高中化学微专题-专题三 新型电池——金属空气电池微生物电池

专题三 新型电池 1.新型电池的常见类型 新型电池的常见类型有高铁酸盐电池、微生物电池、熔融盐电池、熔融固态氧化物电池等，这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量高等优点，且它们的电极反应式和总反应的书写又具有新颖度高和灵活性强等特点，因此倍受高考命题者的青睐。 2.新型电池电极反应式的书写方法 首先列出反应物和该反应物得失电子后生成的直接产物，并标出得失电子的数目；然后分析电解质中是否有与该直接产物反应的微粒，如有，写出稳定产物，该稳定产物即为最终的产物；最后根据电荷守恒和原子守恒配平电极反应式。 3.新型电池总反应的书写方法 先写出正、负极的电极反应式，再在得失电子数目相等的前提下将正、负极的电极反应式相加得总反应。 例如：以固体氧化锆——氧化铱为电解质的固体氧化物燃料电池的工作原理如图，已知这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过，其中多孔电极 a、b均不参与电极反应。 在书写此电池的电极反应式和总反应时，首先要利用题中信息和原电池工作原理来判断正、负极。由图中电子流向可知多孔电极 b 为负极，则多孔电极 a为正极，再利用图中信息“固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过”可知在正极上O2得电子被还原为O2-，故正极反应式为 O2+4e-=2O2-，在负极上H2失电子被氧化为H+，与移向负极的O2-反应生成 H2O，负极反应式为 2H2 -4e-+2O2- =2H2O，总反应式为2H2+O2=2H2O。 1．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A．电极甲发生还原反应 B．电池内的O2-由电极乙移向电极甲 C．电池总反应为N2H4 +2O2= 2NO +2H2O D．当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4L O2参与反应 2．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法中正确的是 A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H+由b极经质子交换膜流向a极 B．a极的电极反应式为： C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的的物质的量之比为5∶32 D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高 3．金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是 A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高 C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n D．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 4．锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是 A．金属锂作负极，发生氧化反应 B．Li+通过有机电解质向水溶液处移动 C．正极的电极反应：O2+4e—==2O2— D．电池总反应：4Li+O2+2H2O==4LiOH 5．微生物电解池(Microbialelectrolysiscell，MEC)是一种新型的且能兼顾氢气或甲烷回收的废水处理技术，将电化学法和生物还原法有机结合，MEC具有很好的应用前景。微生物电化学产甲烷法的装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．“产电菌”极的电势比“产甲烷菌”极的低 B．该微生物电解池工作时将化学能转化为电能 C．阴极的电极反应式为 D．若产1molCH4，理论上阳极室生成CO2的体积为44.8L 6．氨的转化与去除：微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术，如图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图。 (1)A极的电极反应式为 ，A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为 。 (2)用化学用语简述去除的原理： 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．B 【分析】根据原电池的工作原理进行分析，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，然后进行分析。 【详解】A、通氧气一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理，电极甲上发生氧化反应，故A错误；B、根据原电池的工作原理，O2－从正极移向负极，故B正确；C、因为反应生成无毒无害物质，即N2H4转化成N2和H2O，故C错误；D、题目中没有说明条件是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，故D错误。 【点睛】本题的易错点是选项D，学生容易根据得失电子数目守恒计算出氧气的物质的量，即1×2×2=n(O2)×4，解得n(O2)=1mol，然后判断出体积为22.4L，忽略了题目中并没有说明条件是否是标准状况，因此遇到这样的问题，需要先判断条件。 2．C 【分析】由图可知右侧b电极硝酸根中氮元素化合价由+5价变成0价化合价降低，得电子，所以为正极，则左侧a电极为负极，以此解题。 【详解】A．在电极b硝酸根中氮元素由+5价变成0价，则该电极为正极，电极a为负极，电子由a极经导线流向b极，H+移向正极，即b电极，A错误； B．a极为负极，方程式为，B错误； C．b电极为正极，1个硝酸根对应转移5个电子，a电极1个C6H5CHO转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的的物质的量之比为5∶32，C正确； D．在加热的时候微生物会变性，故效率会降低，D错误； 故选C。 3．C 【详解】A．反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面，从而提高反应速率，故A正确； B．电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，假设质量都是1g时，这三种金属转移电子物质的量分别为×2=mol、×3=mol、×2=mol，所以Al−空气电池的理论比能量最高，故B正确； C．正极上氧气得电子和水反应生成OH−，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2+2H2O+4e−=4OH−，故C错误； D．负极上Mg失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则阴极区溶液不能含有大量OH−，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜，故D正确； 故选C。 4．C 【详解】A项，在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确； B项，Li在负极失去电子变成了Li+，会通过有机电解质向水溶液处（正极）移动，故B项正确； C项，正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故C项错误； D项，负极的反应式为Li-e-= Li+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应则为4Li+O2+2H2O==4LiOH，故D项正确。 综上所述，本题的正确答案为C。 5．C 【详解】A．“产电菌”极为阳极，“产甲烷菌”极为阴极，阴极的电势比阳极的低，A错误； B．电解池是将电能转化为化学能，B错误； C．阴极二氧化碳失电子，与氢离子反应生成甲烷和水，电极反应式是：，C正确； D．若产生1mol，转移8mol电子，，理论上，标准状况下阳极室生成的体积为44.8L，D错误； 故选C。 6．(1) CH3COO--8e-＋2H2O=2CO2↑＋7H+ 5∶2 (2)在好氧微生物反应器中转化为：＋2O2=＋2H＋＋H2O，在MFC电池正极转化为N2：2＋12H＋＋10e-=N2↑＋6H2O 【详解】（1）B极电极反应式为2N＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，A极电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2↑＋7H＋，A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为5∶2。故答案为：CH3COO--8e-＋2H2O=2CO2↑＋7H+；5∶2； （2）在好氧微生物反应器中转化为：＋2O2=＋2H＋＋H2O，在MFC电池正极转化为N2：2＋12H＋＋10e-=N2↑＋6H2O，最终实现转化为无污染的氮气，故答案为：在好氧微生物反应器中转化为：＋2O2=＋2H＋＋H2O，在MFC电池正极转化为N2：2＋12H＋＋10e-=N2↑＋6H2O； 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$