易學(xué)通_重難點(diǎn)一本過高二化學(xué)-第四章-電化學(xué)基礎(chǔ)(人教版選修4)：重難點(diǎn)五-化學(xué)電源新型電池

1、化學(xué)電源新型電池疑點(diǎn)解洞*一、一次電池1 定義：一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化復(fù)原反響的物質(zhì))消耗到一定程度，就不能使用了. 次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫干電池常用的有普通的鋅錳干電池、堿性 鋅錳電池、鋅汞電池、鎂錳干電池等.2.常見的一次電池：1普通鋅錳干電池鋅錳干電池是最常見的化學(xué)電源，分酸性堿性兩種.干電池的外殼(鋅)是負(fù)極，中間的碳棒是正極，在碳棒的周圍是細(xì)密的石墨和去極化劑MnO的混合物，在混合物周圍再裝入以NHCI溶液浸潤(rùn)ZnCI2, NHCI和淀粉或其他填充物(制成糊狀物).為了防止水的蒸發(fā)， 干電池用蠟封好.干電池在使用時(shí)的電極反響為：- 2+負(fù)極：Zn-2e =Zn

2、正極：2NH+2e +2M nO=2NH+MnQ+H2O總反響：Zn+2Mn O+2NH =MnQ+2NH+Z n +HO2堿性鋅錳干電池負(fù)極：Zn+2OR2e-=Z n(OH)2正極：2Mn O+2H2O+2e=2M nO OH+2OH總反響：Zn+2 Mn O+2HO=2M nO OH+Z n(OH)3銀一鋅電池電子手表、液晶顯示的計(jì)算器或一個(gè)小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級(jí)的，它們所用的電池體積很小， 有“紐扣電池之稱. 它們的電極材料是 Ag2O和Zn,所以叫銀一鋅電池.電極反響和電池反響是：負(fù)極：Zn+2OR2e- =Z n(OH)2正極：Ag2O+HO+2e =2Ag+2OH總

3、反響：Zn+A°O+HO=Z n(OH)a+2Ag利用上述化學(xué)反響也可以制作大電流的電池，它具有質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn).這類電池已用于 宇航、火箭、潛艇等方面.4鋰-二氧化錳非水電解質(zhì)電池以鋰為負(fù)極的非水電解質(zhì)電池有幾十種， 其中性能最好、 最有開展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質(zhì)電池，這種電池以片狀金屬及為負(fù)極，電解活性Mn02作正極，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)溶液，以聚丙烯為隔膜， 電極反響為：負(fù)極反響：Li-e -=Li +正極反響：+-MnO2+Li +e-=LiMnO2總反響： Li+Mn02=LiMn02該種電池的電動(dòng)勢(shì)為 2.69V ，重量

4、輕、體積小、電壓高、比能量大，充電 1000 次后仍能維 持其能力的 90%，貯存性能好，已廣泛用于電子電腦、無線電設(shè)備等5鋁- 空氣 -海水電池1991年，我國(guó)首例以鋁 -空氣- 海水為材料組成的新型電池用作航海標(biāo)志燈該電池以取之不 盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流工作原理：負(fù)極：4AI-12e -4AI3+正極：3Q+6H2O+12 e-120H總反響： 4AI+302+6H204AI0H 3特點(diǎn)：這種海水電池的能量比“干電池高 20-50 倍6高能電池 -鋰電池該電池是 20世紀(jì) 70年代研制出的一種高能電池 由于鋰的相對(duì)原子質(zhì)量很小， 所以比容 量單位質(zhì)量電極材料

5、所能轉(zhuǎn)換的電量特別大， 使用壽命長(zhǎng)， 適用于動(dòng)物體內(nèi) 如心臟起搏器因鋰的化學(xué)性質(zhì)很活潑，所以其電解質(zhì)溶液應(yīng)為非水溶劑如作心臟起搏器的鋰-碘電池的電極反響式為： 負(fù)極： 2Li-2e -2Li + 正極： I 2+2e-2 I -總反響式為： 2Li+I 22LiI二、二次電池1定義： 二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生這類電池 可以屢次重復(fù)使用2常見的二次電池： 1鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板上覆蓋有Pb,電解質(zhì)是HkSQ.鉛蓄電池放電的電極反響如下：負(fù)極： Pb+SO42-2e-=PbSO4 氧化反響

6、2- + -正極：PbO+SO-十 4H+2e-=PbSO+2H2O復(fù)原反響總反響：Pb+PbO+2HbSO=2PbSO十 2H2O鉛蓄電池充電的反響是上述反響的逆過程：陰極： PbSO4+2e-=Pb+SO42-( 復(fù)原反響 )- 2- +陽極：PbSG+2HO-2e-=PbO+SO -十 4H(氧化反響)總反響：2PbSQ十 2fO=Pb+PbO+2H2SQ可以把上述反響寫成一個(gè)可逆反響方程式：Pb+PbO+2H2SQ?2PbsQ4十 2HQ2堿性鎳-鎘電池：該電池以 Cd和NiO(OH)作電極材料，NaOH乍電解質(zhì)溶液.負(fù)極： Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2正極： 2NiO(OH)

7、+2H2O+2e-=2Ni(OH) 2+2OH-總反響式為： Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH2)+2Ni(OH) 2 從上述兩種蓄電池的總反響式可看出，鉛蓄電池在放電時(shí)除消耗電極材料外，同時(shí)還消耗電解質(zhì)硫酸，使溶液中的自由移動(dòng)的離子濃度減小，內(nèi)阻增大，導(dǎo)電能力降低.而鎳-鎘電池在放電時(shí)只消耗水，電解質(zhì)溶液中自由移動(dòng)的離子濃度不會(huì)有明顯變化，內(nèi)阻幾乎不變，導(dǎo) 電能力幾乎沒有變化. 3氫鎳可充電池：該電池是近年來開發(fā)出來的一種新型可充電池，可連續(xù)充、放電500 次，可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎳 -鎘電池.負(fù)極： H2+2OH-2e - =2H2O正極： 2NiO(OH)+2H2O+2e-

8、=2Ni(OH)2+2OH-總反響式為： H2+2NiO(OH)=2Ni(OH) 2三、燃料電池又稱連續(xù)電池：一般以天然燃料或其它可燃物質(zhì)如H、CH等作為負(fù)極反響物質(zhì)，以C2作為正極反響物質(zhì)而形成的.燃料電池體積小、質(zhì)量輕、功率大，是正在研究的新型電池 之一.1氫氧燃料電池主要用于航天領(lǐng)域，是一種高效低污染的新型電池，一般用金屬鉑(是一種惰性電極，并具有催化活性)或活性炭作電極，用 40%的KOH溶液作電解質(zhì)溶液其電極反 應(yīng)式為：負(fù)極： 2H2+4OH-4e-=4H 2O正極： O2+2H2O+4e-=4OH-總反響式為： 2H2+O2=2H2O2甲烷燃料電池用金屬鉑作電極，用KOH溶液作電解

9、質(zhì)溶液.- 2-負(fù)極： CH4+10OH-8e-=CO3 2-+7H2O正極： 2O2+4H2O+8e-=8OH-總反響式為： CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O3甲醇燃料電池是最近摩托羅拉公司創(chuàng)造的一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿作為電解質(zhì)溶液的新型電池，電量是現(xiàn)有鎳氫電池或鋰電池的10倍.2負(fù)極：2CH4O+16OHl2e-=2CO -+12H2O正極：3C2+6H2O+12e =120H2總反響式為：2CHO+3O+4OH=2CO +6H2O4固體氧化物燃料電池該電池是美國(guó)西屋公司研制開發(fā)的，它以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O"在其間通過.負(fù)極：2

10、Hb+2Q-4e-=2H2O2-正極：O2+4e-=2O總反響式為：2H2+Q=2H2O5熔融鹽燃料電池：該電池用Li 2CO和的NCO熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與 CQ的混合氣為陰極助燃?xì)猓频迷?50°C下工作的燃料電池熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率.2負(fù)極：2CO+2CO-4e-=4CO2正極：Q+2CO4e-=2CQ -總反響式為：2CO+O=2CO?！局仉y點(diǎn)指數(shù)】【重難點(diǎn)考向一】新型二次電池【例1】高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電放電電壓.高鐵電池的總反響為3Zn+2KzFeO4+8H2 3Z n(OH)2+2F

11、e(OH)3+4KO H以下表達(dá)不正確的選項(xiàng)是()放電A. 放電時(shí)負(fù)極反響為：Zn-2e-+2O Zn (OH)2充電B. 充電時(shí)陽極反響為：Fe(OH)3-3e -+5OHFeO-+4H2OC. 放電時(shí)每轉(zhuǎn)移 3mol電子，正極有 1mol KzFeO被氧化D. 放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)【答案】C【解析】蒙根將電池的總反響可知高鐵電池放電時(shí)必定是鋅在員極失去電子，電極反響式為zumir如伽)“故A正確宇氏充電時(shí)陽扱發(fā)生失電子的氧化反響，即反響芮；F日伽)牯+50E=Fe(V*恥，故3正確；C.放電時(shí)正極反響為F如+崛0+牯=視(011)屋0口每蒔 移3bo1電子，正扳有1耐1屁F珂被還扁

12、故U錯(cuò)誤汕放電時(shí).正極反響為耳肓十十3薩丟(皿)?十5吋, 生成氫氧根離子，堿性姜増強(qiáng)，故D正確；應(yīng)選6【重難點(diǎn)點(diǎn)睛】根據(jù)電池的總反響可知，高鐵電池放電時(shí)必定是鋅在負(fù)極失去電子，電極反響式為 Zn-2e-+2OH=Z n(0H)2，高鐵酸鈉在正極得到電子，電極反響式為Fe2+4HzO+3e =Fe(OH)3+5OH，根據(jù)電極反響式可判斷電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量與反響物之間的關(guān)系，充電時(shí)，陽極上氫氧化鐵轉(zhuǎn)化成高鐵酸鈉，電極反響式為Fe(OH)3+5OH=FeQ2+4H2O+3e，陽極消耗 0H離子，堿性要減弱?！局仉y點(diǎn)考向二】新型燃料電池【例2】查處酒后駕駛采用的“便攜式乙醇測(cè)量?jī)x以燃料電池為工作原理

13、，在酸性環(huán)境中，理論上乙醇可以被完全氧化為CO,但實(shí)際乙醇被氧化為X,其中一個(gè)電極的反響式為：CHCHOH-2e- X+2H .以下說法中正確的選項(xiàng)是 ()A. 電池內(nèi)部H+由正極向負(fù)極移動(dòng)B. 另一極的電極反響式為：Q+4e-+2HO=4OHC. 乙醇在正極發(fā)生反響，電子經(jīng)過外電路流向負(fù)極D. 電池總反響為：2CHCH0H+S 2CHCHO+22O【答案】D【解析】A.原電池工作時(shí)，陽離子向正極移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B.電解質(zhì)溶液呈酸性，正極反響式為C2+4e-+4Hh=2H2O,故B錯(cuò)誤；C.原電池工作時(shí)，電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，故C錯(cuò)誤；D .由 CHCHOH-2e宀X+2HI可知，X 應(yīng)

14、為 CHCHO,那么 電池總反響為 2CHCHOH+A2CHCHO+2HO 故 D 正確；應(yīng)選 Db【名師點(diǎn)睛】以化學(xué)電源新型電池為載體考查原電池原理，醇酸性燃料電池中，乙醇被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極，正極上氧氣得電子和氫離子反響生成水，電極反響式為0+46+4420,由 CHCHOH-2ef X+2HI可知，X應(yīng)為 CHCHO 應(yīng)為 2CHCHOH+42CHCHO+2HO,原電池工作時(shí)，電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極；易錯(cuò)選項(xiàng)是B,寫電極反響式時(shí)要注意結(jié)合溶液的酸堿性；在酸性溶液，生成物中不能有氫氧根離子生成；在堿性溶液中，生成物中不能有氫離子生成?！局仉y點(diǎn)考向三】電化學(xué)原理的綜合應(yīng)用【例3】將鉑電極

15、放置在 KOH溶液中，然后分別向兩極通入 CH4和Q,即可產(chǎn)生電流，此裝置稱為甲烷燃料電池以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是 通入CH的電極為正極 正極的電極反響式為： Q+2H2O+4e=4OH 通入 CH的電極反響式為： CH+2C2+4e-=CG+2H2O 負(fù)極的電極反響式為： CH+10OH-8e- =CO- +7H2O 放電時(shí)溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng) 放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)A. B.C.D.【答案】C【解折】甲烷燃料電池中甲烷失電子為閔拓頡錯(cuò)誤$利性條件下，正概上氧氣得電子生咸氫氧根離 子，其電極斥應(yīng)式為3処帖4滬40故正確$甲烷燃料電池負(fù)極是甲烷失電子，堿性條件T生成 碳酸離子，所臥員

16、極的電極反響式為；謳十垃臨-3電廣£氐4故誤甲烷燃料電池負(fù)扱是甲 烷央電壬 補(bǔ)性條件T生成磯酸離子所以員極的電極反響式為；俎心W甩poJwhd故正甌 固原電池工作時(shí)，電解腕容液中，陽離子向正極珞亦陰高子向員極移動(dòng)所法錯(cuò)誤，正確 故正確的有；應(yīng)選【名師點(diǎn)睛】 考查堿性甲烷電池的工作原理，具體分析：甲烷燃料電池中甲烷失電子為負(fù)極； 正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；甲烷燃料電池負(fù)極是甲烷失電子，堿性條件下生 成碳酸根離子；甲烷燃料電池負(fù)極是甲烷失電子，堿性條件下生成碳酸根離子；原 電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中，陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。1 .某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li 2CO、K2

17、CO為電解質(zhì)，以 GHw為燃料時(shí)，該電池工作原理如圖.以下說法正確的選項(xiàng)是 A. a 為 C4Ho, b 為 COB. 在熔融電解質(zhì)中， CO2-向正極移動(dòng)C. 此電池在常溫時(shí)也能工作D. 通入丁烷的一極是負(fù)極，電極反響為：C4Ho-26e-+13C32-=17CT +5H2O【答案】【解析】眼鑑料電池中通入燃科的電極是負(fù)扱、通入氧化劑的電極是正楊 根據(jù)電子流帥小左邊電極是 員根、右邊電柢是正極所tu是QH耐b対m故山錯(cuò)誤；B.原電池敢電時(shí)碳鹼根禽子向員極移 動(dòng)故B錯(cuò)誤；C.電解質(zhì)為烤融碳酸鹽，需要高溫條件.故C錯(cuò)誤；D逋人丁烷的一極是負(fù)帆岌 生咲:電子的氧化反站電概反響為關(guān)廠血P恥0二17g

18、 t +肚6故DJE爲(wèi)應(yīng)選嘰【名師點(diǎn)睛】該原電池為甲烷燃料電池，根據(jù)圖象中電子流向知，左邊電極為負(fù)極、右邊電極為之間，通入燃料的電極為負(fù)極、通入氧化劑的電極為正極，所以a為丁烷、b為O2,負(fù)極反響式為 GHo-26e-+13CO2-=17COf +5H2Q 正極反響式為 Q+2CO+4e-2CQ2-，據(jù)此分析 解答。2 空間實(shí)驗(yàn)室“天宮一號(hào)的供電系統(tǒng)中有再生氫氧燃料電池(RFC), RFC是一種將水電解技術(shù)與氫氧燃料電池技術(shù)相結(jié)合的可充電電池如圖為RFC工作原理示意圖以下有關(guān)說法正確的選項(xiàng)是()B. b電極上發(fā)生的電極反響是：4H2Q+4e=2H4 +40H-C. c電極上進(jìn)行復(fù)原反響，B池中

19、H+的可以通過隔膜進(jìn)入 A池D. d電極上發(fā)生的電極反響是：Q2+4H+4e-=2H2Q【答案】C【解析】電解池中的電極反響為：b電極為陽極失電子發(fā)生氧化反響：4OFMe-=2HO+Qf; a電極為陰極得到電子發(fā)生復(fù)原反響：4b+4e-=2H2f ;原電池中是酸性溶液，電極反響為：d為負(fù)極失電子發(fā)生氧化反響：2H2-4e-=4H ; c電極為正極得到電子發(fā)生復(fù)原反響：Q+4Hf+4e=2H2，故A錯(cuò)誤；B. b電極上發(fā)生的電極反響是 4QH-4e =20+0f;故B錯(cuò)誤；C. c電極上進(jìn)行復(fù)原反響， B池中的H+可以通過隔膜進(jìn)入 A池，故C正確；D. d電極上發(fā) 生的電極反響是：2H2-4e-

20、=4H+;故D錯(cuò)誤；應(yīng)選 G【名師點(diǎn)睛】考查了化學(xué)電源新型電池，主要考查原電池和電解池的工作原理，電極判斷，電極反響，關(guān)鍵是原電池中電解質(zhì)溶液是酸性環(huán)境，依據(jù)圖示ab電極是電解池的電極，由電源判斷a為陰極產(chǎn)生的氣體是氫氣，b為陽極產(chǎn)生的氣體是氧氣；cd電極是原電池的正負(fù)極，c是正極，d是負(fù)極；電解池中的電極反響為：b電極為陽極失電子發(fā)生氧化反響：4OH-4e-=2HzO+Of; a電極為陰極得到電子發(fā)生復(fù)原反響： 4H+4e-=2H4 ;原電池中是酸 性溶液，電極反響為：d為負(fù)極失電子發(fā)生氧化反響： 2H2-4e-=4Hh; c電極為正極得到電子 發(fā)生復(fù)原反響：Q+4H+4e=2H2O結(jié)合電極

21、上的電子守恒分析計(jì)算。3有人設(shè)計(jì)出利用 CH和Q的反響，用鉑電極在 KOH溶液中構(gòu)成原電池電池的總反響類似于CH在Q中燃燒，那么以下說法正確的選項(xiàng)是 每消耗1mol CH4可以向外電路提供 8mole- 負(fù)極上 CH失去電子，電極反響式 CH+10OH8e-=CO2-+7H2O 負(fù)極上是O2獲得電子，電極反響式為C2+2H2O+4e=4OH 電池放電后，溶液 pH不斷升高A. B.C.D.【答案】A【解祈】工通入血的電極為員慎 電極反響為:ClL+lWH-8e-=COZ+7EO,毎消耗1迪噩可以冋外電路提 供3wle-j故正確：通人血的電極為負(fù)極失電子反響氧化Sffi；電極反響対: CHMOO

22、IMrcChF比6故正確；通入氧氣的一極対原電池的正根，得到電子發(fā)生復(fù)原反響 0汁施0+牯二40眄故錯(cuò)誤$電池反響式為；乜訊+船丸0+地山隨看反響的進(jìn)行，濬浹中氫氧 根離子不斷減少爲(wèi)潘期不斷減卜所決該電池使用一股時(shí)間后應(yīng)?卜充腕H故錯(cuò)誤；應(yīng)選乩【名師點(diǎn)睛】堿性甲烷燃料電池，具有復(fù)原性的甲烷為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反響，電極反 應(yīng)式為 CH+10OR8e-=CO2-+7H2O,通入氧氣的一極為原電池的正極，發(fā)生復(fù)原反響，電極 反響式為Q+2H2O+4e=4OH,原電池工作時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，電解質(zhì)溶液中，陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。4. 一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔丫2。的氧化鋯ZrO 2晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)了 .以下對(duì)該燃料電池說法正確的選項(xiàng)是A. 在熔融電解質(zhì)中，了由負(fù)極移向正極2B. 通入丁烷的一極是正極，電極反響為：2GHw+26e-+13O-=4CQ+5H2OC. 通入空氣的一極是負(fù)極，電極反響為：Q+4e-=2O2