- 化学能与电能
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已知空气-锌电池的电极反应为:锌片:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;碳棒:O2+H2O+2e-=2OH-,据此判断,锌片是( )
正确答案
解析
解:根据化合价可知,电极反应中锌的化合价升高,被氧化,原电池中较活泼的金属做负极,发生氧化反应,则锌为原电池的负极.
故选:D.
新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位,可用作节能环保电动汽车的动力电池.磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料,它的制备方法如下:
方法一:将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出.
方法二:将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀.沉淀经过滤、洗涤、干燥,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂.
在锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下:
请回答下列问题:
(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行.其原因是______.
(2)在方法一所发生的反应中,除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有______、______、______(填化学式)生成.
(3)在方法二中,阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为______.
(4)写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式:______.
(5)已知该锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,则该电池放电时正极的电极反应式为______.
正确答案
解:(1)亚铁离子具有强还原性,制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行,其原因是为了防止亚铁化合物被氧化,故答案为:为了防止亚铁化合物被氧化;
(2)将碳酸锂、乙酸亚铁、磷酸二氢铵在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂、乙酸及其它产物均以气体逸出.根据题意和元素守恒,可得其他产物为:CO2、H2O和NH3,故答案为:CO2;H2O;NH3;
(3)将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀.阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂,电极反应式为Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+,
故答案为:Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+;
(4)M具有酯基,在碱性条件下可发生水解,M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式:,
故答案为:;
(5)锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,电极反应为LiFePO4═FePO4+Li++e-,该电池放电时,正极发生还原反应,与充电时的阳极反应相反,电极反应式为
FePO4+Li++e-═LiFePO4,故答案为:FePO4+Li++e-═LiFePO4.
解析
解:(1)亚铁离子具有强还原性,制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行,其原因是为了防止亚铁化合物被氧化,故答案为:为了防止亚铁化合物被氧化;
(2)将碳酸锂、乙酸亚铁、磷酸二氢铵在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂、乙酸及其它产物均以气体逸出.根据题意和元素守恒,可得其他产物为:CO2、H2O和NH3,故答案为:CO2;H2O;NH3;
(3)将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀.阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂,电极反应式为Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+,
故答案为:Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+;
(4)M具有酯基,在碱性条件下可发生水解,M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式:,
故答案为:;
(5)锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,电极反应为LiFePO4═FePO4+Li++e-,该电池放电时,正极发生还原反应,与充电时的阳极反应相反,电极反应式为
FePO4+Li++e-═LiFePO4,故答案为:FePO4+Li++e-═LiFePO4.
铝电池性能优越,Al-AgO电池可用作水下动力电源,其原理如图所示.该电池反应的化学方程式为:2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.由总反应式可知OH-参加反应,应用阴离子交换膜,故A错误;
B.AgO中Ag的化合价为+2价,当电极上析出1.08gAg即0.01mol时,电路中转移的电子为0.02mol,故B错误;
C.原电池工作时Al被氧化,应为电池的负极,电极反应为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O,故C正确;
D.AgO被还原,应为原电池的正极,电极反应式为AgO+2e-+H2O=Ag+2OH-,故D错误.
故选C.
一种聚合物锂电池的电池总反应为:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+6C.电池内的高分子聚合物能让Li+自由通过.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+6C知,放电时,LixC6中碳元素失电子发生氧化反应,正极上Li1-xCoO2得电子发生还原反应,所以负极上的电极反应式为LixC6=xLi++6C+xe-,故A错误.
B、放电时,负极上失电子,正极上得电子,所以电子从负极沿导线流向正极,所以正极上附有大量电子,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故B错误.
C、充电时,电极Li1-xCoO2上失电子发生氧化反应,所以该电极应做阳极,应与电源的正极相连,故C正确.
D、设生成4gNaOH时转移电子的物质的量为m.
2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH 转移电子
80g 2mol
4g m
m=0.1mol
当转移0.1mol电子时,
负极材料质量减少为n.
LixC6=xLi++6C+xe-,
7xg xmol
y 0.1mol
y=0.7g,
故D正确.
故选CD.
(2015春•杭州月考)被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点.右图为氢氧燃料电池的结构示意图,电解质溶液为KOH溶液,电极材料为疏松多孔石墨棒.当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时,便可在闭合回路中不断地产生电流.试回答下列问题:
(1)写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式:______.
(2)如果该氢氧燃料电池每转移0.1mol电子,消耗标准状况下______L氧气.
正确答案
解:(1)氢氧燃料电池中,电解质溶液为碱,则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子,则其电极反应式为:2H2O+O2+4e-═4OH-;
故答案为:2H2O+O2+4e-═4OH-;
(2)已知2H2O+O2+4e-═4OH-,则每转移0.1mol电子消耗的氧气为:×0.1mol=0.025mol,所以V(O2)=nVm=0.025mol×22.4L/mol=0.56L;
故答案为:0.56.
解析
解:(1)氢氧燃料电池中,电解质溶液为碱,则正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子,则其电极反应式为:2H2O+O2+4e-═4OH-;
故答案为:2H2O+O2+4e-═4OH-;
(2)已知2H2O+O2+4e-═4OH-,则每转移0.1mol电子消耗的氧气为:×0.1mol=0.025mol,所以V(O2)=nVm=0.025mol×22.4L/mol=0.56L;
故答案为:0.56.
“水煤气(CO、H2)-空气”燃料电池的工作原理如图所示,其中a、b均
为惰性电极.下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A.由电子流向可知a为负极,b为正极,则甲处通入水煤气,乙处通入空气,故A错误;
B.a为负极,a电极发生氧化反应,b为正极,b电极发生还原反应,故B错误;
C.如用这种电池电镀铜,待镀金属增重6.4g,n=0.1mol,得电子0.2mol,需要水煤气0.1mol,体积为2.24L,故C正确;
D.a电极的反应式包括:CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O,故D错误;
故选C.
蓄电池放电时是起原电池的作用,在充电时起电解池的作用.下式是爱迪生蓄电池分别在充电、放电时的反应:Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2下列各种推断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、放电时铁做负极,NiO2做正极,充电时,电池正极和电源的正极相连,电池的负极和电源的正极相连,所以充电时铁做阴极,NiO2做阳极,故A错误;
B、充电是电解池,由方程式可知此电池为碱性电池,反应方程式时不能出现H+,所以充电时阴极反应式为:Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-,故B错误;
C、放电时是原电池,负极:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2,正极:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-.电解质溶液中的阴离子向负极方向移动,故C错误;
D、由方程式可知此电池为碱性电池,FE能够与酸反应,所以蓄电池的电极浸在碱性电解质溶液中,故D正确;
故选D.
(2015秋•临朐县月考)一种微生物燃料电池工作原理示意图如下,微生物膜中的酶作催化剂.下列叙述不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.电池工作时,废水中的葡萄糖发生了反应,将化学能转化为电能,既能净化废水,又能发电,故A正确;
B.葡萄糖在X电极上发生了氧化反应生成了二氧化碳和氢离子,发生氧化反应的一极作负极,故B正确;
C.废水中的NO3-在正极上得电子发生还原反应生成氮气,正极反应式为2NO3-+10e-+12H+═N2↑+6H2O,故C错误;
D.微生物膜中的酶作催化剂,温度不会影响该氧化还原反应的进行,因此该电池在常温和高温时都可以工作,故D正确;
故选C.
某物质A的产量可以用来衡量一个国家的石油化工发展水平.其与水加成的产物B是一种常用的有机溶剂,在生活中有重要的应用.
(1)A的电子式为______,B的分子式为______.
若用B与O2制成燃料电池,并以稀硫酸溶液为电解质溶液,回答(2)-(5)题:
(2)负极上的电极反应式为______.
(3)消耗标准状况下的5.6L O2时,有______mol电子发生转移.
(4)开始放电时,正极附近溶液的pH______(填“增大”、“减小”或“不变”);
(5)溶液中H+由______区向______区移动(填“正极”或“负极”).
正确答案
C2H6O
C2H6O-12e-+3H2O=12H++2CO2
1
增大
负极
正极
解析
解:(1)乙烯的产量可以用来衡量一个国家的石油化工发展水平,乙烯的电子式为:,可以喝水加成生成乙醇,即分子式 C2H6O,故答案为:
; C2H6O;
(2)乙醇燃料电池的负极上是燃料乙醇失电子的氧化反应,在酸性环境下,电极反应为:C2H6O-12e-+3H2O=12H++2CO2,故答案为:C2H6O-12e-+3H2O=12H++2CO2;
(3)正极反应为:O2+4H++4e-═2H2O,消耗标准状况下的5.6L 即0.25molO2时,有1mol电子发生转移,故答案为:1;
(4)开始放电时,正极电极反应为:O2+4H++4e-═2H2O,所以溶液pH增大,故答案为:增大;
(5)原电池中,阳离子氢离子从负极移向正极,故答案为:负极;正极.
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一.最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-,回答如下问题:
(1)以丁烷(C4H10)为汽油代表,这个电池放电时发生反应的化学方程式是______;
(2)这个电池负极发生的反应是:C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O,正极发生的电极反应方程式是:______;固体电解质里O2-向______极移动; 向外电路释放的电子的电极是______极;
(3)人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是:______;
(4)汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生______堵塞电极的气体通道,有人估计,完全避免这种副反应至少还需10年,这正是新一代化学家的历史使命.
正确答案
解:(1)燃料电池的总反应和燃料燃烧的化学方程式一致,电池总反应为2C4H10+13O2═8CO2+10H2O,
故答案为:2C4H10+13O2═8CO2+10H2O;
(2)极发生还原反应,总反应减负极反应可得正极反应式,为O2+4e-=2O2-;原电池工作时,阴离子向负极移动,电子从负极经外电路流向正极故答案为:O2+4e-=2O2-; 负; 负;
(3)原电池具有能量利用率高的特点,而燃烧时化学能转变为热能和光能,
故答案为:燃料电池具有较高的能量利用率;
(4)烷不完全氧化会生成碳粒,从而堵塞电极的气体通道,故答案为:碳粒或C.
解析
解:(1)燃料电池的总反应和燃料燃烧的化学方程式一致,电池总反应为2C4H10+13O2═8CO2+10H2O,
故答案为:2C4H10+13O2═8CO2+10H2O;
(2)极发生还原反应,总反应减负极反应可得正极反应式,为O2+4e-=2O2-;原电池工作时,阴离子向负极移动,电子从负极经外电路流向正极故答案为:O2+4e-=2O2-; 负; 负;
(3)原电池具有能量利用率高的特点,而燃烧时化学能转变为热能和光能,
故答案为:燃料电池具有较高的能量利用率;
(4)烷不完全氧化会生成碳粒,从而堵塞电极的气体通道,故答案为:碳粒或C.
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