高中化学人教版必修2（练习）2.2.2 发展中的化学电源 Word版含解析

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1、第2课时发展中的化学电源目标导航1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。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。负极发生的电极反应为Zn2e=Zn2，正极发生的电极反应为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。(3)缺陷与改进：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

2、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。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中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负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。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

3、，活泼性极强，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与氧化剂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。议一议判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细

4、()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能()(3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化()(4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅()答案(1)(2)(3)(4)一、原电池电极反应式的书写例1锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为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解析根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成

5、Li被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。答案B归纳总结1电极反应方程式的书写方法(1)负极反应式的书写活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：Mne=Mn。若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。燃料电池(电极材料本身不反应)H2O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：H22e=2H。H2O2(KOH)燃料电池负极反应式：H22e2OH=2H2OH22e=2H；2H2OH=2H2O。(2)正极反应式的书写首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液

6、中的某种粒子。当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)H2O2(H2SO4)的正极反应式：O24e4H=2H2O。H2O2(KOH)的正极反应式：O24e2H2O=4OH。2书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写

7、离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。变式训练1可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，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溶液为电解质溶液时，正极反应都为O22H2O4e=4OHB以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al3OH3e=Al(OH)3C以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案A解析当电解质溶液显碱性或中性时，该燃料电池的正极发生的反应均为O22H2O4e=4OH，A项是正

8、确的；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为Al4OH3e=AlO2H2O，B项是错误的；该电池在碱性条件下工作时，消耗了碱，反应的化学方程式为4Al3O24OH=4AlO2H2O，溶液的碱性减弱，C项是错误的；电池工作时，电子从负极流出来经过外电路流向正极，D项是错误的。二、燃料电池例2燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()A负极反应式：O22H2O4e=4OHB负极反应式：CH48OH8e=CO26H2

9、OC随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变D放电时溶液中的阴离子向负极移动解析O22H2O4e=4OH应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。所以负极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH)将减小。答案D归纳总结常见的燃料电池常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为负极(H2)反应式：2H24e4OH=4H2O(氧化反应)正极(O2)反应式：O22H2O4e=4OH(还原反

10、应)电池总反应式：2H2O2=2H2O氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理为负极(H2)反应式：2H24e=4H(氧化反应)正极(O2)反应式：O24H4e=2H2O(还原反应)电池总反应式：2H2O2=2H2O变式训练2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()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答案B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，

11、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；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。1对化学电源的叙述正确的是()A化学电源比火力发电对化学能的利用率高B化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位C化学电源均是安全、无污染的D化学电源即为可充电电池答案A解析由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中间环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电

12、电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。2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。有同学想变废为宝，他的以下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施用答案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。3镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运等特点。研究的燃料电池可分为镁空气燃料电池，镁海水燃料电池，镁过氧化氢燃料电

13、池，镁次氯酸盐燃料电池。如图为镁次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是()A放电过程中OH移向正极B电池的总反应式为MgClOH2O=Mg(OH)2ClC镁电池中镁均为负极，发生氧化反应D镁过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为H2O22H2e=2H2O答案A解析根据图像判断反应过程，判断正、负极，正确书写电极反应式。镁燃料电池，镁作负极失电子，产物由电解质溶液决定，若为酸性溶液生成Mg2，碱性溶液生成Mg(OH)2。ClO在正极反应，由图可知有Cl和OH生成，OH向负极移动，生成Mg(OH)2。4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：PbO2P

14、b2H2SO4=2PbSO42H2O根据此反应判断下列叙述中正确的是()APbO2是电池的负极BPb是电池的负极CPbO2得电子，被氧化D电池放电时，溶液酸性增强答案B解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为PbSO2e=PbSO4，B正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，A、C错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，D错误。5(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题

15、：高铁电池的负极材料是_。放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_。放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，a极的电极反应式为_。答案(1)Zn还原FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH正(2)BCH3OH6e8OH=CO6H2O解析(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去负极反应式得正极反应式，正极生成OH，故此极附近溶液碱性增

16、强。(2)由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，容易写出总反应式和正极反应式，两者相减得出负极反应式。基础过关题组1电池及电极判断1下列说法正确的是()A镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C化学电池的反应基础是氧化还原反应D铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2答案C解析碱性锌锰干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池，铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。2MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2AgCl Mg=Mg2 2Ag2Cl 。有关该

17、电池的说法正确的是()AMg为电池的正极B负极反应为AgCle=AgCl C不能被KCl溶液激活D可用于海上应急照明供电答案D解析由电池反应方程式看出，Mg是还原剂、AgCl是氧化剂，Mg作负极，A错误； Mg作负极，其电极反应式为Mg2e=Mg2，B错误；因为该电池能被海水激活，故KCl溶液也可以激活电池，C错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，D正确。3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、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是

18、()A锌为正极，空气进入负极反应B负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2OC正极发生氧化反应D电解质溶液为强酸答案B解析Zn与O2反应的电子转移情况为2=2ZnO，所以Zn作负极，负极发生氧化反应，Zn2OH2e=ZnOH2O。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解质溶液是强酸，电池的化学反应不是2ZnO2=2ZnO，而是Zn2H=Zn2H2。4已知空气锌电池的电极反应为锌片：Zn2OH2e=ZnOH2O；碳棒：O2H2O2e=2OH，据此判断，锌片是()A正极并被还原 B正极并被氧化C负极并被还原 D负极并被氧化答案D解析Zn失电子作负极，被氧化。题组2各种燃料电池的突破5下图是氢氧燃料电池驱

19、动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是()A氢氧燃料电池中OH向b极移动B该装置中只涉及两种形式的能量转化C电池正极电极反应式为O22H2O4e=4OHDP型半导体连接电池负极答案C解析由电子流向可知a为负极，b为正极，氢氧燃料电池中OH移向负极，即向a极移动，A错误；该装置中涉及的能量转化形式有：化学能转化为电能，电能转化为光能和热能，B错误；b处通入氧气，b为电池正极，发生还原反应，电极反应为O24e2H2O=4OH，C正确；P型半导体连接电池正极，D错误。6下图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是()A该电池的

20、负极反应式为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212HB该电池的正极反应式为O24e4H=2H2OC电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极D微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量答案A解析本题的关键是读图。由图示可知，呼气时进去的是CH3CH2OH出来的是CH3COOH，负极的电极反应式为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H，A错误；氧气由正极通入，酸性条件下生成H2O，B正确；电流由正极流向负极，C正确；酒精含量高，转移的电子数多，电流大，D正确。7飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该燃料电池可同时供应电和水蒸气，其所用燃料

21、为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该燃料电池的总反应为2H2O2=2H2O，负极反应为H2CO2e=CO2H2O，则下列推断正确的是()A电池工作时，CO向负极移动B电池放电时，电子经外电路由通氧气的正极流向通氢气的负极C正极的电极反应式为4OH2e=O22H2OD通氧气的电极为正极，发生氧化反应答案A解析原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，B错误；正极反应为O24e2H2O=4OH，C错误；通氧气一极为正极，发生还原反应，D错误。8固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)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氧离子(O2)在其间通过。

22、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放电的a极为电池的负极BO2移向电池的正极Cb极对应的电极反应为2H24e2O2=2H2ODa极对应的电极反应为O22H2O4e=4OH答案C解析在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在燃料电池中，O2移向电池的负极，B错误；在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H24e2O2=2H2O，C错误；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O24e=2O2，D错误。题组3有关电池的计算9实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

23、负极：PbSO2e=PbSO4正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O今欲制得Cl2 0.050 mol, 这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()A0.025 mol B0.050 molC0.10 mol D0.20 mol答案C解析要求得硫酸的量，需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反应合并可得：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。而在制取Cl2时，每生成1 mol Cl2，电子转移2 mol，现需要转移电子0.050 mol20.100 mol。由铅蓄电池总反应可知，每转移0.100 mol电子，将消耗0.100 mol硫酸。能力提升10ZnMnO2干电池

24、应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速其电极的腐蚀，_。欲除去Cu2，最好选用下列试剂中的_(填字母)。ANaOH BZn CFe DNH3H2O答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B解析(1)负极是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2置换为单质而除去。11如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通

25、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_(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_(填“变大”、“变小”或“不变”)。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结合生成H2O；负极

26、上，H2失电子变为H，H进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的反应，由于有H2O生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。(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分子结合生成OH；负极上，H2失去电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合生成水。电池总反应也是H2和O2生成水的反应。同样，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。拓展探究12LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的

27、电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_。(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。答案(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成SOCl2 H2O=SO2 2HCl(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应解析分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Lie=Li。(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)因为构成电池的两个主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。