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专题四反应变化与规律

能力小专题19新型化学电源

角度一一次电池

例1[2023·广东卷]负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是 ()

A.Ag作原电池正极

B.电子由Ag经活性炭流向Pt

C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e4OH

D.每消耗标准状况下11.2L的O2,最多去除1molCl

例2[2022·湖南卷]海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 ()

A.海水起电解质溶液作用

B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e2OH+H2↑

C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能

D.该锂海水电池属于一次电池

1.构建原电池模型

【微点拨】关于电池中电子或离子的移动方向可简单归纳为“电子不下水,离子不上岸”,电流则要形成回路。

2.原电池正、负极的判断方法

3.原电池中电极和电池反应的书写方法

1.[2024·湖南衡阳三校联考]锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中生成LiMnO2。下列表述中不正确的是 ()

A.a点电势比b点电势低

B.混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代

C.电池工作时负极反应式为LieLi+

D.外电路未接通时,电解质溶液中的离子不会定向移动

2.[2024·辽宁沈阳五校联考]利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池,利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示,其中在参比电极上通入纯氧气,测量电极上通入空气。下列说法错误的是 ()

A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2

B.工作时,电流由参比电极经外电路流向测量电极

C.工作时,用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确

D.相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越高

角度二燃料电池

例1[2024·全国新课标卷]一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)

电池工作时,下列叙述错误的是 ()

A.电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7

B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用

C.消耗18mg葡萄糖,理论上a电极有0.4mmol电子流入

D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a

例2[2021·山东卷]以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OHO2、N2H4O2、(CH3)2NNH2O2清洁燃料电池,下列说法正确的是 ()

A.放电过程中,K+均向负极移动

B.放电过程中,KOH物质的量均减小

C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2O2燃料电池的理论放电量最大

D.消耗1molO2时,理论上N2H4O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L

1.教材中燃料电池装置模型及迁移应用

2.燃料电池工作原理分析模型

3.燃料电池中正极反应原理分析

根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,

电解质环境

从电极反应式判断O2的存在形式

酸性电解质溶液环境下

O2+4H++4e2H2O

碱性电解质溶液环境下

O2+2H2O+4e4OH

固体电解质(高温下能传导O2)环境下

O2+4e2O2

熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下

O2+2CO2+4e2CO3

1.[2024·辽宁丹东二模]工业上用双阴极微生物燃料电池处理含NH4+和CH3COO的废水。废水在电池中的运行模式如图甲所示,电池的工作原理如图乙所示。已知Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应,还在溶液中参与了一个氧化还原反应。下列说法正确的是 (

A.电流从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极

B.Ⅱ室电极反应式为CH3COO+8e+2H2O2CO2↑+7H+

C.X交换膜为阳离子交换膜,Y交换膜为阴离子交换膜

D.若双阴极上各转移10mol电子,Ⅲ室消耗O2大于2.5mol

2.[2024·湖北高中名校联盟联考]固态电池能量密度更高,运行更安全。固态燃料电池(如图所示)以固态电解质传递H+,电池总反应可表示为CH4+2O2CO2+2H2O。下列说法错误的是 ()

A.a极发生氧化反应

B.b极上的电极反应式为O2+4e+4H+2H2O

C.H+由a极通过固体酸膜传递