4-4-2化学电源.doc

第二节 化学电源重难点一 常见的一次电池1干电池普通锌锰电池干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末(黑色)用于吸收在正极上生成的氢气(以防止产生极化现象)；B：用饱和氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。电极反应式为：负极(锌筒)：Zn2e=Zn2正极(石墨)：2NH2e=2NH3H2H22MnO2=Mn2O3H2O总反应式为Zn2NH2MnO2=Zn22NH3Mn2O3H2O。2碱性锌锰电池碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池的升级换代产品之一。3锌银纽扣电池一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣(俗称纽扣电池)。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极壳一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电池连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。4锂电池锂电池是负极为Li的电池(正极可以是MnO2、CuO、FeS2等)，锂电池是一种微型电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。电极反应式如下：负极：8Li8e=8Li；正极：3SOCl28e=SO2S6Cl；电池总反应式为：8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S。锂电池是一种高能电池，它具有比能量高、电压高、工作温度宽和可储存时间长等优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，以及作为火箭、导弹等的动力电源。重难点二 常见的二次电池1普通铅蓄电池铅蓄电池可以放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳(防止酸液的泄漏)；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正、负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开(以防止电极之间发生短路)；两极均浸入到稀硫酸溶液中。2碱性蓄电池这类电池的寿命一般比铅蓄电池长很多，且携带很方便。NiCd电池：Cd2NiO(OH)2H2O放电充电2Ni(OH)2Cd(OH)2。NiFe电池：Fe2NiO(OH)2H2O放电充电2Ni(OH)2Fe(OH)2。重难点三 燃料电池1燃料电池与一般化学电池的区别(1)一般化学电池的活性物质储存在电池内部，从而限制了电池的容量。(2)燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，电池可以连续不断地提供电能。2氢氧燃料电池这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液一般为40% KOH溶液。电极反应式如下：负极：2H24e=4H，正极：O24H4e=2H2O，总反应式：2H2O2=2H2O。除了氢氧燃料电池外，甲烷、煤气等燃料，空气、氯气等氧化剂也可以作为燃料电池的原料。电解质可以呈酸性，也可以呈碱性。3燃料电池的优点 (1)能量转化率高。燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程(能量转换率仅30%多)。(2)污染小。如氢氧燃料电池产物为水，不污染环境。燃料电池发电站排放废弃物少，运行时噪音低，被称为“绿色”发电站。重难点四 书写化学电源的电极反应式应遵循的原则原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的用离子符号表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。重难点五 常见电极反应式的书写类型1根据装置书写电极反应式首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。2给出总反应式，写电极反应式各类电极反应式的一般书写步骤为：列出物质，标电子的得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。两式加，验总式。如以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤：负极反应式的书写：(1)根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2，转移电子数为4e：2H24e=4H。(2)根据电解质溶液的酸碱性，用H或OH或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2H24OH4e=4H2O。注意电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不宜出现H。(3)利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H24e4OH=4H2O。同理，正极反应式的书写如下：O24e=2O2。O22H2O4e=4OH，注意：在碱性溶液中提供H使O2变为OH的是水，要写成化学式的形式。将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。3可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。4给出电极反应式书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H和OH、Pb2和SO，要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。例1高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn2K2FeO48H2O放电充电3Zn(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解析该电池放电时负极发生氧化反应：Zn2e2OH=Zn(OH)2，正极发生还原反应：FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH，电极附近溶液碱性增强，D正确，C不正确；充电时阳极发生氧化反应：Fe(OH)33e5OH=FeO4H2O，B正确。1电池中正、负极的判断，抓住还原剂失去电子，化合价一定升高，发生负极反应；氧化剂得到电子，化合价一定降低，发生正极反应。2电池中转移电子数目一般只看氧化或还原一方即可，放电两极溶液酸碱性的变化关键看该极是否消耗了H(OH)或生成了H(OH)。例2电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：PbPbO24H2SO放电充电2PbSO42H2O则下列说法正确的是()A放电时：负极板上发生了还原反应B放电时：正极反应是Pb2eSO=PbSO4C充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连D充电时：阳极反应是PbSO42e2H2O=PbO2SO4H解析铅蓄电池在放电时，负极为Pb，失去电子发生氧化反应，正极为PbO2，得到电子发生还原反应，故A、B错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充电器电源的正极，故C错误，D正确。故正确答案为D。1铅蓄电池放电时是原电池，充电时是电解池，二者的能量转化相反，但不是可逆反应。2书写电极反应式时必须识别是“充电”还是“放电”。铅蓄电池中正极负极的产物均为PbSO4，因此充电时发生反应的均是PbSO4，只是阳极氧化为PbO2，阴极还原为Pb。 例3(1)今有2H2O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是_，正极通的应是_，电极反应式为_、_。 (2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为_、_。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_。(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：_、_。答案(1)H2O2负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O(1)变小，(2)变大(3)负极：CH410OH8e=CO7H2O正极：2O24H2O8e=8OH解析根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H参加或生成，故负极反应为：2H24OH4e=4H2O，正极反应为：O22H2O4e=4OH。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH参加或生成，故负极：2H24e=4H，正极：O24H4e=2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH42O2=CO22H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。电解质溶液不同时，则正、负极反应式也不相同。但总反应式不变，当酸作电解质时，负极生成H，正极消耗H，而碱作电解质时，负极消耗OH，正极生成OH；解题时须注意不要混淆。练习一、选择题（每小题只有一个正确答案）1据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn + O22ZnO。原料为锌粒、电解液和空气。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ZnZn2+2eC正极发生氧化反应 D电解液肯定不是强酸2锰锌干电池在放电时总反应方程式可以表示为：Zn（s）+ 2MnO2 + 2NH4 Zn2+ + Mn2O3（s）+2NH3 + H2O在此电池放电时正极（碳棒）上发生反应的物质是（ ）AZn B碳 CMnO2和NH4+ DZn和NH33碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。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)+2Mn2OOH (s)。下列说法错误的是（ ）A电池负极的电极反应式为Zn+2 OHZn(OH)2 +2eB电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极C电池工作时，锌失去电子D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g4微型锂碘电池可用做植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I。下列有关说法正确的是（ ）A正极反应：2Li2Li +2e B负极反应：I22e2IC总反应是：2LiI22LiI D金属锂作正极5在铅蓄电池充、放电的过程中，发生还原反应的电极是（ ）A充电时的阴极和放电时的正极 B充电时的阳极和放电时的正极C充电时的阳极和放电时的负极 D充电时的阴极和放电时的负极6铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，下列结论正确的是（ ）APb为正极被氧化 B电解质溶液的pH不断减小C只向PbO2处移动 D电解质溶液pH不断增大7锌、溴蓄电池的充、放电的电池总反应为Zn22Br ZnBr2。下列各反应ZnZn2+2e Br22e2Br 2BrBr2 +2eZn22eZn，其中充电时的阳极和放电时负极的反应分别是（ ）A B C D 8某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+ +LiMn2O4 = Li2Mn2O4。下列说法正确的是（ ）A放电时，LiMn2O4发生氧化反应B放电时，正极的反应式为：Li+ LiMn2O4+e- Li2Mn2O4C充电时，LiMn2O4发生氧化反应D充电时，阳极的反应为：Li+e- Li9阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2O22H2O ，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，则下列叙述中正确的是（ ） A此电池能发生蓝色火焰 BH2为正极，O2为负极C工作时，电解质溶液的pH不断减小D电极反应分别为负极：2H24 OH4 H2O+4e；正极：O22 H2O4e4 OH10科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为（ ）AH22OH 2H2O2e BO24H4e 2H2OCH22H2e DO22H2O4e 4OH11一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(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBAH2O2BO2(g)+4H+(aq)+4e4e2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)CO2(g)+6H+(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e4e4OH12宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型化学电池，其构造如图所示，A、B是多孔性炭制成的两个电极，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。（1）若电解质溶液为KOH溶液，则正极是 ，正极发生的反应为 ；负极是 ，负极发生的反应为 ；一段时间后，溶液的pH （填“变大”“变小”或“不变”）。（2）若电解质溶液为H2SO4溶液，则正极发生的反应为 ；负极发生的反应为 ；一段时间后，溶液的pH （填“变大”“变小”或“不变”）。（3）若把H2改为CH4，KOH溶液为电解液，则正极发生的反为 ；负极发生的反应为 。13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目的。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）这种电极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式是 ；负极发生的电极反应式是 。（3）电解液中的离子向 极移动；向外电路释放电子的电极是 。（4）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是 。14北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。 （1）丙烷脱氢可得丙烯。已知：C3H8(g)CH4(g)+HCCH(g)+H2(g) H 1=156.6 kJmol-1 CH3CH=CH2(g)CH4(g)+H