教育资料第1章 第3节 第2课时学习专用.docx

教育资料第1章 第3节 第2课时学习专用.docx

《教育资料第1章 第3节 第2课时学习专用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教育资料第1章 第3节 第2课时学习专用.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

教育资料第1章第3节第2课时学习专用

第2课时　化学电源

[学习目标定位]　1.知道化学电源的分类方法。

2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。

3.知道化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的影响及其处理方法。

一、锌锰电池和铅蓄电池

1.化学电源的分类

请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表：

种类

特点

实例

一次电池

只能放电，不能充电

普通锌锰电池、碱性锌锰电池

二次电池

（可充电电池）

充电时做电解池，放电时做原电池，可反复充电和放电

铅蓄电池、银锌电池、镍氢电池

燃料电池

能量利用率高，可连续使用，污染轻

氢氧燃料电池、CH4燃料电池

2.锌锰干电池

目前常见的一次锌锰干电池分为酸性和碱性两种。

（1）酸性锌锰干电池

①构造

锌皮制成的锌筒做负极，中央插一根碳棒做正极，氯化锌、氯化铵和淀粉等糊状物做电解质溶液。

②电极反应

负极为Zn－2e－===Zn2＋，

正极为2NH

＋2e－===2NH3↑＋H2↑。

（2）碱性锌锰干电池

①构造

相对于酸性锌锰干电池，用氢氧化钾代替氯化铵做电解质。

②电极反应

已知该电池总反应式：

Zn＋MnO2＋H2O===Mn（OH）2＋ZnO，则

负极反应式：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，

正极反应式：

MnO2＋2H2O＋2e－===Mn（OH）2＋2OH－。

3.铅蓄电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其电极材料分别为Pb和PbO2，电解液为稀H2SO4溶液，工作时的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

请依据上述情况判断：

（1）铅蓄电池的负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

（2）请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式

负极：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4；

正极：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O。

（3）铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

；发生还原反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO4＋2e－===Pb＋SO

，铅蓄电池充电时，其正极接外电源的正极。

（4）放电时，电解质溶液中SO

移向Pb极；电流方向从PbO2极流向Pb极。

（5）放电时，电解质溶液的酸性减弱（填“增强”“减弱”或“不变”）。

电极反应式书写方法

（1）一般电极反应式的书写

—判断出电极反应产物，找出得失电子的数量

—

—两电极反应式相加，与总反应式对照验证

（2）复杂电极反应式的书写

复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式

例1

　某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。

下列说法错误的是

A.Zn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

答案　B

解析　A项，Zn化合价升高，发生氧化反应，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；

B项，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2FeO

＋6e－＋8H2O===2Fe（OH）3＋10OH－，错误；C项，负极电极反应式为3Zn＋6OH－－6e－===3Zn（OH）2，总方程式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，生成KOH，则该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，正确；D项，电池工作时阴离子OH－向负极迁移，正确。

考点　一次电池

题点　已知电极材料和电解质解电池题

易错警示　写电极反应式时不能忽视电解质溶液中的离子参与反应。

例2

　锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A.充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B.充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C.放电时，负极反应：

Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D.放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

答案　C

解析　电池充电时做电解池，阳离子向阴极移动，即K＋向阴极移动，A项错误；电池充电时做电解池，电解方程式为2[Zn（OH）]

===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c（OH－）增大，B项错误；电池放电时做原电池，负极发生氧化反应，电极反应为Zn＋4OH－－2e－===[Zn（OH）]

，

C项正确；电池放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气0.5mol，其体积为11.2L（标准状况），D项错误。

考点　二次电池

题点　二次电池的放电和充电

方法规律　

（1）二次电池放电时是原电池，而充电时为电解池。

（2）二次电池的充放电过程相反。

原电池的负极反应与电解池的阴极反应互为逆反应；原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。

（3）蓄电池充电时，正极与外接直流电源的正极相连，做阳极；负极与外接直流电源的负极相连，做阴极。

二、氢氧燃料电池

1.氢氧燃料电池用Pt做电极，不断充入燃料（H2）和氧化剂（O2），分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2===2H2O。

写出氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应

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－

2.用CH3OH气体代替H2做燃料，则得到甲醇燃料电池。

写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。

（1）CH3OH|NaOH溶液|O2构成的燃料电池：

负极反应式：

__________________________________________________________________，

正极反应式：

________________________________________________________________，

总反应式：

____________________________________________________________________。

（2）CH3OH|H2SO4溶液|O2构成的燃料电池：

负极反应式：

_________________________________________________________________，

正极反应式：

___________________________________________________________________，

总反应式：

_________________________________________________________________。

答案　

（1）2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO

＋12H2O　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO

＋6H2O

（2）2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋

3O2＋12H＋＋12e－===6H2O

2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

（1）酸溶液做电解质：

CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。

（2）碱溶液做电解质：

CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO

。

例3

　用两根铂丝作为电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O。

下列说法错误的是（　　）

A.通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极

B.放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高

C.放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化

D.通甲烷极的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O

答案　C

解析　原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是

正极：

2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

负极：

CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O

由此可见A、B、D正确，C错误。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—碱性电解质

方法点拨　分析原电池工作后电极附近溶液pH变化时依据电极反应式，分析原电池工作后溶液浓度或pH变化时，根据原电池总反应式。

例4

　燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的K2CO3做电解质，惰性材料做电极，一极通CH2==CH2，另一极通O2、CO2。

下列说法中不正确的是（　　）

A.电池的总反应式为CH2==CH2＋3O2===2CO2＋2H2O

B.正极发生的电极反应为3O2＋6CO2＋12e－===6CO

C.负极发生的电极反应为CH2===CH2＋6CO

－12e－===8CO2＋2H2O

D.通入乙烯的一极为正极

答案　D

解析　燃料电池中可燃性气体做负极，D项错误；该燃料电池的总反应式为CH2==CH2＋3O2===2CO2＋2H2O，产物CO2、H2O均不与熔融的K2CO3反应，A项正确；正极O2得到电子生成O2－、O2－与CO2反应生成CO

，B项正确；总反应式减去正极反应式即为负极反应式，C项正确。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—熔融电解质

规律总结　熔融K2CO3燃料（CxHy或CxHyOz或CO）电池工作时，负极燃料失电子与CO

结合生成CO2，正极O2得电子生成的O2－与CO2反应生成CO

。

1.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。

关于该电池的下列说法不正确的是

A.水既是氧化剂又是溶剂

B.放电时正极上有氢气生成

C.放电时OH－向正极移动

D.总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

答案　C

解析　在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O做氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A项正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B项正确；溶液中的阳离子Li＋向正极移动，溶液中的阴离子OH－向负极移动，C项错误；锂水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D项正确。

考点　一次电池

题点　已知电极材料和电解质解电池题

2.纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。

放电时两个电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中正确的是

A.锌是负极，发生还原反应

B.氧化银是正极，发生氧化反应

C.当电池中通过0.2mol电子时，负极质量减少6.5g

D.在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变

答案　C

解析　据电极反应可知Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，故A、B项错误；据Zn～2e－可知，当电池中通过0.2mol电子时，溶解0.1molZn，则负极质量减少6.5g，故C项正确；由电极反应式可知电池总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2，即电池放电过程中，水的量不断减小，c（OH－）不断增大，则电解质溶液的碱性逐渐增强，故D项错误。

考点　一次电池

题点　已知电极反应式解电池题

3.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

答案　C

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。

考点　二次电池

题点　二次电池的放电和充电

4.关于铅蓄电池的说法正确的是（　　）

A.在放电时，正极发生的反应是Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）

B.在放电时，该电池的负极材料是铅板

C.在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D.在充电时，阳极发生的反应是PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO

（aq）

答案　B

解析　铅蓄电池的充放电反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O，放电时Pb做负极：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4，在正极上：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O；充电时，H2SO4的浓度不断增大，阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子。

考点　二次电池

题点　二次电池的充电和放电

5.氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%（质量分数）的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是（　　）

A.通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极

B.通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极

C.该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大

D.该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大

答案　B

解析　根据电池总反应可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。

通入O2的一极做正极，通入H2的一极做负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，负极区附近溶液中OH－浓度降低，则pH减小。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—碱性电解质

6.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（　　）

A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D.正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

答案　C

解析　在原电池中，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，A项错误；每消耗1molO2，转移4mol电子，若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24LO2，B项错误；根据题意，电解质溶液呈酸性，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—酸性电解质

[对点训练]

题组1　常见化学电源

1.下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是（　　）

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏

C.铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

答案　C

解析　在干电池中，Zn为负极，被氧化，B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D正确；C项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小。

考点　化学电源

题点　化学电源的类型

2.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方程式为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＋

答案　B

解析　由总反应

＋

O2===

O2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，在电池中做负极，电极反应为Li－e－===Li＋；MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO

。

考点　二次电池

题点　已知电池总反应解答电池题

题组2　一次电池

3.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KOH溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn（s）＋2MnO2（s）＋H2O（l）===Mn2O3（s）＋Zn（OH）2（s），下列说法错误的是（　　）

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）＋H2O（l）＋2e－===Mn2O3（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，锌的质量理论上减小6.5g

答案　C

解析　根据电池总反应知，锌为负极，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2，电子由负极通过外电路流向正极，A项正确，C项错误；外电路中每通过0.2mol电子，消耗0.1mol锌，即6.5g，D项正确，正极发生还原反应，电极反应式为2MnO2＋H2O＋2e－===Mn2O3＋2OH－，B项正确。

考点　一次电池

题点　已知电池总反应解答电池题

4.（2019·全国卷Ⅱ，11）Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。

下列叙述错误的是（　　）

A.负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋

B.正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C.电池放电时Cl－由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑

答案　B

解析　该电池中Mg做负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑，D项正确。

考点　一次电池

题点　已知电极材料和电解质解电池题

题组3　可充电电池

5.一种充电电池放电时的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O；2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－。

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（　　）

A.H2O的还原B.NiO（OH）的还原

C.H2的氧化D.Ni（OH）2的氧化

答案　D

解析　当为电池充电时，为电解池。

与外电源正极连接的电极为电解池的阳极，发生氧化反应，A、B项错误；电极反应式应是将放电时的正极电极反应式逆回去：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O（氧化反应，阳极），2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－（还原反应，阴极），D项正确，C项错误。

考点　二次电池

题点　二次电池的放电和充电

6.某可充电的锂离子电池LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。

下列说法正确的是（　　）

A.放电时，LiMn2O4发生氧化反应

B.放电时，正极反应为Li＋＋LiMn2O4＋e－===Li2Mn2O4

C.充电时，LiMn2O4发生氧化反应

D.充电时，阳极反应为Li＋＋e－===Li

答案　B

解析　根据电池反应可写出电极反应式为

负极：

Li－e－===Li＋

正极：

LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4

则充电时的电极反应式为

阴极：

Li＋＋e－===Li

阳极：

Li2Mn2O4－e－===LiMn2O4＋Li＋

B项正确，D项错误；放电时，LiMn2O4发生还原反应生成Li2Mn2O4，充电时，Li2Mn2O4发生氧化反应生成LiMn2O4，A、C项错误。

考点　二次电池

题点　二次电池的放电和充电

7.已知某镍镉（Ni—Cd）电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A.充电时阳极的反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O

B.充电时将镍镉电池的正极与外加直流电源的负极相连

C.放电时负极附近溶液的碱性不变

D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

答案　A

解析　充电时，该装置是电解池，阳极上电极反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，故A项正确；充电时该装置是电解池，将镍镉电池的正极与外加直流电源的正极相连，故

B项错误；放电时，负极上电极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd（OH）2，所以碱性减弱，故

C项错误；放电时，电解质溶液中氢氧根离子向负极移动，故D项错误。

考点　二次电池

题点　二次电池的放电和充电

题组4　燃料电池

8.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。

下列说法不正确的是（　　）

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.该电池每提供1mole－，消耗氧气0.25mol

答案　B

解析　电极反应式为负极：

2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋，正极：

3O2＋12e－＋12H＋===6H2O，B错误，C正确；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2，A正确；当电池提供1mol电子时，消耗O2为

＝0.25mol，D正确。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—酸性电解质

9.瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如右图，有关说法正确的是（　　）

A.电池工作时，Na＋向负极移动

B.电子由电极2经外电路流向电极1

C.电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O

D.电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

答案　C

解析　先分析进出电极物质的化合价判断电池正、负极，NH3→N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极，电池工作时，Na＋向正极移动，电子由电极1经外电路流向2，电极2电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电极1电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O。

考点　燃料电池

题点　燃料电池——碱性电解质

10.镁—H2O2酸性电池采用海水做电解质溶液（加入一定量的酸），下列说法正确的是（　　）

A.电池总反应的离子方程式为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

B.负极的电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O

C.工作时，正极周围海水的pH减小

D.电池工作时，溶液中的H＋向负极移动

答案　A

解析　Mg做负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正极电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，正极消耗H＋且生成H2O，正极周围海水的pH增大，溶液中的H＋向正极移动，A项正确。

考点　燃料电池

题点　燃料电池—酸性电解质

[综合强化]

11.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（　　）

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促