教育资料第2课时发展中的化学电源学习专用.docx

1、教育资料第2课时发展中的化学电源学习专用第2课时发展中的化学电源1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘内的青蛙腿，死蛙腿突然颤抖了几下，因而认为有微电流流过，他主张这是生物本身内在的自发电流。伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬，大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现。意大利物理学家伏打开始时相信伽伐尼的见解是正确的，但经过反复试验、研究后，终于证明“起电”与动物无关，蛙腿只是一种非常灵敏的“验电器”，而两种不同的金属才是“起电”的关键。他把几十块银片和锌片交替重叠，每对金属之间插入浸渍过盐水的纸片或布条，组成了“电推”即世界上第一个原电池。1

2、800年，伏打将自己发明的“电推”公诸于世。几个月后，伏打带着他的仪器来到了巴黎，正当他准备演讲时，突然一位全副武装的法国军官走上台来，在伏打耳边轻声说：“请等一下开讲，有人要接见你。”伏打一看这架势，忐忑不安地跟着军官来到了后台休息室，推门进去，只见一个小个子的将军向他立正敬礼。伏打定神一看，原来是威名赫赫的拿破仑皇帝。只听拿破仑大声宣布：“你为科学事业做出了伟大的业绩，我宣布授予你侯爵封号，任命你为意大利王国的上议员。”拿破仑是识人才的，伏打的发明具有重大而深远的意义。戴维就用这种电源发现了许多种元素，法拉第用它发现了电解定律，早期的电弧灯、电动机、电报等新技术都是用它作为能源的，它对近代

3、科学技术的发展有着巨大的促进作用。一、干电池1构造示意图2工作原理和正负极：_锌_为负极，发生氧化反应，_石墨棒_为正极，发生还原反应。3特点：一次电池，放电后_不能_充电。(2)便于携带，价格低。(3)若将电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上改进，可以制成_碱性_锰电池。点拨：现代生活中，应用更多的是碱性锌锰电池。二、充电电池1特点：又称_二次_电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。2实例电池类型负极正极电解质铅蓄电池_Pb_PbO2_H2SO4_镍镉电池_Cd_NiO(OH)_KOH_锂离子电池_Li_点拨：实际应用中，充电电池的充放电

4、次数仍有限制。三、燃料电池1构造示意图2特点：燃料气体和_氧气_分别在两个电极上反应将化学能转化为电能。3实例氢氧燃料电池甲烷燃料电池负极_氢气_失电子_甲烷_失电子正极_氧气_得电子电解质氢氧化钾或硫酸点拨：燃料电池中通入氧气的电极为正极，通入可燃物的电极为负极。1下列有关电池的叙述正确的是(D)A水果电池是高效环保的家用电池B锌锰干电池是一种常用的二次电池C锌锰干电池中碳棒是负极，锌是正极D锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄解析：水果电池产生的电流微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次性电池，其中锌作负极，碳棒作正极；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间

5、后锌外壳会逐渐变薄，B、C错误，D正确。2下列有关锌锰干电池的说法中正确的是(A)A锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料B在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C电流从锌流到碳棒上D在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动解析：A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故错误；D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。3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Zn2e=Zn2，2NH2e=2NH3H2

6、(NH3与Zn2能生成一种稳定的物质)。根据上述已知条件判断，下列结论中正确的是(D)A电池工作时，Zn为正极，碳为负极B电池工作时，Zn被氧化，碳被还原C工作时，电子由碳极经过电路流向Zn极D长时间连续使用时，内装糊状物可能流出而腐蚀用电器解析：电池工作时，Zn为负极被氧化，石墨棒为正极，NH在石墨棒上得电子被还原，电子由Zn极经过电路流向石墨电极。4微型锂电池可作植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源，这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I。下列有关说法正确的是(C)A正极反应：2Li2e=2LiB负极反应：I22e=2IC总反应是：2LiI2=2LiID金属锂作正极

7、解析：微型锂电池正极反应为I22e=2I，负极反应为2Li2e=2Li，总反应为2LiI2=2LiI；锂作负极。5下列电池不属于二次电池的是(D)ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅蓄电池锌锰干电池解析：四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。6(2019广东深圳高一检测)iPhone手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是LiMnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是(C)AMnO2是负极，电极反应为MnO2e=MnOB电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极C电池内部产生的MnO向锂电极移动D钠比锂更活泼，相同质量的钠作电

8、极比锂提供的电能更多解析：原电池中，失电子的电极为负极，电池工作时电子由负极Li通过外电路移向正极MnO2，故A、B两项错误；在原电池内部，负极产生的阳离子移向正极区，而阴离子移向负极区，C项正确；由于M(Na)M(Li)，在相同质量时n(Li)n(Na)，故Li作电极提供的电能更多。7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_铅_，负极反应式是_Pb2eSO=PbSO4_，铅蓄电池的总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，则正极反应式为_PbO24HSO2e=PbSO42H2O_。放电过程中溶液的密度_减小_(填“增大”“减小”或“不变”)。

9、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。知识点一常见化学电源的特点问题探究：1你知道铅蓄电池中的正、负极材料和电解质溶液是什么吗？2燃料电池电极有什么特点？探究提示：1.负极：Pb；正极：PbO2，电解质溶液：稀硫酸。2两个电极一般都是惰性电极，本身不包含活泼性物质，只是一个催化转换元件。知识归纳总结：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，不能再使用电解质溶液为胶状，不流动放电后可再充电使活性物质获得再生可以多次充电，重复使用电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元

10、件工作时，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、镍镉电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等典例1 (2019江西宜春宜丰二中检测)普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极兼作容器，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工作时的总反应为：Zn2NH2MnO2=Zn(NH3)22Mn2O3H2O，关于锌锰干电池的下列说法中正确的是(D)A当该电池

11、电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B电池工作一段时间后，碳棒会逐渐变细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0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25 g解析：A项，干电池是一次电池，一次电池不能重复使用，因此不能重新充电复原，故错误；B项，该原电池放电时，碳作正极，不被消耗，故错误；C项，原电池工作时，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，故错误；D项，外电路中每通过0.1 mol电子，消耗锌的物质的量为0.05 mol，锌的质量理论上减小3.25 g，故正确。变式训练1 下列说法中正确的是(C)燃料电池的反应物不是储存

12、在电池的内部锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池锂电池是新一代可充电电池燃料电池能量转化率可达100%A BC D解析：燃料电池的能量转化率理论上可高达85%90%。知识点二化学电源电极反应式的书写问题探究：1.以30%的KOH溶液作电解质溶液的氢氧燃料电池的正极反应式是什么？KOH溶液的浓度如何变化？2以稀硫酸为电解质溶液的氢氧燃料电池的正极反应式是什么？H2SO4的物质的量变化吗？探究提示：1.正极反应式为O22H2O4e=4OH；总化学反应方程式为2H2O2=2H2O，KOH的物质的量浓度减小。2正极反应式为O24H4e=2H2O，总的反应方程式为2H2O2=2H2O，H2SO4的物

13、质的量不变。知识归纳总结：1常见化学电源电极反应式：普通锌锰干电池(如图1)。负极：Zn2e=Zn2正极：2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O总反应：Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O(2)铅蓄电池(如图2)。负极(Pb)：PbSO2e=PbSO4正极(PbO2)：PbO24HSO2e=PbSO42H2O总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O工作原理：放电时，二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极发生氧化反应。充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极发生还原反应。(3)氢氧燃料电池。酸性碱性负极2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极O24H4e

14、=4H2OO22H2O4e=4OH总反应2H2O2=2H2O2电极反应式的书写(1)原电池负极反应式的书写。较活泼金属作负极时，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Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。b若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅蓄电池负极反应为PbSO2e=PbSO4。负极本身不反应氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H22e=2H；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H22OH2e=2H2O。(2)原电池正极反应式的书写。书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生

15、成什么物质。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O24H4e=2H2O氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O22H2O4e= 4OH。3一般电极反应式的书写思路典例2 (双选)(2019海南高考)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是(AD)AZn为电池的负极B正极反应式为2FeO10H6e=Fe2O35H2OC该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池工作时OH向负极迁移解析：Zn在反应中化合价升高为负极材料，A正确；K2FeO4为正极材料，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应方程式为2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH，B错误；该电池放电过程中正

16、极生成OH，电解质溶液浓度增大，C错误；电池工作时阴离子OH向负极迁移，D正确。变式训练2 (2019德州高一检测)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(B)Aa极是负极，该电极上发生氧化反应Bb极反应是O24OH4e=2H2OC总反应的化学方程式为2H2O2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析：a极通H2为负极，电极反应式为2H24OH4e=4H2O发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，B不正确；正负极电极反应式相加得总反应为2H2O2=2H2O，C正确；

17、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，D正确。燃料电池(1)燃料电池诞生的背景燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，通过燃料燃烧所释放的热能再转化为电能(如火力发电)，其能量转化率不高。能否利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能，以提高燃料的利用率呢？燃料电池正是在这一思想下研制出来的。(2)燃料电池的优点燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。燃料电池的能量转化率理论上可高达85%90%(现在实际已达到40%60%)。以H2为燃料时，产物为H2O；以CH4为燃料时，产物为H2O和CO2，CO2的排放量比常规发电厂可减少4

18、0%以上。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。即时训练据媒体报道，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(C)正极反应为O24H4e=2H2O负极反应为2H24e=4H总的化学反应为2H2O22H2O氢离子通过电解质向正极移动A BC D解析：此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

19、分析，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(D)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。2(2019永州高一检测)镍镉(NiCd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)22Ni(OH)2Cd2NiO(OH)2H2O

20、，由此可知，该电池的负极材料是(A)ACd BNiO(OH)CCd(OH)2 DNi(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5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是(B)A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物解析：A错，原电池的正极反应为还原反应，应得电子。B对，根据Ag元素反应前后化合价的变化判断

21、，每生成1 mol Na2Mn5O10时转移2 mol电子。C错，原电池电解质溶液中的阳离子应向正极移动。D错，在该原电池的反应中，Ag失电子发生氧化反应，因此AgCl是氧化产物。4(2019唐山高一检测)一种燃料电池中发生的化学反应为酸性溶液中甲醇(CH3OH)与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(C)ACH3OHO22e=H2OCO22HBO24H4e=2H2OCCH3OHH2O6e=CO26HDO22H2O4e=4OH解析：该燃料电池的总反应为2CH3OH3O2=4H2O2CO2，由于在酸性溶液中正极反应为O24H4e=2H2O，根据电子守恒则负极反应为CH3OHH2O=CO

22、26H6e。5(2019潍坊高一检测)锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高的优点受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法中正确的是(B)ALi是正极，电极反应式为Lie=LiBLi是负极，电极反应式为Lie=LiCMnO2是负极，电极反应式为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应式为Li2e=Li2解析：由总反应式LiMnO2=LiMnO2可知，锂元素在反应后化合价升高(01价)，锰元素在反应后化合价降低(4价3价)。Li失电子被氧化，在电池中作负极，电极反应式为Lie=Li。MnO2在正极上得电子被还原，电极反应式为MnO

23、2e=MnO。6(2019浙江4月学考真题)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，其工作示意图如下。下列说法不正确的是(D)AZn电极是负极BAg2O电极发生还原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放电前后电解质溶液的pH保持不变解析：根据反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，锌元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应生成Zn(OH)2，作原电池的负极，电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，A和C选项都正确；银元素的化合价降低，得电子，发生还原反应生成Ag，作原电池的正极，电极反应式为Ag2O2eH2O=2Ag2

24、OH，B选项正确；根据总反应式可知，KOH没有参与总反应，但是反应消耗了水，使溶液的体积变小，c(OH)变大，溶液的pH升高，D选项错误。基 础 巩 固一、选择题1(2019吉林东北师大附中期中)按下图装置实验，若x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴应表示(D)n(Ag)n(NO)a棒的质量b棒的质量溶液的质量A B智慧树管理学答案C D解析：银离子在银极上得电子，因此n(Ag)减小，硝酸根离子不参与反应，因此n(NO)不变；a棒铁失电子，质量减小；b棒银离子得电子生成银单质，质量增大；溶液中每减少1 mol Ag，多0.5 mol Fe2，质量减小。综上所述，只有n(NO)不变，故D正确

25、。教师上课2(2019江苏连云港高一检测)有一种银锌微型纽扣电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，电池总反应为Ag2OZn=2AgZnO。下列有关叙述中不正确的是(D)数学与应用数学专业代码AZn为负极、Ag2O为正极智慧树材料与社会答案B电池工作时，正极质量逐渐减小概率教学方法的研究C电池工作时，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极欧洲西部教学反思D电路中每通过0.2 mol电子，负极的质量理论上减少6.5 g昆虫记阅读题及答案解析：根据两个电极发生的反应可判断Zn为负极、Ag2O为正极，A项正确；电池工

26、作时，正极Ag2O转变为Ag，质量逐渐减小，B项正确；电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，C项正确；负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O，故负极的质量逐渐增大，D项错误。3镍氢电池的总反应式是H22NiO(OH)2Ni(OH)2，根据此反应式判断，此电池放电时，负极发生反应的物质是(C)ANiO(OH) BNi(OH)2教育调查报告小学CH2 DH2和NiO(OH)新初一语文4目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是(C)A燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能政治考核B燃料电池中通入H2的一极作负极，发生氧化反应C在此循环

27、中发生了反应：2H2O 2H2O2D目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂5汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是(B)APbO2是电池的负极BPb是负极CPbO2得电子，被氧化D电池放电时，溶液酸性增强二、非选择题6如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时)两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极_2H24e=4H_，正极_O24e4H=2H2O_；电池总反应

28、：_2H2O2=2H2O_。(2)碱式电池的电极反应：负极_2H24e4OH=4H2O_，正极_O24e2H2O=4OH_；电池总反应：_2H2O2=2H2O_。7镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应为Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2。请回答下列问题：(1)放电时，还原反应在_b_(填“a”或“b”)极进行，负极的电极反应式为_Cd2e2OH=Cd(OH)2_，在放电过程中，正极附近的电解质溶液碱性会_增强_(填“增强”或“减弱”)。(2)镍镉废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是_镍镉废旧电池中残留的Cd2、Ni2等重金属离子易对土壤和水源造成污染_。能 力 提 升一、选择题1已知空气锌电池的电极反应为：锌片：Zn2OH2e=ZnOH2O石墨：O2H2O2e=2OH下列说法不正确的是(D)A锌片作电池的负极B氧气在正极发生还原反应C每转移1 mol 电子消耗标准状况下氧气的体积为5.6 LD