渝冀闽2018-2019版高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版必修2 .doc

第2课时化学电源一、常见的化学电源1锌锰干电池(1)结构锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。(2)原理锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。(3)电极反应负极发生的电极反应为Zn2e=Zn2，正极发生的电极反应为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。(4)缺陷与改进措施锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。改进措施：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。2充电电池(1)充电电池又称二次电池。其能量的转化关系是化学能电能。(2)常见的充电电池铅蓄电池常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。镍镉电池以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3燃料电池(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化、还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者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。(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H24OH4e=4H2O(氧化反应)；正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)；总反应：2H2O2=2H2O。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。例1下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池考点常见化学电源题点常见化学电源的分类答案C例2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：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是()APb是正极BPbO2得电子，被氧化C负极反应是PbSO2e=PbSO4D电池放电时，溶液的酸性增强考点常见化学电源题点铅蓄电池答案C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。思维启迪二次电池的放电、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。二、电池中电极反应式的书写1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。例3铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。根据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向_极。(3)电流方向从_极流向_极。(4)写出负极的电极反应式：_。(5)当铅蓄电池向外电路提供1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_ g。考点常见化学电源题点铅蓄电池的相关综合答案(1)增大(2)负(3)正负 (4)PbSO2e=PbSO4(5)48解析本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理，二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb2eSO=PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO24HSO2e=PbSO42H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1 mol电子时，根据PbPbSO4，则负极增重为SO的质量，即96 gmol1 mol48 g。2燃料电池电极反应式的书写方法(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。(2)写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下两种情况：酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O24H4e=2H2O。碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O22H2O4e=4OH。(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。例4如图所示，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：_，正极：_；电池总反应：_；电解质溶液pH的变化为_(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_；电解质溶液pH的变化为_(填“变大”“变小”或“不变”)。考点常见化学电源题点电极反应式的书写答案(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O变大(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O变小解析(1)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，酸性条件下与H结合成H2O。负极上，H2失电子变为H，H进入电解质溶液。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。(2)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH。负极上，H2失电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合成H2O。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。同样，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。1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玩具用镍氢电池考点常见化学电源题点常见电源的分类答案A解析A项，碱性锌锰电池属于一次电池，不属于可充电电池，正确；B项，手机用锂电池属于可充电电池，错误；C项，汽车用铅蓄电池属于可充电电池，错误；D项，玩具用镍氢电池属于可充电电池，错误。2下列有关锌锰干电池的说法中正确的是()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考点常见化学电源题点锌锰干电池答案A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(2017北京101中学期中)LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是()Aa处通入氧气，b处通入氢气B通入H2的电极发生反应：H22e=2HC通入O2的电极为电池的正极D该装置将化学能最终转化为电能考点常见化学电源题点氢氧燃料电池答案C解析A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故错误；B项，a为正极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H22e2OH=2H2O，故错误；C项，氧气得电子，因此通入氧气的电极为电池的正极，故正确；D项，该装置的能量转换是化学能电能光能，故错误。4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、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中()铝合金是负极海水是电解质溶液铝合金电极发生还原反应A BC D考点新型化学电源题点金属空气燃料电池答案A5银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是()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保持不变考点常见化学电源题点常见化学电源的综合答案D解析反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。6有一种微型电池，其电极分别为Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，试回答下列问题：(1)原电池是把_能转化成_能的装置。(2)该电池中Zn极为_极。(3)当金属Zn消耗了16.25 g时，转移电子的物质的量为_。考点常见化学电源题点常见化学电源的综合答案(1)化学电(2)负(3)0.5 mol 对点训练题组一常见化学电源1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考点常见化学电源题点废旧电池的危害及回收利用答案D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。2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：2MnO22e2NH=Mn2O3H2O2NH3F极：Zn2e=Zn2总反应式：2MnO2Zn2NH=Mn2O3Zn22NH3H2O下列说法正确的是()AE极是电池的正极，发生的是氧化反应BF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考点常见化学电源题点锌锰干电池答案B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。3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PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列对电池放电时的分析正确的是()APb为正极被氧化B电子从PbO2流向外电路CSO向PbO2处移动D电解质溶液pH不断增大考点常见化学电源题点铅蓄电池答案D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，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。4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aD该电池的总反应：2H2O2=2H2O考点常见化学电源题点氢氧燃料电池答案D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。5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型电池考点常见化学电源题点常见化学电源的综合判断答案D解析A项，干电池是一次性电池，放电之后不能再充电，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，错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好型电池，正确。题组二新型化学电源6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LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()ALi是正极，电极反应为Lie=LiBLi是负极，电极反应为Lie=LiCMnO2是负极，电极反应为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应为Li2e=Li2考点新型化学电源题点用途广泛的锂电池答案B解析由总反应inO2=inO2可知，Li元素在反应后化合价升高(01)，Mn元素在反应后化合价降低(43)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Lie=Li，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2e=MnO。7鱼雷采用AlAg2O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2Al3Ag2O2KOH=6Ag2KAlO2H2O，下列说法错误的是()AAg2O为电池的正极BAl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极迁移考点新型化学电源题点层出不穷的新型化学电源答案C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作电池的正极，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。8(2017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，由此可知，该电池的负极材料是()ACd BNiO(OH)CCd(OH)2 DNi(OH)2考点新型化学电源题点常考常新的充电电池答案A解析放电时，元素化合价升高的物质为负极材料。9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CH48e10OH=CO7H2O,2O28e4H2O=8OH。下列有关说法中错误的是()ACH4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%转化为电能考点新型化学电源题点甲烷燃料电池答案D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CH42O22OH=CO3H2O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。10如图是甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是()A电极A为电池负极B电极B表面上发生还原反应C工作一段时间溶液pH保持不变D燃料电池工作时不会出现火焰考点新型化学电源题点甲醇燃料电池答案C解析甲醇燃料电池中，甲醇在负极通入，氧气在正极通入，即A是负极，B是正极，O2在电极B表面发生还原反应，A、B正确；由于氧气和甲醇不直接接触，不可能产生火焰，D正确；因为反应后会生成碳酸钾，消耗氢氧化钾，因此溶液的碱性降低，C错误。11据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2ZnO2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是()A锌为正极，空气进入负极反应B负极反应为Zn2e=Zn2C正极发生氧化反应D电解液为强酸考点新型化学电源题点金属空气燃料电池答案B解析Zn与O2反应的电子转移情况为，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：Zn2e=Zn2。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是2ZnO2=2ZnO，而是Zn2H=Zn2H2。12一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是()A电池工作时，电子由a流向bB微生物所在电极区放电时发生还原反应C放电过程中，H从正极区移向负极区D正极反应式为MnO24H2e=Mn22H2O考点新型化学电源题点微生物燃料电池答案D解析因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。综合强化13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。总反应为2Li2H2O=2LiOHH2。(1)该电池的负极是_，负极反应式是_。(2)正极现象是_。(3)放电时OH向_(填“正极”或“负极”)移动。考点新型化学电源题点化学电源的相关综合答案(1)锂Lie=Li(2)有无色气体产生(3)负极解析金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Lie=Li，LiOH溶液中的阳离子有Li和H，由于氧化性：HLi，所以正极反应是2H2e=H2，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH向负极移动。14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_，负极反应式是_，铅蓄电池的总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，则正极反应式为_。放电过程中溶液的密度_(填“增大”“减小”或“不变”)。考点常见化学电源题点铅蓄电池的相关综合答案铅Pb2eSO=PbSO4PbO24HSO2e=PbSO42H2O减小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。15.如图为原电池装置示意图。(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是_(填字母)。A铝片、铜片 B铜片、铝片C铝片、铝片 D铜片、铜片写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：_。(2)若A为Pb，B为PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的总反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。写出B电极反应式：_；该电池在工作时，A电极的质量将_(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4，则转移电子的数目为_。(3)若A、B均为铂片，电解质溶液为KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：_；该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将_(填“增强”“减弱”或“不变”)。考点常见化学电源题点电极反应式的书写答案(1)BAl3e4OH=AlO2H2O(2)PbO2SO4H2e=PbSO42H2O增加0.1NA(3)H22OH2e=2H2O减弱解析(1)铝遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，故此时作负极的是铜片；铝能与烧碱溶液反应，铜不能，此时作负极的是铝片；铝在烧碱溶液中失去电子后结合OH生成AlO。(2)B为PbO2，得到电子后结合溶液中的SO生成难溶的PbSO4：PbO2SO4H2e=PbSO42H2O；同样A极也生成PbSO4，故质量会增加；由总反应可知消耗2 mol H2SO4时，转移2 mol电子，故消耗0.1 mol H2SO4时转移电子的数目为0.1NA。(3)碱性条件下电极反应式中不能出现H，只能出现OH；因为电池反应最终生成了水，对KOH溶液有稀释作用，故溶液的碱性将减弱。