易学通_重难点一本过高二化学-第四章-电化学基础(人教版选修4)：重难点五-化学电源新型电池

1、化学电源新型电池疑点解洞*一、一次电池1 定义：一次电池的活性物质(发生氧化复原反响的物质)消耗到一定程度，就不能使用了. 次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池常用的有普通的锌锰干电池、碱性 锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等.2.常见的一次电池：1普通锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种.干电池的外壳(锌)是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO的混合物，在混合物周围再装入以NHCI溶液浸润ZnCI2, NHCI和淀粉或其他填充物(制成糊状物).为了防止水的蒸发， 干电池用蜡封好.干电池在使用时的电极反响为：- 2+负极：Zn-2e =Zn

2、正极：2NH+2e +2M nO=2NH+MnQ+H2O总反响：Zn+2Mn O+2NH =MnQ+2NH+Z n +HO2碱性锌锰干电池负极：Zn+2OR2e-=Z n(OH)2正极：2Mn O+2H2O+2e=2M nO OH+2OH总反响：Zn+2 Mn O+2HO=2M nO OH+Z n(OH)3银一锌电池电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小， 有“纽扣电池之称. 它们的电极材料是 Ag2O和Zn,所以叫银一锌电池.电极反响和电池反响是：负极：Zn+2OR2e- =Z n(OH)2正极：Ag2O+HO+2e =2Ag+2OH总

3、反响：Zn+A°O+HO=Z n(OH)a+2Ag利用上述化学反响也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点.这类电池已用于 宇航、火箭、潜艇等方面.4锂-二氧化锰非水电解质电池以锂为负极的非水电解质电池有几十种， 其中性能最好、 最有开展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性Mn02作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜， 电极反响为：负极反响：Li-e -=Li +正极反响：+-MnO2+Li +e-=LiMnO2总反响： Li+Mn02=LiMn02该种电池的电动势为 2.69V ，重量

4、轻、体积小、电压高、比能量大，充电 1000 次后仍能维 持其能力的 90%，贮存性能好，已广泛用于电子电脑、无线电设备等5铝- 空气 -海水电池1991年，我国首例以铝 -空气- 海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯该电池以取之不 尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流工作原理：负极：4AI-12e -4AI3+正极：3Q+6H2O+12 e-120H总反响： 4AI+302+6H204AI0H 3特点：这种海水电池的能量比“干电池高 20-50 倍6高能电池 -锂电池该电池是 20世纪 70年代研制出的一种高能电池 由于锂的相对原子质量很小， 所以比容 量单位质量电极材料

5、所能转换的电量特别大， 使用寿命长， 适用于动物体内 如心脏起搏器因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂如作心脏起搏器的锂-碘电池的电极反响式为： 负极： 2Li-2e -2Li + 正极： I 2+2e-2 I -总反响式为： 2Li+I 22LiI二、二次电池1定义： 二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生这类电池 可以屡次重复使用2常见的二次电池： 1铅蓄电池是最常见的二次电池，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,电解质是HkSQ.铅蓄电池放电的电极反响如下：负极： Pb+SO42-2e-=PbSO4 氧化反响

6、2- + -正极：PbO+SO-十 4H+2e-=PbSO+2H2O复原反响总反响：Pb+PbO+2HbSO=2PbSO十 2H2O铅蓄电池充电的反响是上述反响的逆过程：阴极： PbSO4+2e-=Pb+SO42-( 复原反响 )- 2- +阳极：PbSG+2HO-2e-=PbO+SO -十 4H(氧化反响)总反响：2PbSQ十 2fO=Pb+PbO+2H2SQ可以把上述反响写成一个可逆反响方程式：Pb+PbO+2H2SQ?2PbsQ4十 2HQ2碱性镍-镉电池：该电池以 Cd和NiO(OH)作电极材料，NaOH乍电解质溶液.负极： Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2正极： 2NiO(OH)

7、+2H2O+2e-=2Ni(OH) 2+2OH-总反响式为： Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH2)+2Ni(OH) 2 从上述两种蓄电池的总反响式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低.而镍-镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导 电能力几乎没有变化. 3氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500 次，可以取代会产生镉污染的镍 -镉电池.负极： H2+2OH-2e - =2H2O正极： 2NiO(OH)+2H2O+2e-

8、=2Ni(OH)2+2OH-总反响式为： H2+2NiO(OH)=2Ni(OH) 2三、燃料电池又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如H、CH等作为负极反响物质，以C2作为正极反响物质而形成的.燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池 之一.1氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂(是一种惰性电极，并具有催化活性)或活性炭作电极，用 40%的KOH溶液作电解质溶液其电极反 应式为：负极： 2H2+4OH-4e-=4H 2O正极： O2+2H2O+4e-=4OH-总反响式为： 2H2+O2=2H2O2甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解

9、质溶液.- 2-负极： CH4+10OH-8e-=CO3 2-+7H2O正极： 2O2+4H2O+8e-=8OH-总反响式为： CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O3甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司创造的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍.2负极：2CH4O+16OHl2e-=2CO -+12H2O正极：3C2+6H2O+12e =120H2总反响式为：2CHO+3O+4OH=2CO +6H2O4固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O"在其间通过.负极：2

10、Hb+2Q-4e-=2H2O2-正极：O2+4e-=2O总反响式为：2H2+Q=2H2O5熔融盐燃料电池：该电池用Li 2CO和的NCO熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与 CQ的混合气为阴极助燃气，制得在650°C下工作的燃料电池熔融盐燃料电池具有高的发电效率.2负极：2CO+2CO-4e-=4CO2正极：Q+2CO4e-=2CQ -总反响式为：2CO+O=2CO。【重难点指数】【重难点考向一】新型二次电池【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放电电压.高铁电池的总反响为3Zn+2KzFeO4+8H2 3Z n(OH)2+2F

11、e(OH)3+4KO H以下表达不正确的选项是()放电A. 放电时负极反响为：Zn-2e-+2O Zn (OH)2充电B. 充电时阳极反响为：Fe(OH)3-3e -+5OHFeO-+4H2OC. 放电时每转移 3mol电子，正极有 1mol KzFeO被氧化D. 放电时正极附近溶液的碱性增强【答案】C【解析】蒙根將电池的总反响可知高铁电池放电时必定是锌在员极失去电子，电极反响式为zumir如伽)“故A正确宇氏充电时阳扱发生失电子的氧化反响，即反响芮；F日伽)牯+50E=Fe(V*恥，故3正确；C.放电时正极反响为F如+崛0+牯=视(011)屋0口每蒔 移3bo1电子，正扳有1耐1屁F珂被还扁

12、故U错误汕放电时.正极反响为耳肓十十3萨丢(皿)?十5吋, 生成氫氧根离子，碱性姜増强，故D正确；应选6【重难点点睛】根据电池的总反响可知，高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子，电极反响式为 Zn-2e-+2OH=Z n(0H)2，高铁酸钠在正极得到电子，电极反响式为Fe2+4HzO+3e =Fe(OH)3+5OH，根据电极反响式可判断电子转移的物质的量与反响物之间的关系，充电时，阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钠，电极反响式为Fe(OH)3+5OH=FeQ2+4H2O+3e，阳极消耗 0H离子，碱性要减弱。【重难点考向二】新型燃料电池【例2】查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪以燃料电池为工作原理

13、，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO,但实际乙醇被氧化为X,其中一个电极的反响式为：CHCHOH-2e- X+2H .以下说法中正确的选项是 ()A. 电池内部H+由正极向负极移动B. 另一极的电极反响式为：Q+4e-+2HO=4OHC. 乙醇在正极发生反响，电子经过外电路流向负极D. 电池总反响为：2CHCH0H+S 2CHCHO+22O【答案】D【解析】A.原电池工作时，阳离子向正极移动，故A错误；B.电解质溶液呈酸性，正极反响式为C2+4e-+4Hh=2H2O,故B错误；C.原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，故C错误；D .由 CHCHOH-2e宀X+2HI可知，X 应

14、为 CHCHO,那么 电池总反响为 2CHCHOH+A2CHCHO+2HO 故 D 正确；应选 Db【名师点睛】以化学电源新型电池为载体考查原电池原理，醇酸性燃料电池中，乙醇被氧化，应为电池负极，正极上氧气得电子和氢离子反响生成水，电极反响式为0+46+4420,由 CHCHOH-2ef X+2HI可知，X应为 CHCHO 应为 2CHCHOH+42CHCHO+2HO,原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极；易错选项是B,写电极反响式时要注意结合溶液的酸碱性；在酸性溶液，生成物中不能有氢氧根离子生成；在碱性溶液中，生成物中不能有氢离子生成。【重难点考向三】电化学原理的综合应用【例3】将铂电极

15、放置在 KOH溶液中，然后分别向两极通入 CH4和Q,即可产生电流，此装置称为甲烷燃料电池以下表达中正确的选项是 通入CH的电极为正极 正极的电极反响式为： Q+2H2O+4e=4OH 通入 CH的电极反响式为： CH+2C2+4e-=CG+2H2O 负极的电极反响式为： CH+10OH-8e- =CO- +7H2O 放电时溶液中的阳离子向负极移动 放电时溶液中的阴离子向负极移动A. B.C.D.【答案】C【解折】甲烷燃料电池中甲烷失电子为闵拓颉错误$利性条件下，正概上氧气得电子生咸氢氧根离 子，其电极斥应式为3処帖4沪40故正确$甲烷燃料电池负极是甲烷失电子，碱性条件T生成 碳酸离子，所臥员

16、极的电极反响式为；謳十垃臨-3电广£氐4故误甲烷燃料电池负扱是甲 烷央电壬 補性条件T生成磯酸离子所以员极的电极反响式为；俎心W甩poJwhd故正甌 固原电池工作时，电解腕容液中，阳离子向正极珞亦阴高子向员极移动所法错误，正确 故正确的有；应选【名师点睛】 考查碱性甲烷电池的工作原理，具体分析：甲烷燃料电池中甲烷失电子为负极； 正极上氧气得电子生成氢氧根离子；甲烷燃料电池负极是甲烷失电子，碱性条件下生 成碳酸根离子；甲烷燃料电池负极是甲烷失电子，碱性条件下生成碳酸根离子；原 电池工作时，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。1 .某种熔融碳酸盐燃料电池以Li 2CO、K2

17、CO为电解质，以 GHw为燃料时，该电池工作原理如图.以下说法正确的选项是 A. a 为 C4Ho, b 为 COB. 在熔融电解质中， CO2-向正极移动C. 此电池在常温时也能工作D. 通入丁烷的一极是负极，电极反响为：C4Ho-26e-+13C32-=17CT +5H2O【答案】【解析】眼鑑料电池中通入燃科的电极是负扱、通入氧化剂的电极是正杨 根据电子流帥小左边电极是 员根、右边电柢是正极所tu是QH耐b対m故山错误；B.原电池敢电时碳鹼根禽子向员极移 动故B错误；C.电解质为烤融碳酸盐，需要高温条件.故C错误；D逋人丁烷的一极是负帆岌 生咲:电子的氧化反站电概反响为關厂血P恥0二17g

18、 t +肚6故DJE爲应选叽【名师点睛】该原电池为甲烷燃料电池，根据图象中电子流向知，左边电极为负极、右边电极为之间，通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，所以a为丁烷、b为O2,负极反响式为 GHo-26e-+13CO2-=17COf +5H2Q 正极反响式为 Q+2CO+4e-2CQ2-，据此分析 解答。2 空间实验室“天宫一号的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC), RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池如图为RFC工作原理示意图以下有关说法正确的选项是()B. b电极上发生的电极反响是：4H2Q+4e=2H4 +40H-C. c电极上进行复原反响，B池中

19、H+的可以通过隔膜进入 A池D. d电极上发生的电极反响是：Q2+4H+4e-=2H2Q【答案】C【解析】电解池中的电极反响为：b电极为阳极失电子发生氧化反响：4OFMe-=2HO+Qf; a电极为阴极得到电子发生复原反响：4b+4e-=2H2f ;原电池中是酸性溶液，电极反响为：d为负极失电子发生氧化反响：2H2-4e-=4H ; c电极为正极得到电子发生复原反响：Q+4Hf+4e=2H2，故A错误；B. b电极上发生的电极反响是 4QH-4e =20+0f;故B错误；C. c电极上进行复原反响， B池中的H+可以通过隔膜进入 A池，故C正确；D. d电极上发 生的电极反响是：2H2-4e-

20、=4H+;故D错误；应选 G【名师点睛】考查了化学电源新型电池，主要考查原电池和电解池的工作原理，电极判断，电极反响，关键是原电池中电解质溶液是酸性环境，依据图示ab电极是电解池的电极，由电源判断a为阴极产生的气体是氢气，b为阳极产生的气体是氧气；cd电极是原电池的正负极，c是正极，d是负极；电解池中的电极反响为：b电极为阳极失电子发生氧化反响：4OH-4e-=2HzO+Of; a电极为阴极得到电子发生复原反响： 4H+4e-=2H4 ;原电池中是酸 性溶液，电极反响为：d为负极失电子发生氧化反响： 2H2-4e-=4Hh; c电极为正极得到电子 发生复原反响：Q+4H+4e=2H2O结合电极

21、上的电子守恒分析计算。3有人设计出利用 CH和Q的反响，用铂电极在 KOH溶液中构成原电池电池的总反响类似于CH在Q中燃烧，那么以下说法正确的选项是 每消耗1mol CH4可以向外电路提供 8mole- 负极上 CH失去电子，电极反响式 CH+10OH8e-=CO2-+7H2O 负极上是O2获得电子，电极反响式为C2+2H2O+4e=4OH 电池放电后，溶液 pH不断升高A. B.C.D.【答案】A【解祈】工通入血的电极为员慎 电极反响为:ClL+lWH-8e-=COZ+7EO,毎消耗1迪噩可以冋外电路提 供3wle-j故正确：通人血的电极为负极失电子反响氧化Sffi；电极反响対: CHMOO

22、IMrcChF比6故正确；通入氧气的一极対原电池的正根，得到电子发生复原反响 0汁施0+牯二40眄故错误$电池反响式为；乜讯+船丸0+地山随看反响的进行，濬浹中氢氧 根离子不断减少爲潘期不断减卜所決该电池使用一股时间后应?卜充腕H故错误；应选乩【名师点睛】碱性甲烷燃料电池，具有复原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反响，电极反 应式为 CH+10OR8e-=CO2-+7H2O,通入氧气的一极为原电池的正极，发生复原反响，电极 反响式为Q+2H2O+4e=4OH,原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。4. 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇丫2。的氧化锆ZrO 2晶体，在熔融状态下能传导了 .以下对该燃料电池说法正确的选项是A. 在熔融电解质中，了由负极移向正极2B. 通入丁烷的一极是正极，电极反响为：2GHw+26e-+13O-=4CQ+5H2OC. 通入空气的一极是负极，电极反响为：Q+4e-=2O2