高中化学（人教版选修4） 第四章电化学基础第二节 化学电源

1、第二节化学电源目标要求 1。了解根据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池和燃料电池的基本结构、工作原理、性能和应用范围。3.正确书写电极反应公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.原电池碱性锌锰电池锌银电池电池结构负极：锌正极：二氧化锰电解质溶液：氢氧化钾溶液负极：锌正极：Ag2O电解质溶液：氢氧化钾溶液电极反应阳极2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-负极锌-2e-+2OH-=锌(OH)2锌+2OH-2e-=锌(OH)2总反应公式锌+二氧化锰+2H2O=

2、2摩尔+锌(氢)2锌+氧化亚银+H2O=锌(氢)2+2Ag2.蓄电池组铅蓄电池氢氧燃料电池电池结构负极：铅正极：二氧化铅电解质溶液：H2SO4溶液负电极：H2正极：O2电解质：酸性电解质电极反应阳极PBO 2(s)+SO(AQ)+4H+(AQ)+2e-=pbso 4(s)+2H2O(l)O2+4H+4e-=2H2O负极铅(s)+硫酸(AQ)-2e-=硫酸铅(s)2H2-4e-=4H+总反应公式Pb(s)+PBO 2(s)+2h2so 4(AQ)=2pb so 4(s)+2H2O(l)2H2+O2=2H2O知识点一化学电池1.碱性电池因其容量大、放电电流大而被广泛使用。碱性锌锰电池采用氢氧化钾溶

3、液作为电解液，电池的总反应式为锌锰H2O=氧化锌锰(OH) 2在以下语句中，错误是()A.当电池工作时，锌失去电子B.电池正极的电极反应式为二氧化锰+2H2O+2e-=锰(羟基)2+2OH-C.当电池工作时，电子通过外部电路从正极流向负极D.理论上，每有0.2摩尔电子通过外部电路，锌的质量就会减少6.5克答案三对这个问题的分析需要利用原电池原理来分析碱性锌锰电池：锌是负极，在反应中失去电子，所以A是正确的；当电池工作时，电流通过外部电路从正极流向负极，电子的定向运动方向与电流方向相反，所以c错了；从电子守恒来看，d项是正确的；根据电池反应的总反应公式和原电池原理，写出正反应公式，B正确。2.新

4、的可充电电池可以长时间保持稳定的放电电压。电池的总反应式为3Zn 2K2FeO4 8H2O放电充电3Zn (OH) 2 2Fe (OH) 3 4KOH，以下说法不正确()A.放电时，负极反应式为Zn-2e- 2oh-=Zn (oh) 2B.放电过程中的正极反应式为FeO 4h2o 3e-=Fe (oh) 3 5oh-C.在放电过程中，每转移3摩尔电子，1摩尔k2feo4就会在正极被氧化D.在充电过程中，阳极附近溶液的碱性减弱答案三分析选项A:放电时，锌作为电池负极在碱性条件下失去电子：锌-2e- 2OH-=锌(OH)2；选项b，根据放电时电池总反应公式减去负反应公式(电子数应相等)，放电时正反

5、应公式为FeO 4h2o 3e-=Fe(oh)35oh-；选项c，放电时K2FeO4减少；选项d，充电是放电的逆反应，因此当充电时，阳极消耗OH-，导致阳极附近溶液的碱度减弱。3.铅蓄电池生产中，双极板上的铅锑合金支架上均匀涂有糊状的硫酸铅，干燥后安装，充电后即可使用。反应是2 PBSO 4 2 H2O放电。充电二氧化铅+铅2H2SO4以下关于铅酸电池的说法是错误的()A.需要定期补充硫酸B.工作时，铅为负极，二氧化铅为正极C.在工作过程中，负极上的反应是Pb-2e- so=pbso4D.电解质的密度在操作过程中降低回答一分析了铅蓄电池放电时相当于一次电池，铅为负极，二氧化铅为正极。负极反应是

6、铅的损失4.固体氧化物燃料电池使用固体氧化锆-氧化钇作为电解质，允许氧离子(O2-)在高温下通过。电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极A和B不参与电极反应。以下判断是正确的()A.O2参与反应的电极是电池的负电极B.电极b的电极反应式为H2-2e-O2-=H2O对应于C. a极的电极反应式是O22h2o4e-=4oh-d、电池的总反应式为2H 2+O2H2O答案D分析认为，由于电子从乙电极流向甲电极，乙电极为负电极，H2在该电极上发生氧化反应。电极a是正极，O2在此发生还原反应。因此，推断原电池的负反应式为H2-2e-=2h，正电极反应式为O2-2e-=O2-，因此电池的总反应式为2H2+O

7、22H2O。5.一位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一是制造燃料电池。一些科学家已经制造了甲烷燃料电池。一个电极充满空气，另一个电极充满甲烷。电解液为掺杂Y2O3的氧化锆晶体，可在高温下传导O2-。以下误判是()A.电池阳极的反应：O2 4e-=2o2-B.电池阴极反应：CH4 4O2 - 8E-=CO2 2H2OC.固体电解质中O2-的运动方向：从正极到负极D.向外部电路释放电子的电极：正极(即，电子从正极流向负极)答案D原因是当放电时，电池的正极经历还原反应(元素的化合价降低)，负极经历氧化反应(元素的化合价增加)。因此，正反应式是O2 4e-=2o2-，负反应式

8、是CH4 4o2-8e-=CO2 2h2o。从上面的正负反应公式可以看出，正反应不断产生O2-，负反应如果要继续，就需要“连续”供氧，所以电池中O2-的运动方向是从正到负。电池的负极发生氧化反应，失去电子，所以外部电路的电子从负极流出，所以D是错的。练习基本实现1.铅酸蓄电池的两极是铅和二氧化铅，电解液是硫酸。电池工作时的反应公式为：Pb PBO 2 h2so 4=2pb so 4 2h2o。以下结论是正确的()A.铅作为正极被氧化。溶液的酸碱度持续下降C.所以只转移到氧化铅。电解液的酸碱度不断增加答案D对问题给出的电极反应公式的分析表明，硫酸不断消耗，所以酸碱度不断增加，所以乙是不正确的，丁

9、是正确的；从铅元素的价态变化可以看出，铅是负极，所以A是不正确的；一次电池工作时，整个电路中负电荷的流向一致，在外部电路中，电子从铅电极流向二氧化铅电极；在内部电路中，负电荷(硫和氢)移动到铅极，所以碳是不正确的。2.微型纽扣电池广泛应用于现代生活中。有一种银锌电池，其中电极为氧化亚银和锌，电解液为氢氧化钾溶液，电极反应式为锌+2OH-2e-=氧化锌+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-反应通式为ag2o Zn=ZnO 2ag根据上述反应式，判断以下陈述是正确的()A.在使用过程中，电池负极区域的溶液的酸碱度增加B.在使用过程中，电子通过外部电路从氧化亚银流向锌电极C.锌是负极，氧

10、化银是正极D.锌电极发生还原反应，氧化亚银电极发生氧化反应答案三分析(1)根据电极反应公式，锌失去电子并溶解，而氧化亚银得到电子还原，所以锌是负电极，氧化亚银是正电极，所以碳是正确的；(2)当负电极(即锌电极)在反应过程中消耗氢时，负电极区域溶液的酸碱度应该降低，所以答错了；(3)当发生电化反应时，电子通过外部电路从负电极到正电极，即电子通过阳极从锌电极到氧化银电极每消耗1摩尔CH4可向外部电路提供8摩尔电子； CH4在阴极失去电子，电极反应式为CH4 10oh-8e-=co 7h2o； O2在阴极获得电子，电极反应式为O2 2h2o 4e-=4oh-；电池放电后，溶液的酸碱度持续升高A. B

11、. C. D.回答一CH4在铂电极上的反应类似于CH4在O2中的燃烧，即CH4CO2。严格地说，生成的CO2也与氢氧化钾反应生成K2CO3，K2CO 3是电池的负极。电极反应式为CH4-8E-10OH-=CO2 7H2O。当1摩尔CH4参与反应时，8摩尔E-被转移，O2在正电极上反应，从而得到虽然正电极产生OH-而负电极消耗OH-，但从总反应式CH4 2O2 2KOH=K2CO3 3H2O可以看出KOH被消耗，所以当电池放电时溶液的酸碱度不断降低，所以 是正确的， 是错误的。练习方法和技巧4.当锌锰干电池放电时，电池的总反应方程式可以表示为Zn2 NO2 2nh=Zn2 Mn2O 3 2nh3

12、 H2O。当电池放电时，在正极(碳棒)上起反应的物质是()A.锌、硼、碳、二氧化锰和铵、锌和氨答案三根据原电池原理，锌为负电极，碳棒为正电极，锌应参与负电极反应，而二氧化锰在反应中得到电子，电子应在正电极区域反应，由于NH向正电极移动，它在正电极反应生成NH3。本科目考查一次电池电极的反应公式和阳离子运动方向的书写。5.氢氧燃料电池用于航天飞机。电极反应产生的水冷凝后可作为宇航员的饮用水。电极反应公式如下：负极：2 H2 4oh-4e-=4h2o正极：O2 2h2o 4e-=4oh-当获得1.8升饮用水时，电池中转移的电子数约为()A.1.8摩尔B.3.6摩尔C.100摩尔D.200摩尔答案D

13、解析n(H2O)=100摩尔2H2+O4e-2=2H2O也就是说，每生产1摩尔H2O，就转移2摩尔电子，当生产100摩尔H2O时，就转移200摩尔电子。6.乙醇燃料电池使用磺酸质子溶剂，在200左右供电。电池的总反应式为C2H5OH 3O2=2CO2 3H2O。以下说法是正确的()A.当电池工作时，质子迁移到电池的负极B.当电池工作时，电流沿着电线从B极流向A极在室温下的电极反应是c2h5oh 3h2o 12e-=2co2 12hD. B电极上的电极反应为2h2o O2 4e-=4oh-回答乙乙醇的一个电极(A电极)被分析为负电极，并且发生氧化反应。引入氧的一个电极(乙电极)是正电极，并且发生

14、还原反应。当电池工作时，阳离子(质子)迁移到电池的正极，项目A不正确；电流方向与电子流方向相反，电流沿导线从B极流向A极，B项正确；a极上的乙醇应该失去电子并被氧化，所以c项是不正确的；由于电池中使用了磺酸质子溶剂，所以在电极反应式中不能出现羟基，而且D项不正确。实践全面发展7.科学家预测，燃料电池将是21世纪获取电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的。一种甲醇燃料电池，使用铂或碳化钨作为电极催化剂，将纯化的甲醇直接加入稀硫酸电解液中，同时将空气引入一个电极。回答以下问题：(1)电池放电时发生的化学反应方程式：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

15、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(1)该电池正极的电极反应：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

16、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，负极的电极反应为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(3)电解液中的氢移至_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(4)使用这种燃料电池的另一个优点是答案(1) 2ch3oh 3o2=2co2 4h2o(2)3O 2+12H+12e-=6H2O2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+(3)正负极(4)对环境