【学案导学设计】高中化学 1.3.2 化学电源同步讲练 鲁科版选修4.docVIP

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