通用版版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修4Word文档下载推荐.docx

通用版版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修4Word文档下载推荐.docx

《通用版版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修4Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通用版版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修4Word文档下载推荐.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

解析　二次电池放电后需要再充电，只能重复使用，而不能连续不断地使用。

考点　初步认识化学电池

题点　化学电池及其类别

例2　随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（　　）

A.利用电池外壳的金属材料

B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

D.回收其中石墨电极

解析　汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。

题点　废旧化学电池的回收利用

二、常见的化学电池

1.一次电池

（1）碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

①负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液；

②负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

③正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。

（2）锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

①负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

②正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

2.二次电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

（1）负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。

（2）放电反应原理

①负极反应式是Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）；

②正极反应式是PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）；

③放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。

（3）充电反应原理

①阴极（发生还原反应）反应式是PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO

（aq）；

②阳极（发生氧化反应）反应式是PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。

3.燃料电池

氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。

（1）氢氧燃料电池的总反应式是2H2＋O2===2H2O。

（2）写出氢氧燃料电池（介质不同）的电极反应：

介质

负极反应式

正极反应式

酸性

2H2－4e－===4H＋

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

碱性

2H2－4e－＋4OH－===4H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

常见化学电池的比较

（1）一次电池：

活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。

（2）二次电池：

两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。

（3）燃料电池：

两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。

例3　（2017·

腾冲县期末）锂空气电池放电时的工作原理如图所示。

下列叙述正确的是（　　）

A.放电时Li＋由B极向A极移动

B.电池放电反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH

C.B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

D.电解液a可以为氯化锂溶液

解析　在锂空气电池中，A（金属锂）为负极，其反应式是4Li＋4OH－－4e－===4LiOH；

B为正极，其反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－；

总反应式是4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。

原电池工作过程中，溶液中的Li＋（阳离子）移向B极（正极）；

金属锂能与水反应，电解质中不能含有水。

考点　一次电池和二次电池

题点　一次电池

方法点拨　根据原电池装置书写电极反应式

（1）由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。

（2）若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入负极反应式。

（3）正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。

例4　（2017·

毕节市模拟）镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15年。

镍—镉电池的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O

2Ni（OH）2＋Cd（OH）2。

下列说法不正确的是（　　）

A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2

B.充电时，阳极反应为Ni（OH）2（s）－e－＋OH－（aq）===NiOOH（s）＋H2O（l）

C.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小

D.该电池充电时将电能转化为化学能

答案　C

解析　由电池总反应可知：

放电时负极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2，负极区OH－浓度减小，pH减小；

放电时正极反应式为NiOOH（s）＋H2O＋e－===Ni（OH）2（s）＋OH－，正极区OH－浓度增大，pH增大；

充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni（OH）2（s）－e－＋OH－（aq）===NiOOH（s）＋H2O（l）；

二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。

题点　二次电池

方法点拨　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，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

例5　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

答案　

（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

考点　燃料电池

题点　有机物燃料电池

方法点拨　

（1）燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。

（2）燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。

（3）书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。

碱性溶液电极反应式不能出现H＋；

酸性溶液电极反应式不能出现OH－。

1.下列说法错误的是（　　）

A.氧化还原反应所释放的化学能，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，而且是资源的极大浪费

解析　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.下列电池工作时，氧气在正极放电的是（　　）

解析　燃料电池中在正极放电的物质都是氧气。

考点　化学电池的综合

3.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。

A.锌为电池的负极

B.正极反应式为2FeO

＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C.该电池放电过程中电解质溶液浓度增大

D.电池工作时OH－向负极迁移

解析　以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中，锌为负极，发生反应：

3Zn－6e－＋6OH－===3Zn（OH）2；

K2FeO4为正极，发生反应：

2FeO

＋8H2O＋6e－===2Fe（OH）3＋10OH－；

放电过程中有OH－生成，则电解质溶液的浓度增大，OH－向负极迁移。

4.镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。

其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4

MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是（　　）

A.Mg2＋向正极迁移

B.正极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S

C.Mo3S4发生氧化反应

D.负极反应式为xMg－2xe－===xMg2＋

解析　镁在反应中失电子，则Mo3S4在反应中得电子，故放电时Mo3S4发生还原反应。

5.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，H2SO4溶液作电解质溶液，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为2H2－4e－===4H＋。

下列叙述不正确的是（　　）

A.H2在负极发生氧化反应

B.燃料电池的能量转化率可达100%

C.是一种高效、环境友好的发电装置

D.供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O

解析　氢氧燃料电池中H2在负极发生氧化反应，A项正确；

燃料电池中能量转化率较高，但达不到100%，B项错误；

燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置，C项正确；

结合正极和负极反应式可写出供电时总反应为2H2＋O2===2H2O，D项正确。

题点　氢氧燃料电池（酸性电解质）

6.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____________________________________________________________。

答案　

（1）①a　CH4＋10OH－－8e－===CO

②减小

（2）①O2＋2CO2＋4e－===2CO

②2CO＋O2===2CO2

解析　

（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，可推知总电池反应式应为2CO＋O2===2CO2。

题点　燃料电池的综合

[对点训练]

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

答案　A

解析　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.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。

碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn（s）＋2MnO2（s）＋2H2O（l）===Zn（OH）2（s）＋2MnOOH（s）。

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2MnO2（s）＋2H2O（l）＋2e－===2MnOOH（s）＋2OH－（aq）

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，锌的质量减少6.5g

解析　由电池总反应式可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极。

外电路中每通过0.2mol电子，参加反应的锌理论上为0.1mol，即质量减少6.5g。

3.锂锰电池具有高倍率放电性能且电压稳定，是常用的贮存性能优良的一次电池。

其工作原理如图所示，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2，以下说法错误的是（　　）

A.a极为电池的负极

B.可以用水代替有机溶剂

C.外电路中电子由a极流向b极

D.b极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2

解析　根据图示装置可确定Li电极为负极，A项正确；

若用水代替有机溶剂，水能与金属Li直接发生化学反应，B项错误；

原电池中电子从负极a流出经导线流回正极b，C项正确；

MnO2在正极发生还原反应生成LiMnO2，其电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2，D项正确。

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

答案　D

解析　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.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A.电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B.电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；

B项，电池工作时负极电极方程式为Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，正确；

C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；

D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx

16Li＋xS8（2≤x≤8），故Li2S2的量会越来越少，错误。

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

解析　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.如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（　　）

A.a电极是负极

B.b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

解析　从图中可看出a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失e－被氧化，a为负极；

相对应的b极为正极，b极的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故选项中只有B项不正确。

题点　氢氧燃料电池（中性电解质）

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.②④⑥

C.④⑤⑥D.①②③

解析　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。

阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。

题点　无机物燃料电池（碱性电解质）

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

解析　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。

题点　有机物燃料电池（隔膜、酸性电解质）

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，CO2－3向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3

解析　A项，由化合价变化可知，每消耗1molCH4转移6mol电子；

B项，电极A为负极，电极反应式为H2＋CO＋2CO2－3－4e－===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

。

题点　有机物燃料电池（熔融电解质）

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”电池的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