2018-2019版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修

1、2021-2021版高中化学第四章电化学根底第二节化学电源学案新人教版选修作者:日期:第二节化学电源学习目标定位1.知道化学电源的分类方法.2,熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理.3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害,设想其处理方法.启迪思维探究规律一、化学电池及其分类1.化学电池的分类(1)化学电池按其使用性质常分为如下三类：一次电池：又叫干电池,活性物质消耗到一定程度就不能再使用.二次电池：又称充电电池或蓄电池,放电后可以再充电使活性物质再生.燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池.(2)化学电池按其电解质性质可分为中,上曳地、酸性电池、碱性电池.2

2、,判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位是(Wh)kg-或(Wh)L(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位是 W-kgT 或 W-IT1.(3)电池可储存时间的长短.3.化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质,随处丢弃会给土壤、 水源等造成_严重的污染.废弃电池要进行回收利用.【例 1】以下说法中错误的选项是()A.干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池B,二次电池能连续不断地使用是由于含有的活性物质可以再生C,氢气、甲醇、烧、月井、氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料D,具有高“比能量和高“比功率的

3、电池称为高能电池答案 B解析二次电池放电后需要再充电,只能重复使用,而不能连续不断地使用.【考点】初步熟悉化学电池【题点】化学电池及其类别【例 2】随着人们生活质量的不断提升,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是()A,利用电池外壳的金属材料B.预防电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.预防电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极答案 B解析汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染.【考点】初步熟悉化学电池【题点】废旧化学电池的回收利用二、常见的化学电池1 .一次电池碱性锌镒电池是一种常用的一次电池,总反响式为Zn+2MnO+2 屋 O=2MnOO

4、HZn(OH)2.负极是左,正极是MO,电解质溶液是KOH容液；负极反响式是 Zn+20H2e=Zn(OH);正极反响式是 2MnO+2H2O+2e=2MnOOH20H.(2)锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点,总反响式为Zn+Aa0+HO=Zn(OH)+2Ag.负极反响式是 Zn+20H2e=Zn(OH);正极反响式是 Ag20+H0+2e=2A 时 20HT.2 .二次电池铅蓄电池是常见的二次电池,其放电反响和充电反响表示如下：收电一Pb(s)+PbQ(s)+2HzSQ(aq),充电 2PbS0(s)+2H0(1)(1)负极是 Pb,正极是初 0,电解质溶液是硫酸溶液.(2)

5、放电反响原理负极反响式是 Pb(s)+SO-(aq)2e=PbSOs);正极反响式是 PbQ(s)+4H(aq)+SO(aq)+2e=PbSOs)+2H0(l);放电过程中,负极质量的变化是增大,电解质溶液 pH 的变化是增大.(3)充电反响原理阴极(发生复原反响)反响式是 PbSQs)+2e=Pb(s)+SO-(aq);阳极(发生氧化反响)反响式是 PbSO(s)+2H0(l)2e=PbQs)+4H+(aq)+SO(aq);充电时,铅蓄电池正极与直流电源正极根连,负极与直流电源负极相连匕3 .燃料电池氢氧燃料电池用钳作电极,不断充入的氢气和氧气,分别在两极发生氧化反响和复原反响.(1)氢氧燃

6、料电池的总反响式是 2H2+Q=2H0.(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反响:介质负极反响式正极反响式酸性2H24e=4HQ+4H+4e=2HO碱性2H24e+40H=4HOO2+2H2O+4e=4OH厂 T 归纳总结常见化学电池的比拟(1)一次电池：活泼金属作负极,参与电极反响,放电完成后,不能再使用.(2)二次电池：两电极都参与电极反响,可充电、放电,循环使用.(3)燃料电池：两电极都不参与电极反响,不断充入的物质分别在两极发生反响,可连续使用.【例 3】(2021腾冲县期末)锂空气电池放电时的工作原理如下图.以下表达正确的选项是()A.放电时 Li+由 B 极向 A 极移动B.电

7、池放电反响为 4Li+02+2H2O=4LiOHC.B 电极反响式为 Q+4H+4e=2H0D.电解液 a 可以为氯化锂溶液答案 B解析在锂空气电池中,A(金属锂)为负极,其反响式是 4Li+40H4e=4LiOHB 为正极,其反响式是 Q+4e+2HzO=4OH;总反响式是 4Li+Q+2HzO=4LiOH 原电池工作过程中,溶液中的 Li+(阳离子)移向 B 极(正极)；金属锂能与水反响,电解质中不能含有水.【考点】一次电池和二次电池【题点】一次电池方法点拨根据原电池装置书写电极反响式(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反响物.(2)假设电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存,

8、该阴离子写入负极反响式.(3)正极反响是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被复原.AlIB回收LiOH电解液U锂属金【例 4(2021毕节市模拟)馍一镉电池是一种可充电的“干电池,使用寿命长达 1015年.馍一镉电池的总反响为 Cd+2NiOOM2 屋漏 tT2Ni(OH)2+Cd(OH).以下说法不正确的选项是()A.放电时,负极发生了氧化反响,反响为 Cd+2OH-2e=Cd(OH)B.充电时,阳极反响为 Ni(OH)2(s)-e+OH(aq)=NiOOH(s)+H2O(l)C.电池工作时,负极区 pH 增大,正极区 pH 减小D.该电池充电时将电能转化为化学能答案 C解析由电池总反响可知：放

9、电时负极反响式为 Cd+2OFH-2e=Cd(OH2,负极区 OH 浓度减小,pH 减小；放电时正极反响式为 NiOOH(s)+HO+e=Ni(OH)2(s)+OH,正极区 OH 浓度增大,pH 增大；充电时阳极反响式与放电时的正极反响式相反,即 Ni(OH)2(s)-e+OFH(aq)=NiOOH(s)+HO(l);二次电池放电时化学能转化为电能,充电时电能转化为化学能.【考点】一次电池和二次电池【题点】二次电池方法点拨由二次电池的总反响式书写电极反响式(1)放电时为原电池,由总反响式中元素化合价的变化,确定负极、正极的反响物、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

10、响式.(2)充电时的电极反响是放电电极反响的逆过程,即充电的阳极反响为放电正极反响的逆过程,充电的阴极反响为放电负极反响的逆过程.【例 5】写出以下燃料电池的电极反响式和总反响式.(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反响式：;正极反响式：;负极反响式：.(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反响式：;正极反响式：;负极反响式：.(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池总反响式：;正极反响式：;负极反响式：.答案(1)CH4+2Q=CO+2H2O2Q+8H+8e=4HOCH8e+2h2O=C8H 中(2)CH4+2Q+2OH=C6+3H2O2Q+4HB8e=8OHCH+100H8e=C6+7H2.(3

11、)2CH30M3Q+40H=2C6+6Ho3Q+6HB12e=12OH;2CHO*16OH-12e=2C 方+12HaO【考点】燃料电池【题点】有机物燃料电池方法点拨(1)燃料电池的总反响相当于燃料的燃烧,书写总反响方程式时,要注意产物与电解质溶液是否发生反响,假设能反响,电解质溶液要写在总反响方程式中.(2)燃料电池正极反响的本质是氧气得电子发生复原反响,即 O2+4e=2(2),产生的 O存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系.(3)书写燃料电池的电极反响式,一定要注意电解质的酸碱性.碱性溶液电极反响式不能出现4；酸性溶液电极反响式不能出现 OH.达标检测1.以下说法错误

12、的选项是()A.氧化复原反响所释放的化学能,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响C.二次电池的充电和放电过程是可逆反响D.丢弃废旧电池不但会污染环境,而且是资源的极大浪费答案 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,它们不是可逆反响.【考点】初步熟悉化学电池【题点】化学电池及其类别检测评价达标过美2 .以下电池工作时,氧气在正极放电的是A一锌隹电池也阻辄搦i料电池二铅蓄电池D,银儡电池答案 B解析燃料电池中在正极放电的物质都是氧气.【考点】化学电池的综合【题点】化学电池及其类别3 .某电池以 K2FeQ 和锌为电极材料,氢氧化钾溶液为电解质溶液.以下说法

13、不正确的选项是A.锌为电池的负极B.正极反响式为 2Fed2+10H+6e=FeQ+5HzOC.该电池放电过程中电解质溶液浓度增大D.电池工作时 OH 向负极迁移答案 B解析以 KzFeQ 和锌为电极材料,氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中,锌为负极,发生反应：3Zn6e+60 口=3ZnOHA;KzFeQ 为正极,发生反响：2Fed+8HzO+6e=2FeOH+10OH;放电过程中有 OH 生成,那么电解质溶液的浓度增大,0H 向负极迁移.【考点】一次电池和二次电池【题点】一次电池4.镁及其化合物一般无毒或低毒、无污染,且镁电池放电时电压高而平稳,因而越来越成g为人们研制绿色原电池所关注的焦点

14、.其中一种镁电池的反响为xMg+MaSMgMoS,那么镁电池放电时,以下说法错误的选项是A.Mg2+向正极迁移B.正极反响式为 MC3S4+2xeuunMoSf 一C.M030 发生氧化反响D.负极反响式为xMg2xe=xM2答案 C解析镁在反响中失电子,那么MQS4在反响中得电子,故放电时MQS发生复原反响.【考点】一次电池和二次电池【题点】二次电池5.氢氧燃料电池已用于航天飞机,它是以钳作电极,H2SQ 溶液作电解质溶液,正极反响为 Q+4H+4e=2HQ 负极反响为 2H24e-=4hf.以下表达不正确的选项是A.H2在负极发生氧化反响B.燃料电池的能量转化率可达 100%C.是一种高效

15、、环境友好的发电装置D.供电时的总反响为 2 屋+Q=2HO答案 B解析氢氧燃料电池中 H2在负极发生氧化反响,A 项正确；燃料电池中能量转化率较高,但达不到 100%B 项错误；燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置,C 项正确；结合正极和负极反响式可写出供电时总反响为 2 屋+Q=2HO,D 项正确.【考点】燃料电池【题点】氢氧燃料电池(酸性电解质)6.原电池是化学对人类的一项重大奉献.(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图,答复以下问题：电池的负极是(填a或b)电极,该极的电极反响式为.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,

16、因而受到重视.可用碳酸锂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 650C下工作的燃料电池,其负极反响式为 2020(2)-4e=4C(2i正极反响式是;总电池反响式是.答案(1)aCH+100H8e=06+7 屋 0减小(2)O2+2CO+4e=2C62C0FQ=2C0解析(1)甲烷在反响时失去电子,故 a 电极是电池的负极.由于电池工作过程中会消耗 0H,故一段时间后,电解质溶液的 pH 会减小.(2)正极发生复原发应,故正极电极反响式为 C2+200+4e=20(37,根据正极反响式+负极反响式=总电池反响,可推知总电池反响式应为 2

17、CQ=2CG【考点】燃料电池【题点】燃料电池的综合课时对点练注聿双基强化落实对点练习题组一一次电池1 .电子表和电子计算器的电源通常用微型银一锌电池,其电极分别是 Ag2O 和 Zn,电解质溶液为心你液,总反响式为 AO+HO+Zn=Zn(OH2+2Ag.以下说法正确的选项是()A.AgzO 是正极,Zn 是负极 B.Zn 是正极,A 竽 O 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解析根据总反响式可知,金属锌失去电子发生氧化反响,作该电池的负极,氧化银得到电子发生复原反响,作该电池的正极,A 项正确,B 项错误；负极区锌离子与

18、氢氧根离子结合,溶液中氢氧根离子浓度减小,那么其 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.【考点】一次电池和二次电池【题点】一次电池2 .碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.碱性锌镒电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反响式为 Zn(s)+2MnQs)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)以下说法中错误的选项是()A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极的电极反响式为 2MnO(s)+2H2.(1)+2e=2MnOOH(s2OH(aq)C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过 0.2mol 电子

19、,锌的质量减少 6.5g答案 C解析由电池总反响式可知,锌为负极,电子从负极流出经外电路流向正极.外电路中每通过 0.2mol 电子,参加反响的锌理论上为 0.1mol,即质量减少 6.5g.【考点】一次电池和二次电池【题点】一次电池3 .锂镒电池具有高倍率放电性能且电压稳定,是常用的贮存性能优良的一次电池.其工作原理如下图,Li+通过电解质迁移进入 MnO 晶格中,生成 LiMnQ,以下说法错误的选项是()L口混合rrMnOa机溶剂A.a 极为电池的负极B.可以用水代替有机溶剂C.外电路中电子由 a 极流向 b 极D.b 极的电极反响式为 MnO+e+Li=LiMnO答案 B解析根据图示装置

20、可确定 Li 电极为负极,A 项正确；假设用水代替有机溶剂,水能与金属 Li 直接发生化学反响,B 项错误；原电池中电子从负极 a 流出经导线流回正极 b,C 项正确；MnO 在正极发生复原反响生成LiMnO2,其电极反响式为 MnO+e+Li=LiMnQ,D 项正确.【考点】一次电池和二次电池【题点】一次电池题组二二次电池4 .铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbQ,电解质溶液为 hbSQ,工作时的电池反响为 Pb+PbQ+2HaSQ=2PbS82 屋 0.以下结论正确的选项是A.Pb 为正极被氧化B.溶液的 pH 不断减小C.SO4一只向 PbQ 处移动D.电解质溶液的密度不断减小答案 D解析

21、由电池总反响方程式可知,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SQ4和 QH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.【考点】一次电池和二次电池【题点】二次电池5 .全固态锂硫电池能量密度高、本钱低,其工作原理如下图,其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8材料,电池反响为 16Li+xS8=8Li2Sx2xB.充电时阳极反响为 Fe(OH)3-3e+5OFH=Fe5+4HOC.放电时每转移 3mol 电子,正极有 1molK2Fe.被氧化 D.放电时正极附近溶液的碱性增强答案 C解析根据题给总反响式,高铁电池放电时

22、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,被复原.充电时,阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾.放电时正极附近生成 OH,碱性增强.【考点】一次电池和二次电池【题点】二次电池题组三燃料电池7 .如图为氢氧燃料电池原理示意图,根据此图的提示,以下表达不正确的选项是A.a 电极是负极8 .b 电极的电极反响为 4OH4 屋=2HBQTC.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D.氢氧燃料电池是一种不需要将复原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置答案 B解析从图中可看出 a 电极处通入的是 Ha,b 电极处通入的是 Q,该电池的总反响是 2H2+Q=2HO,故 a电极处 H2 失葭被氧

23、化,a 为负极； 相对应的 b 极为正极,b 极的电极反响是 2HO+C2+4e=4OH,应选项中只有 B 项不正确.【考点】燃料电池【题点】氢氧燃料电池中性电解质8 .将两个钳电极放置在 KOH 溶液中,然后分另 1J 向两极通入 CO 和 Q,即可产生电流,称为燃料电池,以下表达正确的选项是通入 CO 的电极为正极；正极的电极反响式是 Q+2hbO+4e=4OH;通入 CO 的电极反响式是 2C8Q4e=2CQ负极的电极反响式是 Cd4OH-2e=C&+2HQ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,发生的反响为2CBQ=2

24、CO,反响产生的CO处于KOH液中,又会转化为CO,正确,错误.Q得 e一被复原,在正极反响,错误,正确.阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,错误,正确.【考点】燃料电池性极一惰业瓶气入口【题点】无机物燃料电池碱性电解质9 .以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电路、质子经内电路到达另一极与氧气反响,电池总反响为说法不正确的选项是催化剂电的A.左电极为电池的负极,a 处通入的物质是甲醇B.正极反响式为 Q+2H2O+4e=4OHC.负极反响式为 CHOMhbO-6e=Ca6HI+D.该电池提供 1mole,消耗氧气 0.25mol答案 B解析负极反响式为 2CHOH-1

25、2e+2HO=2GO-12H+,正极反响式为 3Q+12e+12H=6HQmol=0.25mol.【考点】燃料电池【题点】有机物燃料电池隔膜、酸性电解质10 .一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下.以下有关该电池的说法正确的选项是一、.催化剂一、一,一,.一A.反响 CH+H2O=*=3H+CO 每消耗 1molCH4转移 12mol 电子B.电极 A 上 H2参与的电极反响为 H+2OH2e-=2HOC.电池工作时,CO2-3向电极 B 移动D.电极 B 上发生的电极反响为 Q+2CO+4e=2CO2-3答案 D电极反响式为 H+CJ2CO2-34e-=HB3CO;C 项,电池工作时,CO向

26、电极 A 移动；D 项,电极 B 是正极,电极反响为 O2+2CO+4e=2C3fo【考点】燃料电池H和电子,电子经外2CHO*3Q=2C 勿 4HzOo 以下根据电子流向,可以判断 a 处通甲醇,b 处通 Q;当电池提供 1mol 电子时,消耗,3Q 为 1X77；12解析 A 项,由化合价变化可知,每消耗 1molCH4转移 6mol 电子；B 项,电极A 为负极,【题点】有机物燃料电池熔融电解质题组四新型电池11.研究人员最近创造了一种“水电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差异进行发电,在海水中电池总反响可表示为 5MnO+2Ag+2NaCl=NaMnO0+2AgCl,以下“水电池

27、的海水中放电时的有关说法正确的选项是A.正极反响式：Ag+Cle=AgClB.每生成 1molNazMn；.转移 2mol 电子C.Na+不断向“水电池的负极移动D.AgCl 是复原产物答案 B解析根据总反响中化合价的升降和正极、负极的反响原理,正极反响为 5MnO+2e=MnO20,负极反响为 2Ag+2Cl-2e=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.【考点】化学电池的综合【题点】新型电池原理分析12.以氨气代替氢气来研发氨燃料电池是当前科研的一个热点,氨燃料电池使用的电解质溶液理是 KOH液,电池反响为 4NH+3Q 充电

28、2 此+6 代 0.以下有关说法错误的选项是A.氨燃料电池在充电时,在阴极 N2得电子被氧化B.氨燃料电池在放电日负极反响为 2NH6e-+60H=N+6HOC.以氨气代替氢气的主要原因是氨气易液化、易储存D.燃料电池的能量转化率一般比普通的电池高答案 A解析充电时 N2在阴极得电子被复原,A 错误；氨燃料电池在放电时,负极反响为 4NH3-12e一+12OH=2N+12HO,正极反响为 3Q+12e-+6H2O=12OH,B 正确； 燃料电池的能量转化率超过 80%比普通的电池高,D 正确.【考点】化学电池的综合【题点】新型电池原理分析13 .最近科学家研制的一种新型“微生物电池可以将污水中

29、的有机物转化为 H2O 和 CO,同时产生电能,其原理示意如图.以下有关该电池的说法正确的选项是A.氧化银电极上的反响为 Ag20+2e=2A 时 OB.石墨电极上的反响为 CHLO+6hbO)+24e=6C(2)T+24H+C.每转移 4mol 电子,氧化银电极产生 22.4LCO2气体(标准?犬况)D.每 30gC6H2Q 参与反响,有 4molH+经质子交换膜进入正极区答案 D解析 QHhO 在微生物作用下转化为 CO 和 H2OGH2Q 被氧化,即石墨电极为负极,氧化银电极为正极,A&O 发生得电子的复原反响,电极反响式为 Ag2O+2HI+2e=2Ag+H2O,故 A错误；石墨电极为负极,GHhQ 在负极发生失电子的氧化反响：C6H2O6+6H2O-24e 一=6COT+244,故 B 错误； 根据负极的电极反响式可知,每转移 4mol 电子,石墨电极产生 22.4LCO(标准?犬况),故 C错误；30gC6H2O6的物质的量为惭30g1=1mol,根据负极的电 180g-mol6极反响式可知,有 4molH+经质子交换膜进入正极区,故 D 正确.【考点】化学电池的综合【题点】新型电池原理分析综合强化14 .“神舟九号飞船的电源系统共有 3 种,分别是太阳能电池帆板、镉馍蓄电池和应急电池.(1)飞船在光照区运行时,太阳能电池帆板