专题1 第二单元 第2课时.docx

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1、第 1 页第第 2 课时课时 化学电源化学电源学习目标定位知识内容必考要求加试要求银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值。b课时要求1.知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。一 化学电池化学电池是将化学能转变成电能的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。种类特点(分类依据)实例一次电池放完电以后不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池充电、放电可循环进行铅蓄电池、镍氢电池燃料电池可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用氢氧燃料电池、CH4燃料电池化学

2、电池的分类及污染化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。1.下列说法中，不正确的是( )A.化学电池是将化学能转变成电能的装置B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C.化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护D.废旧电池可以随意丢弃答案 D第 2 页解析 本题考查的是有关化学电池的概念、分类及性能等方面的知识。废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，

3、所以废旧电池应回收利用。二 常见的化学电池1.一次电池(1)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据电池反应方程式ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag 判断：负极是 Zn，其依据是在总反应式中锌元素化合价升高，失去电子，锌为负极。正极反应式是 Ag2OH2O2e=2Ag2OH，反应类型是还原反应。(2)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其电池反应方程式为2MnO2Zn2H2O=2MnOOHZn(OH)2，负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质溶液是KOH 溶液。负极反应式：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。2.二次电池铅

4、蓄电池是常见的二次电池，其负极是 Pb，正极是 PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O=放电充电(1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式。负极：PbSO2e=PbSO4；24正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。24(2)铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是 PbSO4，其电极反应式是PbSO42H2O2e=PbO24HSO；发生还原反应的物质是 PbSO4，其电极反应24式是 PbSO42e=PbSO。24(3)放电过程中，硫酸的浓度变化是不断减小，溶液的 pH 变化是不断增大。3.燃料电池(1)

5、氢氧燃料电池用 Pt 作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池反应方程式是 2H2O2=2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应第 3 页介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH(2)燃料电池的燃料除氢气外，还有甲烷、甲醇、肼、氨等。若将用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是 CH3OH，其产物最终是 H2O、CO，负极反应式是232CH3OH12e16OH=2CO12H2O；正极

6、反应式是233O26H2O12e=12OH；电池反应式是 2CH3OH3O24OH=2CO6H2O。231.常见化学电池的比较(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。(2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。2.书写化学电池中电极反应式应注意的问题(1)正确判断出化学电池的负极和正极，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能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

7、被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。(4)书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。(5)溶液中不存在 O2，酸性溶液中它与 H结合生成 H2O，中性或碱性溶液中它与 H2O 结合生成 OH。2.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，电池反应方程式为 Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。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 2MnO2(s)H2

8、O(l)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第 4 页D.外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量减少 6.5 g答案 C解析 本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子移动方向与电流方向相反，C 项错误；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原理写出正极反应式知，B 项正确。3.用两根铂丝作电极插入 KOH 溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为 CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列说法错误的是

9、( )A.通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B.放电时，通入 O2一极附近溶液的 pH 升高C.放电一段时间后，KOH 的物质的量不发生变化D.通甲烷一极的电极反应式是 CH410OH8e=CO7H2O23答案 C解析 原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是正极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO7H2O23由此可见 A、B、D 正确，C 错误。1.微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种锌银电池，其电极分别是 Ag2O 和 Zn，电解质为 KOH，电极反应为 Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2O

10、H。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 极经外电路流向 Zn 极C.Zn 电极发生还原反应，Ag2O 电极发生氧化反应D.Zn 是负极，Ag2O 是正极答案 D解析 根据原电池原理：负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，可以判断该原电池中 Zn 为负极，Ag2O 为正极；根据电极反应可以得知负极区溶液的 pH 减小，故A、C 错误；电子是从负极沿导线流向正极，故 B 错误。2.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第 5 页为电极材料，以 LiOH 为电

11、解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )A.水既是氧化剂又是溶剂B.放电时正极上有氢气生成C.放电时 OH向正极移动D.总反应为 2Li2H2O=2LiOHH2答案 C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，由于 H来自于水的电离，所以 H放电的同时溶液中产生了 OH，即该反应的总反应为2Li2H2O=2LiOHH2，水既是氧化剂又是溶剂。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，C 选项错误。3.一种熔融碳酸盐燃料

12、电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )A.反应 CH4H2O3H2CO，每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子=催化剂B.电极 A 上 H2参与的电极反应为 H22OH2e=2H2OC.电池工作时，CO向电极 B 移动23D.电极 B 上发生的电极反应为 O22CO24e=2CO23答案 D解析 由图示可知，甲烷和水转换为 CO 和氢气燃料，反应为CH4H2O3H2CO，每有 1 mol 甲烷参与反应转移电子数为 6 mol，A 错误；由= = = = =催化剂图示可知电解质为熔融态的碳酸盐，溶质无 OH，A 电极反应为H22eCO=H2OCO2，B 错误；同理，电极

13、 B 上氧气得电子，与二氧化碳结合生成23碳酸根离子，电极反应为 O24e2CO2=2CO，D 正确；负极 A 消耗 CO，正极 B2323产生 CO，CO向负极 A 移动，C 错误。23234.科学家预言，燃料电池将是 21 世纪获得电能的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，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是 第 6 页(2)此电池正极发生的电极反应式是 负极发生的电极反应式是 (3)电解液中的 H向 极移动，向外电路释放电子的电极是 。(4)比起直接燃烧

14、燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是 。答案 (1)2CH3OH3O2=2CO24H2O (2)3O212H12e=6H2O 2CH3OH2H2O12e=2CO212H (3)正 负极 (4)对环境无污染解析 甲醇燃料电池实质就是利用 CH3OH 燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH 作负极，发生氧化反应，电极反应式为 2CH3OH2H2O12e=2CO212H；氧气在正极的电极反应式为 3O212H12e=6H2O，两反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子传到正极上，故 H向正极移动。甲醇反应产物为 CO2和 H2O，对环境无污染。

15、40 分钟课时作业基础过关题组 1 化学电池及处理1.下列说法正确的是( )A.碱性锌锰电池是二次电池B.铅蓄电池是一次电池C.二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部答案 C解析 碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。2.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极答案 B解析 汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。第 7 页题组 2 一次电

16、池3.锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为 Zn(s)2MnO22NH=Zn2Mn2O3(s) 42NH3H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是( )A.Zn B.碳C.MnO2和 NH D.Zn2和 NH3 4答案 C解析 根据方程式可知：Zn 为负极，碳棒为正极，负极：Zn2e=Zn2，正极：2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O，所以正极上参与反应的物质是 MnO2和 4NH。 44.某原电池装置如图所示，电池总反应为 2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是( )A.正极反应为 AgCle=AgClB.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用 Na

17、Cl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D.当电路中转移 0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子答案 D解析 根据电池总反应可以看出 Cl2得电子，Ag 失电子，所以在原电池中 Cl2在正极上发生还原反应，Ag 在负极上发生氧化反应。正极反应为 Cl22e=2Cl，A 项错误；因为电解质溶液为盐酸，所以负极上 Ag 失电子生成的 Ag随即与附近的 Cl反应，B 项错误；用氯化钠代替盐酸后，电极反应不发生改变，C 项错误；当电路中转移 0.01 mol e时，负极生成0.01 mol Ag，由于 AgCl=AgCl，所以消耗 0.01 mol Cl，由于电荷守恒，

18、同时有0.01 mol H通过阳离子交换膜转移至右侧溶液中，D 项正确。题组 3 可充电电池5.目前人们正研究开发一种高能电池钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以 Na导电的 Al2O3陶瓷作固体电解质，反应为 2NaxSNa2Sx。下列说法=放电充电正确的是( )A.放电时，钠作正极，硫作负极B.放电时，Na向负极移动C.充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连D.放电时，负极发生的反应是 2Na2e=2Na第 8 页答案 D解析 放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，故钠作负极，硫作正极，A 错误；放电时，阳离子向正极移动，B 错误；充电时，钠极(负极)与外

19、电源的负极相连，硫极(正极)与外电源的正极相连，C 错误；放电时，负极发生氧化反应，D 正确。6.镍(Ni)镉(Cd)可充电电池，放电时，电极材料是 Cd 和 NiO(OH)，电解质是 KOH，电极反应分别是 Cd2OH2e=Cd(OH)2,2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH。下列说法不正确的是( )A.电池放电时，负极周围溶液的 pH 不断减小B.电池放电时，总反应是 Cd2NiO(OH)2H2O=Cd(OH)22Ni(OH)2C.电池充电时，镉(Cd)元素被氧化D.电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接答案 C解析 C 项，充电时，Cd(OH)22e=Cd2OH，所以镉

20、元素应被还原。题组 4 燃料电池7.LED 系列产品是被看好的一类节能新产品，下图是一种氢氧燃料电池驱动 LED 发光的装置。下列有关叙述正确的是( )A.a 处通入氢气，发生了还原反应：H22e2OH=2H2OB.b 处通入氧气，为电池的正极C.该装置中只涉及两种形式的能量转化，电池中的 KOH 溶液也可用稀硫酸溶液代替D.P型半导体连接的是电池负极答案 B解析 A 项，由电子流向可知 a 为负极，b 为正极，a 处通入氢气，发生了氧化反应：H22e2OH=2H2O，错误；B 项，b 为正极发生的电极反应为O22H2O4e=4OH，b 处通入的是氧气，正确；C 项，该装置的能量转换有化学能、

21、电能和光能，错误；D 项，P型半导体连接的是电池正极，错误。8.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )A.正极反应中有 CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区第 9 页D.电池总反应为 C6H12O66O2=6CO26H2O答案 A解析 C6H12O6中 C 的平均化合价为 0 价，二氧化碳中 C 的化合价为4 价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，故 CO2在负极生成，A 项错误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，B 项正确；质子交

22、换膜只允许质子(即 H)通过，原电池中阳离子向正极移动，C 项正确；电池的总反应实质是 C6H12O6的氧化反应，D 项正确。能力提升9.LiSOCl2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

23、的条件下进行，原因是答案 (1)Li Lie=Li (2)2SOCl24e=4ClSSO2 (3)出现白雾，有刺激性气味气体生成 SOCl2H2O=SO22HCl(4)因为构成电池的主要成分中，Li 能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应解析 (1)分析反应的化合价变化，可得 Li 为还原剂(作负极)，失电子：Lie=Li。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物为 Cl、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是 Na2SO3和 NaCl。则没有碱液吸收时的产物应为SO2和 HCl，进而推出现象。10.锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的

24、一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移入 MnO2晶格中，生成 LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由 (填字母，下同)极流向 极。第 10 页(2)电池正极反应式为 。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？ (填“是”或“否”)，原因是 。(4)MnO2可与 KOH 和 KClO3在高温下反应，生成 K2MnO4，反应的化学方程式为 答案 (1)b a (2)MnO2Lie=LiMnO2(3)否 电极 Li 是活泼金属，能与水反应(4)3MnO2KClO36KOH3K2MnO4 KCl3H2O =高温解析 (1)L

25、i 为负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从b 极流向 a 极。(2)MnO2为正极，被还原，电极反应式为 MnO2Lie=LiMnO2。(3)因负极材料为 Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)MnO2可与 KOH 和 KClO3在高温下反应，生成 K2MnO4，反应的方程式为3MnO2KClO36KOH3K2MnO4KCl3H2O。= = = = =高温11.微型钮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，电极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag

26、2OH。根据上述反应式，回答下列问题：(1)判断下列叙述中正确的是 (填字母)。A.在使用过程中，电解质 KOH 被不断消耗B.使用过程中，电子由 Ag2O 极经外电路流向 Zn 极C.Zn 是负极，Ag2O 是正极D.Zn 电极发生还原反应，Ag2O 电极发生氧化反应(2)写出电池的总反应式： 。(3)使用时，负极区的 pH (填“增大” “减小”或“不变” ，下同)，正极区的 pH ，电解质溶液的 pH 。答案 (1)C (2)ZnAg2O=ZnO2Ag (3)减小 增大 不变解析 (1)由两电极反应相加得电池总反应式：ZnAg2O=ZnO2Ag，由总反应式知，在使用过程中 KOH 不被消

27、耗，A 错；由电极反应式，可知 Zn 是负极，发生氧化反应，Ag2O 是正极，发生还原反应，电子由 Zn 极流向 Ag2O 极，C 对，B、D 均错。(3)电解质溶液为 KOH 溶第 11 页液，使用时，负极区消耗 OH，pH 减小，正极区产生 OH，pH 增大，消耗和产生的量相等，H2O 的量不变，电解质溶液的 pH 不变。12.燃料电池是利用燃料(如 H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与 O2反应从而将化学能转化为电能的装置。(1)甲烷燃料电池(NaOH 作电解质溶液)的负极反应式为 ，正极电极反应式为 ，放电过程中溶液的 pH (填“增大” “减小”或“不变”)。(2)瑞典 AS

28、ES 公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池示意图如图，有关说法正确的是 (填字母)。a.电池工作时，Na向负极移动b.电子由电极 2 经外电路流向电极 1c.电池总反应为 4NH33O2=2N26H2Od.电极 2 发生的电极反应为 O24H4e=2H2O(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示：A 为生物燃料电池的 (填“正”或“负”)极。正极反应式为 ；负极反应式为 。放电过程中，H由 (填“正”或“负” ，下同)极区向 极区迁移。在电池反应中，每消耗 1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下 CO2气体 L。该电池 (填“能”或“不能”)在高温下工作。(4)CO 为无

29、色无味有毒气体，世界各国每年均有不少人因 CO 中毒而失去生命。一种 CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇氧化钠，其中 O2可以在固体介质 NASICON 中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中 CO 的含量越高，请回答下列问题：a 极电极反应式为 。工作时，O2由电极 (填“a”或“b” ，下同)向电极 移动，电子由电极 通过传感器流向电极 。答案 (1)CH410OH8e=CO7H2O O22H2O4e=4OH 减小 (2)c 23(3)正 O24H4e=2H2O C6H12O66H2O24e=6CO224H 负 正 第 12 页22.4 不能 (4)COO22e=CO

30、2 b a a b解析 (1)负极为 CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为 CO，故负极电极反应式为23CH410OH8e=CO7H2O；正极 O2得电子在碱性条件下生成 OH，电极反应式23为 O22H2O4e=4OH，电池总反应式为 CH42O22OH=CO3H2O。随着放23电反应的进行，OH不断消耗，pH 减小。(2)先分析进出电极物质的化合价判断电池正、负极，NH3N2，N 元素化合价升高，故电极1 为原电池负极，电极 2 为原电池正极；电池工作时，Na向正极移动，电子由电极 1 经外电路流向电极 2，电极 2 电极反应式为 O22H2O4e=4OH；电极 1 电极反应式为2NH3

31、6OH6e=N26H2O。(3)O2H2O 发生还原反应，故 A 为燃料电池的正极，B 为燃料电池的负极。由于电解质中含有 H，故正极电极反应为 O24H4e=2H2O，负极电极反应为C6H12O66H2O24e=6CO224H。放电过程中，H由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为 C6H12O66O2=6CO26H2O，即 1 mol O21 mol CO2，每消耗 1 mol O2，理论上生成标准状况下 CO2气体 22.4 L。高温下由于微生物蛋白质发生变性，故该电池不能在高温下工作。(4)根据元素价态变化可知，a 电极为负极，电极反应式为 COO22e=CO2，b 电极为正极，电极反应式为 O24e=O2，总反应为 2COO2=2CO2。工作时电子由电极 a 通过传感器流向电极 b，O2由电极 b 向电极 a 移动。