人教新课标高中化学必修二教师用书第二课时 发展中的化学电源 含答案Word下载.docx

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2．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（　　）

A．碱性锌锰电池

B．手机用锂电池

C．汽车用铅蓄电池

D．玩具用镍氢电池

[答案]　A

3．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

[答案]　B

4．人造卫星常用到的一种高能电池——银锌蓄电池，它在放电时的电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O　Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，据此判断氧化银是（　　）

A．负极，被氧化　　B．正极，被还原

C．负极，被还原D．正极，被氧化

[解析]　由电极反应式可知，Ag2O得电子，发生还原反应，做原电池的正极。

知识点一发展中的化学电源

1.废旧电池中的镉、镍、汞、铅等重金属阳离子会对土壤和水造成污染，因此，要回收处理。

2．二次电池可循环使用，但充、放电次数仍有限制，有一定的使用寿命。

3．燃料电池的燃料可随时添加，电池可持续放电，这是其他电池无法比拟的。

4．常见的燃料电池

常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。

燃料电池的正极反应物一般为氧气。

电解质不同，电极反应就不同，如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为

负极（H2）反应式：

2H2－4e－＋4OH－===4H2O（氧化反应）

正极（O2）反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－（还原反应）

电池总反应式：

2H2＋O2===2H2O

氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理为

2H2－4e－===4H＋（氧化反应）

O2＋4H＋＋4e－===2H2O（还原反应）

5．几种电池的特点

名称

干电池

（一次电池）

充电电池

（二次电池）

燃料电池

特点

①活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度后，不能再使用

②电解质溶液为胶状，不流动

①放电后可再充电使活性物质获得再生

②可以多次充电，重复使用

①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件

②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，生成物不断地被排出

举例

普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等

铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等

氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等

【典例1】　汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：

PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是（　　）

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO

－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

[思路启迪]　分析化学电池的相关题目时，首先从总反应方程中准确判断出各元素的化合价变化，然后依据原电池的工作原理确定电极及电极反应式。

[解析]　从铅蓄电池的放电反应可以看出：

放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；

PbO2得到电子发生还原反应，被还原；

反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

[答案]　C

从电极反应认识化学电池类型

（1）活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。

（2）两电极都参加反应，如铅蓄电池。

（3）两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

（4）二次电池的放电、充电是相反的过程，如铅蓄电池放电时，Pb电极上发生氧化反应，充电时Pb电极上发生还原反应，PbO2电极亦是如此。

[针对训练1]　下列电池工作时，O2在正极得电子的是（　　）

[解析]　氢氧燃料电池中O2在正极得电子。

知识点二电极反应式的书写

1.原电池中电极反应式的书写

（1）负极反应式的书写

①活泼金属作负极时，电极本身被氧化：

a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如：

Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。

b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。

如Mg－Al（KOH）原电池，负极反应式为Al－－3e－＋4OH－===AlO

＋2H2O；

铅蓄电池负极反应式：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4。

②负极本身不反应时，常见书写方法为：

氢氧（酸性）燃料电池，负极反应式为H2－2e－===2H＋。

氢氧（碱性）燃料电池，负极反应式为

H2－2e－＋2OH－===2H2O。

（2）正极反应式的书写

①首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；

②其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。

如氢氧（酸性）燃料电池，正极反应式为

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

氢氧（碱性）燃料电池，正极反应式为

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

铅蓄电池正极反应式：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O。

2．充电电池电极反应式的书写方法

（1）先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。

（2）写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）。

（3）在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

3．书写原电池电极反应式时注意的问题

（1）正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。

（2）确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。

（3）在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号（而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示）。

【典例2】　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。

高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

请回答下列问题：

（1）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应，则正极反应式为____________________________________________

_______________________________________________________。

（2）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

[解析]　根据高铁电池放电时总反应方程式可知，Zn为负极，负极电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－，正极区生成OH－且消耗水，OH－浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。

[答案]　

（1）还原　FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－　

（2）正

解决此类二次电池的题目时，首先分析总反应方程式中的化合价变化，再结合原电池的反应实质确定出正、负极的物质，最后分析题干信息确定电解质溶液的环境，利用各种守恒关系推写出电极反应式。

[针对训练2]　据媒体报道，以氢氧燃料电池为动力的公交车在北京试运行。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）常作为电动汽车的动力源。

该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化剂，铂作催化剂，导电离子是H＋。

下列对该燃料电池的描述中正确的是（　　）

①正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

②负极反应为2H2－4e－===4H＋

③总的化学反应为2H2＋O2

2H2O

④氢离子通过电解质向正极移动

A．①②③　　　B．②③④

C．①②④D．①②③④

[解析]　本题考查了原电池的基本原理，包括燃料电池的电极反应、总反应及电解液中离子的移动等相关理论。

通过分析，③反应条件是点燃，显然是错误的，其余各项均正确。

1．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电池

[解析]　A项，干电池是一次性电池，放电之后不能再充电，A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，B错误；

C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，C错误；

D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好电池，D正确。

[答案]　D

2．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

[解析]　放电时，元素化合价升高失电子的物质为负极材料。

3．燃料电池是燃料（如CO、H2、CH4等）跟氧气（或空气）起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是（　　）

A．负极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．负极反应式：

CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O

C．随着放电的进行，溶液的氢氧根离子浓度不变

D．放电时溶液中的阴离子向负极移动

[解析]　O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。

燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。

所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O。

由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c（OH－）将减小。

4．发光二极管简称LED（LightEmittingDiode），是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。

如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。

下列说法错误的是（　　）

A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换

B．铜片上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动

D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变

[解析]　A项，原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，A正确，B项，锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的H＋在正极放电，即铜片上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，B正确；

C项，如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，导线中仍会有电子流动，C错误；

D项，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，即电路中的电流方向不变，D正确。

5．某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。

（1）使用时，空气从________（填“A”或“B”）口通入。

（2）假设使用的“燃料”是甲醇（CH3OH），a极的电极反应式为__________________________________________________________________________________________________________________。

（3）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

[解析]　由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，容易写出总反应式和正极反应式，两者相减得出负极反应式。

空气中的O2在正极反应生成OH－，故此极附近溶液碱性增强。

[答案]　

（1）B　

（2）CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O　（3）正

课后作业（十）

[基础巩固]

一、常见的化学电源

1．下列有关电池的说法不正确的是（　　）

[解析]　电池中电子由负极流向正极，B项应从Zn电极流向Cu电极。

2．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

[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。

3．微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。

有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（　　）

A．使用过程中，溶液中的OH－向Ag2O极移动

B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

C．Zn是负极，Ag2O是正极

D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应

[解析]　银锌电池中锌为负极，Ag2O为正极，C项正确；

OH－向负极移动，即向Zn极移动，A项错误；

原电池中电子由负极流向正极，B项错误；

负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项错误。

4．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

[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。

5．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．负极质量减小

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

[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，但反应后Pb2＋结合SO

生成难溶的PbSO4附着在负极表面使负极质量增加，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。

6．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：

[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。

二、新型化学电源

7．镍氢电池的总反应式是H2＋2NiO（OH）===2Ni（OH）2，根据此反应式判断，此电池放电时，负极上发生反应的物质是（　　）

A．H2B．Ni（OH）2

C．NiO（OH）D．H2和NiO（OH）

[解析]　由方程式可知，H2中H元素化合价升高，被氧化，在原电池负极发生氧化反应，则H2为原电池的负极。

8．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

[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做电池的正极，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。

9．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＋

[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

。

10．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

[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。

[能力提升]

11．下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．氢氧燃料电池中OH－向b极移动

B．该装置中只涉及两种形式的能量转化

C．电池正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．P—型半导体连接电池负极

[解析]　由电子流向可知a为负极，b为正极，氢氧燃料电池中OH－移向负极，即向a极移动，A错误；

该装置中涉及的能量转化形式有：

化学能转化为电能，电能转化为光能和热能，B错误；

b处通入氧气，b为电池正极，发生还原反应，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正确；

P—型半导体连接电池正极，D错误。

12．镁—空气电池的工作原理如图所示，电池反应方程式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg（OH）2。

有关该电池的说法正确的是（　　）

A．通入氧气的电极为负极

B．电池工作时，溶液中的Na＋由负极移向正极

C．负极的电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2

D．当电路中转移0.04mol电子时，参加反应的O2体积为224mL

[解析]　氧气在正极发生还原反应，所以通入氧气的电极为正极，故A项错误；

原电池中阴离子向负极移动，所以溶液中的OH－由正极移向负极，Na＋不能通过阴离子交换膜，故B项错误；

负极镁失电子变成镁离子，与正极移过来的氢氧根离子结合生成氢氧化镁，所以电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2，故C项正确；

未注明是否为标准状况，无法确定氧气的体积，故D项错误。

13．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中（　　）

①铝合金是负极　②海水是电解质溶液　③铝合金电极发生还原反应

A．①②B．②③C．①③D．①②③

[解析]　活泼的一极为负极，即为铝合金，①对。

电极在海水中，故海水为电解质溶液，②对。

③铝合金为负极，发生氧化反应。

14．电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解液为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________________（填“Ag2O”或“Zn”，下同）极流向________极。

（2）负极的电极反应式为______________________________。

（3）工作时电池正极区溶液的pH________________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（4）外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少______g。

[解析]　

（1）工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2，银元素的化合价由＋1降低到0，Ag2O得电子作正极，电流从正极流出，所以工作时电流从Ag2O极流向Zn极。

（2）根据上述分析可知，Zn作负极，在碱性溶液中的电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2。

（3）工作时，正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，所以电池正极区溶液的pH增大。

（4）根据Zn－2e－＋2OH－===Zn