考点9-化学电源(核心考点归纳)(原卷版)

考点9化学电源一、化学电源的分类与原理1．化学电源的分类eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(一次电池：用过之后不能复原，如锌锰干电池等；,二次电池：充电后能继续使用，如铅蓄电池、镍氢电池等；,燃料电池：燃料不贮存在电池内部，可持续使用，能量利,用率高，如氢氧燃料电池、甲醇—空气燃料电池。))化学电源的利用原电池原理，能量转化率比燃料燃烧高得多。一次电池是不可充电电池，电量一旦放完就无法再次使用；二次电池是可充电电池，电量放完后可进行充电，可反复使用多次。二、常见化学电源的反应原理一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；(2)锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。负极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；二次电池(可充电电池)电池内部储存的化学能转化为电能释放出来，也可以外界提供电能转化为化学能储存在电池内部。放电是原电池原理，充电是电解池原理。铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq\a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)(氧化反应)。②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(还原反应)。②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(电解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充电电池并不能无限次的使用。燃料电池(1)氢氧燃料电池电极材料铂铂电解质溶液氢氧化钾溶液盐酸电池反应原理电极反应负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－负极：2H2－4e－=4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－=2H2O总反应2H2＋O2=2H2O(2)甲醇­空气燃料电池（氢氧化钾溶液）总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O【核心归纳】(1)燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。(2)燃料电池在使用过程中并没有发生燃料的燃烧，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。(3)燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是缓和平稳的。(4)燃料燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。【典型例题】例1．下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池例2．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是()A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3【考点达标随堂练】1．（2022·包头市第六中学高二期中）下列说法中不正确的是（）A．充电电池不能无限制地反复充电、放电B．燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池C．化学电池的反应原理是自发的氧化还原反应D．铅蓄电池和锌锰干电池都是可充电电池2．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是()A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH33．Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图。该电池工作时，下列说法正确的是()A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应C．石墨电极附近溶液的碱性增强 D．溶液中Cl－向正极移动4．下面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．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C．铅蓄电池工作过程中，每转移2mol电子，负极质量减小207gD．氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源5．（2020·福建省安溪第一中学高一月考）Li-SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点。其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应为2Li+2SO2Li2S2O4。下列说法正确的是（）A．该电池反应为可逆反应B．放电时，Li+向负极移动C．充电时，阴极反应式为Li++e一=LiD．该电池的电解质溶液可以换成LiBr的水溶液6．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是：X极：eq\f(1,2)O2＋H2O＋2e－=2OH－Y极：H2＋2OH－－2e－=2H2O下列说法正确的是()A．X是负极 B．Y是正极C．Y极上发生还原反应 D．Y极上发生氧化反应7．研究人员研制出一种新型储备电源－锂水电池(结构如图，高硅铸铁为惰性辅助电极)，使用时加入水即可放电。下列关于该电池工作时的说法正确的是A．高硅铸铁发生氧化反应 B．OH－向高硅铸铁电极移动C．负极的电极反应式为Li－e－＝Li＋ D．电流的方向：锂电极→导线→高硅铸铁电极8．（2022·福建省安溪第一中学高一月考）如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（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列说法不正确的是A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B．正极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－C．负极反应式为：CH3OH+H2O-6e－=CO2+6H+D．该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol9．利用碳纳米管能够吸附氢气，设计一种新型二次电池，其装置如图所示。关于该电池的叙述不正确的是()A．电池放电时K＋移向正极B．电池放电时负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2OC．电池充电时镍电极上NiOOH转化为Ni(OH)2D．电池充电时碳纳米管电极与电源的负极相连10．有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，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，电池外电路中电流由电极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＋5O2－－8e－=CO32—＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，电子转移4mol11．法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是()A．该生物燃料电池不可以在高温下工作B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋C．消耗1mol氧气时转移4mole－，H＋向负极移动D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能12．（2022·河南省登封市实验高级中学高一期中）H2S是一种剧毒气体，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图，可对H2S废气资源化利用。下列叙述不正确的是（）A．电池工作时，化学能转化为电能和热能B．电极b上发生的电极反应式为O2+4e−+4H+=2H2OC．a是负极，电池工作时，电子的流动方向是：电极a→负载→电极b→质子膜→电极aD．当电路中通过4mol电子时，有4molH+经质子膜进入正极区13．如图所示，科学家研发出一种新型质子膜电池，下列有关说法正确的是A．电流方向为由电极a流向电极b B．a电极反应式：2H2S-4e-=S2+4H+C．用此电源电解精炼铜，粗铜接在a电极 D．该装置中H+由电极b经质子膜移动到电极a14．某鱼雷采用动力电池，以溶解有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为，下列说法正确的是()A．为电池的负极B．在电池反应中被氧化C．该电池将电能转化为化学能D．工作一段时间后溶液的碱性增大15．某新型电池可净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，其工作原理如图所示，下列叙述错误的是

A．该电池左室电极为负极B．左池消耗的S2-与右池消耗的NO的物质的量之比为5：8C．H+通过质子膜从左向右迁移D．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高16．下图是将SO2转化为重要的化工原料H2SO4的原理示意图。请回答下列问题：(1)该装置将________能转化为________能，电流方向为________(填“b→a”或“a→b”)。(2)催化剂b表面O2发生___________反应，其附近酸性________(填“增强”、“不变”或“减弱”)。(3)催化剂a表面的电极反应式：_________________________________________。(4)若得到的硫酸浓度仍为49%，则理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为________。17．（2022·河北省唐山一中高一月考）（1）铅蓄电池是最常见的二次电池，放电时的化学方程式为：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)。该蓄电池放电时，电解质溶液中SO42-移向_____________(填“正”或“负”)极；一段时间后，负极增重48g，转移电子___________mol。（2）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：①电池的负极为_____极(填“a”或“b”)。②电池工作一段时间后电解质溶液的pH_____(填“增大”“减小”或“不变”)。18．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的______(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB极：O2＋4e－=2O2－则A极是电池的______极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(3)微型纽扣电池在现代生