高届高级高二化学选修4学案第四章第二节化学电源Word文档下载推荐.docx

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D

二、常见的化学电池

1.一次电池

电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。

常见的一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锂电池等。

种类

特点

碱性锌锰电池

银锌电池

基本构造

负极：

Zn

正极：

MnO2

Ag2O

电解质：

KOH

工

作

原

理

负极反应

Zn－2e－＋2OH－＝Zn（OH）2

正极反应

2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－

Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－

总反应

Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn（OH）2

Ag2O＋Zn＋H2O＝Zn（OH）2＋2Ag

2.二次电池

二次电池的特点是发生氧化还原反应的物质（电极材料、电解质溶液）大部分被消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。

铅蓄电池是最常见的二次电池。

放电过程

充电过程

Pb（s）－2e－＋SO

（aq）＝PbSO4（s）；

（氧化反应）

阴极：

PbSO4（s）＋2e－＝Pb（s）＋SO

（aq）；

（还原反应）

PbO2（s）＋2e－＋SO

（aq）＋4H＋（aq）＝PbSO4（s）＋2H2O（l）；

阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－＝PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

铅蓄电池的充、放电过程：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

3.燃料电池

燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池，电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。

燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。

氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池。

（1）基本构造

（2）工作原理

酸性电解质（H2SO4）

碱性电解质（KOH）

2H2－4e－＝4H＋

2H2－4e－＋4OH－＝4H2O

O2＋4e－＋4H＋＝2H2O

O2＋4e－＋2H2O＝4OH－

2H2＋O2＝2H2O

（1）可充电的二次电池中的放电反应与充电反应互为可逆反应（　×

（2）锂电池由于Li性质活泼，所以不能用水溶液做电解质溶液（　√　）

（3）碱性锌锰电池比普通锌锰电池的能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电（　√　）

（4）由燃料电池可知，电极材料不一定参与电极反应（　√　）

1.写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。

（1）酸性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：

________________________________________________________________；

正极反应式：

______________________________________________________________；

负极反应式：

______________________________________________________________。

（2）碱性条件下的甲烷燃料电池

（3）碱性条件下的甲醇（CH3OH）燃料电池

（1）CH4＋2O2＝CO2＋2H2O

2O2＋8H＋＋8e－＝4H2O

CH4－8e－＋2H2O＝CO2＋8H＋

（2）CH4＋2O2＋2OH－＝CO

＋3H2O

2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－

CH4＋10OH－－8e－＝CO

＋7H2O

（3）2CH3OH＋3O2＋4OH－＝2CO

＋6H2O

3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－

2CH3OH＋16OH－－12e－＝2CO

＋12H2O

2.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。

回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________极流向________极。

（填字母）

（2）电池正极反应式为_______________________________________________________。

（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？

____（填“是”或“否”），原因是______。

（1）b　a　

（2）MnO2＋e－＋Li＋＝LiMnO2　（3）否　电极Li是活泼金属，能与水反应

【试题解析】:

（1）Li失去电子为负极，MnO2为正极，电流从正极流向负极，即由b流向a。

（2）正极反应为MnO2得电子结合Li＋生成LiMnO2。

（3）Li与水反应，故不可用水代替混合有机溶剂。

3.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

请回答下列问题：

（1）高铁电池的负极材料是________，放电时负极的电极反应式为__________________。

（2）放电时，正极发生______（填“氧化”或“还原”）反应；

正极的电极反应式为_________。

放电时，____（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

（1）Zn　Zn＋2OH－－2e－＝Zn（OH）2

（2）还原　FeO

＋3e－＋4H2O＝Fe（OH）3＋5OH－　正

放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－＝Zn（OH）2，正极上发生还原反应，正极的电极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O＝Fe（OH）3＋5OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。

由二次电池的总反应式书写电极反应式

（1）放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。

（2）充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。

1.下列说法错误的是（　　）

A.氧化还原反应释放的化学能是化学电池的能量来源

B.化学电池中的负极材料不一定参加电极反应

C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应

D.丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的浪费

二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。

2.（2020·

合肥期末）直接煤—空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是（　　）

A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少

B.负极的电极反应式为C＋2CO

－4e－＝3CO2↑

C.电极X为负极，O2－向X极迁移

D.直接煤—空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高

A

随着反应的进行，氧化物电解质的量不会减少，故A错误；

由原理图分析可知，其负极反应式为C＋2CO

－4e－＝3CO2↑，故B正确；

原电池内部的阴离子向负极移动，所以C正确；

直接煤—空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，所以D正确。

3.（2019·

甘肃张掖高二上期末联考）甲醇燃料电池结构示意图如下。

甲醇在催化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O。

下列说法不正确的是（　　）

A.右电极为电池正极，左电极为电池负极

B.负极电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋

C.b处通入空气，a处通入甲醇

D.正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

原电池中电子从负极流向正极，电子流出的一端是负极，流入的一端是正极，正极得到电子发生还原反应，所以右电极为电池正极，左电极为电池负极，A项正确；

负极是甲醇失电子发生氧化反应，依据电池总反应和酸性环境，2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O，负极电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋，B项正确；

由上述分析知，右电极为电池正极，b处通入的物质是空气，左电极为电池负极，a处通入的是甲醇，C项正确；

正极是氧气得到电子发生还原反应，图中是酸性介质，电极反应产物应为水，电池的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－＝2H2O，D项错误。

4.（2019·

黄冈高二检测）镁和次氯酸盐形成的燃料电池的工作原理为Mg＋ClO－＋H2O＝Mg（OH）2＋Cl－。

下列说法错误的是（　　）

A.镁作负极材料，发生氧化反应

B.放电时，所有阴离子都向负极迁移

C.负极反应式为Mg＋2OH－－2e－＝Mg（OH）2

D.消耗12g镁时转移1mol电子

B

ClO－在正极得电子发生还原反应，所以不是所有阴离子都向负极迁移。

5.原电池是化学对人类的一项重大贡献。

（1）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①电池的负极是_____（填“a”或“b”）电极，该极的电极反应式为________________。

②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。

可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO＋2CO

－4e－＝4CO2。

①正极反应式是____________________________________________________________；

②总电池反应式是__________________________________________________________。

（1）①a　CH4＋10OH－－8e－＝CO

②减小

（2）①O2＋2CO2＋4e－＝2CO

②2CO＋O2＝2CO2

（1）甲烷在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。

由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。

（2）正极发生还原发应，故正极电极反应式为O2＋2CO2＋4e－＝2CO

，根据正极反应式＋负极反应式＝总电池反应式，可推知总电池反应式应为2CO＋O2＝2CO2。

题组一　一次电池

1.电子表和电子计算器的电源通常用微型银—锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋H2O＋Zn＝Zn（OH）2＋2Ag。

下列说法正确的是（　　）

A.Ag2O是正极，Zn是负极

B.Zn是正极，Ag2O是负极

C.工作时，电池负极区溶液pH增大

D.工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

根据总反应式可知，金属锌失去电子发生氧化反应，作该电池的负极，氧化银得到电子发生还原反应，作该电池的正极，A项正确，B项错误；

负极区锌离子与氢氧根离子结合，溶液中氢氧根离子浓度减小，则其pH减小，C项错误；

该电池工作时，电子由锌极经外电路流向氧化银极，D项错误。

2.日常所用干电池的电极分别为碳棒（上面有铜帽）和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2做电解质（其中加入MnO2吸收H2），电极反应可简化为Zn－2e－＝Zn2＋，2NH

＋2e－＝2NH3＋H2{NH3与Zn2＋络合生成[Zn（NH3）4]2＋}。

根据以上叙述判断下列结论不正确的是（　　）

A.Zn为正极，碳为负极

B.Zn为负极，碳为正极

C.工作时电流由碳极经外电路流向Zn极

D.长时间连续使用时，内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器

由电极反应可知，Zn发生氧化反应，为电池的负极，碳棒为电池的正极。

电子由锌极流出通过外电路流向碳棒，电流方向和电子移动方向相反。

长时间连续使用时，MnO2吸收较多H2而体积膨胀，糊状物可能流出，因电解质呈酸性，故会腐蚀用电器。

3.锌—空气电池（原理如图）适宜用作城市电动车的动力电源。

该电池放电时Zn转化为ZnO。

该电池工作时的下列说法正确的是（　　）

A.氧气在石墨电极上发生氧化反应

B.该电池的负极反应为Zn＋H2O－2e－＝ZnO＋2H＋

C.该电池放电时OH－向石墨电极移动

D.该电池充电时应将Zn电极与电源负极相连

氧气得电子发生还原反应，A错误；

锌作负极，碱性条件下，负极反应为Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O，B错误；

原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH－向Zn电极移动，C错误；

充电时，电池的负极与外接电源的负极相连，D正确。

题组二　二次电池

4.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O。

下列结论正确的是（　　）

A.Pb为正极被氧化B.溶液的pH不断减小

C.SO

只向PbO2处移动D.电解质溶液的密度不断减小

由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；

原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；

内电路中带负电荷的阴离子（SO

和OH－）移向负极；

硫酸不断被消耗，pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。

5.（2020·

成都月考）锂—铜空气燃料电池（如图）容量高、成本低，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O＝2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法错误的是（　　）

A.整个反应过程中，氧化剂为O2

B.放电时，正极的电极反应式为：

Cu2O＋H2O＋2e－＝2Cu＋2OH－

C.放电时，当电路中通过0.1mol电子的电量时，有0.1molLi＋透过固体电解质向Cu极移动，有标准状况下1.12L氧气参与反应

D.通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O

该电池工作过程中，通入空气将Cu腐蚀生成Cu2O，Cu2O在正极放电又被还原成Cu，整个过程中，氧化剂为O2，A项正确；

放电时正极的电极反应式为Cu2O＋2e－＋H2O＝2Cu＋2OH－，B项正确；

放电时负极电极反应式为Li－e－＝Li＋，电路中通过0.1mol电子生成0.1molLi＋，Li＋透过固体电解质向Cu极移动，反应中消耗O2的物质的量为

＝0.025mol，在标准状况下O2的体积为0.025mol×

22.4L·

mol－1＝0.56L，C项错误，D项正确。

6.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，下列叙述不正确的是（　　）

A.放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－＝Zn（OH）2

B.充电时阳极反应为Fe（OH）3－3e－＋5OH－＝FeO

＋4H2O

C.放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；

高铁酸钾在正极得到电子，被还原。

充电时，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。

放电时正极附近生成OH－，碱性增强。

题组三　燃料电池

7.（2019·

安庆高二检测）固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过。

该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不与电极反应。

下列判断正确的是（　　）

A.有O2参加反应的电极a为电池的负极

B.电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2－＝H2O

C.电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

D.该电池的总反应式为2H2＋O2＝2H2O

因为电子从电极b流向电极a，所以电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；

电极a为正极，O2在该极发生还原反应。

由此推断该原电池负极的电极反应式为H2－2e－＋O2－＝H2O，正极的电极反应式为

O2＋2e－＝O2－，则电池总反应式为2H2＋O2＝2H2O。

8.将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是（　　）

①通入CO的电极为正极；

②正极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－＝4OH－；

③通入CO的电极反应式是2CO＋O2－4e－＝2CO2；

④负极的电极反应式是CO＋4OH－－2e－＝CO

＋2H2O；

⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；

⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。

A.①③⑤B.②④⑥C.④⑤⑥D.①②③

据题意知，发生的反应为2CO＋O2＝2CO2，反应产生的CO2处于KOH溶液中，又会转化为CO

，④正确，③错误；

O2得e－被还原，在正极反应，①错误，②正确；

放电时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。

9.下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O。

A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇

B.正极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

C.负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋

D.该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol

负极反应式为2CH3OH－12e－＋2H2O＝2CO2＋12H＋，正极反应式为3O2＋12e－＋12H＋＝6H2O；

根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；

当电池提供1mol电子时，消耗O2为1×

mol＝0.25mol。

10.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A.反应CH4＋H2O

3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－＝2H2O

C.电池工作时，CO

向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－＝2CO

A项，由碳元素化合价变化可知，每消耗1molCH4转移6mol电子；

B项，电极A为负极，电极反应为H2＋CO＋2CO

－4e－＝H2O＋3CO2；

C项，电池工作时，CO

向电极A移动；

D项，电极B是正极，电极反应为O2＋2CO2＋4e－＝2CO

。

题组四　新型电池

11.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差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl＝Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是（　　）

A.正极反应式：

Ag＋Cl－－e－＝AgCl

B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子

C.Na＋不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

根据总反应中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应为5MnO2＋2e－＝Mn5O

，负极反应为2Ag＋2Cl－－2e－＝2AgCl，A项错误，B项正确；

C项，阳离子向正极移动，错误；

D项，AgCl是氧化产物，错误。

12.以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。

A.b电极为负极，发生氧化反应

B.a电极发生的反应为N2＋8H＋＋6e－＝2NH

C.A溶液中所含溶质为NH4Cl

D.当反应消耗1molN2时，则消耗的H2为67.2L

N2＋3H22NH3，反应中氢元素的化合价升高，H2失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，故A项说法正确；

a电极作正极，电解质溶液是盐酸，因此电极反应式为N2＋8H＋＋6e－＝2NH

，故B项说法正确；

根据B选项的分析，A溶液中所含溶质为NH4Cl，故C项说法正确；

没有说明外界条件，故D项说法错误。

13.最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。

A.氧化银电极上的反应为Ag2O＋2e－＝2Ag＋O2－

B.石墨电极上的反应为C6H12O6＋6H2O＋24e－＝6CO2↑＋24H＋

C.每转移4mol电子，氧化银电极产生22.4LCO2气体（标