高考化学一轮复习讲义电化学专题3化学电源word版doc.docx

高考化学一轮复习讲义电化学专题3化学电源word版doc.docx

《高考化学一轮复习讲义电化学专题3化学电源word版doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学一轮复习讲义电化学专题3化学电源word版doc.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考化学一轮复习讲义电化学专题3化学电源word版doc

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+2

Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O

负极：

Zn+2OH−−2e−

Zn（OH）2

正极：

2MnO2+2H2O+2e−

2MnOOH+2OH−

总反应：

Zn+2MnO2+2H2O

2MnOOH+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。

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：

LiAlCl4　SOCl2

放电时的反应

负极反应：

8Li－8e－===8Li＋

正极反应：

3SOCl2＋8e－===SO

＋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＋LixCn

nC＋LiMO2

负极反应：

LixCn-xe－===xLi＋+nC

正极反应：

Li1-xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

3．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+O2

2H2O

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−+2CO2

2CO32-

（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++CO2

③熔融盐介质，如熔融的K2CO3

总反应：

CH4+2O2===CO2+2H2O

正极：

O2＋4e－＋2CO2===2CO

负极：

CH4-8e－＋10OH-===CO32-＋7H2O

④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−+6H2O

②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++CO2

③熔融盐介质，如熔融的K2CO3

总反应：

2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

正极：

O2＋4e－＋2CO2===2CO

负极：

CH3OH－6e－＋3CO

===4CO2＋2H2O

④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CO

；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＋3NH

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＋SO

B．当电路中通过0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol

C．K闭合时，Ⅱ中SO

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

5.2013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＋xLi

C．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0.14g

C．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﹣=CaCl2

B．放电过程中，Li+向负极移动

C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb

D．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＋2H2O

Cd（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”）。

（2）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a

D．该电池的总反应：

2H2+O2=2H2O

2.一种新型的乙醇电池，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﹣=2H2O

D．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﹣═2H2O

B．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2mol

D．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CO2

B．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＋H2O

D．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－===2H2O

C．电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2S

D．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区

7．（2018·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↑＋4H2O

C．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NO

C．石墨I极的电极反应式为NO2+NO3﹣﹣e﹣═N2O5

D．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MgCl2

B．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+8H2O

3Zn（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）2

B．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+H2O

ZnO+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+2H2O

Cd（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+H2O

C．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﹣+6H2O

2CH3OH+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﹣+6H2O

B．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﹣=2H2O

D．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+=Li2Sn

C．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＋NO

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－xCoO2

C＋LiCoO2；锂硫电池的总反应为：

2Li＋S

Li2S。

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－nMn2O4

LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为：

NiOOH＋MH

M＋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＋nLi

C．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54g

2.我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流．电池总反应为：

4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3，下列说法不正确的是（　　）

A．正极反应式为：

O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣

B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极

C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积

D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用

3.如图是一种微生物燃料电池的原理示意图．下列有关该微生物燃料电池的说法正确的是（　　）

A．A极为