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

1 第二节第二节 化学电源化学电源 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 正极 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH Ag2O 2e H2O 2Ag 2OH 电 极 反 应 负极Zn 2e 2OH Zn OH 2Zn 2OH 2e Zn OH 2 总反应式 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 2 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 正极 PbO2 s SO aq 2 4 4H aq 2e PbSO4 s 2H2O l O2 4H 4e 2H2O 电 极 反 应负极 Pb s SO aq 2 4 2e PbSO4 s 2H2 4e 4H 总反应式 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 2H2 O2 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 Zn MnO2 H2O ZnO Mn OH 2 下列说法中 错误的是 A 电池工作时 锌失去电子 2 B 电池正极的电极反应式为 MnO2 2H2O 2e Mn OH 2 2OH 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 3Zn 2K2FeO4 8H2O3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 以下说法不正确的是 放电 充电 A 放电时负极反应式为 Zn 2e 2OH Zn OH 2 B 放电时正极反应式为 FeO 4H2O 3e Fe OH 3 5OH 2 4 C 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 Zn 2e 2OH 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 FeO 4H2O 3e Fe OH 2 4 3 5OH 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 2PbSO4 2H2OPbO2 Pb 2H2SO4 放电 充电 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 Pb 2e SO PbSO4 2 4 D 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 2 4 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 3 下列判断正确的是 A 有 O2参加反应的 a 极为电池的负极 B b 极的电极反应式为 H2 2e O2 H2O C a 极对应的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH D 该电池的总反应式为 2H2 O22H2O 高温 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 H2 2e 2H 正极电极反应式为 O2 2e O2 则电池总反应式为 1 2 2H2 O22H2O 高温 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 O2 4e 2O2 B 电池负极发生的反应 CH4 4O2 8e CO2 2H2O C 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 O2 4e 2O2 负极反应式是 CH4 4O2 8e CO2 2H2O 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 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 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 pH 不断增大 2 4 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 4 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 4 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 Zn 2OH 2e ZnO H2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式为 Ag2O Zn ZnO 2Ag 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 C Zn 是负极 Ag2O 是正极 D Zn 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 CH4 10OH 8e CO 7H2O 负极上是 O2获得电子 电极 2 3 反应式为 O2 2H2O 4e 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 CH4 CO2 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 CH4 8e 10OH CO 7H2O 1 mol CH4参加反应有 8 2 3 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 O2 2H2O 4e 4OH 虽然正极产生 OH 负极消耗 OH 但从总反应式 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 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 Zn 2MnO2 2NH Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O 此电池放电时 在正极 碳棒 上 4 发生反应的物质是 5 A Zn B 碳 C MnO2和 NH D Zn2 和 NH3 4 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 4 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 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 当得到 1 8 L 饮用水时 电池内转移的电子数约为 A 1 8 mol B 3 6 mol C 100 mol D 200 mol 答案 D 解析 n H2O 100 mol 1 8 103 g 18 g mol 1 2H2 O4e 2 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 C2H5OH 3O2 2CO2 3H2O 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 C a 极上发生的电极反应是 C2H5OH 3H2O 12e 2CO2 12H D b 极上发生的电极反应是 2H2O O2 4e 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 6 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 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 2 3O2 12H 12e 6H2O 2CH3OH 2H2O 12e 2CO2 12H 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 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 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 7 2Li H22LiH LiH H2O LiOH H2 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 g cm 3 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