6.3.2化学电源-高一化学讲义（苏教2019）原卷版

专题6化学反应与能量变化第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源[学习目标]1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。2.知道电解池，了解电解池的工作原理课前预习课前预习知识点01化学电源1．概念及分类（1）利用原电池原理，将直接转化为。化学电源的能量转化率比燃料燃烧。（2）化学电源有电池、电池和电池等。电池用过之后不能复原，电池充电后能继续使用。2．常见的化学电源（1）一次电池：锌锰干电池。（2）二次电池：银锌纽扣电池、铅蓄电池、镍氢电池、锂电池等。（3）燃料电池：氢氧燃料电池、甲醇空气燃料电池等。3．燃料电池（1）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。（2）氢氧燃料电池：在负极上发生氧化反应的是，在正极上发生还原反应的是，产物是。（3）以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：(氧化反应)；正极：(还原反应)；电池反应：。知识点02电解和电解池1．电解池电解池是将能转化为能的装置。电解池中，与直流电源正极相连的电极为，与负极相连的电极为。2．电解在物质制备中的应用（1）电解水制取氢气和氧气：（2）电解饱和食盐水：（3）冶炼Na、Mg、Al等活泼金属（写出相应的化学方程式）①冶炼金属钠：②冶炼金属镁：③冶炼金属铝：（4）电解氧化铝的电极反应式：阴极：阳极：知识点总结知识点总结一、常见的化学电源1、锌锰干电池(1)结构锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。(2)原理锌锰电池是一次电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。(3)电极反应负极发生的电极反应为Zn－2e－=Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。(4)缺陷与改进措施锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气胀或漏液，会导致电器设备的腐蚀。改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。2．充电电池(1)充电电池又称二次电池。其能量的转化关系是化学能电能。(2)常见的充电电池①铅蓄电池常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。②镍镉电池以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。③锂离子电池碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3．燃料电池(1)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电源。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。考点2电解池电解池是将电能转化为化学能的装置。在生产、生活实际中，许多化学反应都是通过电解的方法来实现的。例如，电解水制得氢气和氧气:电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气、电解铝。在这些例子中，电能转化为化学能。利用电解我们可以获得普通化学方法难以制备的物质。【大招总结】1.锌锰电池是一次电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。2．电极反应式的书写方法（1）负极反应式的书写先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。（2）正极反应式的书写①首先判断在正极发生反应的物质当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。3．原电池电极反应式书写要点（1）正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。（2）确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。（3）在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，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)。典型例题典型例题【例1】下列说法中正确的是(    )A.镍氢电池、锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池B.氢氧燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池C.铅蓄电池放电的时候正极材料是铅，负极材料是二氧化铅D.铅蓄电池充电时将化学能转化为电能【答案】B【解析】A.镍氢电池、锂电池为二次电池，锌锰干电池为一次电池，故A错误；B.氢氧燃料电池产物为H2C.铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极，PbOD.铅蓄电池充电时是将电能转化为化学能，故D错误；故选B。【例2】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na−CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3COA.放电时，ClO4B.充电时释放CO2C.放电时，正极反应为3CD.充电时，正极反应为N【答案】D【解析】放电时，该装置为原电池，阴离子向负极移动，则ClO4−向负极移动，据电池总反应可知，放电时吸收CO2生成Na2C放电时，CO2在正极上发生还原反应生成C和CO32−充电时，Na+在阴极上发生还原反应，电极反应式为Na【例3】下列关于原电池和电解池的比较中正确的是(

)A.能量转化形式相同B.两电极的名称相同C.向负极和阴极上移动的离子类别相同D.负极和阳极上发生的反应类型相同【答案】D【解析】A.电解池中有外接电源，是把电能转化为化学能，原电池向外提供电能，是把化学能转化为电能，故A错误；B.原电池中的电极分别为正负极，电解池中的电极为阴阳极，故B错误；C.原电池中阴离子向负极，阳离子向正极移动，电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以负极和阴极上移向的离子类别不相同，故C错误；D.原电池中负极失电子，发生氧化反应，电解池中阳极上的电极反应物失电子，发生氧化反应，故D正确。

【例4】如下图所示，A、B、C三个装置中的三个烧杯分别盛有足量的CuCl(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是________(填标号，下同)，属于电解池的是________。(2)A池中Zn是________极，发生________(填“氧化”或“还原”，下同)反应，电极反应式为________；Cu是________极，发生________反应，电极反应式为________。A中总反应的化学方程式为________。(3)B池中石墨是________极，发生________反应，电极反应为________；Pt是________极，发生________反应，电极反应为________。B池中总反应的化学方程式为________。(4)C池中Zn是________极，发生________反应，电极反应为________；Cu是________极，发生________反应，电极反应为________。反应过程中，电解质溶液浓度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。【答案】(1)A；BC；(2)负；氧化；Zn−2e−=Zn2+(3)阴；还原；Cu2++2e−(4)阴；还原；Cu2++2【解析】(1)把电能转化为化学能的装置是电解池，所以电解池有外接电源，所以A为原电池，B、C有外加电源，应为电解池；故答案为：A；BC；(2)A为原电池，锌为负极，发生氧化反应，电极方程式为Zn−2e−=Zn2+故答案为：负；氧化；Zn−2e−=Zn2+(3)B为电解池，左边石墨电极连接电源负极，为电解池的阴极，发生还原反应，电极方程式为Cu2++2e−=Cu，右边(4)装置C中阳极为活性电极Cu，当阳极不是惰性电极时，电极本身会被强迫失电子而发生氧化反应Cu−2e−=Cu2+故答案为：阴；还原；Cu2++2e【例5】燃料电池是一种将化学反应产生的能量直接转换成电能的装置。某研究性学习小组在一次活动中，参照下图组装实验装置，以外面缠绕棉花的碳棒为电极，电解质溶液用0.5mol·L－1Na2SO4溶液，电源用3～6V直流电源，发光二极管起辉电压为1.7V，电流为0.6mA。(1)在碳棒电极外面缠绕棉花的作用是________________________。(2)按下开关S1，半分钟后两碳棒上产生明显的气泡，此时碳棒C1为________极，装置中发生的总反应的化学方程式为____________________________________________。(3)断开开关S1，按下开关S2，可观察到的明显现象为________；碳棒C2为________极，其电极反应式为________________________________________________________。答案：(1)使碳棒吸附较多的气体，有利于形成燃料电池(2)阳极2H2O通电,O2↑＋2H2↑(3)发光二极管发光负H2－2e－=2H＋强化训练强化训练1．下列电池不属于二次电池（可充电电池）的是A．锌锰电池 B．锂离子电池C．铅蓄电池 D．镍镉电池2．下列说法错误的是A．锌锰干电池中，锌筒是负极，不断被消耗B．的锂离子电池属于二次电池C．构成原电池的正极和负极的材料必须是两种活泼性不同的金属D．太阳能电池的主要材料是高纯硅3．镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可知，该电池放电时的负极材料是A．Cd(OH)2 B．Cd C．Ni(OH)2 D．NiO(OH)4．下列说法正确的是A．钠硫可充电电池充电时电能全部转化为化学能B．地下钢铁管道用导线连接锡块可以减缓管道的腐蚀C．一定温度下，CH3COOH稀溶液中加入少量的冰醋酸，溶液中增大D．常温常压下，铜与稀硝酸反应生成22.4LNO，反应中转移的电子数为1.806×1024个5．镁锂双离子新型二次电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是A．放电时，Mg作负极，溶液中由右向左移动B．充电时，阳极的电极反应式为C．充电时，Y应与外加电源的正极相连，此电极上的物质发生了还原反应D．放电时，导线上每通过，左室溶液质量增重6．化学与生活密切相关，下列叙述正确的是A．SO2是一种有毒物质，因此不能作为食品添加剂使用B．SO2、CO2和氮氧化物是形成酸雨的主要物质C．硫酸钡在医疗上可用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”D．常用的锌锰干电池和铅酸蓄电池都属于二次电池7．球形尖晶石（LiMn2O4）属于等轴晶系，可作耐火材料，常用低温电解法制备，制备过程中的能量转化形式是（

）A．电能转化为化学能 B．化学能转化为电能C．机械能转化为化学能 D．化学能转化为机械能8．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是A水果电池图B干电池C铅蓄电池D氢氧燃料电池A．水果电池中电流从铜片流出B．干电池中锌皮作负极C．铅蓄电池放电过程中硫酸溶液浓度减小D．燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e=4OH9．铅蓄电池的工作原理为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，下列判断正确的是A．该反应是可逆反应B．充电时电池的铅电极连接电源的正极C．电池工作一段时间后需要补充硫酸D．铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加10．下列说法正确的是A．图1所示装置可以将化学能转化为电能B．图2所示反应为吸热反应C．锌锰干电池中，锌筒作正极D．蓄电池充电时，发生了氧化还原反应11．汽车的启动电源常用铅蓄电池，该电池在放电时的总反应方程式为PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(1)，根据此反应判断，下列叙述正确的是A．PbO2是电池的负极B．负极的电极反应式为Pb+SO2e－=PbSO4C．铅蓄电池放电时，每转移2mol电子消耗1molH2SO4D．电池放电时，两电极质量均增加，且每转移1mol电子时正极质量增加48g12．2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池领域作出突出贡献的三位科学家。一类锂离子电池的电池总反应为LixC6＋Li1xYC6(石墨)+LiY。已知电子电量为1.6×10－19C，下列关于这类电池的说法中错误的是A．金属锂的价电子密度约为13760C/g B．从能量角度看它们都属于蓄电池C．在放电时锂元素发生了还原反应 D．在充电时锂离子将嵌入石墨电极13．下列有关电池的说法不正确的是A．上用的锂离子电池属于二次电池B．锌锰干电池中，锌电极是负极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极14．磷酸铁锂电池放电时正极的反应式为。该电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是A．充电时，电子由铝箔经溶液流向铜箔B．放电时，负极发生的电极反应：C．放电时，Li+通过隔膜移向正极D．该电池放电过程中C、Fe、P元素化合价均发生变化15．目前汽车最常用的启动电源为铅蓄电池，其结构如图所示。铅蓄电池放电时的电池总反应为。下列叙述错误的是A．是金属氧化物，固态不能导电，不能作电极B．放电时，得到电子，被还原生成C．放电时，Pb作负极，失去电子，发生氧化反应D．放电时，移向正极，溶液的酸性减弱16．I．硅是无机非金属材料的主角，请回答下列问题：(1)埋在地下的光导纤维如果裸露在碱性土壤中，会导致短路，用离子方程式说明原因：。Ⅱ．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(2)在上述生产过程中，属于置换反应的有(填标号)；反应②和③是否为可逆反应并说明理由：。(3)写出反应①的化学方程式：。(4)化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，可生成化合物W，其化学方程式是。(5)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，电极反应式为，。根据上述反应式，完成下列题目。①判断下列叙述中正确的是。A．在使用过程中，电解质KOH不断被消耗B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应②写出电池的总反应式：。③使用时，负极区的c(OH)(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，电解质溶液中的c(OH)。17．按下图装置进行实验，并回答下列问题：（1）判断装置的名称：A池为，B池为。（2）铜极为极，电极反应式为。（3）B装置中，C1与C2均为石墨棒，石墨棒C1为极，电极反应式为，石墨棒C2附近发生的实验现象