2025届高考化学一轮总复习学生用书第7章化学反应与能量第34讲原电池化学电源考点二化学电源

考点二化学电源1.一次电池一次电池即放电后不可再充电的电池。(1)碱性锌锰电池。负极：eq\o(□,\s\up1(1))______________________________；正极：MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnO(OH)。(2)纽扣式锌银电池。负极：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O=ZnO＋2Ag。2.二次电池二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其充、放电过程如下：总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do8(充电))2PbSO4＋2H2O放电时的电极反应负极：eq\o(□,\s\up1(2))____________________________________；正极：eq\o(□,\s\up1(3))______________________________________充电时的电极反应阴极：eq\o(□,\s\up1(4))_____________________________________；阳极：eq\o(□,\s\up1(5))_____________________________________3.燃料电池一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。(1)常见燃料。除H2外，还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。(2)电解质类型。酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应、电极反应有影响。(3)应用举例(以甲烷为燃料，写出下列介质中的电极反应式)。酸性溶液正极反应式：eq\o(□,\s\up1(6))_________________________________；负极反应式：eq\o(□,\s\up1(7))___________________________________碱性溶液正极反应式：eq\o(□,\s\up1(8))________________________________；负极反应式：eq\o(□,\s\up1(9))__________________________________固体氧化物(高温下能传导O2－)正极反应式：eq\o(□,\s\up1(10))_________________________________；负极反应式：eq\o(□,\s\up1(11))__________________________________熔融碳酸盐(如熔融K2CO3，正极通入CO2)正极反应式：eq\o(□,\s\up1(12))________________________________；负极反应式：eq\o(□,\s\up1(13))_________________________________[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2eq\o(□,\s\up1(2))Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4eq\o(□,\s\up1(3))PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2Oeq\o(□,\s\up1(4))PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))eq\o(□,\s\up1(5))PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))eq\o(□,\s\up1(6))2O2＋8H＋＋8e－=4H2Oeq\o(□,\s\up1(7))CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋eq\o(□,\s\up1(8))2O2＋4H2O＋8e－=8OH－eq\o(□,\s\up1(9))CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2Oeq\o(□,\s\up1(10))2O2＋8e－=4O2－eq\o(□,\s\up1(11))CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2Oeq\o(□,\s\up1(12))2O2＋4CO2＋8e－=(4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))eq\o(□,\s\up1(13))CH4＋4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))－8e－=5CO2＋2H2O[易错秒判](1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂，可使锌锰电池的比能量更高()(2)碱性锌锰电池中，1molZn和1molMnO2放电转移电子数相等()(3)铅酸蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增大()(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应()(5)可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极()(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√一、化学电源的原理分析1.(2024·广东高三调研)一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如下图所示。下列说法正确的是()A．锌棒为该装置的正极B．电子从锌棒经水土移向碳棒C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去D．标准状况下，每消耗22.4LO2，理论上最多能除去2molCd2＋解析：选D。由题图可知，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－=Zn2＋，石墨为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，水土中的Cd2＋与OH－反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，锌棒为该装置的负极，A错误；B．由分析可知，电子由锌棒经导线流向碳棒，但电子不能经过水土，B错误；C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋转化为Cd(OH)2沉淀而被除去，C错误；D．标准状况下，每消耗22.4L(1mol)O2，理论上可产生4molOH－，由离子方程式Cd2＋＋2OH－=Cd(OH)2↓可知，最多能除去2molCd2＋，D正确。2.(2024·广州大学附中检测)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是()A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极aB．电极b是正极，O2－由电极a流向电极bC．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，转移4mol电子解析：选C。电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，故A错误；电极b上氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，故B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O，故C正确；1molO2得到4mol电子生成2molO2－，故当固体电解质中有1molO2－通过时，转移2mol电子，故D错误。3.以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是()A．放电过程中，K＋均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L解析：选C。碱性环境下，CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料电池总反应为N2H4＋O2=N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知，(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH=2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放电过程为原电池工作原理，所以K＋均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，另外两种燃料电池均消耗KOH，所以KOH的物质的量减小，B错误；C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq\f(mg,32g/mol)×6、eq\f(mg,32g/mol)×4、eq\f(mg,60g/mol)×16，通过比较可知，(CH3)2NNH2的理论放电量最大，C正确；D．根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1molO2，理论上N2H4-O2燃料电池生成1mol氮气，在标准状况下的体积为22.4L，D错误。二、二次电池的充、放电分析4.某液态金属储能电池的示意图如下，放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是()A．放电时，M极反应为Ni－2e－=Ni2＋B．放电时，Li＋由M极向N极移动C．充电时，M极的质量减小D．充电时，N极反应为Li3Bi＋3e－=3Li＋＋Bi解析：选B。放电时，M极上的Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极为负极，电极反应为Li－e－=Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi=Li3Bi，Li＋由M极向N极移动，A错误、B正确；由可充电电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，故充电时，M极的电极反应为Li＋＋e－=Li，M极的质量增大，N极的电极反应为Li3Bi－3e－=3Li＋＋Bi，C、D错误。5.(2024·广东六校联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是()A．充电时，Fe2O3对应电极连接充电电源的负极B．正极的电极反应式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－=3Li2O＋2FeC．该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液D．放电时，Fe2O3为电池，被还原为Fe，电池被磁铁吸引解析：选A。A．根据题图可知，放电时，Li被氧化为Li＋，故金属锂和