高考化学精讲及练习：第二节《化学电源》学案 word答案版

2021年北京 高二年级 人教学版本选修4

第四章 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。新课程探究

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：

①一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。

②二次电池：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。

③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性电池、酸性电池、碱性电池。

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(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。

(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·kg－1或W·L－1。

(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 下列说法中错误的是( )

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因为含有的活性物质可以再生

C.氢气、甲醇、烃、肼、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”的电池称为高能电池

答案 B

考点 初步认识化学电池

题点 化学电池及其类别

例2 随着人们生活质量的不断提高，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.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C.防止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

二、常见的化学电池

1.一次电池

(1)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 。

①负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液；

②负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

③正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。

(2)锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

①负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

②正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

2.二次电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。

(2)放电反应原理

①负极反应式是Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；

②正极反应式是PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；

③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)充电反应原理

①阴极(发生还原反应)反应式是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；

②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；

③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。

3.燃料电池

氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。

(1)氢氧燃料电池的总反应式是2H2＋O2===2H2O。

(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：

介质 负极反应式 正极反应式

酸性 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O

碱性 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－

归纳总结：常见化学电池的比较

(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。 (2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。

(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。

例3 (2020·腾冲县期末)锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(

)

A.放电时Li＋由B极向A极移动

B.电池放电反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH

C.B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

D.电解液a可以为氯化锂溶液

答案 B

方法点拨 根据原电池装置书写电极反应式

(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。

(2)若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入负极反应式。

(3)正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。

例4 (2020·毕节市模拟)镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15年。镍—镉电池的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。下列说法不正确的是( )

A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2

B.充电时，阳极反应为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

方法点拨 由二次电池的总反应式书写电极反应式

(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、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应式。

(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

例5 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。

(1)酸性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________；

正极反应式：_____________________________________________________________；

负极反应式：_____________________________________________________________。 (2)碱性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________；

正极反应式：_____________________________________________________________；

负极反应式：_____________________________________________________________。

(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________；

正极反应式：_____________________________________________________________；

负极反应式：_____________________________________________________________。

答案 (1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O

(3)2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O

3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ ；

2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O

小结：

课堂检测：

1.下列说法错误的是( )

A.氧化还原反应所释放的化学能，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应

C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应

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

2.下列电池工作时，氧气在正极放电的是(

)

答案 B

3.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。下列说法不正确的是( )

A.锌为电池的负极

B.正极反应式为2FeO2－4＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C.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

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，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是( )

A.Mg2＋向正极迁移

B.正极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4

C.Mo3S4发生氧化反应

D.负极反应式为xMg－2xe－===xMg2＋

答案 C

5.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，H2SO4溶液作电解质溶液，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为2H2－4e－===4H＋。下列叙述不正确的是( )

A.H2在负极发生氧化反应B.燃料电池的能量转化率可达100%

C.是一种高效、环境友好的发电装置D.供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O

答案 B

6.原电池是化学对人类的一项重大贡献。

(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_________________。

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”)。

(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，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650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2。

①正极反应式是______________________________________________________________；

②总电池反应式是____________________________________________________________。

答案 (1)①a CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O

②减小

(2) ①O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3

②2CO＋O2===2CO2