高考化学原电池.doc

高考化学原电池
（一）锂电池
（2014全国新课标2）12．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中的Li+从b向a迁移
【答案】C 【解析】根据题给装置图判断，
电极b是原电池的负极，电极反应式为Li-e- =Li+，
电极a是原电池的正极，电极反应为Li1-xMn2O4 +xLi+ +xe- = LiMn2O4。
A、综上所述，a是原电池的正极，A正确；
B、根据正负极的电极反应可知，
电池放电总反应为Li1-xMn2O4+xLi=LiMn2O4
电池充电总反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi，B正确；
C、放电时，a极锰的化合价发生变化，Li的化合价没有变化，C错误；
D、放电时，溶液中的Li+从b向a迁移，D正确。
（2014天津）6．已知：锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2
锂硫电池的总反应2Li＋SLi2S
有关上述两种电池说法正确的是(　　)
A．锂离子电池放电时， Li＋向负极迁移
B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C．理论上两种电池的比能量相同
D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
【答案】B 【解析】1、根据题给装置图判断，锂离子电池电极反应式如下：
电极C是原电池的负极，电极反应式为LixC-xe- =xLi++C
电极LiCoO2是原电池的正极，电极反应为Li1－xCoO2+ xLi+ +xe- = LiCoO2。（与上一题电极反应式书写相似）
2、锂硫电池电极反应式如下：
电极Li是原电池的负极，电极反应式为Li-e- =Li+
电极S是原电池的正极，电极反应为S+ 2Li+ +2e- = Li2S。
A、电池工作时，阳离子(Li＋)向正极迁移，A项错误；B、锂硫电池充电时，锂电极上发生Li＋得电子生成Li的还原反应，B项正确；C、两种电池负极材料不同，故理论上两种电池的比能量不相同，C项错误；D、根据电池总反应知，生成碳的反应是氧化反应，因此碳电极作电池的负极，而锂硫电池中单质锂作电池的负极，给电池充电时，电池负极应接电源负极，即锂硫电池的锂电极应与锂离子电池的碳电极相连，D项错误。
（2014年海南）16．（9分）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。
【解析】电极a是原电池的负极，电极反应式为Li-e- =Li+，
电极b是原电池的正极，电极反应为MnO2 +Li+ +e- = LiMnO2。

（2013全国卷）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用．某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等．充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-═LixC6．现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）．

回答下列问题：
（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为
+3
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
．
（3“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式
2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O
2H2O22H2O + O2↑；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是
有氯气生成，污染较大
．
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式
．CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O
（5充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式
Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C．
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是
Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中
．在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有
Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4．
分析：（1）根据化合物中，化合价的代数和为0判断；
（2）碱浸正极时，铝和氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子和氢气；
（3）根据所加入的反应物以及生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；由题中信息知LiCoO2具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成；
（4）“沉钴”过程中硫酸钴和碳酸氢铵反应生成碳酸钴沉淀；
（5）放电时，Li1-xCoO2和LixC6发生氧化还原反应生成LiCoO2和C；
（6）“放电处理”有利于锂在正极的回收，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动，在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4．
解答：解：（1）根据化合物中，化合价的代数和为0知，LiCoO2中，Co元素的化合价为+3价，故答案为：+3；
（2）正极中含有铝，铝易溶于强碱溶液生成AlO2-，反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，
故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（3）酸浸时反应物有硫酸、过氧化氢以及LiCoO2，生成物有Li2SO4和CoSO4，反应方程式为：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，由题中信息知LiCoO2具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成，
故答案为：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；有氯气生成，污染较大；
（4）“沉钴”过程中硫酸钴和碳酸氢铵反应生成碳酸钴沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水，反应方程式为CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O，
故答案为：CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；
（5）充放电过程中，Li1-xCoO2和LixC6发生氧化还原反应生成LiCoO2和C，反应方程式为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C，
故答案为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C；
（6）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回收，根据流程图知，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4，
故答案为：Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中；Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4．

（二）镍氢电池
.(2013·全国课标Ⅱ·11)“ZEBRA”蓄电池的结构如下图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)
A．电池反应中有NaCl生成
B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C．正极反应为：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－
D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

负极反应为：2Na-2e-=2Na+；正极反应为：NiCl2+2e-=Ni+2Cl-。电池总反应为2Na +NiCl2="Ni+2" NaCl；电池反应中有NaCl生成，A正确；电池的总反应是金属钠还原Ni2+，B错误；正极反应为：NiCl2+2e-=Ni+2Cl-，C正确；钠离子通过钠离子导体在两电极间移动，D正确。
（2014年全国大纲）9．右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是
A．放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－
B．电池的电解液可为KOH溶液
C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H2O＋e－
D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
【答案】C【解析】镍氢电池中主要为KOH作电解液，放电时
负极：MH＋OH－-e－→M＋H2O
正极：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－，
总反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。
充电时，
阴极反应：M+ H2O＋e－=MH+ OH－，
阳极反应：Ni(OH)2+ OH－-e－= NiOOH+ H2O，
总反应为M+ Ni(OH)2=MH+ NiOOH；
以上各式中M为金属合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。
写电极反应式的关键是MH中M化合价是0，H化合价也是0，
A、放电时，正极：NiOOH+H2O+e－= Ni(OH)2+OH－，故A正确；B、为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故B正确；C、充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e－=MH+OH－，故C错误；D、M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故D正确；

（2014年浙江）11． 镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型，NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH。
已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO
下列说法正确的是(　　)
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．充电过程中OH－从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
【解析】该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH。其放电时总反应为MH+ NiOOH= M+ Ni(OH)2；
负极：MH＋OH－-e－→M＋H2O
正极：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－，
A　[解析] 放电时正极发生的是得电子的还原反应，A项正确；充电时阴离子移向阳极，B错项误；充电时，被还原的是氢元素，生成的H2被储氢合金M吸收起来，M不参与反应，C项错误；因为6NiOOH ＋ NH3 ＋ H2O＋OH－===6Ni(OH)2 ＋ NO，故NiMH电池中不可以同时使用KOH溶液、氨水，D项错误。

（三）热激活电池
12.(2013·安徽卷·10)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是(　　)
A．正极反应式：Ca＋2Cl－＋2e－===CaCl2
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb
D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转
（四） 微生物电池
（2015全国卷11）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（     ）
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

【答案】A
【解析】
试题分析：A、根据C元素的化合价的变化二氧化碳中C元素的化合价为最高价+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，所以在负极生成，错误；B、在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率比化学反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，正确；C、原电池中阳离子向正极移动，正确；D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，正确，答案选A。
（2009江苏）12. 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
关于该电池的叙述正确的是：
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－＝6CO2＋24H＋
C．放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下
CO2 22.4/6 L
解析：由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，所以A错误；
放电过程中，H+从负极区向正极区迁移，所以C错误；
消耗1mol氧气则转移4mole－，由C6H12O6＋6H2O－24e－＝6CO2＋24H＋计算出：
转移4mole－则生成1molCO2 ，即22.4L，所以D错误。
正确答案为B。

(五)太阳能电池
（2010全国1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：

下列关于该电池叙述错误的是：
A.电池工作时，是将太阳能转化为电能
B.电池工作时，离子在镀铂导电玻璃电极上放电
C.电池中镀铂导电玻璃为正极
D.电池的电解质溶液中和的浓度不会减少

2014年高考化学题电化学收集2电解氯化亚铁溶液
（北京高考第28题）28．（15分）用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压（x）下电解pH=1的0.1mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下（a、b、c代表电压数值）：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
I
x≥a
电极附近出现黄色，有气泡产生
有Fe3+、有Cl2
II
a>x≥b
电极附近出现黄色，无气泡产生
有Fe3+、无Cl2
III
b>x>0
无明显变化
无Fe3+、无Cl2
（1）用KSCN检验出Fe3+的现象是_______________________。
（2）I中，Fe3+产生的原因可能是Cl—在阳极放电，生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应：
____________________________________________________。
（3）由II推测，Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电，原因是Fe2+具有_________性。
（4）II中虽未检验出Cl2，但Cl—在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
IV
a>x≥c
无明显变化
有Cl2
V
c>x≥b
无明显变化
无Cl2
①NaCl的浓度是_________mol/L
②IV中检测Cl2的实验方法______________________________________________。
③与II对比，得出的结论（写出两点）：_____________________________________________。
【答案】（15分）（1）溶液变红（2）2Cl— -2e— =Cl2↑ Cl2+2Fe2+=2Cl—+2Fe3+
（3）还原（4）①0.2 ②取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉KI试纸上，试纸变蓝 ③通过控制电压，证实了产生Fe3＋的两种原因都成立；通过控制电压，验证了Fe2＋先于Cl－放电【解析】这道题源于去年福建省、天津高考考查电解氯化亚铁溶液。它们给的标准答案是2Fe2＋ + 2H＋ 2Fe3＋ + H2↑。当时我提出疑问：
2013年高考福建化学中考查到了氯化亚铁溶液的电解（23题最后一问），同时天津高考化学第9题也有涉及，电解氯化亚铁溶液的电极反应是如何写的呢？
解释一：阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：Fe2＋－e－===Fe3＋
总反应为：2Fe2＋ + 2H＋==2Fe3＋ + H2↑
因为Fe2＋的还原性强于Cl—，所以阳极Fe2＋放电，变成Fe3＋。
解释二：阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl—－2e－=== Cl2↑
2Fe2＋ + Cl2 ===2Fe3＋ + 2Cl—
两个反应叠加得出阳极反应是Fe2＋－e－===Fe3＋
因为阴离子流向阳极，阳极肯定是Cl—放电，生成Cl2，Cl2再氧化Fe2＋变成Fe3＋。
虽然它们最后答案一样，其实本质不同，这两种不同的解释区别就在阳极是哪种离子放电，观点一认为是Fe2＋，观点二认为是Cl—，答案是哪一个？你说呢？
今年北京高考命题专家通过实验探究给出了答案：这两种离子的放电顺序与电压有关。电压较大时有Cl2产生，说明电压较大时Cl－放电；电压较小时没有Cl2产生，说明在电压较小的时候，Cl－没有放电，即Fe2＋放电变为Fe3＋。

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