第四章 第二節(jié) 化學(xué)電源

1、.第二節(jié)化學(xué)電源目標(biāo)要求1.了解依據(jù)原電池原理開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品化學(xué)電池。2.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍。3.正確書寫原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。一、化學(xué)電池化學(xué)電池是利用原電池原理，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。二、常用電池1一次電池堿性鋅錳電池鋅銀電池電池結(jié)構(gòu)負(fù)極：Zn正極：MnO2電解質(zhì)溶液：KOH溶液負(fù)極：Zn正極：Ag2O電解質(zhì)溶液：KOH溶液電極反應(yīng)正極2MnO22e2H2O=2MnOOH2OHAg2O2eH2O=2Ag2OH負(fù)極Zn2e2OH=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2總反應(yīng)式Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(O

2、H)2ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2.二次電池鉛蓄電池氫氧燃料電池電池結(jié)構(gòu)負(fù)極：Pb正極：PbO2電解質(zhì)溶液：H2SO4溶液負(fù)極：H2正極：O2電解質(zhì)：酸性電解質(zhì)電極反應(yīng)正極PbO2(s)SO(aq)4H(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)O24H4e=2H2O負(fù)極Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H24e=4H總反應(yīng)式Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)2H2O2=2H2O知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)電池1堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為ZnMnO2H2O=Zn

3、OMn(OH)2下列說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是()A電池工作時(shí)，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為MnO22H2O2e=Mn(OH)22OHC電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g答案C解析本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極，在反應(yīng)中失去電子，故A正確；電池工作時(shí)，電流由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極，而電子定向移動(dòng)方向與電流方向相反，故C錯(cuò)誤；由電子守恒知D項(xiàng)正確；由該電池反應(yīng)的總反應(yīng)式和原電池的原理寫出正極反應(yīng)式知B正確。2某新型可充電電池，能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反應(yīng)式為3Zn2K2FeO48H2O放電充電3

4、Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下說(shuō)法不正確的是()A放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Zn2e2OH=Zn(OH)2B放電時(shí)正極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OHC放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D充電時(shí)陽(yáng)極附近的溶液的堿性減弱答案C解析選項(xiàng)A，放電時(shí)，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn2e2OH=Zn(OH)2；選項(xiàng)B，根據(jù)放電時(shí)總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時(shí)正極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；選項(xiàng)C，放電時(shí)，K2FeO4被還原；選項(xiàng)D，充電是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時(shí)，陽(yáng)極消耗OH，導(dǎo)致陽(yáng)極附近的溶

5、液的堿性減弱。3生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是2PbSO42H2O放電充電PbO2Pb2H2SO4下列對(duì)鉛蓄電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A需要定期補(bǔ)充硫酸B工作時(shí)鉛是負(fù)極，PbO2是正極C工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb2eSO=PbSO4D工作時(shí)電解質(zhì)的密度減小答案A解析鉛蓄電池放電時(shí)相當(dāng)于原電池，Pb是負(fù)極，PbO2是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Pb失去電子生成Pb2，Pb2與溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放電時(shí)消耗的硫酸與充電時(shí)生成的硫酸相等，在電池制備時(shí)，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說(shuō)明H2SO4不

6、用補(bǔ)充；放電時(shí)，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。知識(shí)點(diǎn)二燃料電池4固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2)在其間通過(guò)。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()A有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極Bb極的電極反應(yīng)式為H22eO2=H2OCa極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OHD該電池的總反應(yīng)式為2H2O22H2O答案D解析因?yàn)殡娮訌腷電極流向a電極，所以b電極為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反應(yīng)；a電極為正極，O2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池的負(fù)極

7、反應(yīng)式為H22e=2H，正極電極反應(yīng)式為O22e=O2，則電池總反應(yīng)式為2H2O22H2O。5有位科學(xué)家說(shuō)：“甲烷是21世紀(jì)的新燃料?！奔淄樽鳛槿剂系挠猛局痪褪怯糜谥谱魅剂想姵?。有科技工作者制造了一種甲烷燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)電極通入甲烷，電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2。以下判斷錯(cuò)誤的是()A電池正極發(fā)生的反應(yīng)：O24e=2O2B電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH44O28e=CO22H2OC固體電解質(zhì)里的O2的移動(dòng)方向：由正極流向負(fù)極D向外電路釋放電子的電極：正極(即電子由正極流向負(fù)極)答案D解析因?yàn)榉烹姇r(shí)，電池正極發(fā)生還原反應(yīng)(元素化合價(jià)降低)，負(fù)極發(fā)生氧化

8、反應(yīng)(元素化合價(jià)升高)。所以正極反應(yīng)式是O24e=2O2，負(fù)極反應(yīng)式是CH44O28e=CO22H2O。由上述電池的正、負(fù)極反應(yīng)式可以看出：正極反應(yīng)“源源不斷”地產(chǎn)生O2，負(fù)極反應(yīng)要持續(xù)進(jìn)行，則需要“持續(xù)不斷”的O2供應(yīng)，故電池內(nèi)O2的移動(dòng)方向是由正極流向負(fù)極。電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，故外電路電子從負(fù)極流出，所以D錯(cuò)誤。練基礎(chǔ)落實(shí)1鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時(shí)的電池反應(yīng)式為PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列結(jié)論正確的是()APb為正極被氧化 B溶液的pH不斷減小CSO只向PbO2處移動(dòng) D電解質(zhì)溶液的pH不斷增大答案D解析由題給

9、電極反應(yīng)式可以看出H2SO4不斷被消耗，故pH不斷增大，所以B不正確，D正確；由Pb元素化合價(jià)的變化，可以看出Pb是負(fù)極，所以A不正確；原電池工作時(shí)，整個(gè)電路中負(fù)電荷的流向是一致的，外電路中，電子由Pb極流向PbO2極；內(nèi)電路中，負(fù)電荷(SO和OH)移向Pb極，所以C不正確。2微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)式為Zn2OH2e=ZnOH2OAg2OH2O2e=2Ag2OH總反應(yīng)式為Ag2OZn=ZnO2Ag根據(jù)上述反應(yīng)式，判斷下列敘述中正確的是()A在使用過(guò)程中，電池負(fù)極區(qū)溶液的pH增大B在使用過(guò)程中，電子由Ag2

10、O經(jīng)外電路流向Zn極CZn是負(fù)極，Ag2O是正極DZn極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O極發(fā)生氧化反應(yīng)答案C解析(1)根據(jù)電極反應(yīng)式可知Zn失電子被氧化而溶解，Ag2O得電子被還原，故Zn是負(fù)極，Ag2O是正極，所以C正確；(2)負(fù)極(即Zn極)在反應(yīng)時(shí)消耗OH，則負(fù)極區(qū)溶液的pH應(yīng)減小，故A錯(cuò)誤；(3)發(fā)生原電池反應(yīng)時(shí)，電子由負(fù)極經(jīng)外電路到正極，即電子從Zn極經(jīng)外電路到Ag2O極，故B錯(cuò)誤；(4)在原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。3有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說(shuō)法正確的是()每消耗1 mol C

11、H4可以向外電路提供8 mol e負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式為CH410OH8e=CO7H2O負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH電池放電后，溶液的pH不斷升高A B C D答案A解析CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2中燃燒的反應(yīng)，即CH4CO2，嚴(yán)格地講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價(jià)升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH48e10OH=CO7H2O,1 mol CH4參加反應(yīng)有8 mol e發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH。雖然正極產(chǎn)生OH，負(fù)極消耗OH，但從總反應(yīng)式CH42O22KOH=

12、K2CO33H2O可看出是消耗了KOH，所以電池放電時(shí)溶液的pH值不斷下降，故正確，錯(cuò)誤。練方法技巧4鋅錳干電池在放電時(shí)，電池總反應(yīng)方程式可以表示為Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O，此電池放電時(shí)，在正極(碳棒)上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()AZn B碳 CMnO2和NH DZn2和NH3答案C解析根據(jù)原電池原理，鋅為負(fù)極，碳棒為正極，鋅應(yīng)參加負(fù)極反應(yīng)，而MnO2在反應(yīng)中得到電子，應(yīng)當(dāng)在正極區(qū)發(fā)生反應(yīng)，又由于NH移向正極，在正極發(fā)生反應(yīng)生成NH3。本題考查原電池電極反應(yīng)式的書寫，陽(yáng)離子移動(dòng)的方向。5氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)式如

13、下：負(fù)極：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol答案D解析n(H2O)100 mol2H2O4e2=2H2O即每生成1 mol H2O則轉(zhuǎn)移2 mol e，當(dāng)生成100 mol H2O時(shí)，轉(zhuǎn)移200 mol e。6乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200左右時(shí)供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH3O2=2CO23H2O，電池示意圖，下列說(shuō)法中正確的是()A電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移B電池工作時(shí)，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極Ca極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5O

14、H3H2O12e=2CO212HDb極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2OO24e=4OH答案B解析通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí)，陽(yáng)離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，A項(xiàng)不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，B項(xiàng)正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，所以C項(xiàng)不正確；因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷愘|(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH，D項(xiàng)不正確。練綜合拓展7科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同

15、時(shí)向一個(gè)電極通入空氣?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_。(1) 此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：_，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：_。(3)電解液中H向_極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是_。(4)使用該燃料電池的另一個(gè)好處是_。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正負(fù)極(4)對(duì)環(huán)境無(wú)污染解析(1)燃料電池的電池反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的CO2不與H2SO4反應(yīng)，故電池總反應(yīng)式為2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會(huì)生成H2O，用

16、電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式。(3)H移向正極，在正極生成水。(4)產(chǎn)物是CO2和H2O，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。8氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。請(qǐng)回答：(1) 氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是_，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開(用a、b表示)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為_。(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開。(4)該電池工作時(shí)，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此，大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=

17、LiOHH2反應(yīng)中的還原劑是_，反應(yīng)中的氧化劑是_。已知LiH固體密度為0.82 g·cm3，用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為_。由生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為_mol。答案(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躠到b(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率(4)LiH2O1/1 148或8.71×10432解析(1)電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極，故電子由a流動(dòng)到b。(2)H2在負(fù)極失電子，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KO