2018_2019版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修.docx

第二节化学电源学习目标定位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、化学电池及其分类1.化学电池的分类(1)化学电池按其使用性质常分为如下三类：一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质再生。燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。(2)化学电池按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。2.判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是Wkg1或WL1。(3)电池可储存时间的长短。3.化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有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。例1下列说法中错误的是()A.干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池B.二次电池能连续不断地使用是因为含有的活性物质可以再生C.氢气、甲醇、烃、肼、氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料D.具有高“比能量”和高“比功率”的电池称为高能电池 答案B解析二次电池放电后需要再充电，只能重复使用，而不能连续不断地使用。 考点初步认识化学电池题点化学电池及其类别例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.防止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。考点初步认识化学电池题点废旧化学电池的回收利用二、常见的化学电池1.一次电池(1)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2 。负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液；负极反应式是Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式是2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。(2)锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。负极反应式是Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式是Ag2OH2O2e=2Ag2OH。2.二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。(2)放电反应原理负极反应式是Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正极反应式是PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。(3)充电反应原理阴极(发生还原反应)反应式是PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)；充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。3.燃料电池氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。(1)氢氧燃料电池的总反应式是2H2O2=2H2O。(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH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。例3(2017腾冲县期末)锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是()A.放电时Li由B极向A极移动B.电池放电反应为4LiO22H2O=4LiOHC.B电极反应式为O24H4e=2H2OD.电解液a可以为氯化锂溶液答案B解析在锂空气电池中，A(金属锂)为负极，其反应式是4Li4OH4e=4LiOH；B为正极，其反应式是O24e2H2O=4OH；总反应式是4LiO22H2O=4LiOH。原电池工作过程中，溶液中的Li(阳离子)移向B极(正极)；金属锂能与水反应，电解质中不能含有水。考点一次电池和二次电池题点一次电池方法点拨根据原电池装置书写电极反应式(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。(2)若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入负极反应式。(3)正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。例4(2017毕节市模拟)镍镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达1015年。镍镉电池的总反应为Cd2NiOOH2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2。下列说法不正确的是()A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd2OH2e=Cd(OH)2B.充电时，阳极反应为Ni(OH)2(s)eOH(aq)=NiOOH(s)H2O(l)C.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小D.该电池充电时将电能转化为化学能答案C解析由电池总反应可知：放电时负极反应式为Cd2OH2e=Cd(OH)2，负极区OH浓度减小，pH减小；放电时正极反应式为NiOOH(s)H2Oe=Ni(OH)2(s)OH，正极区OH浓度增大，pH增大；充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni(OH)2(s)eOH(aq)=NiOOH(s)H2O(l)；二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。考点一次电池和二次电池题点二次电池方法点拨由二次电池的总反应式书写电极反应式(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。例5写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。答案(1)CH42O2=CO22H2O2O28H8e=4H2OCH48e2H2O=CO28H(2)CH42O22OH=CO3H2O2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(3)2CH3OH3O24OH=2CO6H2O3O26H2O12e=12OH ；2CH3OH16OH12e=2CO12H2O考点燃料电池题点有机物燃料电池方法点拨(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O24e=2O2，产生的O2存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H；酸性溶液电极反应式不能出现OH。1.下列说法错误的是()A.氧化还原反应所释放的化学能，是化学电池的能量来源B.化学电池中的负极材料不一定参加电极反应C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应D.丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的极大浪费答案C解析二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。考点初步认识化学电池题点化学电池及其类别2.下列电池工作时，氧气在正极放电的是()答案B解析燃料电池中在正极放电的物质都是氧气。考点化学电池的综合题点化学电池及其类别3.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。下列说法不正确的是()A.锌为电池的负极B.正极反应式为2FeO10H6e=Fe2O35H2OC.该电池放电过程中电解质溶液浓度增大D.电池工作时OH向负极迁移答案B解析以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中，锌为负极，发生反应：3Zn6e6OH=3Zn(OH)2；K2FeO4为正极，发生反应：2FeO8H2O6e=2Fe(OH)310OH；放电过程中有OH生成，则电解质溶液的浓度增大，OH向负极迁移。考点一次电池和二次电池题点一次电池4.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMgMo3S4MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是()A.Mg2向正极迁移B.正极反应式为Mo3S42xe=Mo3SC.Mo3S4发生氧化反应D.负极反应式为xMg2xe=xMg2答案C解析镁在反应中失电子，则Mo3S4在反应中得电子，故放电时Mo3S4发生还原反应。考点一次电池和二次电池题点二次电池5.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，H2SO4溶液作电解质溶液，正极反应为O24H4e=2H2O，负极反应为2H24e=4H。下列叙述不正确的是()A.H2在负极发生氧化反应B.燃料电池的能量转化率可达100%C.是一种高效、环境友好的发电装置D.供电时的总反应为2H2O2=2H2O答案B解析氢氧燃料电池中H2在负极发生氧化反应，A项正确；燃料电池中能量转化率较高，但达不到100%，B项错误；燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置，C项正确；结合正极和负极反应式可写出供电时总反应为2H2O2=2H2O，D项正确。考点燃料电池题点氢氧燃料电池(酸性电解质)6.原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO2CO4e=4CO2。正极反应式是_；总电池反应式是_。答案(1)aCH410OH8e=CO7H2O减小(2) O22CO24e=2CO2COO2=2CO2解析(1)甲烷在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)正极发生还原发应，故正极电极反应式为O22CO24e=2CO，根据正极反应式负极反应式总电池反应，可推知总电池反应式应为2COO2=2CO2。考点燃料电池题点燃料电池的综合对点训练题组一一次电池1.电子表和电子计算器的电源通常用微型银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2OH2OZn=Zn(OH)22Ag。下列说法正确的是()A.Ag2O是正极，Zn是负极B.Zn是正极，Ag2O是负极C.工作时，电池负极区溶液pH增大D.工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极答案A解析根据总反应式可知，金属锌失去电子发生氧化反应，作该电池的负极，氧化银得到电子发生还原反应，作该电池的正极，A项正确，B项错误；负极区锌离子与氢氧根离子结合，溶液中氢氧根离子浓度减小，则其pH减小，C项错误；该电池工作时，电子由锌极经外电路流向氧化银极，D项错误。考点一次电池和二次电池题点一次电池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，电池总反应式为Zn(s)2MnO2(s)2H2O(l)=Zn(OH)2(s)2MnOOH(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)2H2O(l)2e=2MnOOH(s)2OH(aq)C.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，锌的质量减少6.5 g答案C解析由电池总反应式可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极。外电路中每通过0.2 mol电子，参加反应的锌理论上为0.1 mol，即质量减少6.5 g。考点一次电池和二次电池题点一次电池3.锂锰电池具有高倍率放电性能且电压稳定，是常用的贮存性能优良的一次电池。其工作原理如图所示，Li通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2，以下说法错误的是()A.a极为电池的负极B.可以用水代替有机溶剂C.外电路中电子由a极流向b极D.b极的电极反应式为MnO2eLi=LiMnO2答案B解析根据图示装置可确定Li电极为负极，A项正确；若用水代替有机溶剂，水能与金属Li直接发生化学反应，B项错误；原电池中电子从负极a流出经导线流回正极b，C项正确；MnO2在正极发生还原反应生成LiMnO2，其电极反应式为MnO2eLi=LiMnO2，D项正确。考点一次电池和二次电池题点一次电池题组二二次电池4.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。下列结论正确的是()A.Pb为正极被氧化B.溶液的pH不断减小C.SO只向PbO2处移动D.电解质溶液的密度不断减小答案D解析由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；内电路中带负电荷的阴离子(SO和OH)移向负极；硫酸不断被消耗， pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。考点一次电池和二次电池题点二次电池5.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A.电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多答案D解析A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为Lie=Li，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16LixS8(2x8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。考点一次电池和二次电池题点二次电池6.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可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，下列叙述不正确的是()A.放电时负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B.充电时阳极反应为Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC.放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强答案C解析根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。充电时，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成OH，碱性增强。考点一次电池和二次电池题点二次电池题组三燃料电池7.如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是()A.a电极是负极B.b电极的电极反应为4OH4e=2H2OO2C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置答案B解析从图中可看出a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2O2=2H2O，故a电极处H2失e被氧化，a为负极；相对应的b极为正极，b极的电极反应是2H2OO24e=4OH，故选项中只有B项不正确。考点燃料电池题点氢氧燃料电池(中性电解质)8.将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是()通入CO的电极为正极；正极的电极反应式是O22H2O4e=4OH；通入CO的电极反应式是2COO24e=2CO2；负极的电极反应式是CO4OH2e=CO2H2O；放电时溶液中的阳离子向负极移动；放电时溶液中的阴离子向负极移动A. B.C. D.答案B解析据题意知，发生的反应为2COO2=2CO2，反应产生的CO2处于KOH溶液中，又会转化为CO，正确，错误。O2得e被还原，在正极反应，错误，正确。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，错误，正确。考点燃料电池题点无机物燃料电池(碱性电解质)9.下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法不正确的是()A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B.正极反应式为O22H2O4e=4OHC.负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HD.该电池提供1 mol e，消耗氧气0.25 mol答案B解析负极反应式为2CH3OH12e2H2O=2CO212H，正极反应式为3O212e12H=6H2O；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供 1 mol 电子时，消耗O2为1 mol0.25 mol。考点燃料电池题点有机物燃料电池(隔膜、酸性电解质)10.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。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B.电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC.电池工作时，CO23向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO23答案D解析A项，由化合价变化可知，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，电极反应式为H2CO2CO234e=H2O3CO2；C项，电池工作时，CO向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为O22CO24e=2CO。考点燃料电池题点有机物燃料电池(熔融电解质)题组四新型电池11.研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池的海水中放电时的有关说法正确的是()A.正极反应式：AgCle=AgClB.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子C.Na不断向“水”电池的负极移动D.AgCl是还原产物答案B解析根据总反应中化合价的升降和正极、负极的反应原理，正极反应为5MnO22e=Mn5O，负极反应为2Ag2Cl2e=2AgCl，A项错误，B项正确；C项，阳离子向正极移动，错误；D项，AgCl是氧化产物，错误。考点化学电池的综合题点新型电池原理分析12.以氨气代替氢气来研发氨燃料电池是当前科研的一个热点，氨燃料电池使用的电解质溶液是KOH溶液，电池反应为4NH33O22N26H2O。下列有关说法错误的是()A.氨燃料电池在充电时，在阴极N2得电子被氧化B.氨燃料电池在放电时，负极反应为2NH36e6OH=N26H2OC.以氨气代替氢气的主要原因是氨气易液化、易储存D.燃料电池的能量转化率一般比普通的电池高答案A解析充电时N2在阴极得电子被还原，A错误；氨燃料电池在放电时，负极反应为4NH312e12OH=2N212H2O，正极反应为3O212e6H2O=12OH，B正确；燃料电池的能量转化率超过80%，比普通的电池高，D正确。考点化学电池的综合题点新型电池原理分析13.最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()A.氧化银电极上的反应为Ag2O2e=2AgO2B.石墨电极上的反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC.每转移4 mol电子，氧化银电极产生22.4 L CO2气体(标准状况)D.每30 g C6H12O6参与反应，有4 mol H经质子交换膜进入正极区答案D解析C6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O2H2e=2AgH2O，故A错误；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应：C6H12O66H2O24e=6CO224H，故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4 mol电子，石墨电极产生22.4 L CO2(标准状况)，故C错误；30 g C6H12O6的物质的量为 mol，根据负极的电极反应式可知，有4 mol H经质子交换膜进入正极区，故D正确。考点化学电池的综合题点新型电池原理分析综合强化14.“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_能转化为_能，除供