第07讲化学电池学生高一化学精品讲义苏教必修第二册.docx

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第07讲化学电池学生高一化学精品讲义苏教必修第二册

第07讲化学电池

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知识精讲

一、一次电池（锌锰干电池）

放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。

常见的锌锰干电池的构造如图所示。

其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。

在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。

总反应

Zn+2MnO2+2===Zn2++2MnO（OH）+2NH3↑

负极

Zn﹣2e-===Zn2+

正极

2MnO2+2+2e-===2MnO（OH）+2NH3↑

二、二次电池

有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环，这种充电电池属于二次电池。

常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。

1.铅酸蓄电池

工作原理

Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O

放电

总反应

Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O

负极

正极

2.锂离子电池

以钻酸锂-石墨锂电池为例：

工作原理

Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C

放电

总反应

Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+6C

负极

正极

三、燃料电池

燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。

燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。

1．氢氧燃料电池

电解质

H2SO4溶液

KOH溶液

总反应

2H2+O2===2H2O

负极

反应式

正极

反应式

2．甲烷燃料电池

甲烷电池

H2SO4作电解质

KOH作电解质

负极反应式

正极反应式

总反应式

经典例题

题型一：

化学电池的分类及特点

【例1】下列电池不属于化学电池的是

A．碱性干电池B．铅蓄电池C．燃料电池D．太阳能电池

【变1】下列化学电池属于高效、环境友好电池的是

A．镍镉电池B．锌锰电池

C．铅蓄电池D．氢氧燃料电池

题型二：

一次电池

【变2】碱性锌锰电池的总反应为：

。

下列关于该电池的说法中正确的是

A．Zn为负极，为正极

B．工作时KOH没有发挥作用

C．工作时电子由经外电路流向Zn

D．Zn发生还原反应，发生氧化反应

【例4】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。

下列说法错误的是

A．电极a为电池的负极

B．外电路的电流方向是由电极b流向电极a

C．电极b上的反应式为：

MnO2＋e-＋Li＋=LiMnO2

D．可用水代替电池中的混合有机溶剂

题型三：

二次电池

【变5】目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示，根据图示回答下列问题：

（1）铅蓄电池的负极是___________，铅蓄电池的正极是___________。

（2）铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，则负极发生___________（填“氧化”或“还原”）反应，由___________生成___________；正极发生___________（填“氧化”或“还原”）反应，由___________生成___________。

（3）电解质溶液是H2SO4，那么在铅蓄电池中H＋向___________（填“正”或“负”）极移动，向___________（填“正”或“负”）极移动。

【变6】锂/氟化碳电池稳定性很高。

电解质溶液为的乙二醇二甲醚（）溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：

下列说法正确的是

A．外电路电子由b流向a

B．离子交换膜为阴离子交换膜

C．电解质溶液可用的乙醇溶液代替

D．正极的电极反应式为

题型四：

燃料电池

【变7】燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如下，该电池工作时，下列说法正确的是

A．O2在b电极上发生氧化反应

B．电解质溶液中OH-向正极移动

C．该装置实现了电能到化学能的转化

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

【例8】用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图：

（1）电极c的电极反应式为_______。

（2）若线路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为_______。

题型五：

化学电池的工作原理

【例9】下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 

A．图I所示电池中，电子从锌片流出

B．图II所示干电池中石墨作负极

C．图III所示电池为二次电池

D．图IV所示电池中正极反应为：

【变9】下列有关装置的说法正确的是

A．装置I中为原电池的负极

B．装置IV工作时，电子由锌通过导线流向碳棒

C．装置III可构成原电池

D．装置II为一次电池

【变10】电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。

（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：

5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl

①该电池的负极反应式为___________；

②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___________极（填“正”或“负”）；

③外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___________；

（2）中国科学院应用化学研究所在二甲醚（CH3OCH3）燃料电池技术方面获得新突破。

二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为___________；

②该电池负极的电极反应式为___________；

③工作一段时间后，当9.2g二甲醚完全反应生成CO2时，有___________个电子转移。

提分特训

【题1】新冠肺炎最明显的症状就是出现发热，体温枪能快速检测人体体温。

该体温枪所用的电池为一种银锌电池（如下图所示），该电池的总反应式为：

。

下列关于该电池的说法正确的是

A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应

B．该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动

C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极

D．该电池的负极反应为：

【题2】下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。

下列有关说法中正确的是

A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极

B．氢氧燃料电池中，所在电极发生的反应为

C．氢氧燃料电池中，通入的一极为负极

D．铅蓄电池放电后，极质量减小

【题3】铅酸蓄电池、镍镉碱性电池都是重要的二次电池。

已知镍镉碱性电池放电时，正极反应为：

，负极反应为：

。

下列有关说法不正确的是

A．铅酸蓄电池放电时，在两个电极上生成

B．若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电，则电极与Cd电极相连接且两电极附近的pH值均增大

C．镍镉碱性电池在充电时的反应为

D．放电一段时间后镍镉碱性电池内变大

【题4】某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见图，下列有关说法错误的是

A．H+在固体酸膜中由a极流向b极

B．b极上的电极反应式为：

O2+2H2O+4e-=4OH-

C．电池总反应可表示为：

2H2+O2=2H2O

D．电路中每转移1mol电子，b极消耗16gO2

【题5】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，下列叙述正确的是

A．放电时正极附近溶液的pH减小

B．充电时阳极反应为：

Fe（OH）3-3e-+5OH-=+4H2O

C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D．放电时负极反应为：

Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

【题6】磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池，电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C，其原理如图所示，下列说法正确的是

A．放电时，石墨电极的电势更高

B．充电时，Li+移向磷酸铁锂电极

C．充电时，磷酸铁锂电极应与电源正极相连

D．放电时，正极反应式为M1-xFexPO4+e-+Li+=LiFexPO4+（1-x）M

【题7】酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据表所示：

溶解度/（g/100g水）

温度/℃

化合物

0

20

40

60

80

100

NH4Cl

29.3

37.2

45.8

55.3

65.6

77.3

ZnCl2

343

395

452

488

541

614

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为___________。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn___________g．（已知Q=It，F=96500C/mol）

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过___________分离回收。

（4）滤渣的主要成分是MnO2、___________和___________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是___________，其原理是___________。

提分作业

【练1】下列电池工作时能量转化形式与其它三个不同的是

A．锌锰碱性电池B．硅太阳能电池

C．铅蓄电池D．银锌纽扣电池

【练2】碱性锌锰干电池的总反应为：

。

下列关于该电池的说法中正确的是

A．Zn为负极，为正极B．工作时电子由经由外电路流向Zn

C．工作时OH-移向正极D．电池放电过程中，溶液的酸碱性一定不变

【练3】下列有关化学电池装置的叙述中，不正确的是

图Ⅰ碱性锌锰电池

图Ⅱ铅-硫酸蓄电池

图Ⅲ原电池

图Ⅳ银锌纽扣电池

A．图Ⅰ所示电池工作时，锌粉失电子

B．图Ⅱ所示电池放电过程中，电解质溶液中的移向极

C．图Ⅱ所示装置工作过程中，电解质溶液的质量增大

D．图Ⅳ所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中被还原为

【练4】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn（OH）2，下列说法中不正确的是

A．工作时，正极上发生反应的物质是Ag2O

B．负极发生的反应是Zn+2OH--2e-=Zn（OH）2

C．工作时，负极区溶液c（OH-）减小

D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动

【练5】氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。

下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是

A．该电池工作时电能转化为化学能

B．该电池中电极a是正极

C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D．该电池的总反应：

2H2＋O2=2H2O

【练6】

（1）如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，