【步步高 学案导学设计】高中化学 第四章 第二节 化学电源 化学电源课时作业 新人教版选修4.DOCVIP

第二节化学电源目标要求1.了解依据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。一、化学电池化学电池是利用原电池原理，将化学能转化为电能的装置。二、常用电池1一次电池碱性锌锰电池锌银电池电池结构负极：zn正极：mno2电解质溶液：koh溶液负极：zn正极：ag2o电解质溶液：koh溶液电极反应正极2mno22e2h2o=2mnooh2ohag2o2eh2o=2ag2oh负极zn2e2oh=zn(oh)2zn2oh2e=zn(oh)2总反应式zn2mno22h2o=2mnoohzn(oh)2znag2oh2o=zn(oh)22ag2.二次电池铅蓄电池氢氧燃料电池电池结构负极：pb正极：pbo2电解质溶液：h2so4溶液负极：h2正极：o2电解质：酸性电解质电极反应正极pbo2(s)so(aq)4h(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)o24h4e=2h2o负极pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)2h24e=4h总反应式pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)2h2o2=2h2o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mno22h2o2e=mn(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zn2e2oh=zn(oh)2b放电时正极反应式为feo4h2o3e=fe(oh)35ohc放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol k2feo4被氧化d充电时阳极附近的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：zn2e2oh=zn(oh)2；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feo4h2o3e=fe(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，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。3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pb2eso=pbso4d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。知识点二燃料电池4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h22eo2=h2oca极对应的电极反应式为o22h2o4e=4ohd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h22e=2h，正极电极反应式为o22e=o2，则电池总反应式为2h2o22h2o。5有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了y2o3的zro2晶体，它在高温下能传导o2。以下判断错误的是()a电池正极发生的反应：o24e=2o2b电池负极发生的反应：ch44o28e=co22h2oc固体电解质里的o2的移动方向：由正极流向负极d向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)答案d解析因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是o24e=2o2，负极反应式是ch44o28e=co22h2o。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生o2，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的o2供应，故电池内o2的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以d错误。练基础落实1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。2微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是ag2o和zn，电解质溶液为koh溶液，电极反应式为zn2oh2e=znoh2oag2oh2o2e=2ag2oh总反应式为ag2ozn=zno2ag根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是()a在使用过程中，电池负极区溶液的ph增大b在使用过程中，电子由ag2o经外电路流向zn极czn是负极，ag2o是正极dzn极发生还原反应，ag2o极发生氧化反应答案c解析(1)根据电极反应式可知zn失电子被氧化而溶解，ag2o得电子被还原，故zn是负极，ag2o是正极，所以c正确；(2)负极(即zn极)在反应时消耗oh，则负极区溶液的ph应减小，故a错误；(3)发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从zn极经外电路到ag2o极，故b错误；(4)在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故d错误。3有人设计出利用ch4和o2的反应，用铂电极在koh溶液中构成原电池。电池的总反应类似于ch4在o2中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗1 mol ch4可以向外电路提供8 mol e负极上ch4失去电子，电极反应式为ch410oh8e=co7h2o负极上是o2获得电子，电极反应式为o22h2o4e=4oh电池放电后，溶液的ph不断升高a b c d答案a解析ch4在铂电极上发生类似于ch4在o2中燃烧的反应，即ch4co2，严格地讲生成的co2还与koh反应生成k2co3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为ch48e10oh=co7h2o,1 mol ch4参加反应有8 mol e发生转移，o2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为o22h2o4e=4oh。虽然正极产生oh，负极消耗oh，但从总反应式ch42o22koh=k2co33h2o可看出是消耗了koh，所以电池放电时溶液的ph值不断下降，故正确，错误。练方法技巧4锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为zn2mno22nh=zn2mn2o32nh3h2o，此电池放电时，在正极(碳棒)上发生反应的物质是() azn b碳 cmno2和nh dzn2和nh3答案c解析根据原电池原理，锌为负极，碳棒为正极，锌应参加负极反应，而mno2在反应中得到电子，应当在正极区发生反应，又由于nh移向正极，在正极发生反应生成nh3。本题考查原电池电极反应式的书写，阳离子移动的方向。5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：2h24oh4e=4h2o正极：o22h2o4e=4oh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。6乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，电池总反应式为c2h5oh3o2=2co23h2o，电池示意图，下列说法中正确的是() a电池工作时，质子向电池的负极迁移b电池工作时，电流由b极沿导线流向a极ca极上发生的电极反应是c2h5oh3h2o12e=2co212hdb极上发生的电极反应是2h2oo24e=4oh答案b解析通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，a项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，b项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以c项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现oh，d项不正确。练综合拓展7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：_。(1) 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)3o212h12e=6h2o2ch3oh2h2o12e=2co212h(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。8氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答： (1) 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，h2和o2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2lih22lih.lihh2o=liohh2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知lih固体密度为0.82 gcm3，用锂吸收224 l(标准状况)h2，生成的lih体积与被吸收的h2体积比为_。由生成的lih与h2o作用，放出的h2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。答案(1)化学能转变为电能a到b(2)2h24oh4e=4h2o或h22oh2e=2h2o(3)增大电极单位面积吸附h2、o2的分子数，加快电极反应速率(4)lih2o1/1 148或8.7110432解析(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入h2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)h2在负极失电子