。
③放电过程中,负极质量____,稀硫酸的浓度____。
(2)充电反应原理:与放电过程相反。
(3)铅酸蓄电池的优缺点
①优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
②缺点:比能量低、笨重。
增大
减小
3.锂离子电池
负极材料 及电极反应 嵌锂石墨(LixCy):LixCy-xe- xLi++Cy
正极材料 及电极反应 钴酸锂(LiCoO2):Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2
总反应 LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy
反应过程:放电时,Li+从石墨中脱嵌移向__极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,Li+从______晶体中脱嵌,由__极回到__极,嵌入石墨中。这样在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化。
正
钴酸锂
正
负
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池。(　 　)
(2)可充电电池的充、放电过程是可逆反应。(　 　)
(3)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。 (　 　)
(4)铅酸蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g。(　 　)
(5)锂电池由于Li的性质活泼,所以不能用水作电解质。 (　 　)
基础诊断
×
×
√
×
√
1.铅酸蓄电池使用方便、安全可靠,多用于维持汽车用电系统的正常运转,下列说法错误的是(　 　)
A.铅酸蓄电池为二次电池
B.放电时,Pb电极上的质量增加
C.铅酸蓄电池中的稀硫酸为电解质
D.放电时,电解质溶液中的溶质质量减小
C
解析:铅酸蓄电池可以放电、充电,为二次电池,故A正确;铅酸蓄电池放电时,Pb电极失去电子生成PbSO4,质量增加,故B正确;稀硫酸为混合物,不是电解质,故C错误;放电时,负极消耗溶液中的S,正极消耗溶液中的H+和S,故电解质溶液中的溶质H2SO4的质量减小,故D正确。
2.某新型“纸”电池以碳纳米管和活泼金属锂作为两电极,造纸用的纤维素在一种离子液体M中溶解并做成隔离膜,电池工作时的总反应为xLi+C(碳纳米管) LixC,下列有关说法正确的是(　 　)
A.放电时Li+由正极向负极移动
B.充电过程中是将化学能转化为电能
C.放电时负极为碳纳米管,正极为锂
D.放电时负极反应为Li-e- Li+
D
解析:电池放电时,阳离子向正极移动,即Li+向正极移动,A错误;放电过程是将化学能转化为电能,B错误;放电时锂失去电子,因此放电时负极为锂,正极为碳纳米管,C错误;放电时锂失去电子,作负极,电极反应式为Li-e-
Li+,D正确。
可充电电池分析的思维模型
思维建模
三
知识点三　燃料电池
1.燃料电池
燃料电池是一种连续地将____和______的化学能直接转化为____的化学电源。电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
燃料
氧化剂
电能
(2)工作原理
电解质 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 ____________________ _____________________
正极反应 _____________________ ___________________
总反应 ________________
H2-2e- 2H+
H2-2e-+2OH- 2H2O
O2+2e-+2H+ H2O
O2+2e-+H2O 2OH-
H2+O2 H2O
3.燃料电池的优点
(1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。
(2)能量转化率高,有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少,绿色环保。
下面是三种燃料电池装置,结合原电池原理对其反应原理进行探究:
问题探究
(1)写出装置①中酸性甲醇燃料电池的正、负极反应式。
负极:CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+;
正极:O2+4e-+4H+ 2H2O。
(2)写出装置②中熔融碳酸盐氢氧燃料电池的正、负极反应式。
负极:H2-2e-+C CO2+H2O;
正极:O2+4e-+2CO2 2C。
(3)写出装置③中碱性甲烷燃料电池的正、负极反应式。
负极:CH4-8e-+10OH- C+7H2O;
正极:2H2O+O2+4e- 4OH-。
燃料电池电极反应式的书写方法
(1)负极为燃料,失电子,发生氧化反应
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
归纳提升
第一步 确定生成物:
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒: -8e- +H2O
第三步 依据电解质性质,用OH-使电荷守恒:
CH4-8e-+10OH- +H2O
第四步 最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数:
CH4-8e-+10OH- +7H2O
(2)正极一般为氧气,得电子,发生还原反应。由于电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同:
①酸性电解质溶液:O2+4H++4e- 2H2O;
②碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e- 4OH-;
③固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e- 2O2-;
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e- 2C。
1.某氢氧燃料电池工作示意图如图。下列说法中正确的是(　 　)
A.电极a为电池的正极
B.电极b表面反应为O2+4e-+4H+ 2H2O
C.电池工作过程中OH-向b电极迁移
D.氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火
力发电,提高了能源利用率
D
解析:由题图可知,电极a为负极,电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2O,电极b为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,A、B错误;原电池工作时,电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极,故电池工作过程中OH-向a电极迁移,C错误;氢氧燃料电池将化学能直接转化为电能,能量的转化率高于火力发电,提高了能源利用率,D正确。
2.氨作为一种无碳富氢化合物,其具有价廉、不易燃、易储存等特点,被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。NH3-O2燃料电池如图所示,下列说法错误的是(　 　)
A.电极b为正极,发生还原反应
B.电极a上电极反应:2NH3+6OH--6e- N2+6H2O
C.电池工作时Na+向电极b迁移
D.电池工作时电极上理论消耗的
D
解析:电极b上O2发生得电子的还原反应,电极b为正极,A项正确;电极a上NH3发生失电子的氧化反应生成N2和H2O,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-
N2+6H2O,B项正确;电池工作时阳离子向正极迁移,则Na+向电极b迁移,C项正确;电极a的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,电极b的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,根据得失电子守恒,电池工作时电极上理论消耗的,D项错误。
四
即时演练
C
1.下列过程或装置能实现化学能转化为电能的是(　 　)
A.太阳能电池 B.乙醇燃烧
C.氢氧燃料电池 D.电动汽车充电
解析:太阳能电池将太阳能转化为电能;乙醇燃烧是通过化学反应将化学能转化为热能,未直接转化为电能;氢氧燃料电池通过化学反应直接产生电能,实现化学能向电能的转化;电动汽车充电是电能转化为化学能。
D
2.Al-Ag2O电池用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是(　 　)
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH下降
C.溶液中OH-向Al电极移动
D.Al电极反应式为Al-3e-+3OH- Al(OH)3
解析:Al是负极,Ag2O/Ag是正极,电子由负极经过外电路流向正极,A正确;负极发生反应:Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,消耗了OH-,则负极附近溶液的pH下降,B正确;在原电池中,阴离子向负极移动,则OH-向Al电极移动,C正确;电解质溶液中的OH-是过量的,应该生成[Al(OH)4]-,Al电极反应式为Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,D错误。
C
3.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,电池的总反应为Fe+Ni2O3+3H2O
Fe(OH)2 +2Ni(OH)2,下列有关该电池的说法不正确的是 (　 　)
A.电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e- Fe(OH)2
C.电池放电过程中,正极附近溶液的酸性增强
D.电池放电时,正极反应为Ni2O3+3H2O+2e- 2Ni(OH)2+2OH-
解析:该充电电池中活泼金属Fe失去电子,为负极,Ni2O3为正极,因为放
电时电极产物为氢氧化物,可以判断电解质溶液为碱性溶液,A正确;放电
时,负极铁失去电子,因为电解质溶液为碱性溶液,所以负极反应为Fe+
2OH--2e- Fe(OH)2,B正确;放电时正极反应为Ni2O3+3H2O+2e- 2Ni(OH)2+2OH-,C错误,D正确。
C
4.如图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是(　 　)
A.a电极是负极
B.该燃料电池的电解质溶液是中性溶液
C.b电极的电极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑
D.氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内
解析:由题图可知,a电极通入H2,失去电子被氧化生成H+,则a为电池的负极,电极反应式为H2-2e- 2H+;b极通入O2,得到电子结合水生成OH-,则b为电池的正极,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-。a电极附近生成H+,b电极附近生成OH-,H+与OH-结合生成H2O,符合中性电解质溶液中电极反应特征,B正确;氢氧燃料电池的还原剂(H2)和氧化剂(O2)通过外部管道持续通入,不需要全部储藏在电池内,D正确。
五
课时作业25
B
1.(3分)下列说法正确的是 (　 　)
A.手机、电脑中使用的锂电池是一次电池
B.铅酸蓄电池放电时,正极和负极质量均增加
C.氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中的负极反应为H2-2e- 2H+
D.二次电池充电时,二次电池的阴极连接电源的负极,发生氧化反应
解析:手机、电脑的锂电池可重复充电使用,属于二次电池,A错误;铅酸蓄电池放电时,负极(Pb→PbSO4)和正极(PbO2→PbSO4)均生成PbSO4,质量均增加,B正确;碱性条件下,H2在负极反应应生成H2O而非H+,正确的反应为H2+2OH--2e- 2H2O,C错误;充电时,阴极连接电源负极,但发生还原反应而非氧化反应,D错误。
D
2.(3分)(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是 (　 　)
A.石墨作电池的负极材料
B.电池工作时,N向负极方向移动
C.MnO2发生氧化反应
D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e- Zn2+
解析:酸性锌锰干电池中锌筒为负极,石墨电极为正极,A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,B错误;MnO2发生得电子的还原反应,C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应:Zn-2e- Zn2+,D正确。
3.(3分)铅酸蓄电池电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,因此在生产、生活中使用广泛。铅酸蓄电池(如图所示)放电时的电极总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。下列说法正确的是(　 　)
A.电池工作时,正极失去电子
B.电池工作一段时间后,电解质溶液的pH减小
C.电池工作时,负极的电极反应式为Pb+2e-+S PbSO4
D.电池工作时,外电路电子由负极经导线流向正极
D
解析:原电池工作时,负极发生失电子的氧化反应,故A错误;根据该原电池电极总反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,电池工作过程中消耗H2SO4,溶液酸性减弱,pH增大,故B错误;根据该原电池电极总反应可知,Pb作负极,发生失电子的氧化反应,电极反应式为Pb-2e-+S
PbSO4,故C错误;电池工作时,负极失电子,电子经过外电路导线流向正极,故D正确。
B
4.(3分)利用铝—空气电池驱动风扇的工作原理如图。下列说法正确的是 (　 　)
A.风扇转动时,电流从a极流向b极
B.电池工作时b极附近的pH上升
C.a极的电极反应式为Al-3e-+3OH- Al(OH)3
D.每转移0.6 mol电子,消耗3.36 L O2
解析:原电池中电流从正极流向负极,则风扇转动时,电流从b极流向a极,A错误;电池工作时,b极为正极,O2得电子发生还原反应:O2+4e-+2H2O
4OH-,则b极附近的pH上升,B正确;a极为负极,Al失电子发生氧化反应:Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,C错误;根据正极电极反应式:O2+4e-+2H2O 4OH-可知,每转移0.6 mol电子,则消耗标准状况下 mol×22.4 L/mol=3.36 L O2,但选项中未提及是标准状况,D错误。
5.(3分)水系锌离子电池具有能量密度高、功率密度高、放电过程高效安全等优点,我国科学家用V2O5和锌片作电极,用Zn(CF3SO3)2溶液作电解质溶液,制备了水系Zn-V2O5二次电池,如图所示。下列说法错误的是 (　 　)
A.放电时,锌片发生氧化反应
B.放电时,V2O5作正极
C.放电时,Zn2+移向锌片
D.放电时,电池总反应为xZn+V2O5+nH2O ZnxV2O5·nH2O
C
解析:由题图可知,放电时,锌片为二次电池的负极,失去电子发生氧化反应生成Zn2+,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,V2O5为正极,电极反应式为V2O5+2xe-+xZn2++nH2O ZnxV2O5·nH2O,则电池总反应为xZn+V2O5+
nH2O ZnxV2O5·nH2O,故A、B、D正确;放电时,Zn2+移向V2O5,故C错误。
B
6.(3分)一种“三明治”结构的锌—空气电池放电时总反应:2Zn+O2
2ZnO,装置如图所示。下列说法错误的是 (　 　)
A.水凝胶固态电解质不易泄漏,利于封装
B.放电时,电子经水凝胶固态电解质流向石墨
C.放电时,负极:Zn+2OH--2e- ZnO+H2O
D.充电时,转移0.2 mol e-,理论上Zn电极质量减少1.6 g
解析:放电时,Zn失电子被氧化,作负极,电极反应为Zn+2OH--2e- ZnO +H2O;石墨为正极,O2得电子被还原,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-;充电时,Zn电极作阴极,得电子被还原,电极反应为ZnO+H2O+2e- Zn+ 2OH-;石墨电极作阳极,OH-失电子生成O2,电极反应为4OH--4e- O2↑ +2H2O。水凝胶固态电解质不易泄漏,便于封装,A正确;放电时,电子经导线流向石墨,电子不通过电解质,B错误;放电时负极的电极反应式符合电子转移与产物生成,C正确;由分析可知,充电时Zn电极中ZnO得电子生成Zn,转移0.2 mol e-时0.1 mol ZnO转化为0.1 mol Zn,质量减少1.6 g,D正确。
7.(3分)下列化学电源的电极反应式书写错误的是 (　 　)
B
A.NO-空气燃料电池的负极反应式:NO-3e-+2H2O N+4H+
B.充电时,铅酸蓄电池阳极的电极反应:Pb2+-2e-+2H2O PbO2+4H+
C.碱性锌锰电池负极反应式:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2
D.锂离子电池放电时正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4
解析:NO-空气燃料电池中,负极燃料NO发生氧化反应,N元素从+2价升至+5价(生成N),失去电子,反应式中得失电子守恒、电荷守恒及质量守恒均成立,A正确;充电时铅酸蓄电池阳极(氧化反应)反应式为PbSO4+2H2O-2e- PbO2+4H++S,B错误;碱性锌锰电池负极Zn失电子生成Zn2+,在碱性条件下与OH-结合为Zn(OH)2,反应式为Zn+2OH--2e-
Zn(OH)2,符合得失电子守恒、电荷守恒及质量守恒,C正确;锂离子电池放电时正极发生还原反应,Li1-xFePO4接受Li+和电子生成LiFePO4,Fe元素化合价降低,电子转移数(xe-)与Li+嵌入量匹配,D正确。
C
8.(3分)用于检测酒驾的酒精检测仪工作原理如下图所示,下列说法不正确的是(　 　)
A.该装置能够将化学能转化为电能
B.当呼气中有46 g的乙醇被反应时,需要消耗标准状况下氧气22.4 L
C.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e- 2CO2+12H+
D.电池工作时,当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+通过质子交换膜从左向右迁移
解析:该装置为原电池,X电极产物为CH3COOH,Y电极上O的化合价由0→-2,化合价降低发生还原反应,则Y为正极,X为负极。据分析可知,该装置为原电池,原电池是将化学能转化为电能的装置,A正确;46 g乙醇物质的量为1 mol,总反应为CH3CH2OH+O2 CH3COOH+H2O,1 mol乙醇消耗1 mol O2,标准状况下体积为22.4 L,B正确;根据装置图,X电极产物为CH3COOH,而非CO2,乙醇(CH3CH2OH)中C平均化合价为-2,CH3COOH中C平均化合价为0,每个乙醇分子失去4个电子,负极反应式为CH3CH2OH +H2O-4e- CH3COOH+4H+,C错误;电池工作时,H+从负极(左)向正极(右)迁移,迁移的H+的物质的量与电路中转移电子的物质的量相等,当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+通过质子交换膜从左向右迁移,D正确。
9.(3分)利用如图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能。已知质子交换膜只允许H+通过。下列说法错误的是 (　 　)
A.多孔电极的电极反应式为SO2-2e-+2H2O 4H++S
B.工作一段时间后,右室电解质溶液的pH不变
C.理论上,相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同
D.工作一段时间后,左室不需要补充Fe2(SO4)3溶液
A
解析:题图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能,则此装置为原电池。在左侧多孔电极上发生反应:Fe2+-e- Fe3+,则此电极为负极;右侧光催化电极上发生反应:2H++2e- H2↑,则此电极为正极。由分析可知,左侧多孔电极的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+,左室溶液中发生的反应为SO2+2Fe3++2H2O 2Fe2++S+4H+,A错误;电池工作时,右侧光催化电极发生的反应为2H++2e- H2↑,左室溶液中的部分H+透过质子交换膜进入右室溶液中,根据得失电子守恒,最终左室转移入右室的H+与右室消耗的H+的物质的量相等,使右室溶液中H+的物质的量不变,所以工作一段时间后,右室电解质溶液的pH不变,B正确;在同一原电池中,两电极得失电子的总数相等,则理论上,n(SO2)=n(H2),相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同,C正确;工作一段时间后,左室中Fe2(SO4)3与SO2反应生成FeSO4,FeSO4在电极上失去电子转化为Fe2(SO4)3,所以不需要补充Fe2(SO4)3溶液,D正确。
10.(13分)化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一。请根据所学知识,回答下列问题:
(1)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用,有一种锌银电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应为Ag2O+Zn ZnO+2Ag,其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-。
①写出另一电极的电极反应式:______________________________。
解析:由总反应:Ag2O+Zn ZnO+2Ag可知,Ag的化合价降低,发生还原反应,则Ag2O为正极,电极反应为Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O。
Zn+2OH--2e- ZnO+H2O
②在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量____(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:由电极反应式可知,转移相同电子时,消耗和生成OH-的物质的量相等,则在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量不变。
③当电池工作转移1 mol电子时,消耗的负极的质量为_______。
解析:根据电极反应式,当电池工作转移1 mol电子时,消耗Zn的物质的量为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 mol·L-1=32.5 g。
不变
32.5 g
(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示,a、b均为惰性电极。
①使用时,空气从__(填“A”或“B”)口通入。
②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH),总反应式为2CH3OH+4OH-+3O2
2C+6H2O,则A口通入的气体为____(填名称)。
解析:①②燃料电池为原电池原理,电子由负极沿导线流向正极,故a为负极,b为正极,空气从B口通入,燃料气体由A口通入。
B
甲醇
③b极反应式为______________________。
解析:b为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-。
④当电路中通过0.3 mol电子时,消耗甲醇的质量为______ g。
解析:消耗1 mol O2转移4 mol电子,当电路中通过0.3 mol电子时,消耗氧气的物质的量为 mol=0.075 mol,根据总反应可知消耗甲醇的质量为×0.075 mol×32 g·mol-1=1.6 g。
O2+2H2O+4e- 4OH-
1.6
Thank you
本课结束第2课时　化学电源
1.宏观辨识与微观探析:通过对常见化学电源的分析,运用化学原理及守恒规律,从微观角度分析化学电源的工作原理,提高对原电池本质的认识。2.科学探究与创新意识:研发和利用新型电池,满足人类社会发展的需求。
知识点一　化学电源　一次电池
1.化学电源概述
(1)分类及其特点
(2)优点:方便携带、易于维护,能量转化效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。
(3)判断电池优劣的主要标准
(4)回收利用
废旧电池中常含重金属、酸和碱等物质,应当回收利用,这样既可以减少环境污染,又可以节约资源。
2.一次电池(以碱性锌锰电池为例)
项目 碱性锌锰电池
示意图
工作 原理 负极:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2; 正极:MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限,价格昂贵。(　×　)
(2)在干电池中,碳棒只起导电作用,并不参加化学反应。 (　√　)
(3)干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池。 (　√　)
(4)碱性锌锰电池能量利用率高,放电时能把化学能全部转化为电能。 (　×　)
(5)碱性锌锰电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使碱性锌锰电池的比能量高、可储存时间长。 (　×　)
1.如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图,该电池发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O
2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关说法中正确的是(　C　)
A.该电池为二次电池
B.该电池理论上每消耗1 mol Zn时,电池中消枆2 mol KOH
C.该电池正极的电极反应式为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-
D.该电池的负极反应式是Zn-2e-Zn2+
解析:锌锰干电池不能充电,为一次电池,A错误;该电池的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O
2MnO(OH)+Zn(OH)2,电池工作时,不消耗KOH,B错误;电池正极得电子发生还原反应,根据电池总反应,可知该电池正极的电极反应式为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-,C正确;电池负极失电子发生氧化反应,根据电池总反应,该电池的负极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,D错误。
2.锌银纽扣电池的总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag,根据其示意图回答下列问题:
(1)负极反应物为锌,负极反应式:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O。
(2)正极反应物为Ag2O,正极反应式:Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-。
(3)电解质溶液是KOH溶液。
知识点二　二次电池
1.二次电池
二次电池又称可充电电池或蓄电池,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
2.铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,其放电反应和充电反应表示如下:
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
负极是Pb,正极是PbO2,电解质溶液是稀硫酸。
(1)放电反应原理
①负极反应式:Pb+S-2e-PbSO4。
②正极反应式:PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O。
③放电过程中,负极质量增大,稀硫酸的浓度减小。
(2)充电反应原理:与放电过程相反。
(3)铅酸蓄电池的优缺点
①优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
②缺点:比能量低、笨重。
3.锂离子电池
负极材料 及电极反应 嵌锂石墨(LixCy):LixCy-xe-xLi++Cy
正极材料 及电极反应 钴酸锂(LiCoO2):Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
总反应 LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
反应过程:放电时,Li+从石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时,Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,嵌入石墨中。这样在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池。(　×　)
(2)可充电电池的充、放电过程是可逆反应。 (　×　)
(3)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。 (　√　)
(4)铅酸蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g。(　×　)
(5)锂电池由于Li的性质活泼,所以不能用水作电解质。 (　√　)
1.铅酸蓄电池使用方便、安全可靠,多用于维持汽车用电系统的正常运转,下列说法错误的是(　C　)
A.铅酸蓄电池为二次电池
B.放电时,Pb电极上的质量增加
C.铅酸蓄电池中的稀硫酸为电解质
D.放电时,电解质溶液中的溶质质量减小
解析:铅酸蓄电池可以放电、充电,为二次电池,故A正确;铅酸蓄电池放电时,Pb电极失去电子生成PbSO4,质量增加,故B正确;稀硫酸为混合物,不是电解质,故C错误;放电时,负极消耗溶液中的S,正极消耗溶液中的H+和S,故电解质溶液中的溶质H2SO4的质量减小,故D正确。
2.某新型“纸”电池以碳纳米管和活泼金属锂作为两电极,造纸用的纤维素在一种离子液体M中溶解并做成隔离膜,电池工作时的总反应为xLi+C(碳纳米管)LixC,下列有关说法正确的是 (　D　)
A.放电时Li+由正极向负极移动
B.充电过程中是将化学能转化为电能
C.放电时负极为碳纳米管,正极为锂
D.放电时负极反应为Li-e-Li+
解析:电池放电时,阳离子向正极移动,即Li+向正极移动,A错误;放电过程是将化学能转化为电能,B错误;放电时锂失去电子,因此放电时负极为锂,正极为碳纳米管,C错误;放电时锂失去电子,作负极,电极反应式为Li-e-Li+,D正确。
可充电电池分析的思维模型
知识点三　燃料电池
1.燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
电解质 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 H2-2e-2H+ H2-2e-+2OH-2H2O
正极反应 O2+2e-+2H+H2O O2+2e-+H2O2OH-
总反应 H2+O2H2O
3.燃料电池的优点
(1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。
(2)能量转化率高,有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少,绿色环保。
下面是三种燃料电池装置,结合原电池原理对其反应原理进行探究:
(1)写出装置①中酸性甲醇燃料电池的正、负极反应式。
负极:CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+;
正极:O2+4e-+4H+2H2O。
(2)写出装置②中熔融碳酸盐氢氧燃料电池的正、负极反应式。
负极:H2-2e-+CCO2+H2O;
正极:O2+4e-+2CO22C。
(3)写出装置③中碱性甲烷燃料电池的正、负极反应式。
负极:CH4-8e-+10OH-C+7H2O;
正极:2H2O+O2+4e-4OH-。
燃料电池电极反应式的书写方法
(1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
第一步 确定生成物:
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒:-8e- +H2O
第三步 依据电解质性质,用OH-使电荷守恒:CH4-8e-+10OH-+H2O
第四步 最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数:CH4-8e-+10OH-+7H2O
(2)正极一般为氧气,得电子,发生还原反应。由于电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同:
①酸性电解质溶液:O2+4H++4e-2H2O;
②碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e-4OH-;
③固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-2O2-;
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-2C。
1.某氢氧燃料电池工作示意图如图。下列说法中正确的是(　D　)
A.电极a为电池的正极
B.电极b表面反应为O2+4e-+4H+2H2O
C.电池工作过程中OH-向b电极迁移
D.氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电,提高了能源利用率
解析:由题图可知,电极a为负极,电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O,电极b为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,A、B错误;原电池工作时,电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极,故电池工作过程中OH-向a电极迁移,C错误;氢氧燃料电池将化学能直接转化为电能,能量的转化率高于火力发电,提高了能源利用率,D正确。
2.氨作为一种无碳富氢化合物,其具有价廉、不易燃、易储存等特点,被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。NH3-O2燃料电池如图所示,下列说法错误的是(　D　)
A.电极b为正极,发生还原反应
B.电极a上电极反应:2NH3+6OH--6e-N2+6H2O
C.电池工作时Na+向电极b迁移
D.电池工作时电极上理论消耗的
解析:电极b上O2发生得电子的还原反应,电极b为正极,A项正确;电极a上NH3发生失电子的氧化反应生成N2和H2O,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,B项正确;电池工作时阳离子向正极迁移,则Na+向电极b迁移,C项正确;电极a的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,电极b的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,根据得失电子守恒,电池工作时电极上理论消耗的,D项错误。
1.下列过程或装置能实现化学能转化为电能的是 (　C　)
A.太阳能电池 B.乙醇燃烧
C.氢氧燃料电池 D.电动汽车充电
解析:太阳能电池将太阳能转化为电能;乙醇燃烧是通过化学反应将化学能转化为热能,未直接转化为电能;氢氧燃料电池通过化学反应直接产生电能,实现化学能向电能的转化;电动汽车充电是电能转化为化学能。
2.Al-Ag2O电池用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是(　D　)
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH下降
C.溶液中OH-向Al电极移动
D.Al电极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3
解析:Al是负极,Ag2O/Ag是正极,电子由负极经过外电路流向正极,A正确;负极发生反应:Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,消耗了OH-,则负极附近溶液的pH下降,B正确;在原电池中,阴离子向负极移动,则OH-向Al电极移动,C正确;电解质溶液中的OH-是过量的,应该生成[Al(OH)4]-,Al电极反应式为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,D错误。
3.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,电池的总反应为Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2,下列有关该电池的说法不正确的是 (　C　)
A.电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
C.电池放电过程中,正极附近溶液的酸性增强
D.电池放电时,正极反应为Ni2O3+3H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-
解析:该充电电池中活泼金属Fe失去电子,为负极,Ni2O3为正极,因为放电时电极产物为氢氧化物,可以判断电解质溶液为碱性溶液,A正确;放电时,负极铁失去电子,因为电解质溶液为碱性溶液,所以负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,B正确;放电时正极反应为Ni2O3+3H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-,C错误,D正确。
4.如图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是(　C　)
A.a电极是负极
B.该燃料电池的电解质溶液是中性溶液
C.b电极的电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑
D.氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内
解析:由题图可知,a电极通入H2,失去电子被氧化生成H+,则a为电池的负极,电极反应式为H2-2e-2H+;b极通入O2,得到电子结合水生成OH-,则b为电池的正极,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-。a电极附近生成H+,b电极附近生成OH-,H+与OH-结合生成H2O,符合中性电解质溶液中电极反应特征,B正确;氢氧燃料电池的还原剂(H2)和氧化剂(O2)通过外部管道持续通入,不需要全部储藏在电池内,D正确。
(总分:40分)
1.(3分)下列说法正确的是 (　B　)
A.手机、电脑中使用的锂电池是一次电池
B.铅酸蓄电池放电时,正极和负极质量均增加
C.氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中的负极反应为H2-2e-2H+
D.二次电池充电时,二次电池的阴极连接电源的负极,发生氧化反应
解析:手机、电脑的锂电池可重复充电使用,属于二次电池,A错误;铅酸蓄电池放电时,负极(Pb→PbSO4)和正极(PbO2→PbSO4)均生成PbSO4,质量均增加,B正确;碱性条件下,H2在负极反应应生成H2O而非H+,正确的反应为H2+2OH--2e-2H2O,C错误;充电时,阴极连接电源负极,但发生还原反应而非氧化反应,D错误。
2.(3分)(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是 (　D　)
A.石墨作电池的负极材料
B.电池工作时,N向负极方向移动
C.MnO2发生氧化反应
D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-Zn2+
解析:酸性锌锰干电池中锌筒为负极,石墨电极为正极,A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,B错误;MnO2发生得电子的还原反应,C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应:Zn-2e-Zn2+,D正确。
3.(3分)铅酸蓄电池电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,因此在生产、生活中使用广泛。铅酸蓄电池(如图所示)放电时的电极总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列说法正确的是(　D　)
A.电池工作时,正极失去电子
B.电池工作一段时间后,电解质溶液的pH减小
C.电池工作时,负极的电极反应式为Pb+2e-+SPbSO4
D.电池工作时,外电路电子由负极经导线流向正极
解析:原电池工作时,负极发生失电子的氧化反应,故A错误;根据该原电池电极总反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,电池工作过程中消耗H2SO4,溶液酸性减弱,pH增大,故B错误;根据该原电池电极总反应可知,Pb作负极,发生失电子的氧化反应,电极反应式为Pb-2e-+SPbSO4,故C错误;电池工作时,负极失电子,电子经过外电路导线流向正极,故D正确。
4.(3分)利用铝—空气电池驱动风扇的工作原理如图。下列说法正确的是 (　B　)
A.风扇转动时,电流从a极流向b极
B.电池工作时b极附近的pH上升
C.a极的电极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3
D.每转移0.6 mol电子,消耗3.36 L O2
解析:原电池中电流从正极流向负极,则风扇转动时,电流从b极流向a极,A错误;电池工作时,b极为正极,O2得电子发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-,则b极附近的pH上升,B正确;a极为负极,Al失电子发生氧化反应:Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,C错误;根据正极电极反应式:O2+4e-+2H2O4OH-可知,每转移0.6 mol电子,则消耗标准状况下 mol×22.4 L/mol=3.36 L O2,但选项中未提及是标准状况,D错误。
5.(3分)水系锌离子电池具有能量密度高、功率密度高、放电过程高效安全等优点,我国科学家用V2O5和锌片作电极,用Zn(CF3SO3)2溶液作电解质溶液,制备了水系Zn-V2O5二次电池,如图所示。下列说法错误的是 (　C　)
A.放电时,锌片发生氧化反应
B.放电时,V2O5作正极
C.放电时,Zn2+移向锌片
D.放电时,电池总反应为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O
解析:由题图可知,放电时,锌片为二次电池的负极,失去电子发生氧化反应生成Zn2+,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,V2O5为正极,电极反应式为V2O5+2xe-+xZn2++nH2OZnxV2O5·nH2O,则电池总反应为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O,故A、B、D正确;放电时,Zn2+移向V2O5,故C错误。
6.(3分)一种“三明治”结构的锌—空气电池放电时总反应:2Zn+O22ZnO,装置如图所示。下列说法错误的是 (　B　)
A.水凝胶固态电解质不易泄漏,利于封装
B.放电时,电子经水凝胶固态电解质流向石墨
C.放电时,负极:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
D.充电时,转移0.2 mol e-,理论上Zn电极质量减少1.6 g
解析:放电时,Zn失电子被氧化,作负极,电极反应为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;石墨为正极,O2得电子被还原,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-;充电时,Zn电极作阴极,得电子被还原,电极反应为ZnO+H2O+2e-Zn+2OH-;石墨电极作阳极,OH-失电子生成O2,电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O。水凝胶固态电解质不易泄漏,便于封装,A正确;放电时,电子经导线流向石墨,电子不通过电解质,B错误;放电时负极的电极反应式符合电子转移与产物生成,C正确;由分析可知,充电时Zn电极中ZnO得电子生成Zn,转移0.2 mol e-时0.1 mol ZnO转化为0.1 mol Zn,质量减少1.6 g,D正确。
7.(3分)下列化学电源的电极反应式书写错误的是 (　B　)
A.NO-空气燃料电池的负极反应式:NO-3e-+2H2ON+4H+
B.充电时,铅酸蓄电池阳极的电极反应:Pb2+-2e-+2H2OPbO2+4H+
C.碱性锌锰电池负极反应式:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.锂离子电池放电时正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4
解析:NO-空气燃料电池中,负极燃料NO发生氧化反应,N元素从+2价升至+5价(生成N),失去电子,反应式中得失电子守恒、电荷守恒及质量守恒均成立,A正确;充电时铅酸蓄电池阳极(氧化反应)反应式为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S,B错误;碱性锌锰电池负极Zn失电子生成Zn2+,在碱性条件下与OH-结合为Zn(OH)2,反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,符合得失电子守恒、电荷守恒及质量守恒,C正确;锂离子电池放电时正极发生还原反应,Li1-xFePO4接受Li+和电子生成LiFePO4,Fe元素化合价降低,电子转移数(xe-)与Li+嵌入量匹配,D正确。
8.(3分)用于检测酒驾的酒精检测仪工作原理如下图所示,下列说法不正确的是 (　C　)
A.该装置能够将化学能转化为电能
B.当呼气中有46 g的乙醇被反应时,需要消耗标准状况下氧气22.4 L
C.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+
D.电池工作时,当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+通过质子交换膜从左向右迁移
解析:该装置为原电池,X电极产物为CH3COOH,Y电极上O的化合价由0→-2,化合价降低发生还原反应,则Y为正极,X为负极。据分析可知,该装置为原电池,原电池是将化学能转化为电能的装置,A正确;46 g乙醇物质的量为1 mol,总反应为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,1 mol乙醇消耗1 mol O2,标准状况下体积为22.4 L,B正确;根据装置图,X电极产物为CH3COOH,而非CO2,乙醇(CH3CH2OH)中C平均化合价为-2,CH3COOH中C平均化合价为0,每个乙醇分子失去4个电子,负极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,C错误;电池工作时,H+从负极(左)向正极(右)迁移,迁移的H+的物质的量与电路中转移电子的物质的量相等,当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+通过质子交换膜从左向右迁移,D正确。
9.(3分)利用如图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能。已知质子交换膜只允许H+通过。下列说法错误的是 (　A　)
A.多孔电极的电极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++S
B.工作一段时间后,右室电解质溶液的pH不变
C.理论上,相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同
D.工作一段时间后,左室不需要补充Fe2(SO4)3溶液
解析:题图装置可达到烟气脱硫和获得电能的功能,则此装置为原电池。在左侧多孔电极上发生反应:Fe2+-e-Fe3+,则此电极为负极;右侧光催化电极上发生反应:2H++2e-H2↑,则此电极为正极。由分析可知,左侧多孔电极的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,左室溶液中发生的反应为SO2+2Fe3++2H2O2Fe2++S+4H+,A错误;电池工作时,右侧光催化电极发生的反应为2H++2e-H2↑,左室溶液中的部分H+透过质子交换膜进入右室溶液中,根据得失电子守恒,最终左室转移入右室的H+与右室消耗的H+的物质的量相等,使右室溶液中H+的物质的量不变,所以工作一段时间后,右室电解质溶液的pH不变,B正确;在同一原电池中,两电极得失电子的总数相等,则理论上,n(SO2)=n(H2),相同条件下吸收SO2的体积和产生H2的体积相同,C正确;工作一段时间后,左室中Fe2(SO4)3与SO2反应生成FeSO4,FeSO4在电极上失去电子转化为Fe2(SO4)3,所以不需要补充Fe2(SO4)3溶液,D正确。
10.(13分)化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一。请根据所学知识,回答下列问题:
(1)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用,有一种锌银电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应为Ag2O+ZnZnO+2Ag,其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。
①写出另一电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O。
②在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量不变(填“增大”“减小”或“不变”)。
③当电池工作转移1 mol电子时,消耗的负极的质量为32.5 g。
(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示,a、b均为惰性电极。
①使用时,空气从B(填“A”或“B”)口通入。
②假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH),总反应式为2CH3OH+4OH-+3O22C+6H2O,则A口通入的气体为甲醇(填名称)。
③b极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。
④当电路中通过0.3 mol电子时,消耗甲醇的质量为1.6 g。
解析:(1)①由总反应:Ag2O+ZnZnO+2Ag可知,Ag的化合价降低,发生还原反应,则Ag2O为正极,电极反应为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O。②由电极反应式可知,转移相同电子时,消耗和生成OH-的物质的量相等,则在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量不变。③根据电极反应式,当电池工作转移1 mol电子时,消耗Zn的物质的量为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 mol·L-1=32.5 g。(2)①②燃料电池为原电池原理,电子由负极沿导线流向正极,故a为负极,b为正极,空气从B口通入,燃料气体由A口通入。③b为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。④消耗1 mol O2转移4 mol电子,当电路中通过0.3 mol电子时,消耗氧气的物质的量为 mol=0.075 mol,根据总反应可知消耗甲醇的质量为×0.075 mol×32 g·mol-1=1.6 g。

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