专题6化学电源

1、专题6 原电池与化学电源经典考点一原电池的工作原理1概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。3工作原理：以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片【典例剖析】1分析下图所示的四个原电池装置，其中结论

2、正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2B【解析】中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错。1.原电池正、负极判断方法说明原电池

3、的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成“活泼电极一定作负极”的思维定势。二原电池原理的“四”个基本应用1用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。3比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反

4、应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。【典例剖析】2有A、B、C、D四种金属，做如下实验：将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()AABCD BCDABCDABC DABDCC【解析】A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，说明金属活动性：AB；A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，说明金属活动性：DA；根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明

5、金属活动性：BCu；Cu能置换出C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是DABC。三化学电源1铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。放电时的反应：a负极反应：PbSO2e=PbSO4；b正极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；c总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。2“高效、环境友好”的燃料电池（1）氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH电池总反应式2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极

6、不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用2以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：CH48e2H2O=CO28H正极：2O28e8H=4H2O总反应式：CH42O2=CO22H2O。(2)碱性介质(如KOH)负极：CH48e10OH=CO7H2O正极：2O28e4H2O=8OH总反应式：CH42O22OH=CO3H2O(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：CH48e4O2=CO22H2O正极：2O28e=4O2总反应式：CH42O2=CO22H2O(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：CH48e4CO=5CO22H2O正极：2O2

7、8e4CO2=4CO总反应式：CH42O2=CO22H2O【典例剖析】3Mg­AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgClMg=Mg22Ag2Cl，试书写该电池的正、负极电极反应式。答案负极：Mg2e=Mg2 正极：2AgCl2e=2Ag2Cl4(2014·新课标全国卷，12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极 B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化 D放电时，溶液中Li从b向a迁移C【解析】图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分

8、析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是锰元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极(a极)迁移，故正确。【总结归纳】1化学电源中电极反应式书写的一般步骤“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2

9、，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH，若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水。(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。(4)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现OH，碱性溶液中不能出现H，水溶液中不能出现O2，而熔融电解质中O2被还原为O2。2锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)、LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)、Li

10、MPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCnxe=xLinC 正极反应：Li1xMO2xLixe=LiMO2【课堂热身练】1（广东江门市2015届二模）某原电池装置如下图所示，电池总反应为2AgCl22AgCl。下列说法正确的是（ ）1mol/L盐酸PtCl2AgCl/Ag阳离子交换膜（只允许阳离子通过）A正极反应为Ag-e-Ag+B放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C当电路中转移0.1mol e-时，通过交换膜的阳离子为0.2mol D用KCl溶液代替盐酸，则电池总反应不改变2利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO22H2O2HCOOHO2，装置如下图所示

11、，下列说法不正确的是（ ）A该装置将太阳能转化为化学能和电能B电极1周围pH增大C电极2上发生的反应为CO22H2e=HCOOHDH由电极1室经过质子膜流向电极2室3（辽宁大连2015届二模）以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3价)和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）A电池放电时Na+从a极区移向b极区B电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有还原作用C该电池的负极反应为：BH4-+8OH-8e- = BO2-+6H2OD每消耗3molH2O2，转移的电子为6mol4（辽宁朝阳市三

12、校2015届联考）新型NaBH4/H2O2燃料电池（DBFC）的结构如图所示，（已知硼氢化钠中氢为-1价），有关该电池的说法正确的是（ ）A电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性B电池负极区的电极反应：BH4-+8OH-8e-BO2-+6H2OC放电过程中，Na+从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1L 6molL-1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个5（四川成都嘉祥外校2015届模拟三）可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极下列说法不正确的是（ ）A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为

13、O2+2H2O+4e=4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+4OH3e=AlO2+2H2OC以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH增大D以NaCl溶液为电解液时，电流由空气电极沿导线流向铝合金电极6(2015温州十校联考)甲醇燃料电池具有容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。右图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型，下列有关说法正确的是（ ）AY极为电池的负极BX极的电极反应式：CH3OHH2O6e= CO26HC若常温下以该电池电解100 mL KCl溶液至pH12时，电池质子交换膜迁移的A为0.01 molD空气以20%为氧

14、气计算，X极每消耗1 mol甲醇，Y极必消耗168 L空气中的氧气7（河南信阳市2015届二调）以氨作为燃料的固体氧化物（含有O2）燃料电池，具有全固态结构、能量效率高的特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体。其工作原理如图所示，下列关于直接氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是（ ） A电极a为电源的阴极B固体氧化物作为电池工作的电解质，其作用是让电子在电池内移动C电池工作时，在a电极接触面上发生的电极反应为2NH33O2-6eN23H2OD外电路的电流方向为从电极a流向电极b8有一种新颖的固体氧化物型燃料电池(SOFC)，该电池工作时，一极通入空气，另一极通入

15、丁烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在高温熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是（ ）A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应式：2C4H1013O28CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应式：O24e=2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应式：C4H1026e13O2=4CO25H2O9Harbermann等设计出利用Desulfovibrio desulfurcan菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池，电池内部有质子通过，该系统不经任何维护可连续运行5年。该电池的负极反应式为S24H2O8e=SO8H。有关该电池的下列说法中正确

16、的是（ ）A若有1.12 L氧气参与反应，则有0.2 mol电子发生转移B质子由正极移向负极C该电池的总反应为S22O2=SOD正极的电极反应式为2O28e4H2O=8OH10研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间的含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是（ ）A正极反应：Ag+Cl-e=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物11如图为一种固体离子导体电池与湿润KI试纸AB连接，Ag

17、可以在RbAg4I5晶体中迁移，空气中氧气透过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成I2，Ag与I2作用形成电池。下列说法中正确的是（ ）A试纸A端发生还原反应BAg从银电极移向石墨，K移向A端C试纸B端出现棕色D石墨电极上电极反应式：I22e=2I12硼化钒VB2空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图所示，该电池工作时反应为4VB211O2=4B2O32V2O5。下列说法正确的是（ ）A电极a为电池负极B图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过C电子由VB2极经KOH溶液流向电极aDVB2极发生的电极反应为2VB222OH-22e=V2O52B2O311H2O13世博会中国馆、主题馆等建筑使

18、用光伏并网发电，总功率达4 MW，是历届世博会之最。通过并网，上海市使用半导体照明(LED)。已知发出白光的LED是由氮化镓(GaN)芯片与钇铝石榴石(YAG，化学式：Y3Al5O12)芯片封装在一起做成的。下列有关叙述正确的是（ ）A光伏电池实现了太阳能和电能的相互转化B图中N型半导体为正极，P型半导体为负极C电流从a流向bDLED中的Ga和Y都显3价14（湖北武昌实中2016届第一次月考）试铝电池性能优越，Al空气燃料电池通常以NaCl溶液或KOH溶液为电解质溶液，通入空气的电极为正极，以多孔石墨为正极材料若以NaCl溶液为电解质溶液，正极的反应式为；若以KOH溶液为电解质溶液，电池总反应

19、为。14O2+2H2O+4e=4OH；4Al+3O2+4KOH=4KAlO2+2H2O。【解析】Al空气燃料电池以NaCl溶液为电解质溶液，正极上氧气得到电子，正极反应为O2+2H2O+4e=4OH；以KOH溶液为电解质溶液，电池反应为Al、氧气、KOH反应生成偏铝酸钾和水，该电池反应为4Al+3O2+4KOH=4KAlO2+2H2O。15“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_能转化为_能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来，其工作原理为Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2，充电

20、时，阳极的电极反应式为_；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2，其负极的电极反应式为_。【参考答案】1D【解析】据总反应可知，负极为Ag，正极为Pt，正极为Cl22e-2Cl-，A错；左侧产生白色沉淀AgCl，B错；H+通过阳离子交换膜移到右侧，每转移1mol电子就有1molH+通过交换膜，C错；总反应中实际参与的离子为Cl-而非阳离子，故可用KCl代替盐酸，总反应不变，D正确。2B【解析】在太阳能作用下CO2和H2O转化为HCOOH和O

21、2，并且有电子流动，太阳能转化为化学能和电能，A正确；电极1流出电子，反应式是2H2O4e=4HO2，周围pH减小，B错误；根据总反应方程式推出电极2上发生的反应为CO22H2e=HCOOH，C正确；电极1反应产生H，电极2反应消耗H，故H由电极1室经过质子膜进入电极2室，D正确。3B【解析】电极b处H2O2得电子被还原生成OH-作正极，阳离子向正极移动，则Na+从a极区移向b极区，A正确；电极b为正极，H2O2得电子被还原生成OH-，MnO2既作电极材料又有催化作用，B错误；负极BH4-失电子发生氧化反应生成BO2-，电极反应式为BH4-+8OH-8e-=BO2-+6H2O，C正确；正极电极

22、反应式为H2O2+2e-=2OH-，每消耗3molH2O2，转移的电子为6mol，D正确。4B【解析】电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH-，MnO2既作电极材料又有催化作用，A错误；负极BH4-失电子发生氧化反应，B正确；原电池放电时，内部阳离子移向正极，钠离子应向正极移动，C错误；消耗1L6molL-1H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为：6 molL-1×1L×2×NA/mol=12NA，D错误。5C【解析】中性或碱性条件下，都发生吸氧腐蚀，正极电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，A正确；以NaOH溶液为电解

23、液时，负极上Al失电子和氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子，电极反应为Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O，B正确；以NaOH溶液为电解液时，电池反应式为4Al+4OH-+3O24AlO2-+2H2O，氢氧根离子常见反应，所以溶液的pH降低，C错误；放电时，电流从正极沿导线流向负极，通入空气的电极是正极，所以以NaCl溶液为电解液时，电流由空气电极沿导线流向铝合金电极，D正确。6B【解析】甲醇进入的一极为负极，空气进入的一极为正极，A错误；甲醇失电子，根据电池图，生成质子(H)，B正确；由NaCl电解，可知KCl电解也生成KOH，pH12时c(OH)0.01 mol/L，n(OH)0.001 mol，此时转移的电子数为0.001 mol，转移的质子也为0.001 mol，C错误；消耗1 mol 甲醇，消耗1.5 mol 氧气，则消耗标准状况下的空气的体积为168 L，这里没有只能标准状况下，不能用Vm22.4 L/mol