《化学能与电能》典例精析一

【例1】在理论上可用于设计原电池的化学反应是（　　）

A．2Al＋2NaOH＋2H₂O＝2NaAlO₂＋3H₂↑

B．Ba(OH)₂·8H₂O＋2NH₄Cl＝BaCl₂＋2NH₃·H₂O＋8H₂O

C．CaC₂＋2H₂O＝Ca(OH)₂＋C₂H₂↑

D．CH₄＋2O₂＝CO₂＋2H₂O

【解析】原电池中有电流产生，即有电子的流出或流入，而电子的流出或流入均是由于原电池的电极反应所产生的，故如果一个化学反应有电子的转移，也就是说，若一个化学反应属于氧化还原反应，则该反应就可以设计原电池，选项中A、D均为氧化还原反应。

【答案】AD

【例2】化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应式可以表示为：

已知Ni(OH)₂和Cd(OH)₂均难溶于水，但能溶于酸，以下说法正确的是（　　）

①以上反应是可逆反应              ②以上反应不是可逆反应

③充电时化学能转变为电能          ④放电时化学能转变为电能

A．①③         B．②④         C．①④         D．②③

（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明，一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为        。

【解析】（1）可逆反应是指相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应，原电池的充、放电不是在相同条件下进行的，所以不是可逆反应。

（2）物质以离子的形式存在，植物最容易吸收。从镍镉所对应的化合物的水溶性这一角度去分析，因在酸性土壤中Ni(OH)₂和Cd(OH)₂易溶解变成Ni^2＋和Cd^2＋，被植物吸收，造成污染。

【答案】（1）B   （2）Ni(OH)₂和Cd(OH)₂能溶于酸性溶液

【例3】目前，市场上购买的笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器所用的电池主要是（　　）

A．干电池        B．蓄电池        C．燃料电池        D．银锌电池

【解析】现阶段的笔记本电脑，移动电话等所使用的电池一般都是锂电池，锂电池是二次电池，故属于蓄电池。

【答案】B

【例4】将Al片和Cu片用导线相连，一组插入浓HNO₃溶液中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池，则在两个原电池中，正极分别为（　　）

A．Al片、Cu片         B．Cu片、Al片

C．Al片、Al片         D．Cu片、Cu片

【解析】Al在浓HNO₃中钝化，不反应，而Cu能与浓HNO₃反应，故在浓HNO₃介质中，Cu比Al活泼，Cu做负极，Al做正极；在NaOH溶液中，Al能与NaOH反应，而Cu则不能，故在NaOH介质中，Al比铜活泼，Al做负极，Cu做正极。

【答案】A

【例5】我国“神舟五号”载人宇宙飞船成功发射并收回，成为我国航天史上重要的里程碑。飞船上使用了氢氧燃料电池。其构造见下图，两极均有多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出并在电极表面放电。

（1）a极是      极，b极是      极（填“正”或“负”），电极反应式为：a极      ；b极       。

（2）氢氧燃料电池的优点是燃料转化率高，无污染，若飞船中宇航员的生活用水均由燃料电池提供，将节省大量资金（1 kg水送入太空约耗资26万美元）。

已知：燃料电池发1度电，生成350 g水，其能量转化率为       。

提示：2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(1)  ΔH＝－572 kJ／mo1

【解析】（1）由图可知，参加电极反应的是H₂和O₂，生成的是H₂O，故在反应中H₂失去电子被氧化，b为负极；O₂得到电子被还原，a为正极。电极反应为：a极：2H₂O＋O₂＋4e^－＝4OH^－；2H₂＋4OH^－－4e^－＝4H₂O。

（2）1度电为1 kW·h，即3 600 kJ。 由2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(1)，ΔH＝－572kJ/mol可知，

【答案】（1）正极  负极  a极：2H₂O＋O₂＋4e^－＝4OH^－；b极：2H₂＋4OH^－－4e^－＝4H₂O。

（2）64.7%

【例6】一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷（C₄H₁₀）气体；电解质中掺杂氧化铱（Y₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）晶体，在熔融状态下传导O^2—。下列对该燃料电池的说法正确的是（　　）

A．在熔融电解质中O^2－由负极移向正极

B．电池的总反应式为：2C₄H₁₀＋13O₂→8CO₂＋10H₂O

C．通入空气的一极是正极，电极反应式为O₂＋4e^－＝2O^2－

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应式为C₄H₁₀＋26e^－＋13O^2－＝4CO₂＋5H₂O

【解析】燃料电池中的化学反应，燃料（还原剂）在负极发生氧化反应，氧气（氧化剂）在正极发生还原反应，则通入丁烷的一极是负极，通入空气的一极是正极。电池电解质中离子的流向遵循电荷的异性相吸规律，负极呈阳性、阴离子流向阳极，正极呈阴性，阳离子移向正极。

【答案】BC