高中化学同步讲练：1.3.2 化学电源1（鲁科版选修4）.doc

精品资料www.ks5u.com第2课时化学电源目标要求1.了解常见化学电源的种类。2.掌握常见化学电源的工作原理。一、化学电源1根据原电池的反应原理，人们设计和生产了多种化学电源，包括一次电池、可充电电池和燃料电池等。可充电电池也称为二次电池。可充电电池放电时是一个原电池，充电时是一个电解池。锂电池是一种高能电池。2目前常见的一次锌锰干电池分为酸性和碱性两种。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它单位质量所输出的电能多，能提供较大电流并连续放电。碱性锌锰电池的负极是锌粉，正极是二氧化锰和石墨，电解质溶液是KOH溶液。其电极反应为：负极：Zn2OHZnOH2O2e，正极：MnO22H2O2eMn(OH)22OH，总反应为：ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。3铅蓄电池是常见的二次电池。它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是30%H2SO4溶液。放电时电极反应：负极：PbSOPbSO42e，正极：PbO24HSO2ePbSO42H2O，放电时总反应式：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。铅蓄电池充电时电极反应：阴极：PbSO42ePbSO，阳极：PbSO42H2OPbO24HSO2e，充电时总反应式：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个反应表示为：PbPbO22H2SO4放电充电2PbSO42H2O。4氢氧燃料电池正极通入O2，负极通入H2。其电极反应为负极：2H24OH4H2O4e，正极：O24e2H2O4OH，总反应：2H2O2=2H2O。燃料电池的能量转换效率远高于普通燃料的燃烧的能量转换效率。二、废旧电池的危害及处理1危害废弃电池中的重金属和酸碱等有害物质会造成土壤和水污染，会对生态环境和人体健康造成很大危害。2回收利用(1)回收重金属；(2)回收填充材料；(3)对无用物质集中进行无害处理。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=ZnOMn(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MnO22H2O2eMn(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PbSOPbSO42eD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。3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3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下说法不正确的是()A放电时负极反应式为Zn2OHZn(OH)22eB放电时正极反应式为FeO4H2O3eFe(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：Zn2OHZn(OH)22e；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FeO4H2O3eFe(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，导致阳极附近溶液的碱性减弱。知识点二燃料电池4.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：2H24OH4H2O4e正极：O22H2O4e4OH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。5将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即可构成CH4燃料电池。已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH410OHCO7H2O8e；通入O2的另一极，其电极反应式是：O22H2O4e4OH，该电池放电时，下列有关叙述中，不正确的是()A通入CH4的电极为负极B正极发生氧化反应C燃料电池工作时溶液中的阴离子向负极移动D该电池使用一段时间后应补充KOH答案B解析根据原电池的工作原理和题给电极反应式可知：CH4在负极上被氧化，O2在正极上被还原，在内电路阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。由于反应过程中消耗KOH生成K2CO3，故该燃料电池工作一段时间应补充KOH。6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H2O2H2O2eCa极对应的电极反应式为O22H2O4e4OHD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应式为H22H2e，正极电极反应式为O22eO2，则电池总反应式为2H2O22H2O。练基础落实1下列对碱性锌锰电池的叙述不正确的是()AZn是正极，MnO2是负极B电解质是KOH溶液CZn发生氧化反应，MnO2发生还原反应D它的能量和储存时间比普通锌锰电池高答案A解析Zn化合价升高，发生氧化反应，是负极，MnO2发生还原反应，是正极。2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。3据报道，锌电池可能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Zn2OHZnOH2O2eC正极发生氧化反应D电解液可以是强酸也可以是强碱答案B解析2ZnO2=2ZnO，Zn失电子，O2得电子，即Zn为原电池负极，O2在正极上反应，故B正确；若电解液为强酸，ZnO则不能存在，故D不正确。4一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OH(g)O2(g)H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)CO2(g)6H(aq)6eDO2(g)2H2O(l)4e4OH(aq)答案C解析电能来源于化学能，CH3OH与O2的反应即为该电池的总反应：2CH3OH(g)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)。酸性溶液中，正极上O2发生还原反应，即O2(g)4H(aq)4e2H2O(l)，电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式为CH3OH(g)H2O(l)CO2(g)6H(aq)6e。5下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极答案B解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质是把化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2，故作为负极，D项正确。练方法技巧6燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是()A负极反应式为：CH410OHCO7H2O8eB负极反应式为：O22H2O4e4OHC随着反应进行，电解质溶液碱性不变D该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同，反应式为：CH42O2=CO22H2O答案A解析本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。对于该燃料电池，负极CH4失电子被氧化，其中产物之一应是CO2，但在KOH溶液中，一定会变为CO。故电极反应为：CH410OHCO7H2O8e；正极O2得电子被还原，生成物应与电池中电解质溶液相关。电极反应为：O22H2O4e4OH；将两个电极反应式相加，即可得到总反应式为：CH42OH2O2=CO3H2O。可见随着反应的进行，电解质溶液中c(OH)不断减小。7一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如2Fe3Cu=2Fe2Cu2，可以写成：氧化反应：CuCu22e；还原反应：2Fe32e2Fe2。(1)根据以上信息将反应3NO2H2O=2H2NONO拆分为两个“半反应式”：氧化反应式为_；还原反应式为_。(2)已知某一反应的“半反应式”为CH410OHCO7H2O8e；O22H2O4e4OH，则总反应式为_。答案(1)2NO22H2O2NO4H2eNO22H2eNOH2O(2)CH42O22OH=CO3H2O解析(1)根据题目提供的信息，还原剂失去电子作负极，发生氧化反应；氧化剂得到电子作正极，发生还原反应。反应式为：氧化反应：2NO22H2O2NO4H2e；还原反应：NO22H2eNOH2O。(2)知道两个半反应，根据得失电子守恒，将两式相加，即可得总反应式。练综合拓展8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。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_。(2)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)3O212H12e6H2O2CH3OH2H2O2CO212H12e(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，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。9我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。则该电源负极材料为_，正极材料为_，正、负极反应分别为_，_。答案铝石墨3O26H2O12e12OH4Al4Al312e解析根据原电池构成的条件，活泼金属做负极(失去电子)，发生氧化反应；惰性材料做正极(得到电子)，发生还原反应。在题目中，发生的反应是4Al3O2=2Al2O3，所以铝被氧化而做负极，在正极上氧气得到电子被还原。类似于钢铁的电化学腐蚀。10铅蓄电池是典型的可充电型电池，它的正负极极板是惰性材料，电池总反应式为：PbPbO24H2SO放电充电2PbSO42H2O请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是_；电解液中H2SO4浓度将变_；电流方向从_极流向_极。当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成_、B电极上生成_，此时铅蓄电池的正负极的极性将_。答案(1)PbO22e4HSOPbSO42H2O小正负48(2)PbPbO2对换解析解答本题要注意以下两点：(1)原电池正极、电解池阴极发生还原反应，原电池负极、电解池阳极发生氧化反应。(2)铅蓄电池完全放电后，电极材料为PbSO4。原电池中正极上得电子、负极上失电子。根据电池总反应式，正极反应为：PbO22e4HSOPbSO42H2O。负极反应为：PbSOPbSO42e质量增加 2 mol 96 g 1 mol m求得m48 g电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子、与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应式为PbSO42H2OPbO24HSO2e；阴极反应式为PbSO42ePbSO。根据图示，电解一段时间后，原PbO2极(阴极)变成Pb，原Pb极(阳极)变成PbO2，即正负极对换。