高中化学（人教版选修4） 第四章电化学基础第二节 化学电源

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1、第二节化学电源目标要求1.了解依据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。一、化学电池化学电池是利用原电池原理，将化学能转化为电能的装置。二、常用电池1一次电池碱性锌锰电池锌银电池电池结构负极：Zn正极：MnO2电解质溶液：KOH溶液负极：Zn正极：Ag2O电解质溶液：KOH溶液电极反应正极2MnO22e2H2O=2MnOOH2OHAg2O2eH2O=2Ag2OH负极Zn2e2OH=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2总反应式Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH

2、)2ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2.二次电池铅蓄电池氢氧燃料电池电池结构负极：Pb正极：PbO2电解质溶液：H2SO4溶液负极：H2正极：O2电解质：酸性电解质电极反应正极PbO2(s)SO(aq)4H(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)O24H4e=2H2O负极Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H24e=4H总反应式Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)2H2O2=2H2O知识点一化学电池1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ZnMnO2H2O=ZnO

3、Mn(OH)2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MnO22H2O2e=Mn(OH)22OHC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0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案C解析本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。2某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn2K2FeO48H2O放电充电3Z

4、n(OH)22Fe(OH)34KOH，以下说法不正确的是()A放电时负极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2B放电时正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OHC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D充电时阳极附近的溶液的碱性减弱答案C解析选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；选项C，放电时，K2FeO4被还原；选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH，导致阳极附近的溶液

5、的碱性减弱。3生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO42H2O放电充电PbO2Pb2H2SO4下列对铅蓄电池的说法错误的是()A需要定期补充硫酸B工作时铅是负极，PbO2是正极C工作时负极上发生的反应是Pb2eSO=PbSO4D工作时电解质的密度减小答案A解析铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用

6、补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。知识点二燃料电池4固体氧化物燃料电池是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氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A有O2参加反应的a极为电池的负极Bb极的电极反应式为H22eO2=H2OCa极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应式为2H2O22H2O答案D解析因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反

7、应式为H22e=2H，正极电极反应式为O22e=O2，则电池总反应式为2H2O22H2O。5有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。以下判断错误的是()A电池正极发生的反应：O24e=2O2B电池负极发生的反应：CH44O28e=CO22H2OC固体电解质里的O2的移动方向：由正极流向负极D向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)答案D解析因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反

8、应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O24e=2O2，负极反应式是CH44O28e=CO22H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O2供应，故电池内O2的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。练基础落实1铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列结论正确的是()APb为正极被氧化 B溶液的pH不断减小CSO只向PbO2处移动 D电解质溶液的pH不断增大答案D解析由题给电

9、极反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH)移向Pb极，所以C不正确。2微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为Zn2OH2e=ZnOH2OAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应式为Ag2OZn=ZnO2Ag根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是()A在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B在使用过程中，电子由Ag2O

10、经外电路流向Zn极CZn是负极，Ag2O是正极DZn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应答案C解析(1)根据电极反应式可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，所以C正确；(2)负极(即Zn极)在反应时消耗OH，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；(3)发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，故B错误；(4)在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。3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1 mol CH

11、4可以向外电路提供8 mol e负极上CH4失去电子，电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH电池放电后，溶液的pH不断升高A B C D答案A解析CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，严格地讲生成的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CH48e10OH=CO7H2O,1 mol CH4参加反应有8 mol e发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH。虽然正极产生OH，负极消耗OH，但从总反应式CH42O22KOH=K

12、2CO33H2O可看出是消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH值不断下降，故正确，错误。练方法技巧4锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O，此电池放电时，在正极(碳棒)上发生反应的物质是() AZn B碳 CMnO2和NH DZn2和NH3答案C解析根据原电池原理，锌为负极，碳棒为正极，锌应参加负极反应，而MnO2在反应中得到电子，应当在正极区发生反应，又由于NH移向正极，在正极发生反应生成NH3。本题考查原电池电极反应式的书写，阳离子移动的方向。5氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如

13、下：负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为()A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol答案D解析n(H2O)100 mol2H2O4e2=2H2O即每生成1 mol H2O则转移2 mol e，当生成100 mol H2O时，转移200 mol e。6乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，电池总反应式为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意图，下列说法中正确的是() A电池工作时，质子向电池的负极迁移B电池工作时，电流由b极沿导线流向a极Ca极上发生的电极反应是C2H5

14、OH3H2O12e=2CO212HDb极上发生的电极反应是2H2OO24e=4OH答案B解析通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH，D项不正确。练综合拓展7科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，

15、同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_。(1) 此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_。(3)电解液中H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正负极(4)对环境无污染解析(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，

16、用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)H移向正极，在正极生成水。(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。8氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答： (1) 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2

17、O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 gcm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。答案(1)化学能转变为电能a到b(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O1/1 148或8.7110432解析(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。(4)LiH中Li为1价，H为1价，故反应中还原剂是Li，反应中氧化剂是H2O。由反应可知吸收标准状况下224 L H2时生成160 g LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为。由生成的20 mol LiH与H2O反应，由反应可知生成20 mol H2，H22e，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20 mol280%32 mol。