2023【高考】化学一轮复习讲义-电化学专题(3)化学电源(无答案)

考点三化学电源李仕才1．一次电池A.锌锰电池普通锌锰电池碱性锌锰电池装置电极反应负极：Zn−2e−Zn2+正极：2+2MnO2+2e−2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O负极：Zn+2OH−−2e−Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e−2MnOOH+2OH−总反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2特点优点：制作简单，价格便宜；缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快优点：克服了普通锌锰干电池的缺点，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电B.银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)负极材料：Zn电极反应：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。二次电池A.铅蓄电池是最常见的二次电池①放电时的电极反应负极：Pb(s)+(aq)−2e−PbSO4(s)(氧化反应)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+(aq)+2e−PbSO4(s)+2H2O(l)(还原反应)总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)②充电时的电极反应阴极：PbSO4(s)+2e−Pb(s)+(aq)(还原反应)

阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)−2e−PbO2(s)+4H+(aq)+(aq)(氧化反应)

总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)规律：（1）充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。（2）需要注意的是充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。二次电池充电时的电极连接：B.锂电池负极材料：锂正极材料：石墨电解质：LiAlCl4SOCl2放电时的反应负极反应：8Li－8e－=8Li＋正极反应：3SOCl2＋8e－=SOeq\o\al(2－,3)＋2S＋6Cl－总反应：8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S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）LiMPO4（M：Fe等）负极材料：石墨（能吸附锂原子）总反应：Li1-xMO2＋LixCnnC＋LiMO2负极反应：LixCn-xe－=xLi＋+nC正极反应：Li1-xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO23．燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。（1）氢氧燃料电池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。装置电池总反应2H2+O22H2O介质酸性(H+)负极：2H2−4e−4H+正极：O2+4H++4e−2H2O中性(Na2SO4)负极：2H2−4e−4H+正极：O2+2H2O+4e−4OH−碱性(OH−)负极：2H2+4OH−−4e−4H2O正极：O2+2H2O+4e−4OH−固体电解质，传导O2-负极：2H2−4e−+O2-4H2O正极：O2+4e−2O2-熔融盐介质，如熔融的K2CO3负极：2H2−4e−+2CO32-2H2O+2CO2正极：O2+4e−+2CO22CO32-（2）甲烷燃料电池甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，总反应：CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3H2O。负极：CH4−8e−+8OH−===CO2+6H2O、CO2+2OH−===CO32−+H2O，所以：负极电极式：CH4+10OH−+8e−===CO32−+7H2O正极：O2+4e−===2O2−和O2−+H2O===2OH−，所以：正极电极式：O2+2H2O+4e−===4OH−②酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反应：CH4+2O2===CO2+2H2O负极：O2+4e−+4H+===2H2O正极：CH4−8e−+2H2O===8H++CO2③熔融盐介质，如熔融的K2CO3总反应：CH4+2O2===CO2+2H2O正极：O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)负极：CH4-8e－＋10OH-=CO32-＋7H2O④掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O2－总反应：CH4+2O2===CO2+2H2O正极：O2＋4e－=2O2－负极：CH4－8e－＋4O2－=CO2＋4H2O说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式。（3）甲醇燃料电池甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质：①碱性电解质(KOH溶液为例)总反应式：2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O正极：O2+4e−+2H2O===4OH−负极：CH3OH–6e−+8OH−===CO32−+6H2O②酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反应：2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O正极：O2+4e−+4H+===2H2O负极：CH3OH−6e−+H2O===6H++CO2③熔融盐介质，如熔融的K2CO3总反应：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正极：O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)负极：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2＋2H2O④掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O2－总反应：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O正极：O2＋4e－=2O2－负极：CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋4H2O说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同。规律首先要分析介质是否参与总反应，然后写出总反应方程式，O2在不同介质中的转化关系(O2得电子转化为O2－，碱性(中性)溶液中转化为OH－；酸性溶液中转化为H2O，熔融碳酸盐中转化为COeq\o\al(2－,3)；固体氧化物转化为O2－)，写出正极反应，利用相减法(总反应－正极反应＝负极反应)，写出负极反应。图示如下：（4）铝—空气—海水电池我国首创以铝—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被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。负极电极式：4Al−12e−===4Al3+正极电极式：3O2+6H2O+12e−===12OH−总反应式：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3说明：铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积。题组A.教材常见传统电池的分析判断与拓展1.下列说法正确的是（）A．构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属B．通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能C．右图原电池中，电池工作时，SO42﹣移向电池的正极D．银锌纽扣电池的放电反应：Zn+Ag2O+H2O═Zn（OH）2+2Ag，其中Ag2O作正极，发生还原反应2.由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰—石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O=3MnO(OH)＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是()A．二氧化锰—石墨为电池正极B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O=Al(OH)3＋3NHeq\o\al(＋,4)C．OH－不断由负极向正极移动D．每生成1molMnO(OH)转移1mol电子3.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，电极反应为Zn+2OH﹣﹣2e﹣═ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e﹣═2Ag+2OH﹣下列叙述正确的是（）A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．每转移2mole﹣，有232gAg2O被氧化D．Zn是负极，Ag2O是正极4．铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断正确的是()A．K闭合时，d电极的电极反应式：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)B．当电路中通过0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2molC．K闭合时，Ⅱ中SOeq\o\al(2－,4)向c电极迁移D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为负极5.2023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()A．a为电池的正极B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1－xMn2O4＋xLiC．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6.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法不正确的是（）A．电池工作时，a是正极B．电池工作时负极反应为：Li﹣e﹣=Li+，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．在此电池中加入硫酸可增加导电性7.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源．一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl﹣KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能．该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb．下列有关说法正确的是（）A．正极反应式：Ca+2Cl﹣﹣2e﹣=CaCl2B．放电过程中，Li+向负极移动C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPbD．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转8．已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2请回答下列问题：(1)放电时，负极反应式为____________________________，正极反应式为______________________________________。(2)充电时，阴极反应式为____________________________，阳极反应式为______________________________________。(3)放电时，K＋向________极迁移，负极的溶液pH的变化为________。(4)充电时，镍镉电池的负极应与外接电源的________极相连。9.酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。回答下列问题：①该电池的正极反应式为_______________________________________，电池反应的离子方程式为_______________________________________。10．电池在现代社会中具有极其广泛的应用。(1)银锌蓄电池是人造卫星所使用的高能电池之一，其放电时的反应是Zn＋Ag2O=ZnO＋2Ag。则该电池的负极材料是________，放电时正极的电极反应式为_____________________，放电时负极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。某氢氧燃料电池用固体金属化合物陶瓷作电解质(可电离出金属离子和O2－)，两极上发生的反应为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2O；B极：。电子流动的方向是________；假设该燃料电池工作时，每生成1molH2O(l)时产生的最大电能为240kJ，则该电池的能量转化效率为________(H2的燃烧热为285kJ·mol－1，最大电能与所能释放出的全部热量之比)。B.“常考不衰”的燃料电池1．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如右图．下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（）A．该电池工作时电能转化为化学能B．该电池中电极a是正极C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD．该电池的总反应：2H2+O2=2H2O2.一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂．电池总反应为：C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O，电池示意如图，下列说法正确的是（）A．a极为电池的正极B．电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极C．电池负极的电极反应为：4H++O2+4e﹣=2H2OD．电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有12mol电子转移3.某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气．所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾．已知该电池的总反应式为2H2+O2═2H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e﹣═，则下列推断正确的是（）A．负极反应式为H2+20H﹣﹣2e﹣═2H2OB．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强适应性C．该电池供应2mol水蒸气，同时转移电子的物质的量为2molD．放电时负极有CO2生成4.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图，下列说法正确的是（）A．a为CH4，b为CO2B．CO32﹣向负极移动C．此电池在常温时也能工作D．正极电极反应式为O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣5.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O=CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是()A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2=CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－6.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是()A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2SD．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区7．(2023·保定模拟)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是()A．b电极发生氧化反应B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－=N2↑＋4H2OC．放电时，电流从a电极经过负载流向b电极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜8.用如图所示装置（熔融CaF2﹣CaO作电解质）获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛．下列说法正确的是（）A．电解过程中，Ca2+向阳极移动B．阳极的电极反应式为：C+2O2﹣﹣4e﹣═CO2↑C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“+”接线柱是Pb电极9.NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是（）A．石墨I极为正极，石墨II极为负极B．Y的化学式可能为NOC．石墨I极的电极反应式为NO2+NO3﹣﹣e﹣═N2O5D．石墨II极上发生氧化反应10.镁﹣次氯酸盐燃料电池的工作原理如图，该电池反应为：Mg+ClO﹣+H2O═Mg(OH)2+Cl﹣下列有关说法正确的是（）A．电池工作时，C溶液中的溶质是MgCl2B．电池工作时，正极a附近的PH将不断增大C．负极反应式：ClO﹣﹣2e﹣+H2O═Cl﹣+2OH﹣D．b电极发生还原反应，每转移0.1mol电子，理论上生成0.1molCl﹣11.“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是（）A．电池反应中有NaCl生成B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C．正极反应为：NiCl2+2e﹣═Ni+2Cl﹣D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动C.“起点高、落点低”的压轴选择题：可逆电池1.高温钠硫电池是一种新型可充电电池，其工作原理如图所示，图中固体电解质是Na+导体．下列叙述正确的是（）A．放电时，石墨电极a为正极B．放电时，Na+从石墨b向石墨a方向迁移C．充电时，b极反应为Na2Sx﹣2e﹣=xS+2Na+D．可将装置中的固体电解质改成NaCl溶液2.某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压．该电池的总反应为：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，以下说法不正确的是（）A．放电时负极反应为：Zn﹣2e﹣+2OH﹣=Zn(OH)2B．放电时正极反应为：FeO42﹣+4H2O+3e﹣=Fe(OH)3+5OH﹣C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．充电时阳极附近溶液的碱性减弱3.已知电池总反应为：Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH)．下列说法正确的是（）A．放电时，Zn为负极，ZnO为正极，MnO2为催化剂B．放电时，该电池的正极反应为：MnO2+e﹣+H2O═MnO(OH)+OH﹣C．充电时，电池将化学能转为电能D．放电时，溶液中的阴离子向原电池的正极移动4.镍镉（Ni﹣Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用．已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的（）A．充电过程是化学能转化为电能的过程B．充电时阳极反应：Ni(OH)2﹣e﹣+OH﹣═NiOOH+H2OC．放电时负极附近溶液的酸性增强D．放电时电解质溶液中的OH﹣向正极移动5.一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型二次电池，其电量较大，一次充电可使用较长时间．其电池总反应为：2CO32﹣+6H2O2CH3OH+3O2+4OH﹣，则下列说法正确的是（）A．放电时负极的电极反应为：2CH3OH+4OH﹣﹣12e﹣=2CO32﹣+6H2OB．充电时电解质溶液的pH逐渐减小C．放电时正极的电极反应可表示为：O2+4H++4e﹣=2H2OD．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子6．石墨烯锂硫电池是一种高效、低污染的新型二次电源，其装置如图所示．电池反应为2Li+nS=Li2Sn．Li+可在固体电解质中迁移．下列说法不正确的是（）A．放电时，锂在负极上发生氧化反应B．放电时，正极的电极反应式为nS+2e﹣+2Li+=Li2SnC．充电时，锂电极为阴极，与电源负极相连D．充电时，理论上阳极失去2mol电子生成32g硫7.镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2＋M=NiOOH＋MH已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－=6Ni(OH)2＋NOeq\o\al(－,2)下列说法正确的是()A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－=MH＋OH－，H2O中的H被M还原D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液8．已知：锂离子电池的总反应为：LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2；锂硫电池的总反应为：2Li＋SLi2S。有关上述两种电池说法正确的是()A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C．理论上两种电池的比能量相同D．如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电9．科技工作者设计出的新型可充电锂—空气电池如图所示，该电池使用了两种电解质溶液，a极一侧使用含有锂盐的有机电解液，b极一侧使用水性电解液。下列有关这种电池的判断正确的是()A．放电时，a为负极，充电时，a为阴极B．放电时，正极反应式为4OH－＋4e－=2H2O＋O2↑C．充电时，Li＋通过离子交换膜的方向是从左到右D．充电后，水性电解液的pH增大10.某充电宝锂离子电池的总反应为：nLi＋Li1－nMn2O4LiMn2O4，某镍氢电池总反应为：NiOOH＋MHM＋Ni(OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是()A．锂离子电池放电时Li＋向正极迁移B．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4－ne－=Li1－nMn2O4＋nLiC．如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－D.其它新型、高效环保电池1．环保、安全的铝—空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是()A．NaCl的作用是增强溶液的导电性B．正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O=4OH－C．电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大D．用该电池做电源电解KI溶液制取1molKIO3，消耗铝电极的质量为54g2.我国首创的海洋电池以铝板