高中 | 原电池原理的应用 题目答案及解析

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选修四

第四章 电化学基础

第一节 原电池

原电池原理的应用

能源是现代文明的原动力,化学电池在生产生活中有着广泛的应用,人们根据原电池原理可制作不同的电池以满足不同的需求,请回答下列问题:

下列有关电池的说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$​(填标号)。

["

氢氧燃料电池属于二次电池

","

原电池的电极材料不一定是金属材料

","

电能属于二次能源

","

所有的氧化还原反应均能设计为原电池

"]
[["BC"]]

A.氢氧燃料电池放电后,不能通过充电的方式使 其复原,不属于二次电池,故A错误;

B.原电池的电极材料不一定是金属材料,也可以是石墨等,故B正确;

C.二次能源是由一次能源经过加工或转化得到的能源,电能通常由其它能源(如煤炭等一次能源)转化而来,属于二次能源,故C正确;

D.不是所有的氧化还原反应均能设计为原电池,必须是自发进行的氧化还原反应,故D错误;

故选BC;

依据原电池的形成条件,现有反应$\rm 2NaOH+{{H}_{2}}S{{O}_{4}}=N{{a}_{2}}S{{O}_{4}}+2{{H}_{2}}O$​,该反应                (填“能”或“不能”)设计成原电池,原因是                

[["

不能; 该反应不是氧化还原反应(或其他合理答案)

"]]

自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池,则反应$\rm 2NaOH+{{H}_{2}}S{{O}_{4}}=N{{a}_{2}}S{{O}_{4}}+2{{H}_{2}}O$​,不能设计成原电池,原因是:该反应不是氧化还原反应;

$\rm FeC{{l}_{3}}$​溶液可用于腐蚀电路板,其反应原理为$\rm 2FeC{{l}_{3}}+Cu=2FeC{{l}_{2}}+CuC{{l}_{2}}$​,若将其设计为原电池,则所用负极材料为                (填化学式),正极的电极反应式为                

[["

$\\rm Cu$$\\rm F{{e}^{3+}}+{{e}^{-}}=F{{e}^{2+}}$

"]]

该反应的离子方程式为 $\rm Cu+2Fe^{3+}=2Fe^{2+}+Cu^{2+}$,铜失去电子,若将该反应设计为原电池,则所用负极材料为$\rm Cu$,正极上发生还原反应,则正极反应式为$\rm Fe^{3+}+e^{-}=$ $\rm Fe^{2+}$

利用微生物燃料电池原理,科学家设计了可以将航天员排出的粪便转化为无污染物质,同时得到电能的原电池,其原理如图所示(图中膜为质子交换膜,只允许$\rm {{H}^{+}}$​通过)。

$\rm a$电极为                (填“正”或“负”)极。

$\rm b$电极上的电极反应式为                

③ 电路中每转移$\rm 0.4{\textit{N}_{A}}$​个电子,不考虑水分子的移动,理论上$\rm b$电极区溶液增重                $\rm \;\rm g$

[["

负; $\\rm {{O}_{2}}+4{{e}^{-}}+4{{H}^{+}}=2{{H}_{2}}O$$\\rm 3.6$

"]]

① 结合图示可知,氧气在$\rm b$电极得到电子,则$\rm b$电极为正极,$\rm a$电极为负极;

$\rm b$电极上氧气得到电子,电解质为酸性环境,则$\rm b$电极上的电极反应式为$\rm {{O}_{2}}+4{{e}^{-}}+4{{H}^{+}}=2{{H}_{2}}O$​;

③ 结合② 的分析可知,$\rm b$电解的反应式为:$\rm {{O}_{2}}+4{{e}^{-}}+4{{H}^{+}}=2{{H}_{2}}O$​,$\rm b$电极区溶液增加的质量是生成水的质量,电路中每转移$\rm 0.4{\textit {N}_{A}}$​个电子时,生成$\rm 0.2\;\rm mol$水,即增重$\rm 0.2\;\rm mol\times 18\;\rm g/mol=3.6\;\rm g$

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