第12讲 化学电池（学生版）-高一化学同步讲义（人教版必修第二册）

第12讲第12讲化学电池知识导航知识导航知识精讲知识精讲一、一次电池（锌锰干电池）常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。总反应Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH负极Zn﹣2e-=Zn2+正极2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH二、二次电池有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环，这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。1.铅酸蓄电池工作原理Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O放电总反应Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O负极正极2.锂离子电池以钻酸锂-石墨锂电池为例：工作原理Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C放电总反应Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C负极正极三、燃料电池燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。1．氢氧燃料电池电解质H2SO4溶液KOH溶液总反应2H2+O2=2H2O负极反应式正极反应式2．甲烷燃料电池甲烷电池H2SO4作电解质KOH作电解质负极反应式正极反应式总反应式经典例题经典例题题型一：化学电池的分类及特点【变1】下列化学电池属于高效、环境友好电池的是A．镍镉电池 B．锌锰电池C．铅蓄电池 D．氢氧燃料电池题型二：一次电池【变2】碱性锌锰电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中正确的是A．Zn为负极，为正极B．工作时KOH没有发挥作用C．工作时电子由经外电路流向ZnD．Zn发生还原反应，发生氧化反应【例4】锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列说法错误的是A．电极a为电池的负极B．外电路的电流方向是由电极b流向电极aC．电极b上的反应式为：MnO2＋e-＋Li＋=LiMnO2D．可用水代替电池中的混合有机溶剂题型三：二次电池【变5】目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示，根据图示回答下列问题：(1)铅蓄电池的负极是___________，铅蓄电池的正极是___________。(2)铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，则负极发生___________(填“氧化”或“还原”)反应，由___________生成___________；正极发生___________(填“氧化”或“还原”)反应，由___________生成___________。(3)电解质溶液是H2SO4，那么在铅蓄电池中H＋向___________(填“正”或“负”)极移动，向___________(填“正”或“负”)极移动。【变6】锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：下列说法正确的是A．外电路电子由b流向aB．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解质溶液可用的乙醇溶液代替D．正极的电极反应式为题型四：燃料电池【变7】燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如下，该电池工作时，下列说法正确的是A．O2在b电极上发生氧化反应B．电解质溶液中OH-向正极移动C．该装置实现了电能到化学能的转化D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源【例8】用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图：(1)电极c的电极反应式为_______。(2)若线路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为_______。题型五：化学电池的工作原理【例9】下列四个常用电化学装置的叙述错误的是

A．图I所示电池中，电子从锌片流出B．图II所示干电池中石墨作负极C．图III所示电池为二次电池D．图IV所示电池中正极反应为：【变9】下列有关装置的说法正确的是A．装置I中为原电池的负极B．装置IV工作时，电子由锌通过导线流向碳棒C．装置III可构成原电池D．装置II为一次电池【变10】电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。(1)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含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl①该电池的负极反应式为___________；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___________极(填“正”或“负”)；③外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___________；(2)中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。①该电池工作时，b口通入的物质为___________；②该电池负极的电极反应式为___________；③工作一段时间后，当9.2g二甲醚完全反应生成CO2时，有___________个电子转移。提分特训提分特训【题1】新冠肺炎最明显的症状就是出现发热，体温枪能快速检测人体体温。该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如下图所示)，该电池的总反应式为：。下列关于该电池的说法正确的是A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应B．该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极D．该电池的负极反应为：【题2】下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。下列有关说法中正确的是A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极B．氢氧燃料电池中，所在电极发生的反应为C．氢氧燃料电池中，通入的一极为负极D．铅蓄电池放电后，极质量减小【题3】铅酸蓄电池、镍镉碱性电池都是重要的二次电池。已知镍镉碱性电池放电时，正极反应为：，负极反应为：。下列有关说法不正确的是A．铅酸蓄电池放电时，在两个电极上生成B．若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电，则电极与Cd电极相连接且两电极附近的pH值均增大C．镍镉碱性电池在充电时的反应为D．放电一段时间后镍镉碱性电池内变大【题4】某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见图，下列有关说法错误的是A．H+在固体酸膜中由a极流向b极B．b极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-C．电池总反应可表示为：2H2+O2=2H2OD．电路中每转移1mol电子，b极消耗16gO2【题5】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电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，下列叙述正确的是A．放电时正极附近溶液的pH减小B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3-3e-+5OH-=+4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2【题6】磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池，电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C，其原理如图所示，下列说法正确的是A．放电时，石墨电极的电势更高B．充电时，Li+移向磷酸铁锂电极C．充电时，磷酸铁锂电极应与电源正极相连D．放电时，正极反应式为M1-xFexPO4+e-+Li+=LiFexPO4+(1-x)M【题7】酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据表所示：溶解度/(g/100g水)温度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614回答下列问题：(1)该电池的正极反应式为___________。(2)维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn___________g．(已知Q=It，F=96500C/mol)(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过___________分离回收。(4)滤渣的主要成分是MnO2、___________和___________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是___________，其原理是___________。提分作业提分作业【练1】下列电池工作时能量转化形式与其它三个不同的是A．锌锰碱性电池 B．硅太阳能电池C．铅蓄电池 D．银锌纽扣电池【练2】碱性锌锰干电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中正确的是A．Zn为负极，为正极 B．工作时电子由经由外电路流向ZnC．工作时OH-移向正极 D．电池放电过程中，溶液的酸碱性一定不变【练3】下列有关化学电池装置的叙述中，不正确的是图Ⅰ碱性锌锰电池图Ⅱ铅-硫酸蓄电池图Ⅲ原电池图Ⅳ银锌纽扣电池A．图Ⅰ所示电池工作时，锌粉失电子B．图Ⅱ所示电池放电过程中，电解质溶液中的移向极C．图Ⅱ所示装置工作过程中，电解质溶液的质量增大D．图Ⅳ所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中被还原为【练4】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是A．工作时，正极上发生反应的物质是Ag2OB．负极发生的反应是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2C．工作时，负极区溶液c(OH-)减小D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动【练5】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=2H2O【练6】(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的______(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB极：O2＋4e－=2O2－则A极是电池的______极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(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＋H2OAg2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－总反应为Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag①Zn是_______极，Ag2O发生________反应。②电子由_____极流向_____极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路通过1mol电子时，负极消耗物质的质量是________g。③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量_____(填“增大”“减小”或“不变”)。课后检测(时间：100分钟满分：100分)第Ⅰ卷一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分，每小题只有一个正确选项)1．2011年3月17日，因日本福岛第一核电站生核辐射泄漏，放射碘可能被附近居民吸入，引发甲状腺疾病或甲状腺癌。我国香港和内地出现抢购碘盐的疯狂热潮，用于防护核辐射，医疗专家提醒：由于碘盐中碘含量相对较低，根本起不到预防放射性碘的作用，不可盲目过量吃碘盐或碘片，否则可能诱发甲状腺毒症、甲状腺技能减退、甲状腺肿等疾病。已知核辐射中放射性碘(碘­131)的核电荷数为53，则下列说法不正确的是()A．碘131I原子核所含中子数是78B．核能的利用证实原子的可分性C．碘127I原子和放射性碘原子131I属于同位素D．碘127I原子和碘131I原子的质子数不同2．有人认为人体就是一架缓慢氧化着的“高级机器”，人体在生命过程中也需要不断地补充“燃料”。按照这种观点，你认为人体通常摄入的下列物质不能看作“燃料”的是()A．淀粉类物质 B．水C．脂肪类物质 D．蛋白质3．下列说法正确的是()A．Li是最活泼的金属，F是最活泼的非金属B．Mg(OH)2碱性比Ca(OH)2强C．元素周期表中有7个主族，7个副族，1个0族，1个第Ⅷ族，共16纵行D．X2＋的核外电子数目为18，则X在第四周期第ⅡA族4．下列各图中，表示正反应是吸热反应的图是()5．下图中a、b分别是原电池的两极，接通电路后发现a极板质量增加，b极板溶解，符合这一情况的是()a极板b极板a电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨正极CuCl26.对于ⅥA族元素，下列叙述中不正确的是()A．CO2在常温下是气体，SiO2在常温下是固体B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D．该族元素的主要化合价是＋4和＋27．现在电池的种类非常多，且由电池造成的污染越来越严重，下列电池不会造成环境污染的是()A．锂电池 B．锌锰电池C．氢氧燃料电池 D．镍隔电池8．根据化学反应的实质——旧键的断裂和新键的形成，判断下列变化不属于化学变化的是()A．固态硫S8加热变成S2蒸气B．金刚石在一定条件下转化为石墨C．干冰变成CO2气体D．Na2O转化为Na2O29．一定条件下，可逆反应2AB＋3C，在以下四种情况中处于平衡状态的是()正反应速率逆反应速率Av(A)＝2mol·L－1·min－1v(B)＝2mol·L－1·min－1Bv(A)＝2mol·L－1·min－1v(C)＝2mol·L－1·min－1Cv(A)＝1mol·L－1·min－1v(B)＝2mol·L－1·min－1Dv(A)＝1mol·L－1·min－1v(C)＝1.5mol·L－1·min－110.科学家预测原子序数为114的元素，具有相当稳定性的同位素，它的位置在第七周期第ⅣA族，称为类铅。关于它的性质，预测错误的是()A．它的最外层电子数为4B．它的失电子能力比铅强C．它具有＋2、＋4价D．它的最高价氧化物对应的水化物是强酸11．下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的()A．a极是负极B．正极的电极反应是O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．电子由b通过灯泡流向aD．氢氧燃料电池是环保电池12．下列变化不需要破坏化学键的是()A．加热氯化铵 B．冰融化成水C．水通电分解 D．氯化氢溶于水13．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述正确的是()A．反应的化学方程式：2MNB．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡C．t3时，正反应速率大于逆反应速率D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍14.A、B、C均为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示，已知：B、C两元素原子最外层电子数之和等于A元素最外层电子数的2倍；B、C两元素原子的核电荷数之和是A元素原子序数的4倍。则A、B、C分别是()A．C、Al、P B．N、Si、SC．O、P、Cl D．F、S、Al15．A、B、C为三种短周期元素，A、B在同周期，A、C的最低价离子分别为A2－和C－，B2＋和C－具有相同的电子层结构。下列说法中正确的是()A．原子序数：A＜B＜CB．原子半径：A＞B＞CC．离子半径：A2－＞C－＞B2＋D．原子核外最外层电子数：A＞C＞B16．镁铝合金在碱性溶液中开始反应缓慢，后反应加快，经分析是氧化膜及微电池作用的结果。下列叙述正确的是()A．微电池的负极是MgB．微电池的负极是AlC．铝的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑D．镁的电极反应式为Mg－2e－=Mg2＋第Ⅱ卷二、非选择题(本题包括6小题，共52分)17．(9分)在元素周期表第三周期中，置换酸中氢能力最强的元素的元素符号为________，化学性质最稳定的元素符号是________，最高价氧化物对应水化物的酸性最强的化合物的化学式是__________，碱性最强的化合物的化学式是__________，显两性的氢氧化物的化学式是__________，该两性氢氧化物与盐酸、氢氧化钠溶液分别反应的离子方程式为______________、______________，原子半径最大的金属元素的名称是________，离子半径最小的离子结构示意图是________。18．(8分)已知以下信息：①1molN2的共价键断裂吸收946kJ的能量；1molH2的共价键断裂吸收436kJ的能量；形成1molNH3中的化学键释放1173kJ的能量。②将一定量的N2和H2投入一密闭容器中，在一定条件下进行反应，测得有关数据如下：N2(mol·L－1)H2(mol·L－1)NH3(mol·L－1)起始时3302s末2.61.80.8根据以上相关数据回答问题：(1)用H2表示该反应2s内的平均反应速率为________(2)______(填“能”或“不能”)确认该反应2s末已达化学平衡状态。(3)写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(4)氮气和氢气生成氨气的过程______(填“释放”或“吸收”)能量。19．(8分)短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等，请回答下列问题：QRTW(1)T的原子结构示意图为____________(2)元素原子的得电子能力为Q____W(填“＞”或“＜”)。(3)W的单质与其最高价氧化物对应的水化物浓溶液共热能发生反应，生成两种物质，其中一种是具有漂白性的气体，反应的化学方程式为________________________________________________________________________(4)原子序数比R多1的元素的一种氢化物在二氧化锰催化作用下易分解为它的另一种氢化物，此分解反应的化学方程式是________________________________________________________________________(5)将12gQ单质在足量的氧气中燃烧，所得气体通入1L1.5mol·L－1NaOH溶液中，完全吸收后，溶液中大量存在的离子有______________。20．(6分)(1)已知锌与稀硫酸反应为放热反应，某学生为了探究其反应过程中的速率变化，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下：时间(min)12345氢气体积(mL)30120280350370①反应速率最大的(即0min～1min、1min～2min、2min～3min、3min～4min、4min～5min)时间段为____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②反应速率最小的时间段为____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)另一学生也做同样的实验，由于反应太快，测量氢气的体积时不好控制，他就事先在硫酸溶液中分别加入以下物质以减缓反应速率A．蒸馏水B．更加细小的锌粒C．NaCl溶液你认为他的做法可行的是______(填相应字母)；做法不可行的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。21．(10分)将化合物A的蒸气2mol充入0.5L容器中加热，发生分解反应2A(g)B(g)＋nC(g)，反应到3min时，容器中A的浓度为1.6mol·L－1，测得这段时间内，用C的浓度变化表示的平均反应速率v(C)＝1.2mol·L－1·min－1。(1)化学方程式中的化学计量数n的值是__________。(2)以B的浓度变化表示的该反应的平均速率为______。22．(11分)有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物；CB可与EA2反应生成C2A与气态物质EB4；E的M层电子数是K层电子数的2倍。(1)写出下列元素的名称：B：________E：________。(2)写出EB4的化学式：__________。(3)D2A2中含有的化学键类型为____________。(4)由A、C、D三种元素组成的化合物M属于________(填“离子”或“共价”)化合物，M溶于水后________(填“能”或“不能”)发生化学变化，原因是(从化学键变化的角度解释)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。期中模块检测卷1．D[碘127I原子和碘131I原子属于同位素，质子数相同，中子数不同。]2．B3．D[碱金属中Li是金属性和活泼性最小的金属，A项错；Ca的金属性比Mg强，则Mg(OH)2的碱性比Ca(OH)2弱，B项错；周期表有18个纵行，C项错。]4．A[正反应是吸热反应，反应物的能量低于生成物的能量。]5．C[a极板质量增加，是正极，金属性相对不活泼，b极板溶解是负极，金属性相对活泼。]6．B[C原子次外层电子数为2。]7．C[氢氧燃料电池的生成物是水，对环境无污染。]8．C9．A[由于PH3的沸点小于AsH3的沸点，A项错误；Si3N4、NaCl、SiI4其晶体类型分别为原子晶体、离子晶体和分子晶体，三者的熔点依次降低，B项正确；非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物碱性越强，故C、D正确。]10．D[ⅣA族的第一种元素碳对应的H2CO3就是弱酸，同主族从上到下最高价氧化物对应的水化物酸性渐弱。]11．C[电子由负极流向正极，a为负极，所以电子应由a极通过灯泡流向b极。]12．B[化学变化肯定存在化学键的破坏。物理变化要注意分析过程，才能确定。A、C两项是化学变化，加热氯化铵破坏了其分子内的离子键和共价键；水通电分解破坏了其分子内的共价键；HCl溶于水破坏了其分子内的共价键，冰融化成水没有破坏化学键，只破坏了分子间作用力。]13．D[t2时，正反应速率大于逆反应速率，反应未达平衡；t3时，反应已达平衡，正、逆反应速率相等；根据M和N的物质的量的变化可知反应方程式为2NM，所以D正确。]14．C[由题意及元素周期表的结构可知，元素A位于第二周期，B、C位于第三周期，令A的原子序数为x，则B、C原子序数分别为(x＋8)－1、(x＋8)＋1。由题意中各元素原子的原子序数之间的关系可知：[(x＋8)－1]＋[(x＋8)＋1]＝4x，则x＝8，则B、C的原子序数分别为15、17。]15．C[根据离子符号和所带的电荷数，推知B处于ⅡA族，A处于ⅥA族，C处于ⅦA族，从而可判断出原子核外最外层电子数：C＞A＞B。B2＋和C－具有相同的电子层结构，则B处于C的下一周期，结合A、B在同周期，则它们的原子半径：B＞A＞C，原子序数：A＞B＞C，离子半径：A2－＞C－＞B2＋。]16．B[镁的金属性比铝强，但在碱溶液中只有铝反应：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑，所以镁铝在碱性溶液中构成原电池时铝作负极。]17．NaArHClO4NaOHAl(OH)3Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O钠18．(1)0.6mol·L－1·s－1(2)