必修二化学 第二章第二节第2课时发展中的化学电源

1、必修二化学 第二章第二节第2课时发展中的化学电源1.了解化学电池的工作原理及研制新型电池的重要性。(重点)2.了解化学电源的分类、应用及发展前景。3.了解化学电池对环境的影响。干电池阅读教材P421.干电池中内容，完成以下问题。干电池(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。【思考】锌锰电池在放电时总反应方程式可表示为Zn2NH=Zn22NH3H2，此电池放电时，正极上发生反应的物质是什么？【提示】原电池正极是电子流入的一极，氧化剂在此处得电子被还原。而总反应中NH得电子生成H2，正极上发生反应的物质是NH。充电电池阅读教材P43内

2、容，完成以下问题。 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：(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：新一代可充电的绿色电池，低功耗电器的主流电源。【思考】充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍，结合课前预习内容和生活实际，思考充电电池与一次电池相比有何优点？如何科学合理地使用充电电池？【提示】充电电池比一次电池更持久耐用，更方便实惠，可以节约资源，减少废电池的处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电，不能过充，使用不要亏电，不使用时要从用电器中取出，密封贮存于干

3、燥处等。燃料电池阅读教材P44习题以上内容，完成以下问题。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与其他电池的区别反应物由外设装备提供，如燃料和氧化剂等。3实例氢氧燃料电池负极：H2失电子；正极：O2得电子；电解质是氢氧化钾或硫酸。【判断】1手机上用的锂离子电池属于二次电池。()2锌锰干电池中，锌电极是正极。(×)3甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为负极，发生还原反应。(×)4废旧电池需回收集中处理的原因是为了利用电池外壳的金属材料。(×)原电池中电极反应式、电池反应式的书写1电极反应式的书写(1)负极反应式的书写。活泼金属作负极时

4、，本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成产物为金属阳离子，如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“金属失电子的反应式”与“阳离子与电解质溶液反应的反应式”相叠加的形式。如：Mg­Al(KOH)原电池，负极反应式：Al3e4OH=AlO2H2O；铅蓄电池负极反应式：Pb2eSO=PbSO4。负极材料本身不反应时，常见书写方法：H2­O2(H2SO4)燃料电池，负极反应式为：H22e=2HH2­O2(KOH)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

5、强弱判断哪种微粒得电子。其次，确定该微粒得电子后变成哪种形式。如：H2­O2(H2SO4)原电池，正极反应式为：O24e4H=2H2OH2­O2(KOH)原电池，正极反应式为：O24e2H2O=4OH2原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。【活学活用】锂离子电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂离子电池，某种锂离子电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()ALi是正极，电极反应式为Lie=LiBLi是负极，电极反应式为Lie=LiCLi是负极，电极反应式为MnO2e=

6、MnODLi是负极，电极反应式为Li2e=Li2【解析】本题根据总反应式可判断Li被氧化，应为负极材料，其失电子成为Li，正极放电的为MnO2。若已知电池总反应式，要写电极反应式，一般方法是：根据规律先判断负极材料，若负极材料是金属则失电子而变为相应的阳离子(其中Fe失电子变为Fe2)，若负极材料是其他被氧化的物质，则失电子变为相应的氧化产物，然后再推断正极反应式，可利用总反应式与已知负极的电极反应式作差推出。【答案】B预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中：问题1问题2问题3问题4氢氧燃料电池的分析讨论探究背景氢氧燃料电池是一种新型化学电源，高效且对环境友好。其工作原理如图所

7、示：探究问题1今有H2、O2和KOH溶液构成的燃料电池，分析该电池中的正极、负极，写出相应的电极反应式和电池反应式。【提示】通入H2的电极为负极，电极反应式为2H24e4OH=4H2O；通入O2的电极为正极，电极反应式为O24e2H2O=4OH；电池总反应为2H2O2=2H2O2如果把KOH溶液改为硫酸溶液，电极反应式应怎样书写？【提示】负极：2H24e=4H；正极：O24e4H=2H2O。3电解质溶液不同的氢氧燃料电池，工作一段时间后，溶液的pH各有何变化？【提示】KOH溶液pH减小；硫酸溶液pH增大。应用原电池原理分析新型化学电源氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列

8、有关氢氧燃料电池的说法正确的是()A该电池工作时电能转化为化学能B该电池中电极a是正极C外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD该电池的总反应：2H2O2=2H2O【思路点拨】对于新型燃料电池类试题，一般的解题思路如下：【解析】A中，该燃料电池属于原电池，而原电池是一种把化学能转化为电能的装置。依据“可燃性气体作负极，助燃性气体作正极”的基本规律，确定电极a为负极，电极b为正极，而外电路中电子是由负极(电极a)通过导线流向正极(电极b)的。故A、B、C均不正确。D中，氢氧燃料电池就是利用H2、O2化合生成H2O过程中的化学能转化为电能的，即电池的总反应式为2H2O2=2H2O，D正确。【答案】

9、D燃料电池的正极反应式的书写要求燃料电池正极上的反应物质一般是O2。(1)电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且O2生成OH，电极反应式为O22H2O4e=4OH。(2)电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，且O2生成H2O，电极反应式为O24H4e=2H2O。名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用电解质溶液为胶状，不流动放电后可再充电使活性物质获得再生可以多次充电，重复使用电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件工作时，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

10、排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等1(2013·北京理综)下列设备工作时，将化学能转化为热能的是()【解析】A、C分别将太阳能转化为电能、热能；B是锂离子电池，将化学能转化为电能；D是将化学能转化为热能。【答案】D2酸性锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为：Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质为()AZn B碳棒CMnO2和NH DZn2和NH【解析】原电池正极上发生还原反应，铵根离子得到电子被还原得氢气，氢气被二氧化锰氧

11、化得水。【答案】C3废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是()A把锌皮取下洗净用于实验室制氢气B石墨棒取出洗净用作电极C把铜帽取下洗净回收利用D电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用【解析】电池内部的黑色糊状物中含有重金属离子，能污染水和土壤。【答案】D4已知空气­锌电池的电极反应为：锌片：Zn2OH2e=Zn(OH)2石墨：O22H2O4e=4OH根据此判断，锌片是()A负极，并被氧化 B负极，并被还原C正极，并被氧化 D正极，并被还原【解析】由电极反应：Zn2OH2e

12、=Zn(OH)2可知，Zn失去电子被氧化，作电源的负极。【答案】A5.(1)普通锌锰干电池的结构如图所示。回答下列问题。电池中电解质溶液为_。负极反应式为_。放电时NH向_(填“正极”或“负极”)移动。(2)废电池中的锌皮常用于实验室制氢气，废锌皮和纯锌粒分别与同浓度的稀硫酸反应，产生氢气速率较大的是_，原因是_。【解析】(1)该电池的工作原理：负极失去电子被氧化，正极上富集电子，阳离子向正极移动。(2)构成原电池能加大负极金属锌失电子速率。【答案】(1)NH4Cl溶液Zn2e=Zn2正极(2)废锌皮废锌皮在稀硫酸中可构成原电池，加大负极失电子速率，相应产生氢气速率较大A组基础过关1据报道，氢

13、氧燃料电池公交汽车已经驶上北京街头。下列说法正确的是()A电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法B发展氢氧燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术C氢氧燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染D氢氧燃料电池把氢气燃烧放出的热能转化为电能【解析】电解水制备氢气需要大量的电能，A不正确；氢气属于易燃气体，容易发生危险，所以需要考虑安全高效的储氢技术，B不正确；氢氧燃料电池为化学能转化为电能，产物为水，对环境没有污染，C正确，D不正确。【答案】C2下列有关电池叙述正确的是()A水果电池是高效环保的家用电池B锌锰干电池是一种常用的二次电池C锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极D锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐

14、渐变薄【解析】水果电池产生的电流非常微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次电池，其中锌作负极，碳棒作正极；锌锰干电池工作时，Zn放电消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，故B、C错误，D正确。【答案】D3下列说法正确的是()A碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质储存在电池内【解析】碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池，燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是不断被输入。【答案】C4汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O根据此

15、反应判断，下列叙述中正确的是()APb是正极BPbO2得电子，被氧化C负极反应是PbSO2e=PbSO4D电池放电时，溶液的酸性增强【解析】从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。【答案】C5电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅【解析】锌

16、锰干电池中碳棒并不参加反应，A错；氢氧燃料电池是将化学能直接转变为电能，B错；太阳能电池的主要材料是高纯度的单质硅，故D错。【答案】C6目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是()A燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能B燃料电池中通入H2的一极作负极，发生氧化反应C在此循环中发生了反应：2H2O2H2O2D目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂【解析】原电池都是将化学能转化为电能的装置，故A正确。氢氧燃料电池的负极通入H2，发生氧化反应；正极通入O2，发生还原反应，故B正确。推广氢能的关键是寻找合适的催化剂

17、，利用太阳能分解水，故D正确。【答案】C7根据国外媒体报道，某公司将推出一种全新的银锌电池，这种银锌电池的续航能力要比锂离子电池强，有望取代锂电池。其放电过程可表示为Ag2OZn=ZnO2Ag，此电池放电时，有关说法正确的是()A电能转化为化学能B电解质溶液是稀硫酸C电子通过外电路从正极流向负极DZn作负极被氧化【解析】原电池是化学能转化为电能的装置，A选项错误；从总反应方程式可以看出，电池放电后生成了ZnO，ZnO在酸性溶液中不能存在，所以电解质溶液为碱液，B选项错误；原电池中，电子是从负极流向正极，C选项错误；负极发生氧化反应，D选项正确。【答案】D8日常所用干电池其电极分别为碳棒(上面有

18、铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应可简化为：Zn2e= Zn2，2NH2e=2NH3H2(NH3与Zn2络合)。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B正极发生还原反应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腐蚀用电器【解析】由电极反应方程式可知，发生氧化反应的为电源的负极，正极发生还原反应。电池工作时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。【答案】A9科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事上。一种甲醇燃料电池是采用铂或

19、碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生反应的化学方程式是_。(2)此电池的正极发生的电极反应式是_。(3)电解液中的H向_极移动；向外电路释放电子的电极是_。(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是_。【解析】甲醇燃料电池中加入甲醇的电极为负极，通入空气的电极为正极，同时要考虑稀硫酸电解液，来解决问题。【答案】(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)O24H4e=2H2O(3)正负极(4)燃料电池减少了对空气的污染B组能力提升10有一

20、种纸质软电池，该电池采用薄层纸片作为载体和传导体，一面附着锌，另一面附着二氧化锰。电池总反应为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnO(OH)，关于此电池，下列说法正确的是() A该电池Zn为负极，ZnO为正极，MnO2作催化剂B该电池的正极反应式为MnO2eH2O=MnO(OH)OHC放电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向ZnD电池工作时，OH通过薄层纸片向附着二氧化锰的电极移动 【解析】从总反应看，电解质环境为碱性。Zn发生氧化反应(负极)：Zn2e2OH=ZnOH2O，MnO2发生还原反应(正极)：MnO2eH2O=MnO(OH)OH，A项错误、B项正确；外电路电子由Z

21、n流向MnO2，内电路通过离子移动导电，OH移向锌极，C、D项错误。【答案】B11下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的()Aa极是负极B供电时的总反应为2H2O2=2H2OC电子由b通过灯泡流向aD氢氧燃料电池是环保电池【解析】a电极发生反应：H22e=2H，故电子应由a通过灯泡流向b。【答案】C12一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为：2COO2=2CO2。则下列说法中正确的是()A通CO的一极是电池的正极B负极发生的电极反应是：O22CO24e=2COC负极发生

22、的电极反应是：COCO2e=2CO2D正极发生氧化反应【解析】燃料电池中燃料(气体)在负极失去电子发生氧化反应，电解质离子可能参与反应，A、B、D不正确，C正确。【答案】C13(2013·安徽高考)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb下列有关说法正确的是()A正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B放电过程中，Li向负极移动C每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD常温时，在正负极间接上电流表

23、或检流计，指针不偏转【解析】A分析电池总反应，Ca在反应中失电子，所以Ca应作负极；PbSO4中的Pb2得电子生成单质铅，所以正极反应物应是PbSO4，所以A项错误。B.放电过程中，负极失电子，电子通过导线流向正极，所以正极表面聚集大量电子，能够吸引电解质中的阳离子向正极移动，所以B项错误。C.根据方程式知，每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol铅，其质量为10.35 g，所以C项错误。D.根据题给信息，该电池为热激活电池，常温下，无水LiCl­KCl为固态，没有自由移动的离子，该装置不能形成闭合回路，处于非工作状态，所以没有电流产生，即电流表或检流计的指针不会发生偏转。【答案】