1、第四章 第二节 化学电源教师版第二节化学电源一、化学电源的分类及优劣判断1化学电源的分类2判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位Whkg1或WhL1。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的多少，单位Wkg1或WL1。(3)电池的可储存时间的长短。3化学电池的优点(1)化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。(3)使用方便，易于维护，可在各种环境下工作。正误判断(1)在垃圾分类中，废旧电池属于有害垃圾，应回收集中处理()(2)干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池、碱性电池、中性电池
2、()(3)干电池在使用后，可再次充电使用()理解应用1下列电池属于二次电池的是()A银锌纽扣电池 B氢氧燃料电池C铅蓄电池 D锌锰干电池答案C2下列化学电源属于绿色电池的是()A干电池 B镍镉电池C锌锰电池 D氢氧燃料电池答案D二、常见的化学电池1一次电池电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。常见的一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锂电池等。种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：Zn负极：Zn正极：MnO2正极：Ag2O电解质：KOH电解质：KOH工作原理负极反应Zn2e2OH=Zn(OH)2Zn2e2OH=Zn(OH)2正极反应2MnO22H2O2e=2Mn
3、OOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag2二次电池二次电池的特点是发生氧化还原反应的物质(电极材料、电解质溶液)大部分被消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。铅蓄电池是最常见的二次电池。放电过程充电过程负极：Pb(s)2eSO(aq)=PbSO4(s)；(氧化反应)阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；(还原反应)正极：PbO2(s)2eSO(aq)4H(aq)=PbSO4(s)2H2O(l)；(还原反应)阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(
4、aq)；(氧化反应)铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)3燃料电池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，电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池。(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应2H24e=4H2H24e4OH=4H2O正极反应O24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH总反应2H2O2=2H
5、2O正误判断(1)可充电的二次电池中的放电反应与充电反应互为可逆反应()(2)锂电池由于Li性质活泼，所以不能用水溶液做电解质溶液()(3)碱性锌锰电池比普通锌锰电池的能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电()(4)由燃料电池可知，电极材料不一定参与电极反应()深度思考1写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。答案(1)CH42O2=CO22H2
6、O2O28H8e=4H2OCH48e2H2O=CO28H(2)CH42O22OH=CO3H2O2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(3)2CH3OH3O24OH=2CO6H2O3O26H2O12e=12OH2CH3OH16OH12e=2CO12H2O2锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因
7、是_。答案(1)ba(2)MnO2eLi=LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属，能与水反应解析(1)Li失去电子为负极，MnO2为正极，电流从正极流向负极，即由b流向a。(2)正极反应为MnO2得电子结合Li生成LiMnO2。(3)Li与水反应，故不可用水代替混合有机溶剂。3高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：(1)高铁电池的负极材料是_，放电时负极的电极反应式为_。(2)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为_。
8、放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。答案(1)ZnZn2OH2e=Zn(OH)2(2)还原FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH正解析放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极的电极反应式为Zn2OH2e=Zn(OH)2，正极上发生还原反应，正极的电极反应式为FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH，则正极附近生成了OH，溶液的碱性增强。方法指导由二次电池的总反应式书写电极反应式(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电时的阳
9、极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。随堂练习1下列说法错误的是()A氧化还原反应释放的化学能是化学电池的能量来源B化学电池中的负极材料不一定参加电极反应C二次电池的充电和放电过程是可逆反应D丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的浪费答案C解析二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。2(2020合肥期末)直接煤空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是()A随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B负极的电极反应式为C2CO4e=3CO2C电极X为负极，O2向X极迁移D直接煤空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高答案A
10、解析随着反应的进行，氧化物电解质的量不会减少，故A错误；由原理图分析可知，其负极反应式为C2CO4e=3CO2，故B正确；原电池内部的阴离子向负极移动，所以C正确；直接煤空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，所以D正确。3(2019甘肃张掖高二上期末联考)甲醇燃料电池结构示意图如下。甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法不正确的是()A右电极为电池正极，左电极为电池负极B负极电极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HCb处通入空气，
11、a处通入甲醇D正极电极反应式为O22H2O4e=4OH答案D解析原电池中电子从负极流向正极，电子流出的一端是负极，流入的一端是正极，正极得到电子发生还原反应，所以右电极为电池正极，左电极为电池负极，A项正确；负极是甲醇失电子发生氧化反应，依据电池总反应和酸性环境，2CH3OH3O2=2CO24H2O，负极电极反应式为CH3OHH2O6e=CO26H，B项正确；由上述分析知，右电极为电池正极，b处通入的物质是空气，左电极为电池负极，a处通入的是甲醇，C项正确；正极是氧气得到电子发生还原反应，图中是酸性介质，电极反应产物应为水，电池的正极反应式为O24H4e=2H2O，D项错误。4(2019黄冈高
12、二检测)镁和次氯酸盐形成的燃料电池的工作原理为MgClOH2O=Mg(OH)2Cl。下列说法错误的是()A镁作负极材料，发生氧化反应B放电时，所有阴离子都向负极迁移C负极反应式为Mg2OH2e=Mg(OH)2D消耗12 g镁时转移1 mol电子答案B解析ClO在正极得电子发生还原反应，所以不是所有阴离子都向负极迁移。5原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂
13、和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO2CO4e=4CO2。正极反应式是_；总电池反应式是_。答案(1)aCH410OH8e=CO7H2O减小(2) O22CO24e=2CO2COO2=2CO2解析(1)甲烷在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)正极发生还原发应，故正极电极反应式为O22CO24e=2CO，根据正极反应式负极反应式总电池反应式，可推知总电池反应式应为2COO2=2CO2。课时点对点训练对点训练题组一一次
14、电池1电子表和电子计算器的电源通常用微型银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2OH2OZn=Zn(OH)22Ag。下列说法正确的是()AAg2O是正极，Zn是负极BZn是正极，Ag2O是负极C工作时，电池负极区溶液pH增大D工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极答案A解析根据总反应式可知，金属锌失去电子发生氧化反应，作该电池的负极，氧化银得到电子发生还原反应，作该电池的正极，A项正确，B项错误；负极区锌离子与氢氧根离子结合，溶液中氢氧根离子浓度减小，则其pH减小，C项错误；该电池工作时，电子由锌极经外电路流向氧化银极，D项错误。2日常所用干电池的电极
15、分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2做电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应可简化为Zn2e=Zn2，2NH2e=2NH3H2NH3与Zn2络合生成Zn(NH3)42。根据以上叙述判断下列结论不正确的是()AZn为正极，碳为负极BZn为负极，碳为正极C工作时电流由碳极经外电路流向Zn极D长时间连续使用时，内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器答案A解析由电极反应可知，Zn发生氧化反应，为电池的负极，碳棒为电池的正极。电子由锌极流出通过外电路流向碳棒，电流方向和电子移动方向相反。长时间连续使用时，MnO2吸收较多H2而体积膨胀，糊状物可能流出，因电解质呈酸性，故会腐蚀用
16、电器。3锌空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时的下列说法正确的是()A氧气在石墨电极上发生氧化反应B该电池的负极反应为ZnH2O2e=ZnO2HC该电池放电时OH向石墨电极移动D该电池充电时应将Zn电极与电源负极相连答案D解析氧气得电子发生还原反应，A错误；锌作负极，碱性条件下，负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O，B错误；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH向Zn电极移动，C错误；充电时，电池的负极与外接电源的负极相连，D正确。题组二二次电池4铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb
17、PbO22H2SO4=2PbSO42H2O。下列结论正确的是()APb为正极被氧化 B溶液的pH不断减小CSO只向PbO2处移动 D电解质溶液的密度不断减小答案D解析由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；内电路中带负电荷的阴离子(SO和OH)移向负极；硫酸不断被消耗， pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。5(2020成都月考)锂铜空气燃料电池(如图)容量高、成本低，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，下列说法错误的是()A整个反应过程中，氧化剂为O2B放电时，正极的电极反
18、应式为：Cu2OH2O2e=2Cu2OHC放电时，当电路中通过0.1 mol电子的电量时，有0.1 mol Li透过固体电解质向Cu极移动，有标准状况下1.12 L氧气参与反应D通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O答案C解析该电池工作过程中，通入空气将Cu腐蚀生成Cu2O，Cu2O在正极放电又被还原成Cu，整个过程中，氧化剂为O2，A项正确；放电时正极的电极反应式为Cu2O2eH2O=2Cu2OH，B项正确；放电时负极电极反应式为Lie=Li，电路中通过0.1 mol电子生成0.1 mol Li，Li透过固体电解质向Cu极移动，反应中消耗O2的物质的量为0.025 mol，在标准状况下O2的体
19、积为0.025 mol22.4 Lmol10.56 L，C项错误，D项正确。6高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是()A放电时负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时阳极反应为Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强答案C解析根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。充电时，阳极上氢氧化
20、铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成OH，碱性增强。题组三燃料电池7(2019安庆高二检测)固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不与电极反应。下列判断正确的是()A有O2参加反应的电极a为电池的负极B电极b的电极反应式为H22eO2=H2OC电极a的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应式为2H2O2=2H2O答案D解析因为电子从电极b流向电极a，所以电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；电极a为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池负极的电极反应式为H22eO
21、2=H2O，正极的电极反应式为O22e=O2，则电池总反应式为2H2O2=2H2O。8将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是()通入CO的电极为正极；正极的电极反应式是O22H2O4e=4OH；通入CO的电极反应式是2COO24e=2CO2；负极的电极反应式是CO4OH2e=CO2H2O；放电时溶液中的阳离子向负极移动；放电时溶液中的阴离子向负极移动。A B C D答案B解析据题意知，发生的反应为2COO2=2CO2，反应产生的CO2处于KOH溶液中，又会转化为CO，正确，错误；O2得e被还原，在正极反应，错误，正确；放电时阳
22、离子向正极移动，阴离子向负极移动，错误，正确。9下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法不正确的是()A左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B正极反应式为O22H2O4e=4OHC负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HD该电池提供1 mol e，消耗氧气0.25 mol答案B解析负极反应式为2CH3OH12e2H2O=2CO212H，正极反应式为3O212e12H=6H2O；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供 1 mol 电子
23、时，消耗O2为1 mol0.25 mol。10一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO答案D解析A项，由碳元素化合价变化可知，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，电极反应为H2CO2CO4e=H2O3CO2；C项，电池工作时，CO向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为O22CO24e=2CO。题组四新型电池11研究人员最近发明
24、了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物答案B解析根据总反应中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应为5MnO22e=Mn5O，负极反应为2Ag2Cl2e=2AgCl，A项错误，B项正确；C项，阳离子向正极移动，错误；D项，AgCl是氧化产物，错误。12以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸
25、为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是()Ab电极为负极，发生氧化反应Ba电极发生的反应为N28H6e=2NHCA溶液中所含溶质为NH4ClD当反应消耗1 mol N2时，则消耗的H2为67.2 L答案D解析N23H2 2NH3，反应中氢元素的化合价升高，H2失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，故A项说法正确；a电极作正极，电解质溶液是盐酸，因此电极反应式为N28H6e=2NH，故B项说法正确；根据B选项的分析，A溶液中所含溶质为NH4Cl，故C项说法正确；没有说明外界条件，故D项说法错误。13最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()A氧化银电极上的反应为Ag2O2e=2AgO2B石墨电极上的反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC每转移4 mol电子，氧化银电极产生22.4 L CO2气体(标准状况)D30 g C6H12O6参与反应，有4 mol H经质子交换膜进入正极区答案D解析C6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O
