Question

18．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，己知：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． 在Mg^-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
• C． M-空气电池放电过程的正极反应式：正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
• D． 比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，Mg^-空气电池的理论比能量最高

Answer 1

分析 A．反应物接触面积越大，反应速率越快；
B．正极上氧气得电子和水反应生成OH^-；
C．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；
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^-．

解答 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．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正确；
D．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$\frac{1g}{24g/mol}$×2=$\frac{1}{12}$mol、$\frac{1g}{27g/mol}$×3=$\frac{1}{9}$mol、$\frac{1g}{65g/mol}$×2=$\frac{1}{32.5}$mol，所以Al-空气电池的理论比能量最高，故D错误；
故选D．

点评 本题考查原电池原理，为高频考点，侧重考查学生分析判断、获取信息解答问题及计算能力，明确各个电极上发生的反应、离子交换膜作用、反应速率影响因素、氧化还原反应计算是解本题关键，易错选项是B．