学年高中化学第二章化学反应与能量222发展中的化学电源学案新人教版必修2.docx

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学年高中化学第二章化学反应与能量222发展中的化学电源学案新人教版必修2

第2课时发展中的化学电源

【学习目标】

1.了解生活中常用的化学电源和新型化学电池；

2.引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值

3.感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观.正确的能源观。

【学习重点】通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，进一步巩固原电池原理。

【学习难点】通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，进一步巩固原电池原理。

【自主学习】

1.锌锰干电池（一次性电池）

（1）普通锌锰电池

负极材料是：

正极材料是：

电解质是

（2）碱性锌锰干电池

负极材料是：

正极材料是：

电解质是

改进后碱性锌锰电池的优点：

2.充电电池（二次性电池）

（1）铅蓄电池

负极材料是：

正极材料是：

电解质是:

优点：

缺点：

（2）镉镍电池

负极材料是：

正极材料是：

电解质是

优点：

缺点：

（３）锂电池

锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl2）：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S

负极：

；正极：

。

3.氢-氧燃料电池

负极通入正极通入

[对点训练]

题组一　常见化学电源

1．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。

有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是（　　）

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取出洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用

考点　常见化学电源

题点　废旧电池的危害及回收利用

答案　D

解析　虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。

2．最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池，其结构如图所示。

尽管这种电池的历史悠久，但对于它的化学过程人们尚未完全了解。

一般认为，放电时，电池中的反应如下：

E极：

2MnO2＋2e－＋2NH

===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑

F极：

Zn－2e－===Zn2＋

总反应式：

2MnO2＋Zn＋2NH

===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O

下列说法正确的是（　　）

A．E极是电池的正极，发生的是氧化反应

B．F极是电池的负极，发生的是氧化反应

C．从结构上分析，锌锰电池应属于可充电电池

D．锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的

考点　常见化学电源

题点　锌锰干电池

答案　B

解析　E极发生还原反应，应为电池的正极，F极发生氧化反应，为电池的负极。

干电池中反应不可逆，故不属于可充电电池。

3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，电池放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列对电池放电时的分析正确的是（　　）

A．Pb为正极被氧化

B．电子从PbO2流向外电路

C．SO

向PbO2处移动

D．电解质溶液pH不断增大

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池

答案　D

解析　根据元素化合价变化知，铅失电子作还原剂而被氧化，则铅作负极，故A错误；该原电池中，铅失电子作负极，二氧化铅得电子作正极，导致电子从铅沿导线流向正极二氧化铅，故B错误；该原电池放电时，硫酸根离子向负极铅移动，氢离子向正极二氧化铅移动，故C错误；根据电池反应式知，硫酸参加反应，则溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，故D正确。

4．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下所示。

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

考点　常见化学电源

题点　氢氧燃料电池

答案　D

解析　燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。

5．下列关于化学电源的说法正确的是（　　）

A．干电池放电之后还能再充电

B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能

C．充电电池可以无限制地反复放电、充电

D．氢氧燃料电池是一种环境友好型电池

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的综合判断

答案　D

解析　A项，干电池是一次性电池，放电之后不能再充电，错误；B项，充电电池在放电时化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能，错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好型电池，正确。

题组二　新型化学电源

6．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是（　　）

A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋

B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋

C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO

D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋

考点　新型化学电源

题点　用途广泛的锂电池

答案　B

解析　由总反应

i＋

nO2===

i

nO2可知，Li元素在反应后化合价升高（0→＋1），Mn元素在反应后化合价降低（＋4→＋3）。

Li被氧化,在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO

。

7．鱼雷采用Al—Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是（　　）

A．Ag2O为电池的正极

B．Al在电池反应中被氧化

C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极

D．溶液中的OH－向Al极迁移

考点　新型化学电源

题点　层出不穷的新型化学电源

答案　C

解析　A项，根据原电池工作原理，化合价升高，失电子的作负极，即铝单质作负极，则Ag2O作电池的正极，正确；B项，根据电池总反应，铝的化合价升高，被氧化，正确；C项，根据原电池工作原理，外电路电子从负极流向正极，由铝流向氧化银，错误；D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向铝极，正确。

8．（2017·永州高一检测）镍镉（Ni—Cd）可充电电池可以发生如下反应：

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2

Cd＋2NiO（OH）＋2H2O，由此可知，该电池的负极材料是（　　）

A．CdB．NiO（OH）

C．Cd（OH）2D．Ni（OH）2

考点　新型化学电源

题点　常考常新的充电电池

答案　A

解析　放电时，元素化合价升高的物质为负极材料。

9．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。

已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O,2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。

下列有关说法中错误的是（　　）

A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应

B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱

C．此电池属于环境友好型电池

D．此电池中化学能100%转化为电能

考点　新型化学电源

题点　甲烷燃料电池

答案　D

解析　A项，CH4燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，所以CH4在负极上反应，氧气得电子发生还原反应，所以O2在正极上反应，正确；B项，根据电池总反应CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O知，OH－参加反应，所以溶液中OH－浓度降低，溶液的碱性减弱，正确；C项，该电池放电时不产生对环境有污染的物质，所以属于环境友好型电池，正确；D项，此电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。

10．如图是甲醇（CH3OH）燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是（　　）

A．电极A为电池负极

B．电极B表面上发生还原反应

C．工作一段时间溶液pH保持不变

D．燃料电池工作时不会出现火焰

考点　新型化学电源

题点　甲醇燃料电池

答案　C

解析　甲醇燃料电池中，甲醇在负极通入，氧气在正极通入，即A是负极，B是正极，O2在电极B表面发生还原反应，A、B正确；由于氧气和甲醇不直接接触，不可能产生火焰，D正确；因为反应后会生成碳酸钾，消耗氢氧化钾，因此溶液的碱性降低，C错误。

11．据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。

其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。

则下列叙述正确的是（　　）

A．锌为正极，空气进入负极反应

B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋

C．正极发生氧化反应

D．电解液为强酸

考点　新型化学电源

题点　金属空气燃料电池

答案　B

解析　Zn与O2反应的电子转移情况为

，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

O2是正极反应物，发生还原反应。

若电解液是强酸，电池的化学反应不是2Zn＋O2===2ZnO，而是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

12．一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．电池工作时，电子由a流向b

B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区

D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O

考点　新型化学电源

题点　微生物燃料电池

答案　D

解析　因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm（H2O）n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。

[综合强化]

13．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

（1）该电池的负极是________，负极反应式是________。

（2）正极现象是_______________________________________________。

（3）放电时OH－向________（填“正极”或“负极”）移动。

考点　新型化学电源

题点　化学电源的相关综合

答案　

（1）锂　Li－e－===Li＋　

（2）有无色气体产生　（3）负极

解析　金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性：

H＋＞Li＋，所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动。

14．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：

铅蓄电池的负极是__________，负极反应式是__________________________________，铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则正极反应式为__________________。

放电过程中溶液的密度________（填“增大”“减小”或“不变”）。

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池的相关综合

答案　铅　Pb－2e－＋SO

===PbSO4　PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O　减小

解析　正极反应式等于总反应式减去负极反应式，放电过程中消耗了硫酸，故电解液的密度减小。

15．如图为原电池装置示意图。

（1）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是________（填字母）。

A．铝片、铜片B．铜片、铝片

C．铝片、铝片D．铜片、铜片

写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：

______________________________

________________________________________________________________________。

（2）若A为Pb，B为PbO2，电解质为H2SO4溶液，工作时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

写出B电极反应式：

__________________________

________________________________________________________________________；

该电池在工作时，A电极的质量将________（填“增加”“减小”或“不变”）。

若该电池反应消耗了0.1molH2SO4，则转移电子的数目为________。

（3）若A、B均为铂片，电解质为KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：

___________________________________；

该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将________（填“增强”“减弱”或“不变”）。

考点　常见化学电源

题点　电极反应式的书写

答案　

（1）B　Al－3e－＋4OH－===AlO

＋2H2O

（2）PbO2＋SO

＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O　增加　0.1NA

（3）H2＋2OH－－2e－===2H2O　减弱

解析　

（1）铝遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，故此时作负极的是铜片；铝能与烧碱溶液反应，铜不能，此时作负极的是铝片；铝在烧碱溶液中失去电子后结合OH－生成AlO

。

（2）B为PbO2，得到电子后结合溶液中的SO

生成难溶的PbSO4：

PbO2＋SO

＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；同样A极也生成PbSO4，故质量会增加；由总反应可知消耗2molH2SO4时，转移2mol电子，故消耗0.1molH2SO4时转移电子的数目为0.1NA。

（3）碱性条件下电极反应式中不能出现H＋，只能出现OH－；因为电池反应最终生成了水，对KOH溶液有稀释作用，故溶液的碱性将减弱。

【基础达标】

1．下列有关电池的说法不正确的是（　　）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

2．日常所用干电池的电极分别为石墨棒（上面有铜帽）和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质（其中加入MnO2吸收H2），电极反应式可简化为：

Zn－2e－===Zn2＋，2NH

＋2e－

===2NH3↑＋H2↑（NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质）。

根据上述判断，下列结论正确的是（　　）

①锌为正极，石墨为负极　②锌为负极，石墨为正极

③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极

④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器

A．①③B．②③C．③④D．②④

3．燃料电池是目前电池研究的热点之一。

现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O

C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

4．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：

Pb＋PbO2＋2H2SO

4===2PbSO4＋2H2O

下列结论正确的是（　　）

A．Pb为正极被氧化

B．SO

只向PbO2极移动

C．电解质溶液密

度不断减小

D．溶液的pH值不断减小

5.

根据反应：

2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如右图所示原电池，下列说法错误的是（　　）

A．X可以是银或石墨

B．Y是硫酸铜溶液

C．电子从铜电极经外电路流向X电极

D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag

6．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是（　　）

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转

化

练方法技巧

——化学电源中的

计算技巧

7．以锌片和铜片为两极、稀硫酸为电解液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（　　）

A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1mol氢气

B．两极上溶解和析出的物质的质量相等

C．锌片溶解了1g，铜片上析出1g氢气

D．电解质溶液pH不变

8．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn（OH）2

下列说法中，错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为

MnO2＋2H2O＋2e－===Mn（OH）2＋2OH－

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g

题号

1

2

3

4

5

6

7

8

答案

【拓展提升】

9．利用生活中或实验中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。

请填写下列空白：

（1）实验原理：

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

（2）实验原理：

电极（______、______）、________、________、稀硫酸、耳机（或者电流计）。

（请在空格中填写所缺的实验用品）

（3）实验装置（如右图）。

（4）原电池设计及注意的问题：

①按如图所示连接好实验仪器，注意观察（耳朵听）耳机是

否有声音发出，如果没有，可

将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极（注意：

接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的），这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。

其原

因是：

在原电池中，由化学能转化为________，在耳机中又由________转化为声音这种

能量。

②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应是

________________________________________________________________________，

发生了________反应。

10．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。

在现代生活、生产和科学

技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播

站、飞机、轮船、电脑、收音机、照相机、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各

样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。

请根据题中提供的信息，回

答下列问题：

（1）电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池

，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2。

①工作时电流从________极流向________极（填“Ag2O”或“Zn”）。

②电极

反应式：

正极______________________________________________，

负极：

_______________________________________________________________。

③工作时电池正极区的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）

氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式是

H2＋NiO（OH）

Ni（OH）2。

电池放电时，负极是____________，负极的电极反应式为_________，正极的电极反应式为___________，正极附近溶液的pH如何变化？

__

____________。

【参考答案】

1．B　[锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为

正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。

]

2．D　[由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼（指金属性）的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。

在外电路，电子从负极流向正极，故③不正确。

长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出而腐蚀用电器。

]

3．B　[A项，a极通H2为负极，电极反应应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项

，b极通O2为

正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，

故是具有应

用前景的绿色电源。

]

4．C　[根据方

程式：

＋O2＋2H2SO4===2SO4＋2H2O

原电池中失电子的物质为负极，所以Pb为负极，PbO2为正极。

又因负极Pb－2e－===Pb2＋进入溶液，溶液中SO

也向Pb极移动，生成难溶的PbSO4，所以电解质溶液密度不断减小。

由于H＋的物质的量浓度不断减小，pH值不断增大。

综上分析得出答案为C。

]

5．B　[从题给氧化还原反应方程式分析可知：

铜被氧化，作原电池的负极，X为正极，电极材料是比铜不活泼的导体，A正确；Ag＋在X电极上被还原，则电解质溶液提供Ag＋，B项错误，D项正确；

外电路中铜失去电子，流向X电极，C项正确。

]

6．C

7．A　[锌片、铜片和稀硫酸构成原电池时，锌为负极，铜为正极，负极锌片溶解，正极析出H2；根据电子守恒原理，溶解1mol锌，就有2mol电子转移，则析出的H2为1mol，A项正确；溶解的锌和析出的H2物质的量相等，但质量不相等，B项不正确；溶解的锌和析出的H2质量比应为65∶2，C项不正确；H＋得电子变成H2，H2SO4被消耗，溶液pH变大，D项不正确。

]

8．C

9．

（2）铁钉或铁条　铜片（其他合理答案也可）　烧杯　导线

（4）①电能　电能　②负　Fe－2e－===Fe2＋

氧化

解析　根据电池反应：

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑可知，正极为不比铁活泼的金属或非金属导体。

耳机发出声音是电能转化为声音。

由于铁为负极，应连接电流计的负极。

10．

（1）①Ag2O　Zn

②Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

③增大

（2）H2　

H2－e－＋OH－===H2O

NiO（OH）＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－

增大