- 化学能与电能
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如图是甲醇/过氧化氢燃料电池内部结构示意图.工作时,甲醇和过氧化氢分别进入燃料电池的燃料腔和氧化剂腔,在各自催化剂的作用下发生反应,并向外界输出电能.下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.正极加入H2O2,发生还原反应,电极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O,故A正确;
B.燃料腔中的多孔石墨电极为该燃料电池的负极,电解质中的阳离子移向正极,故B正确;
C.负极电极方程式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,电池工作时,1mol甲醇被氧化有6mol电子转移,故C正确;
D.电路中的电子经负极经外电路流向正极,电子不能经过电解质溶液,故D错误.
故选D.
(2016春•福州校级月考)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料.科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统,成功地实现了以CO2和H2O合成CH4,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.根据图示可知,该装置中将太阳能转化为化学能的过程,故A正确;
B.根据图示可知,GaN表面有氧气生成,发生反应为2H2O-4e-=4H++O2↑,所以GaN表面发生氧化反应,故B正确;
C.放电时,电解质溶液中阳离子向正极移动,所以装置中的H+由左向右移动,故C错误;
D.根据电子流向知,Cu是正极,正极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲烷,电极反应式为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O,故D正确;
故选C.
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压.高铁电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A.放电时,正极上发生得电子的还原反应,FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-,故A错误;
B.充电时,铁离子失去电子,发生Fe(OH)3转化为FeO42-的反应,电极反应为Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO42-+4H2O,故B错误;
C.放电时Zn元素失去电子,正极Fe元素得到电子,转移电子数为1mol×(6-3)=3mol,放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被还原,故C错误;
D.放电时正极附近发生得电子的还原反应,FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-,生成氢氧根离子,所以碱性增强,故D正确;
故选D.
据报道,最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍,可连续使用一个月才充一次电.其电池反应为:2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,则下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、放电时,相当于原电池的工作原理,负极发生失电子的氧化反应,根据总反应:2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,则放电时CH3OH参与反应的电极为负极,故A错误;
B、充电时,相当于电解池的工作原理,根据总反应:2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,生成大量的氢氧根离子,所以碱性增强,故电解质溶液的pH逐渐增大,故B正确;
C、放电时负极发生失电子的氧化反应,根据总反应:2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,则负极的电极反应为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故C正确;
D、充电时,根据总反应:2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,每生成2molCH3OH转移12mol电子,则每生成1mol
CH3OH转移6mol电子,故D正确.
故选A.
某新型可充电电池,能长时间保持稳定的放电电压.该电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,以下说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据电池的总反应可知,高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子,电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,故A正确;
B、高铁酸钾在正极得到电子,发生还原反应,电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-,故B正确;
C、放电时正极反应为FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-,每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被还原,故C错误;
D、充电时,阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钾,电极反应式为Fe(OH)3+5OH-=FeO42-+4H2O+3e-,阳极消耗OH-离子,碱性要减弱,故D正确.
故选C.
一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率而倍受重视.现有Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2的混合气体,制作650℃时工作的燃料电池,其电池总反应是2CO+O2=2CO2.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、该燃料电池中通入CO的一极是负极,通O2和CO2的混合气体的一极是正极,故A错误;
B、该燃料电池中通O2和CO2的混合气体的一极是正极,发生的电极反应是:O2+2CO2+4e-═2CO32-,故B正确;
C、正极上的电极反应式为O2+4e-+2CO2═2CO32-,负极上的电极反应式为2CO-4e-+2CO32-═4CO2,总反应式为:2CO+O2═2CO2,熔融盐中CO32-的物质的量浓度不变,故C错误;
D、在原电池中,电解质中的阴离子移向负极,故D错误;
故选:B.
燃料电池是一种高效低污染的新型电池.燃料电池所用燃料可以是氢气,也可以是其他燃料,如甲醇、肼等.肼分子(H2N-NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水,回答下列问题:
肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液.肼-空气燃料电池放电时:
正极的电极反应式是______;
负极的电极反应式是______;
总电极反应方程式是______.
(2)假设使用肼-空气燃料电池作为电镀铜的电源,若镀件上镀了6.4g铜,则肼-空气燃料电池理论上消耗肼______g.
(3)肼在水中,通常结合一分子水,形成H2N-NH2•H2O,其一级电离与NH3•H2O的电离类似,其电离方程式为______;H2N-NH2•H2O水溶液的一级电离的电离常数Kb=2.5×10-6,则0.1mol•L-1肼溶液的OH-浓度约为______.
正确答案
O2+2H2O+4e-=4OH-
N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑
H2N-NH2+O2=N2+2H2O
1.6
N2H4•H2O=N2H5++OH-
5×10-4mol•L-1
解析
解:(1)肼-氧气碱性燃料电池中,负极上燃料肼失电子和氢氧根离子反应生成水和氮气,电极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑,正极发生还原反应,电极方程式为O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应式:H2N-NH2+O2=N2+2H2O
故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-;N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑;H2N-NH2+O2=N2+2H2O;
(2)由2Cu~N2H4可知:
128g 32g
6.4g 1.6g
故答案为:1.6;
(3)肼易溶于水,它是与氨类似的弱碱,则电离生成OH-和阳离子,电离方程式为N2H4•H2O=N2H5++OH-;Kb=c2(OH-)÷0.1=2.5×10-6,所以0.1mol•L-1肼溶液的OH-浓度约为5×10-4 mol•L-1,故答案为:N2H4•H2O=N2H5++OH-;5×10-4 mol•L-1.
全钒液流储能电池(VRB)广泛应用于风能、太阳能发电系统的储能系统.电池反应为VO2++V2++2H+VO2++V3++H2O,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.该电池能充电和放电,所以属于二次电池,故A错误;
B.放电时,氢离子由负极流向正极,故B错误;
C.放电时,负极上电极反应式为V2+-e-=V3+,故C错误;
D.充电时,阴极上得电子发生还原反应,电极反应式为V3++e-=V2+,故D正确;
故选:D.
目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应可以表示为:Cd+2NiO(OH)+2H2O⇌2Ni(OH)2+Cd(OH)2 已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水,但能溶于酸,以下说法中:①以上反应是可逆反应; ②以上反应不是可逆反应;③充电时,化学能转化为电能;④放电时,化学能转变为电能.其中正确的是( )
正确答案
解析
解:①以上反应是可逆反应,两个反应方向的条件不同,充电是电解池,放电是原电池,故不选;
②以上反应不是可逆反应,两个反应方向的条件不同,故选;
③充电时,充电是电解池,电能转化为化学能,故不选;
④放电是原电池,化学能转变为电能,故选;
所以选②④,故选B.
一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳.该电池负极发生的反应是( )
正确答案
解析
解:燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应,正极上氧化剂得电子发生还原反应,该燃料电池的电解质溶液呈酸性,所以负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,故选C.
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