高中化学 第四章 电化学基础 重难点四 常见化学电源的种类及其工作原理（含解析）新人教版选修4.doc

重难点四 常见化学电源的种类及其工作原理一、锌锰干电池(一次电池) 1普通干电池的反应原理：zn+2mno2+2nh4cl=mn2o3+zncl2+2nh3+h2o 负极(zn)：zn-2e-=zn2+正极(mno2和c)： 2mno2 +2nh4+2e-=mn2o3+2nh3+h2o 表示方法：(-)zn|nh4cl+zncl2|mno2，c(+) 2碱性锌锰电池的反应原理：zn+2mno2+2h2o=2mnooh+zn(oh)2 负极(zn)：zn+2oh-2e-=zn(oh)2 正极(mno2)：2mno2+2h2o+2e-=2mnooh+2oh-表示方法：(-)zn|koh|mno2(+) 3锌银电池(纽扣电池)的反应原理 zn+ag2o+h2o=zn(oh)2+2ag 负极(zn)：zn+2oh-2e-=zn(oh)2 正极(ag2o)：ag2o+h2o+2e-=2ag+2oh- 表示方法：(-)zn|koh|ag2o(+)优缺点： 碱性锌锰电池、锌银电池的比能量和储存时间等比普通锌锰电池性能有所提高但只能一次使用，不能充电；价格较贵锂电池是目前常用的一种升级换代产品，它的比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长 二、铅蓄电池(二次电池) 二次电池在放电时是原电池，遵循原电池工作原理；在充电时是电解池，遵循电解原理；给二次电池充电充电时，外加电源的负极连接电池的负极 电池总反应：pb+pbo2 +2h2so42pbso4+2h2o 放电反应：负极(pb)：pb-2e-+so42-=pbso4 正极(pbo2)：pbo2 +2e-+4h+so42-=pbso4+2h2o 充电反应：阴极(接电源负极发生还原反应)：pbso4+2e-=pb+so42-阳极(接电源正极发生氧化反应)：2pbso4+2h2o-2e-=pbo2+4h+so42-表示方法：(-)pb|h2so4|pbo2(+) 优缺点： 铅蓄电池可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉但比能量低、笨重、废弃电池污染环境等其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池等一系列新型蓄电池已逐渐占领二次电池的市场 三、燃料电池 燃料电池是以还原剂(氢气、烃类、甲醇等)为负极反应物，以氧化剂(氧气、空气)为正极反应物，将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电池 1氢氧燃料电池 电池的反应原理：2h2 +o2=2h2o 以酸性溶液为电解液构成的氢氧燃料电池：负极(pt)：2h2-4e-=4h+正极(pt)：o2+4h+4e-=2h2o 电池的表示方法：(-)pt|h2|h+|o2|pt(+) 以碱性溶液为电解液构成的氢氧燃料电池：负极(pt)：2h2-4e-+4oh-=4h2o正极(pt)：o2+2h2o+4e-=4oh-电池的表示方法：(-)pt|h2|oh-|o2|pt(+) 2以碱性(koh)溶液为电解质溶液构成的甲烷燃料电池 电池的反应原理：ch4+2o2+2koh=k2co3+3h2o 负极(pt)：ch4 +10oh-8e-=co32-+7h2o 正极(pt)：2o2+4h2o+4e-=8oh- 电池的表示方法：(-)pt|ch4|koh|o2|pt(+) 燃料电池：燃料做负极，助燃剂(如氧气)为正极电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用它特点是：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；优点是：能量转化率高、清洁、对环境好，有利于节约能源缺点：体积较大、附属设备较多【重难点点睛】书写电极反应式应注意以下几点：1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则(如“拆”、“平”)； 2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应； 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如+4价的c在酸性溶液中以co2形式存在，在碱性溶液中以co32-形式存在)； 4溶液中不存在o2-：在酸性溶液中它与h+结合成h2o、在碱性或中性溶液中它与水结合成oh-。【重难点指数】 【重难点考向一】 锌锰干电池的工作原理【例1】最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰电池总反应为：zn+2mno2+h2o=zno+2mno(oh)关于此电池，下列说法正确的是()a该电池zn为负极，zno为正极，mno2催化剂 b该电池的正极反应为：mno2+e-+h2o=mno(oh)+oh-c放电时外电路电子由zn流向mno2，内电路电子由mno2流向znd电池工作时oh-能通过薄层纸片向附着二氧化锰的电极移动【答案】b【重难点点睛】考查原电池原理，注意把握电极反应式的书写，为解答该题的关键，根据电池总反应为：zn+2mno2+h2o=zno+2mno(oh)可知，反应中zn被氧化，应为原电池的负极，电极反应式为zn-2e-+2oh-=zno+h2o，mno2被还原，应为原电池的正极，电极反应式为mno2+e-+h2o=mno(oh)+oh-，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，以此解答该题。【重难点考向二】 铅蓄电池的工作原理【例2】关于铅蓄电池的说法正确的是()a在放电时，正极发生的反应是pb(s)+so42-(aq)-2e-=pbso4(s)b在放电时，该电池的负极材料是铅板c在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小d在充电时，阳极发生的反应是pbso4(s)+2e-=pb(s)+so42-(aq)【答案】b【名师点睛】由铅蓄电池的总反应pbo2+2h2so4+pb2pbso4+2h2o可知，放电时，pb被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为pb-2e-+so42-=pbso4，逆反应过程应该是充电时的阴极反应，正极上pbo2得电子被还原，电极反应式为pbo2+so42-+2e-+4h+pbso4+2h2o，逆反应应该是充电时的阳极反应。【重难点考向三】 燃料电池的工作原理【例3】氢氧燃料电池已用于航天飞机以30%koh溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2h2+4oh-4e-=4h2o，o2+2h2o+4e-=4oh-据此作出判断，下列说法中错误的是()ah2在负极发生氧化反应b供电时的总反应为：2h2+o2=2h2oc产物为无污染的水，属于环境友好电池d燃料电池的能量转化率可达100%【答案】d【解析】a由电极反应式可知，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，故a正确；b电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，供电时的总反应为2h2+o22h2o，故b正确；c氢氧燃料电池产物是水，对环境物污染，且能量转化率高，故c正确；d氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不会达100%，故d错误；故选d。【名师点睛】考查原电池的组成以及工作原理，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，产物为水，对环境物污染。1如图为铅蓄电池的示意图下列说法正确的是()a放电时，n为负极，其电极反应式为：pbo2+so42-+4h+2e-=pbso4+2h2ob放电时，c(h2so4)不变，两极的质量增加c充电时，阳极反应式为：pbso4+2e-=pb+so42-d充电时，若n连电源正极，则该极生成pbo2【答案】d【名师点睛】考查原电池的工作原理，本题注意电极反应式的书写为解答该题的关键，铅蓄电池的总反应pbo2+2h2so4+pb2pbso4+2h2o可知，放电时，pb被氧化，应为电池负极反应；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，和放电时的正极反应互为逆过程；充电时，若n连电源正极，该极上硫酸铅发生失电子的氧化反应。2氢氧燃料电池已用于航天飞机以30%koh溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2h2+4oh-4e-=4h2o，o2+2h2o+4e-=4oh-据此作出判断，下列说法中错误的是()ah2在负极发生氧化反应b供电时的总反应为：2h2+o2=2h2oc产物为无污染的水，属于环境友好电池d燃料电池的能量转化率可达100%【答案】d【解析】a由电极反应式可知，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，故a正确；b电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，供电时的总反应为2h2+o22h2o，故b正确；c氢氧燃料电池产物是水，对环境物污染，且能量转化率高，故c正确；d氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不会达100%，故d错误；故选d。【名师点睛】氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，产物为水，对环境物污染。3近来，科学家研制了一种新型的乙醇电池(defc)，它用磺酸类质子作溶剂，在200左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全电池总反应式为：c2h5oh+3o22co2+3h2o下列说法不正确的是()ac2h5oh在电池的负极上参加反应b1mol乙醇被氧化转移6mol电子c在外电路中电子由负极沿导线流向正极d电池正极得电子的物质是o2【答案】b4日常所用锌-锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状nh4cl作电解质，电极反应为：zn-2e-=zn2+，2mno2+2nh4+2e-=mn2o3+2nh3+h2o下列有关锌-锰干电池的叙述中，正确的是()a干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极b干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器c干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒d干电池可实现化学能向电能和电能向化学能的相互转化【答案】b【解析】a失电子发生氧化反应的电极是负极，得电子发生还原反应的电极是正极，根据电池反应式知，zn是负极、石墨是正极，故a错误；bnh4cl是强酸弱碱盐水解呈酸性，能腐蚀锌，所以干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀电器，故b正确；c原电池放电时，电流从正极沿导线流向负极，锌是负极、二氧化锰是正极，所以电流方向是由石墨经外电路流向锌，故c错误；d干电池是一次电池，只能放电不能充电，所以只能实现化学能转化为电能，不能电能转化为化