精品高中化学专题2第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版必修21Word文档格式.docx

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O2＋2H2O＋4e－===4OH－（还原反应）；

总反应：

2H2＋O2===2H2O。

　从电极反应认识化学电池类型

（1）活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。

（2）两电极都参加反应，如铅蓄电池。

（3）两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

例1

　下列电池工作时，O2在正极得电子的是（　　）

A

B

C

D

锌锰电池

铅蓄电池

氢氧燃料电池

镍镉电池

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的分类

答案　C

例2

　汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：

PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是（　　）

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO

－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

题点　铅蓄电池

解析　从铅蓄电池的放电反应可以看出：

放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；

PbO2得到电子发生还原反应，被还原；

反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

思维启迪

二次电池的放电、充电是相反的过程，如铅蓄电池放电时，Pb电极上发生氧化反应，充电时Pb电极上发生还原反应，PbO2电极亦是如此。

二、电池中电极反应式的书写

1．充电电池电极反应式的书写方法

（1）先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。

（2）写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）。

（3）在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

例3

　铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。

工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

根据上述情况判断：

（1）工作时，电解质溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）工作时，电解质溶液中的阴离子移向______极。

（3）电流方向从______极流向______极。

（4）写出负极的电极反应式：

__________________________________________________。

（5）当铅蓄电池向外电路提供1mol电子时，理论上负极板的质量增加______g。

题点　铅蓄电池的相关综合

答案　

（1）增大　

（2）负　（3）正　负（4）Pb＋SO

－2e－===PbSO4　（5）48

解析　本题解答时应从两方面入手：

一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理，二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。

由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SO

===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O。

由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；

阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；

当外电路中通过1mol电子时，根据Pb

PbSO4，则负极增重为SO

的质量，即96g·

mol－1×

mol＝48g。

2．燃料电池电极反应式的书写方法

（1）写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。

甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

（2）写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下两种情况：

①酸性电解质溶液环境下的电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

②碱性电解质溶液环境下的电极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

（3）根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。

例4

　如图所示，可形成氢氧燃料电池。

通常氢氧燃料电池有酸式（当电解质溶液为硫酸时）和碱式[当电解质溶液为NaOH（aq）或KOH（aq）时]两种。

试回答下列问题：

（1）酸式电池的电极反应：

________________________________________________，

________________________________________________________________________；

电池总反应：

_______________________________________________________；

电解质溶液pH的变化为________（填“变大”“变小”或“不变”）。

（2）碱式电池的电极反应：

____________________________________________________，

______________；

_______________________________________；

电解质溶液pH的变化为__________（填“变大”“变小”或“不变”）。

题点　电极反应式的书写

答案　

（1）2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大

（2）2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小

解析　

（1）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O。

负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。

电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。

（2）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－。

负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。

电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。

同样，由于有水生成，c（OH－）变小，pH变小。

1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（　　）

A．碱性锌锰电池B．手机用锂电池

C．汽车用铅蓄电池D．玩具用镍氢电池

题点　常见电源的分类

答案　A

解析　A项，碱性锌锰电池属于一次电池，不属于可充电电池，正确；

B项，手机用锂电池属于可充电电池，错误；

C项，汽车用铅蓄电池属于可充电电池，错误；

D项，玩具用镍氢电池属于可充电电池，错误。

2．下列有关锌锰干电池的说法中正确的是（　　）

A．锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料

B．在外电路中电子从碳棒流向锌外壳

C．电流从锌流到碳棒上

D．在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动

题点　锌锰干电池

解析　A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，故正确；

B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；

C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故错误；

D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。

3．（2017·

北京101中学期中）LED产品的使用为城市增添色彩。

下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．a处通入氧气，b处通入氢气

B．通入H2的电极发生反应：

H2－2e－===2H＋

C．通入O2的电极为电池的正极

D．该装置将化学能最终转化为电能

题点　氢氧燃料电池

解析　A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故错误；

B项，a为正极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故错误；

C项，氧气得电子，因此通入氧气的电极为电池的正极，故正确；

D项，该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能，故错误。

4．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt—Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中（　　）

①铝合金是负极　②海水是电解质溶液　③铝合金电极发生还原反应

A．①②B．②③

C．①③D．①②③

考点　新型化学电源

题点　金属空气燃料电池

5．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

其工作示意图如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．Zn电极是负极

B．Ag2O电极发生还原反应

C．Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

D．放电前后电解质溶液的pH保持不变

题点　常见化学电源的综合

答案　D

解析　反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；

Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；

电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，C正确；

根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。

6．有一种微型电池，其电极分别为Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，试回答下列问题：

（1）原电池是把________能转化成__________能的装置。

（2）该电池中Zn极为________极。

（3）当金属Zn消耗了16.25g时，转移电子的物质的量为__________。

答案　

（1）化学　电　

（2）负　（3）0.5mol

[对点训练]

题组一　常见化学电源

1．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。

有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是（　　）

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取出洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用

题点　废旧电池的危害及回收利用

解析　虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。

2．最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池，其结构如图所示。

尽管这种电池的历史悠久，但对于它的化学过程人们尚未完全了解。

一般认为，放电时，电池中的反应如下：

E极：

2MnO2＋2e－＋2NH

===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑

F极：

Zn－2e－===Zn2＋

总反应式：

2MnO2＋Zn＋2NH

===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O

下列说法正确的是（　　）

A．E极是电池的正极，发生的是氧化反应

B．F极是电池的负极，发生的是氧化反应

C．从结构上分析，锌锰电池应属于可充电电池

D．锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的

答案　B

解析　E极发生还原反应，应为电池的正极，F极发生氧化反应，为电池的负极。

干电池中反应不可逆，故不属于可充电电池。

3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，电池放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列对电池放电时的分析正确的是（　　）

A．Pb为正极被氧化

B．电子从PbO2流向外电路

C．SO

向PbO2处移动

D．电解质溶液pH不断增大

解析　根据元素化合价变化知，铅失电子作还原剂而被氧化，则铅作负极，故A错误；

该原电池中，铅失电子作负极，二氧化铅得电子作正极，导致电子从铅沿导线流向正极二氧化铅，故B错误；

该原电池放电时，硫酸根离子向负极铅移动，氢离子向正极二氧化铅移动，故C错误；

根据电池反应式知，硫酸参加反应，则溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，故D正确。

4．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下所示。

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a

D．该电池的总反应：

2H2＋O2===2H2O

解析　燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；

a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；

外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。

5．下列关于化学电源的说法正确的是（　　）

A．干电池放电之后还能再充电

B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能

C．充电电池可以无限制地反复放电、充电

D．氢氧燃料电池是一种环境友好型电池

题点　常见化学电源的综合判断

解析　A项，干电池是一次性电池，放电之后不能再充电，错误；

B项，充电电池在放电时化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能，错误；

C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，错误；

D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好型电池，正确。

题组二　新型化学电源

6．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是（　　）

A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋

B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋

C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO

D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋

题点　用途广泛的锂电池

解析　由总反应

i＋

nO2===

i

nO2可知，Li元素在反应后化合价升高（0→＋1），Mn元素在反应后化合价降低（＋4→＋3）。

Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO

。

7．鱼雷采用Al—Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是（　　）

A．Ag2O为电池的正极

B．Al在电池反应中被氧化

C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极

D．溶液中的OH－向Al极迁移

题点　层出不穷的新型化学电源

解析　A项，根据原电池工作原理，化合价升高，失电子的作负极，即铝单质作负极，则Ag2O作电池的正极，正确；

B项，根据电池总反应，铝的化合价升高，被氧化，正确；

C项，根据原电池工作原理，外电路电子从负极流向正极，由铝流向氧化银，错误；

D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向铝极，正确。

8．（2017·

永州高一检测）镍镉（Ni—Cd）可充电电池可以发生如下反应：

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2

Cd＋2NiO（OH）＋2H2O，由此可知，该电池的负极材料是（　　）

A．CdB．NiO（OH）

C．Cd（OH）2D．Ni（OH）2

题点　常考常新的充电电池

解析　放电时，元素化合价升高的物质为负极材料。

9．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。

已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===CO

＋7H2O,2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。

下列有关说法中错误的是（　　）

A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应

B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱

C．此电池属于环境友好型电池

D．此电池中化学能100%转化为电能

题点　甲烷燃料电池

解析　A项，CH4燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，所以CH4在负极上反应，氧气得电子发生还原反应，所以O2在正极上反应，正确；

B项，根据电池总反应CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O知，OH－参加反应，所以溶液中OH－浓度降低，溶液的碱性减弱，正确；

C项，该电池放电时不产生对环境有污染的物质，所以属于环境友好型电池，正确；

D项，此电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。

10．如图是甲醇（CH3OH）燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是（　　）

A．电极A为电池负极

B．电极B表面上发生还原反应

C．工作一段时间溶液pH保持不变

D．燃料电池工作时不会出现火焰

题点　甲醇燃料电池

解析　甲醇燃料电池中，甲醇在负极通入，氧气在正极通入，即A是负极，B是正极，O2在电极B表面发生还原反应，A、B正确；

由于氧气和甲醇不直接接触，不可能产生火焰，D正确；

因为反应后会生成碳酸钾，消耗氢氧化钾，因此溶液的碱性降低，C错误。

11．据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。

其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。

则下列叙述正确的是（　　）

A．锌为正极，空气进入负极反应

B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋

C．正极发生氧化反应

D．电解液为强酸

解析　Zn与O2反应的电子转移情况为

，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

O2是正极反应物，发生还原反应。

若电解液是强酸，电池的化学反应不是2Zn＋O2===2ZnO，而是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

12．一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．电池工作时，电子由a流向b

B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区

D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O

题点　微生物燃料电池

解析　因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm（H2O）n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；

微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；

放电时阳离子向正极移动，C错误；

放电时正极发生还原反应，D正确。

[综合强化]

13．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

（1）该电池的负极是________，负极反应式是________。

（2）正极现象是__________________________________________________________。

（3）放电时OH－向________（填“正极”或“负极”）移动。

题点　化学电源的相关综合

答案　

（1）锂　Li－e－===Li＋　

（2）有无色气体产生　（3）负极

解析　金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性：

H＋>

Li＋，所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，正极产生无色气体；

在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动。

14．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：

铅蓄电池的负极是__________，负极反应式是__________________________________，铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则正极反应式为_______________。

放电过程中溶液的密度________（填“增大”“减小”或“不变”）。

答案　铅　Pb－2e－＋SO

===PbSO4　PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O　减小

解析　正极反应式等于总反应式减去负极反应式，放电过程中消耗了硫酸，故电解液的密度减小。

15.如图为原电池装置示意图。

（1）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是________（填字母）。

A．铝片、铜片B．铜片、铝片

C．铝片、铝片D．铜片、铜片

写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：

_____________________________

________________________________________________________________________。

（2）若A为Pb，B为PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

写出B电极反应式：

______________________________

该电池在工作时，A电极的质量将________（填“增加”“减小”或“不变”）。

若该电池反应消耗了0.1molH2SO4，则转移电子的数目为________。

（3）若A、B均为铂片，电