2022年新高中化学第四章第二节化学电源课后作业新人教版选修4 .pdf

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=2MnOOH2OHAg2O2e H2O=2Ag 2OH负极Zn2e2OH=Zn(OH)2Zn 2OH2e=Zn(OH)2总反应式Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2ZnAg2O H2O=Zn(OH)22Ag 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) SO24(aq) 4H(aq) 2e=PbSO4(s) 2H2O(l) O2 4H4e=2H2O 负极Pb(s) SO24(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 Mn(OH)2以下说法中，错误的选项是( ) 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 解析此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3Zn2K2FeO4精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页2 8H2O3Zn(OH)22Fe(OH)3 4KOH ，以下说法不正确的选项是( ) A放电时负极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2B放电时正极反应式为FeO244H2O 3e=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：Zn 2e 2OH=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FeO244H2O 3e=Fe(OH)35OH；选项 C，放电时， K2FeO4被复原；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2PbSO42H2OPbO2Pb2H2SO4以下对铅蓄电池的说法错误的选项是( ) 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Pb2eSO24=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SO24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以下图所示，其中多孔电极a、b 均不参与电极反应。以下判断正确的选项是( ) 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=H2O Ca 极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应式为2H2O2=高温2H2O 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在该极发生复原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H22e=2H，正极电极反应式为12O22e=O2，则电池总反应式为2H2 O2=高温2H2O。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。 以下判断错误的选项是( ) 放电充电放电充电精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页3 A电池正极发生的反应：O24e=2O2B电池负极发生的反应：CH44O28e=CO22H2O C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， 电池正极发生复原反应( 元素化合价降低) ，负极发生氧化反应( 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供给，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 ，以下结论正确的选项是( ) APb为正极被氧化 B溶液的pH不断减小CSO24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 (SO24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Zn 2OH2e=ZnO H2O Ag2O H2O2e=2Ag 2OH总反应式为Ag2O Zn=ZnO 2Ag 根据上述反应式，判断以下表达中正确的选项是( ) 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经外电路流向Zn 极CZn 是负极， Ag2O是正极DZn 极发生复原反应，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 得电子被复原，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，正极发生复原反应，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，则以下说法正确的选项是( ) 每消耗1 mol CH4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=CO237H2O 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=CO237H2O,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=K2CO33H2O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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页4 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Zn2MnO2 2NH4=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 NH4 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NH4移向正极，在正极发生反应生成NH3。此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)1.8 103 g18 gmol 1100 mol 2H2O4e2=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，以下说法中正确的选项是( ) 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C2H5OH 3H2O12e=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， 发生复原反应。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。练综合拓展精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页5 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，同时向一个电极通入空气。答复以下问题：(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)2CH3OH 3O2=2CO24H2O (2)3O2 12H12e=6H2O 2CH3OH 2H2O12e=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2CH3OH 3O2=2CO24H2O 。(2) 电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O ，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。以下图为电池示意图，该电池电极外表镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请答复：(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) 电极外表镀铂粉的原因为_ _ 。(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：.2 Li H2=2LiH .LiH H2O=LiOH H2反应中的复原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH 固体密度为0.82 g cm 3，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，假设能量转化率为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)2H24OH 4e=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) Li H2O 1/1 148 或 8.7110 432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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页6 (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2H2 4OH4e=4H2O。(3) 电极外表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，故反应中复原剂是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160 g0.82 g cm3，则生成的LiH 的体积与被吸收的H2的体积之比为1600.8222410311 148。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 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页