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考点二原电池工作原理和化学电源
1.新型化学电源分析。
2.电解原理与工业技术。
3.“交换膜”技术在电化学装置中的应用。
4.新型化学电源电极反应方程式的书写。
(2022·全国甲卷)一种水性电解液ZnMnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH)eq\o\al(2-,4)存在]。电池放电时,下列叙述错误的是()
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的SOeq\o\al(2-,4)通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH)eq\o\al(2-,4)+Mn2++2H2O
解析:根据题图所示的电池结构和题目所给信息可知,Ⅲ区Zn为电池的负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH)eq\o\al(2-,4),Ⅰ区MnO2为电池的正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O;电池在工作过程中,由于两个离子选择隔膜没有指明是阳离子隔膜还是阴离子隔膜,故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子,因此可以得到Ⅰ区消耗H+,生成Mn2+,Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SOeq\o\al(2-,4)向Ⅱ区移动,Ⅲ区消耗OH-,生成Zn(OH)eq\o\al(2-,4),Ⅱ区的SOeq\o\al(2-,4)向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。根据分析,Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动,A项错误;根据分析,Ⅰ区的SOeq\o\al(2-,4)向Ⅱ区移动,B项正确;MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O,C项正确;电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH)eq\o\al(2-,4)+Mn2++2H2O,D项正确。故选A。
答案:A
电极方程式的书写
(1)遵守三个守恒:质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒。
(2)电解质的性质:H2通入负极,酸作电解质时,H2-2e-===2H+;碱作电解质时,H2-2e-+2OH-===2H2O。
(3)不含水的电池体系中:O2+4e-===2O2—。
1.(2023·山东卷)(双选)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是()
A.甲室Cu电极为正极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应为Cu2++4NH3===[Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
解析:向甲室加入足量氨水后电池开始工作,则甲室Cu电极溶解,变为铜离子与氨形成[Cu(NH3)4]2+,因此甲室Cu电极为负极,故A项错误;在原电池内电路中阳离子向正极移动,若隔膜为阳离子膜,电极溶解生成的铜离子要向右侧移动,通入氨要消耗铜离子,显然左侧阳离子不断减小,明显不利于电池反应正常进行,故B项错误;左侧负极是Cu-2e-+4NH3===[Cu(NH3)4]2+,正极是Cu2++2e-===Cu,则电池总反应为Cu2++4NH3===[Cu(NH3)4]2+,故C项正确;NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+,铜离子浓度降低,铜离子得电子能力减弱,因此将对电池电动势产生影响,故D项正确。故选CD。
答案:CD
2.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是()
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应:Pb+SOeq\o\al(2-,4)+2Fe3+===PbSO4+2Fe2+
解析:该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+;充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和硫酸。据此分析解答。放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A项错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B项正确;放电时,右侧为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C项错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+===Pb+SOeq\o\al(2-,4)+2Fe3+,D项错误。故选B。
答案:B
3.(2022·广东卷)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中()
A.阴极发生的反应为Mg-2e-===Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
解
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