2018_2019学年高中化学第2章化学反应与能量第二节第2课时发展中的化学电源学案新人教版.docx

第2课时发展中的化学电源1了解常见的化学电源。2理解燃料电池的工作原理。1干电池最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。(1)锌锰电池(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进。2充电电池充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(1)铅蓄电池：正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。(2)镍镉电池：正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。(3)锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3燃料电池(1)原理利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。(2)与其他电池的区别由外设装备提供燃料和氧化剂，且电极材料不参与反应等。4废旧电池中含有汞、镉、铅等大量毒性很强的重金属，随意丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。并通过食物链对人体健康造成威胁和危害。因此，要把废旧电池回收到指定的地点进行再处理。1对化学电源的叙述正确的是()A化学电源比火力发电对化学能的利用率高B最早使用的化学电池是铅蓄电池C化学电源均是安全、无污染的D化学电源是指可充电电池解析：火力发电其能量转化率不如化学电源能量转化率高，A项正确；最早使用的化学电池是锌锰电池，最早使用的充电电池是铅蓄电池，B项错误；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染，C项错误；有些化学电源是可充电电池，如铅蓄电池，有些是不可充电的电池，如干电池，D项错误。答案：A2锌空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点。下列有关说法错误的是()A电池放电时Zn电极逐渐溶解B石墨为正极C电子由石墨经导线流向Zn片D电池放电时实现了化学能向电能的转化解析：A项Zn为负极，碱性条件下被氧化为ZnO而溶解，正确；B项石墨为正极，正极上O2得电子被还原，正确；C项电子由负极(Zn)经导线流向正极(石墨)，错误；D项电池放电是化学能转化为电能，正确。答案：C3燃料电池是目前正在探索的一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是：x极：O2(气)2H2O(液)4e=4OHy极：H2(气)2OH=2H2O(液)2e回答下列问题：(1)x是_极，发生_(填“氧化”或“还原”)反应。(2)y是_极，发生_反应，总反应方程式为_。(3)若反应后得到7.2 g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为_mol。解析：(1)x极：O2得电子，发生还原反应，该电极为正极。(2)y极：H2失电子，发生氧化反应，该电极为负极。x极、y极得失电子数相同，x极电极式与y极电极式乘以2相加得总方程式为2H2O2=2H2O。(3)4e2H2O4 mol 218 gn(e) 7.2 g则n(e)0.8 mol。答案：(1)正还原(2)负氧化2H2O2=2H2O(3)0.8常见的化学电源1化学电源的分类干电池充电电池燃料电池举例普通锌锰电池铅蓄电池、镍镉电池、锂离子电池等氢氧燃料电池、甲烷燃料电池特点属于一次性电池，放完电后，不能再使用(1)又称二次电池，该类电池既可放电又可充电，具有双重功能；(2)在放电时，利用自发的氧化还原反应，在充电时，反应可以逆向进行；(3)可以多次充放电循环使用(1)是一种高效低污染的新型电池；(2)工作时，将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为热能2.常见的化学电源(1)普通锌锰干电池锌锰干电池构造如图所示。其电极反应可表示为：负极：Zn2e=Zn2正极：2NH2e=2NH3H2H22MnO2=Mn2O3H2O4NH3Zn2=Zn(NH3)42淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两极的迁移速率。电池的总反应式为2Zn4NH4Cl4MnO2=Zn(NH3)4Cl2ZnCl22Mn2O32H2O(2)充电电池二次电池充电电池的原理为：铅蓄电池铅蓄电池的构造状况如图所示。其放电原理为：负极反应式：Pb2eSO=PbSO4正极反应式：PbO22eSO4H=PbSO42H2O电池反应式：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O镍镉电池负极材料：Cd正极材料：NiO(OH)电解质溶液：KOH溶液负极反应式：Cd2e2OH=Cd(OH)2正极反应式：2NiO(OH)2e2H2O=2Ni(OH)22OH电池反应式：Cd2NiO(OH)2H2O=Cd(OH)22Ni(OH)2(3)燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等，电解液一般为40%的KOH溶液。其电极反应式为：正极：O22H2O4e=4OH负极：2H24OH4e=4H2O总反应式为2H2O2=2H2O甲烷燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气。负极：CH410OH8e=CO7H2O正极：2O24H2O8e=8OH电池总反应式：CH42O22KOH=K2CO33H2O(2018辽宁六校协作体期中)日常所用干电池的电极分别为碳棒和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2氧化吸收H2)，电极反应可简化为Zn2e=Zn2；2NH2e=2NH3H2(NH3再用于结合Zn2)。根据上述叙述判断下列说法中正确的是()锌为正极，石墨为负极锌为负极，石墨为正极工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极长时间连续使用时，内装糊状物可能流出而腐蚀用电器ABCD【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出错误，正确；在外电路，电子从负极流向正极，错误；长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出而腐蚀用电器，正确。【答案】D(2018大庆中学阶段检测)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()A上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B锌锰干电池在长时间使用后，锌筒变薄C氢氧燃料电池是将化学能转化为热能，是一种具有应用前景的绿色电源D手机上使用的锂离子电池属于二次电池，是新一代可充电的绿色电池解析：这三个装置示意图分别是一次电池、二次电池和燃料电池，A正确；锌锰干电池中较活泼金属锌做负极，失去电子而逐渐消耗，所以长时间使用后，锌筒变薄，B正确；原电池都是将化学能转化为电能的装置，氢氧燃料电池也是如此，C错误；锂离子电池同铅蓄电池一样都属于二次电池，即可多次进行放电、充电，D正确。答案：C原电池电极反应式、电池反应式的书写1原电池电极反应式的书写在书写电极反应式时，先确定原电池的正、负极，然后再书写。(1)负极反应式的书写：活泼金属作负极时，电极本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。铅蓄电池负极反应式：Pb2eSO=PbSO4。负极本身不反应时，常见书写方法为：氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H22e=2H。氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H22e2OH=2H2O。(2)正极反应式的书写：首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的粒子；其次确定该粒子得电子后变成哪种形式。如：氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O22H2O4e=4OH。氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O24H4e=2H2O。铅蓄电池正极反应式为PbO22e4HSO=PbSO42H2O。2电池反应式的书写两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。有时可根据题意直接写出电池反应式。如：氢氧燃料电池总反应式为2H2O2=2H2O，酸性介质中CH4燃料电池总反应式为CH42O2=CO22H2O。在书写电极反应式时，若是电解质溶液中的某种离子发生氧化或还原时，无论该离子是强电解质提供的还是弱电解质提供的一律写离子符号；而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示。Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlClxSOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_。(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。【解析】(1)根据题给总反应方程式，分析反应中化合价变化，Li化合价升高作还原剂，被氧化，作负极；SOCl2中硫元素化合价降低，被还原，SOCl2在正极发生还原反应。该电池的负极材料为Li，电极反应式为Lie=Li。(2)正极反应可由总反应减去负极反应得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液吸收时的产物应为HCl和SO2，所以实验现象为出现白雾和有刺激性气体生成。(4)因为构成电池的主要成分Li能和O2、水发生反应，且SOCl2也与水反应，故该电池必须在无水、无氧的条件下进行。【答案】(1)锂Lie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2H2O=SO22HCl(4)锂是活泼金属，易与H2O、O2反应，SOCl2也可与水反应可以将反应ZnBr2=ZnBr2设计成蓄电池，下列表示放电时的负极反应的是()AZn2e=Zn2BBr22e=2BrC2Br2e=Br2DZn22e=Zn解析：由总反应ZnBr2=ZnBr2，可知负极为Zn，Zn失电子转化为Zn2，电极反应式为Zn2e=Zn2，A项正确。答案：A1.下列化学电池不易造成环境污染的是()A氢氧燃料电池B锌锰电池C镍镉电池D铅蓄电池解析：废旧电池中含有汞、镉、铅等多种重金属离子，极易对环境造成污染，故A正确。答案：A2下列说法正确的是()A镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B燃料电池的能量转化率可达100%C化学电池的反应基础是氧化还原反应D锌锰干电池中石墨棒作负极解析：碱性锌锰干电池是一次电池，A项错误；燃料电池的能量转化率很高，但能量转化率不会达到100%，B项错误；锌锰干电池中石墨棒作正极，D项错误；只有C项正确。答案：C3某化学电源的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A采用多孔金属作电极可增大电极接触面积，提高对气体的吸附能力B通H2的电极作负极，发生氧化反应C通O2的电极发生的电极反应：O24e4H=2H2OD该电池工作时发生的主要能量转化形式为化学能转化为电能和热能解析：该化学电源中通H2的电极为负极，通O2的电极为正极，电解质溶液为KOH，正极反应式为O24e2H2O=4OH，C项错误。答案：C4(2018佛山市第一中学期中)由锌片和石墨棒作为电极的原电池，电极反应分别是：石墨 2H2OO24e=4OH；锌片 2Zn4OH4e=2ZnO2H2O。下列说法不正确的是()A电子从石墨经外电路流向锌片B锌片是负极， 发生氧化反应C石墨是正极，发生还原反应D原电池是将化学能转化为电能的装置解析：该原电池中，锌失电子发生氧化反应而作负极，石墨作正极，电子由锌片通过外电路流向石墨，正极上氧气得电子发生还原反应，A错误，B、C正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，D正确。答案：A5铅蓄电池(原电池)工作时，总反应为PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O。由此可以判断：(1)原电池的电极材料：正极_；负极_。(2)电极反应式：正极PbO24HSO2e=PbSO42H2O，请写出该电池负极反应_。(3)工作后，蓄电池里电解质溶液的pH将如何变化，请分析变化的理由_。解析：由总反应PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O可知：PbO2得到电子作正极，Pb失去电子作负极；该反应过程中消耗了H2SO4，故电解质溶液的pH升高；由总反应方程式减去正极反应式可得到负极反应为Pb2eSO=PbSO4。答案：(1)PbO2Pb(2)Pb2eSO=PbSO4(3)变大，在反应过程中消耗了H2SO41下列电池不属于二次电池的是()A碱性锌锰电池B铅蓄电池C镍镉电池D锂离子电池解析：碱性锌锰电池是一次电池，不能重复使用，A符合题意，B、C、D都属于二次电池。答案：A2.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()ALi是负极，电极反应为Lie=LiBLi是正极，电极反应为Lie=LiCLi是负极，电极反应为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应为Li2e=Li2解析：根据电池总反应可知Li化合价升高，被氧化，锂为该电池负极材料，电极反应式为Lie=Li，正极放电的为MnO2，故A项正确。答案：A3高铁电池是一种新型电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH3Zn2K2FeO48H2O，下列叙述正确的是()A放电时正极附近溶液的碱性增强B放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化C放电时正极反应为：Zn2e2OH=Zn(OH)2D该原电池，Zn作正极，可用石墨等作负极解析：由高铁电池的总反应式可知，放电时正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH，正极生成OH，c(OH)增大，碱性增强，A项正确；根据A项正极反应式可知，转移3 mol电子，有1 mol K2FeO4被还原，B项错误；放电时，Zn在负极失电子，电极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，C项错误；该原电池中Zn化合价升高转化为Zn(OH)2，应采用Zn作负极 ，不能用石墨作负极，D项错误。答案：A4美国NASA曾开发一种铁空气二次电池。该电池放电时，其原理如图所示，电池反应为2FeO22H2O=2Fe(OH)2。有关该电池放电时的说法正确的是()Aa极质量不变Bb极为电池负极C电子由a极经负载流向b极D由电能转变为化学能解析：根据电池反应2FeO22H2O=2Fe(OH)2，在a极，铁在反应过程中失电子，生成Fe2，在NaOH溶液中Fe2与OH反应生成Fe(OH)2，故a极质量增加，A项错误；b极O2得电子，b极为电池的正极，B项错误； 电子从负极(a极)流出，经过外电路流向正极(b极 )，C项正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，D项错误。答案：C5一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CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。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正极上发生的反应为O24e2H2O=4OHC若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气D电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2CH3COOHH2O解析：酒精检测仪利用了燃料电池原理。检测时，电解质溶液中阳离子移向正极，A项错误；该电池电解质溶液为酸性电解质，正极不会产生OH，正极反应式为O24e4H=2H2O，B项错误；若有0.4 mol电子转移，正极消耗0.1 mol O2，其标准状况下的体积为2.24 L，C项错误；负极反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H，正极反应为O24e4H=2H2O，两电极反应式相加可得总反应式，CH3CH2OHO2CH3COOHH2O，D项正确。答案：D6“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2MgO22H2O=2Mg(OH)2，下列关于该电池的说法错误的是()A镁片作为负极B正极发生氧化反应C电池工作时镁片逐渐被消耗D食盐水作为电解质溶液解析：根据原电池反应式知，Mg元素化合价由0价变为2价，所以Mg失电子作负极，A项正确；正极反应式为O24e2H2O=4OH，正极发生的是还原反应，B项错误；Mg作负极，电极反应式为Mg2e=Mg2，所以电池工作时镁片逐渐被消耗，C项正确；该原电池中，电解质溶液是食盐水，D项正确。答案：B7我国首先研制的以铝、空气、海水为能源的新型航标灯，是以海水为电解质溶液的。只要把灯放入海水中数分钟后就会发出耀眼的光，其能量比普通干电池高2050倍，试推测此电池的基本结构：(1)电池的负极是_，其电极反应式为_。(2)可用_材料作正极。(3)已知正极发生的电极反应式为O22H2O4e=4OH，则电池的总反应方程式为_。解析：由铝、空气、海水为能源的电池可知铝作负极，失去电子电极反应为Al3e=Al3，正极反应为O22H2O4e=4OH，所以正极材料是比铝不活泼的金属或能导电的非金属单质，由正、负极电极反应及得失电子守恒，可得电池总反应方程式为4Al3O26H2O=4Al(OH)3。答案：(1)铝Al3e=Al3(2)金属性比铝弱的导体或导电的非金属石墨(3)4Al3O26H2O=4Al(OH)38(2018长春外国语学校月考)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Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，总反应为Ag2OZn=ZnO2Ag。根据反应式回答问题：(1)Zn是_极，Ag2O发生_反应。(2)电子由_极流向_极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路通过1 mol电子时，负极消耗物质的质量是_ g。(3)在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)由电极反应式可知，Zn失电子，所以作负极，Ag2O得电子，发生还原反应。(2)原电池工作时，电子由负极经过外电路流向正极，即由Zn极流向Ag2O极，由电极反应式可知，每消耗1 mol Zn，转移2 mol电子，所以通过1 mol电子时消耗0.5 mol Zn，即0.5 mol65 g/mol32.5 g锌。(3)由电极反应式和总反应式可知，在放电过程中，KOH只是起到了增强导电性的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的物质的量不变。答案：(1)负还原(2)Zn Ag2O 32.5 (3)不变11980年我国首次制成燃氢汽车，乘员12人以50 km/h行驶340 km。燃料电池车采用的燃料是装在特别的高压储罐中的液氢，“吃氢排水”。下列有关此燃料电池的说法正确的是()A该电池工作时，可产生蓝色的火焰B电池工作时，电子由正极流向负极C该电池进空气的极为电池负极，发生电极反应：2H2OO24e=4OHD燃料电池的能量利用率比氢气直接燃烧高解析：燃料电池工作时燃料和氧化剂并不直接接触，所以不会产生火焰，A错；所有化学电源工作时，电子都是从负极移向正极，B错；发生氧化反应的极为负极，C错；燃料电池是特殊的能量转化原理可使其理论能量转换效率高达90%，D正确。答案：D2(2018遵义航天高级中学月考)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放电时，a极锂的化合价发生变化B电流的方向为a到bCa为电池的正极D放电时，溶液中Li从b向a迁移解析：放电时，a电极为正极，Mn元素化合价发生变化，锂的化合价不变，b电极为负极，电流的方向为a到b，A错误，B、C正确；b电极Li失电子产生Li，a电极为正极，所以溶液中Li从b向a迁移，D正确。答案：A3燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、CH3OH等)跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常为KOH溶液。有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池，电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e负极上CH4失去电子，电极反应式CH410OH8e=CO7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH电池放电后，溶液pH不断升高ABCD解析：CH4中的C为4价，碱性介质中反应变为CO中的C为4价，1 mol CH4失去的电子数为8 mol，电极反应为CH410OH8e=CO7H2O，正确；CH4在负极上反应，O2在正极上反应，错误；CH4和O2在反应过程中生成CO2，与KOH反应消耗了KOH，故溶液pH降低，错误，A正确。答案：A4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，下列说法正确的是()AZn电极是该电池的正极BZn电极的电极反应：ZnH2O2e=ZnO2HCOH向石墨电极移动D氧气在石墨电极上发生还原反应解析：锌空气电池中，Zn为电池负极，石墨电极为正极，A项错误；电解质溶液为KOH溶液，Zn电极不会产生H，B项错误；电解质溶液中阴离子向负极移动，C项错误；O2在石墨电极上得电子，发生还原反应，D项正确。答案：D5(2018南昌市第二中学月考).被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料