2019版高中化学 专题2 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

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1、1第第 2 2 课时课时 化学电源化学电源一、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(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

2、，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。放电充电2(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

3、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3(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( )

4、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=PbSO424D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

5、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)。4(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：

6、(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)4824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

7、为正极，正极反应为24PbO24HSO2e=PbSO42H2O。由于电池工作时，不断消耗 H2SO4且生成水，使24H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2e2496 gmol1 mol48 g。1 22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

8、。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：5(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”

9、)。(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=4H O24e4H=2H2O 2H2O2=2H2O 变大(2)2H24e4OH=4H2O O24e2H2O=4OH 2H2O2=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

10、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( )6A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

11、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

12、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7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

13、 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

14、 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8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

15、。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=Mn2O3H2O2NH3 4

16、F 极：Zn2e=Zn2总反应式：2MnO2Zn2NH=Mn2O3Zn22NH3H2O 4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9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( )

17、APb 为正极被氧化B电子从 PbO2流向外电路CSO向 PbO2处移动24D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(

18、 )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10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

19、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=MnO 2DLi 是负极，电极反应为

20、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)，MnL0M4L1M3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。 27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11D溶液中的 OH向 Al 极迁移考点 新型

21、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( )充电放电ACd BNiO(OH)CCd(OH)2 DNi(OH)2考

22、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( )23ACH4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

23、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23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( )12A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，

24、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

25、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 b13B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

26、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，

27、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=PbSO4 PbO24HSO2e=PbSO42H2O 减小242414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

28、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

29、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)B Al3e4OH=AlO2H2O 2(2)PbO2SO4H2e=PbSO42H2O 增加 0.1NA24(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 224PbSO4：PbO2SO4H2e=PbSO42H2O；同样 A 极也生成 PbSO4，故质量会增24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。