高考化学专项突破精品系列电化学之化学电源.docx

1、高考化学专项突破精品系列电化学之化学电源高考化学专项突破精品系列电化学之化学电源一、认清目标本节重点： 1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用 2. 燃料电池的工作原理的分析和电极方程式书写本节难点： 电池的电极方程式书写高考常考点：电池的电极方程式书写二、打牢基础知识点1:化学电池的概念化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液，和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。化学电池放电到一定程度，电能减弱，有的经充电复原又可使用，这样的电池叫蓄电池，如铅蓄电池、银锌电池等；有的不能充电复原，

2、称为原电池，如干电池、燃料电池等。知识点2:化学电源品种繁多，大体可分为三类： 1、一次性电池：即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。 （1）锌锰电池干电池， 该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。其电极反应式为：负极：Zn2e- = Zn2+ 正极：2MnO2+2NH4+ +2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应式为：Zn+2MnO2+2NH4+ = Zn2+ + Mn2O3+2NH3+H2O电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不

3、断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。 （2）银锌电池钮扣电池： 该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。其电极反应式为：负极：Zn+2OH- 2e- = ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 总反应式为：Zn+ Ag2O= ZnO+2Ag（3）高能电池锂电池： 该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂碘电池

4、的电极反应式为：负极：2Li2e- =2Li+ 正极：I2+2e-=2 I- 总反应式为：2Li+I2=2LiI（4）海水铝电池：该电池是1991年我国首创以“铝-空气-海水”电池为能源的新型航海标志灯。这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中就能发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2050倍。其电极反应式为：负极：4Al12e-=4Al 3+ 正极：3O2+4H2O+8e- =8OH- 总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 2、蓄电池：可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池。（1）铅蓄电池：铅蓄电池是一种常见的可充电池，在工农

5、业生产和日常生活中有广泛的应用。该电池以Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液。其电极反应式为：负极：Pb+SO4 2- 2e- = PbSO4 正极：PbO2+4H+SO42- +2e- =PbSO4+2H2O总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O （2）碱性镍镉电池：该电池以Cd和NiO(OH)作电极材料，NaOH作电解质溶液。其电极反应式为：负极：Cd+2OH-2e- = Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2从上述两种蓄电池的

6、总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。 （3）氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍镉电池。其电极反应式为：负极：H2+2OH-2e-=2H2O正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2 3、燃料电池： 又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、

7、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。 （1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为：负极：2H2+4OH-4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式为：2H2+O2=2H2O （2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为：负极：CH4+10OH-8e-=CO3 2- +7H2O正极：2O2+4H2O+8e-= 8OH-总反应式为：CH4+

8、2O2+2KOH=K2CO3+3H2O （3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。其电极反应式为：负极：2CH4O+16OH-12e-=2CO3 2- +12H2O正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应式为：2CH4O+3O2+4OH- =2CO3 2- +6H2O （4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它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O2-在其间通过。其电极反应式为：负极：2H2+2O24e- = 2H2O正极：O2+4e- = 2O2- 总反应式为

9、：2H2+O2= 2H2O （5）熔融盐燃料电池： 该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。其电极反应式为：负极：2CO+2CO3 2- 4e-=4CO2正极：O2+ 2CO2+4e-=2CO3 2-总反应式为：2CO+O2 =2CO 2 三、知识提升电极反应式的书写书。写电极反应式是高考经常考的知识点。如何书写电极反应式呢？一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：1、找正负极，即要准确判断原电池的正负极。如果电池的正负极判断失误，则电极反

10、应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。此时，其电极反应式为：负极：Cu-2e- =Cu 2+正极：2NO3-+4H + +2e-=2NO2+2H2O ， 又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH -6e-=2AlO2- +4H2O正极：6H2O+6e- =3H2+6OH-2、看电解质溶液，即注意电解质的酸碱性。在正、负极上

11、发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-=4H+正极反应式为：O2+4H+ +4e-=2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。3、注意总反应方程式，要注意总的反应方程式的书写。从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。4、注意转移

12、电子数，要转移电子转移数相等。在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。四、学以致用例1氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：(1/2) H2+NiO(OH) Ni(OH)2根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）A电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，H2是负极解析：电池的充、放电互为相反的过

13、程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都会溶解。这样可写出负极反应式：H2+2OH-2e- = 2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。故答案为C、D项。 例2有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ） 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH

14、-8e-=CO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液PH不断升高A. B. C. D.解析：本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应是原电池的负极，反之是正极。CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2燃烧反应，即CH4 CO2严格讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，1molCH4参加反应有8mole-发生转移，O2在正极上发生反应

15、，获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。虽然正极产生OH-，负极消耗OH-，但从总反应CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的PH值不断下降，故正确，错误。答案：A例3下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 ( )Aa电极是负极 Bb电极的电极反应为：4OH-4e-= 2H2O+O2C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：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H2-4e-=4H+，b极为正极，其电极反应为

16、：O2+2H2O+4e-=4OH-，电池总反应式为：2H2+O2=2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。故答案为B项。例4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。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) = Zn(OH)2(s) + Mn2O3(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(1)+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O.2mol电子，锌的质

17、量理论上减小6.5g解析： 该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- = Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。故答案为C项。五、面对高考1（07年广东化学9）科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：AH22OH

18、2H2O2eBO24H4e2H2OCH22H2eDO22H2O4e4OH答案：C解析：难度：易，电解液为酸性，故A错，负极通入氢气，正极通入氧气，故B、D错。2（07年广东化学20）三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是A可用铁作阳极材料B电解过程中阳极附近溶液的pH升高C阳极反应方程式为：2Cl2eCl2D1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子。答案：CD解析：电解时阳极产生Cl2，电极反应为

19、2Cl2eCl2，故C对，阳极不可能是活泼性电极如铁，故A错。阳极产生Cl2与碱反应，故pH值降低，故B错，二价镍全部转化为三价镍失e-,故D对。3（08年宁夏理综10）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是ACH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H(aq)+4e=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH答案：C解析：甲醇与氧气反应的化学方程式为：2CH3OH3O22CO24H2O，化合价升高的元素

20、为C，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e。4（08年广东化学16）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是A可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li向负极移动.C充电过程中，电池正极材料的质量减少D放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-=LiFePO4答案：CD解析：放电时，负极：Li - e- =Li+，正

21、极：FePO4 + Li+ + e- = LiFePO4；充电时，阳极：LiFePO4 - e- = FePO4 + Li+ 阴极：Li+ + e- = Li，所以易知C.D正确。若加入硫酸，与Li单质（固体）发生反应，所以A错；放电时，Li+应（正电荷）在电池内部（电解质中）向正极移动，故B错。A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案：C解析：A. 锌锰干电池的碳棒为负极，不会被消耗；B 燃料电池将燃料的化学能转化为电能和部分热能散失；C 燃料电池燃料是被氧化的，永远做负极；D 太阳

22、能电池的主要材料是硅而非二氧化硅。6（08年海南化学7）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) +SO42(aq)= PbSO4(s) +2eB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)+ SO42(aq)答案：B解析：铅蓄电池的充放电反应为：PbPbO22H2SO4 PbSO42H2O，放电时Pb作负极：Pb2eSO42 =PbSO4，在正极上：PbO22e4HSO42 =PbSO42H2O；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

23、。7（08年江苏化学5）镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是A充电时阳极反应：Ni(OH)2 e + OH- = NiOOH + H2OB充电过程是化学能转化为电能的过程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：由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH，所以电极反应式为：Ni(OH)2e OH-=NiOOHH2O；Cd(OH)2作阴极，

24、Cd(OH)22e =Cd2OH；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd作负极，Cd2e2OH =Cd(OH)2，Cd周围的c(OH)下降，OH向负极移动。8（09年广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为点解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3eAl(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案：A解析：无论是NaOH还是NaCl

25、，在正极上都是O2得到电子被还原，A正确；生成的Al(OH)3是两性氢氧化物，在碱溶液中发生反应生成AlO2，B错误；生成的Al(OH)3与NaOH反应生成NaAlO2，消耗电解质中的NaOH，使pH减少，C错误；原电池中，电子在外电路的负极流向正极，D错误。9（09年广东理基34）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解析：手机上用的锂离子电池可以反复充放电，属于二次电池，A选项正确。锌比铜活泼，因此构成原电池时，锌失电子做负极，电子眼外电路流向正极

26、铜，所以B选项错误。10（09年江苏化学12）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为：C6H12O66H2O24e6CO224HC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体答案：B解析：A项，高温条件下微生物会变性，所以A错；B项，负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，所以B对；C项，原电池内部阳离子应向正极移动，所以C错；D项，消耗1mol氧气生成1mol二氧化碳，标准状况下体积是22.4L，D错。11（09年广东文基68）下列说法正确的是A废旧电池应集中回收，

27、并填埋处理B充电电池放电时，电能转变为化学能C放在冰箱中的食品保质期较长，这与温度对反应速率的影响有关D所有燃烧反应都是放热反应，所以不需吸收能量就可以进行答案：C解析：A项废旧电池应集中回收但不能填埋处理因为电池里的重金属会污染土地，人吃了这些土地里的蔬菜后，就会引发疾病；B项充电电池放电时，化学能转变为电能；D项有的燃烧反应是需要吸收一定热量才可以反应的比如碳的燃烧。12（07年广东化学24）（10分）二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16.72%）、Fe（5.86%）、Al（3.42

28、%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2CuSZnSMnSFeSpH5.23.29.710.46.78.00.422.577（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为 。（2）滤渣A的主要成分是 。（3）加入MnS的目的是除去 杂质。（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应方程式为 。（5）从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 （写出两种）。答案：（1）Mn

29、O22FeSO42H2SO4MnSO4Fe2（SO4）32H2O（2）Fe(OH)3 Al(OH)3（3）Cu2 Zn2（4）MnO2H2OeMnOOHOH（或2MnO2H2O2eMn2O32OH）（5）锌、二氧化锰解析：考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中，准确地提取实质内容，并与已有知识模块整合，重组为新知识模块的能力。由反应流程可知：在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+,将Cu氧化成Cu2+，此外溶液中的还有Zn2+和Al3+，当调pH至5.4时，只有Al(OH)3 和Fe(OH)3会完全沉淀，故滤渣A的主要成分是Fe(

30、OH)3和Al(OH)3。加入MnS后因为酸性条件下CuS 、ZnS更难溶所以会转化为CuS 、ZnS沉淀而除去Cu2 Zn2。13（12分）（08年山东理综29）北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。（1）丙烷脱氢可得丙烯。已知：C3H8(g)=CH4(g)HCCH(g)H2(g) H1=156.6 kJmol1CH3CHCH2(g)=CH4(g)HCCH(g ) H2=32.4 kJmol1则相同条件下，反应C3H8(g)=CH3CHCH2(g)H2(g) 的H= kJmol1。（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为 ；放电时CO32移向电池的 （填“正”或“负”）极。（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c(H2CO3)=1.510-5 molL-1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3H的平衡常数K1= 。（已知10-5.60=2.