高中化学选修4原电池与电解池讲义及习题(含答案)(可编辑修改word版)

个性化辅导讲义4. 化学电源新型电池一、一次电池1、定义：一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用 了．一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池．常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等．2、常见的一次电池：（1） 普通锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种．干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂 MnO 2 的混合物，在混合物周围再装入以 NH 4Cl 溶液浸润 ZnCl 2，NH 4Cl 和淀粉或其他填充物（制成糊状物）．为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好．干电池在使用时的电极反应为： 负极：Zn ﹣2e ﹣=Zn 2+正极：2NH 4++2e ﹣+2MnO 2=2NH 3↑ +Mn 2O 3+H 2O 总反应：Zn+2MnO 2+2NH 4+=Mn 2O 3+2NH 3↑+Zn 2++H 2O（2） 碱性锌锰干电池负极：Zn+2OH ﹣﹣2e ﹣=Zn （OH ）2 正极：2MnO 2+2H 2O+2e ﹣=2MnOOH+2OH ﹣ 总反应：Zn+2MnO 2+2H 2O=2MnOOH+Zn （OH ）2（3） 锌银电池电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称．它们的电极材料是 Ag 2O 和 Zn ，所以叫锌银电池．电极反应和电池反应是：负极：Zn+2OH ﹣﹣2e ﹣=Zn （OH ）2 正极：Ag 2O+H 2O+2e ﹣=2Ag+2OH ﹣ 总反应：Zn+Ag 2O+H 2O=Zn （OH ）2+2Ag利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点．这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面．（4） 锂﹣二氧化锰非水电解质电池以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，锂-二氧化锰电池负极是金属锂，正极活性物质是二氧化锰。

电解质是无机盐高氯酸锂（LiClO 4），溶于碳酸丙烯酯（PC ）和 1、2-二甲氧基乙烷（DME ）的混合有机溶剂中， 电极反应为：负极反应：Li ﹣e ﹣=Li +正极反应：MnO 2 + Li + +e ﹣= LiMnO 2 总反应：Li+ MnO 2 = LiMnO 2该种电池的电动势为 2.69V ，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电 1000 次后仍能维持其能力的 90%，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等．（5） 铝﹣空气﹣海水电池1991 年，我国首例以铝﹣空气﹣海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯．该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流． 工作原理：负极：4Al ﹣12e ﹣ = 4Al 3+ 正极：3O 2+6H 2O+12 e ﹣ =12OH ﹣ 总反应：4Al+3O 2+6H 2O = 4Al （OH ）3特点：这种海水电池的能量比“干电池”高 20﹣50 倍．（6） 高能电池﹣锂电池该电池是20 世纪70 年代研制出的一种高能电池．由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）．因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂．如作心脏起搏器的锂﹣碘电池的电极反应式为：负极：2Li ﹣2e ﹣ = 2Li + 正极：I 2+2e ﹣ = 2 I ﹣总反应式为：2Li+I 2 = 2LiI练习：（9 分）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。

该电池反应原理如图所示， 其中电解质 LiCIO 4。

溶于混合有机溶剂中，Li +通过电解质迁移入 MnO 2 晶格中，生成 LiMnO 2。

回答下列问题：（1） 外电路的电流方向是由 极流向 极。

（填字母）（2） 电池正极反应式为。

（3） 是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？（填“是”或“否”），原因是。

（4） MnO 2 可与 KOH 和 KClO 3，在高温下反应，生成 K 2MnO 4，反应的化学方程式为。

K 2MnO 4 在酸性溶液中歧化，生成 KMnO 4 和 MnO 2 的物质的量之比为 。

二、二次电池444 44 4 21、定义：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获得再生．这类电池可以多次重复使用．2、常见的二次电池：（1）铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有 PbO2，负极板上覆盖有 Pb，电解质是 H2SO4．铅蓄电池放电的电极反应如下：负极：Pb+SO 2﹣﹣2e﹣=PbSO （氧化反应）正极：PbO2+SO 2﹣十4H++2e﹣=PbSO +2H O（还原反应）总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4十2H2O铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：PbSO4+2e﹣=Pb+SO 2﹣（还原反应）阳极：PbSO4+2H2O﹣2e﹣=PbO2+SO 2﹣十4H+（氧化反应）总反应：2PbSO4十2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：Pb+PbO2+2H2SO4⇌2PbSO4十2H2O练习：已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol 电子时铁电极的质量减少11.2 g。

请回答下列问题。

(1)A 是铅蓄电池的极，铅蓄电池正极反应式为，放电过程中电解液的密度(填“减小”、“增大”或“不变”)。

(2)Ag 电极的电极反应式是，该电极的电极产物共g。

(3)Cu 电极的电极反应式是，CuSO4溶液的浓度(填“减小”、“增大”或“不变”)(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x 表示。

a.各U 形管中产生的气体的体积b.各U 形管中阳极质量的减少量c.各U 形管中阴极质量的增加量（2）碱性镍镉电池：该电池以 Cd 和NiO（OH）（氢氧化镍酰）作电极材料，NaOH 作电解质溶液．负极：Cd+2OH﹣﹣2e﹣=Cd（OH）2正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣=2Ni（OH）2+2OH﹣总反应式为：Cd+2NiO（OH）+2H2O=Cd（OH）2+2Ni（OH）2充电时：阳极发生如下反应Ni(OH)2–e- + OH- = NiO(OH) + H2O阴极发生的反应：Cd(OH)2+ 2e-= Cd + 2OH-总反应为：2Ni(OH)2 + Cd(OH)2= 2NiO(OH)+ Cd+ 2 H2O从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低．而镍﹣镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化．练习：镉镍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+2NiOOH+ 2H2O Cd（OH）2+2Ni（OH）2，由此判断错误的是：（）A．放电时，Cd 作负极B．放电时，NiO(OH)作负极C．电解质溶液为碱性溶液D．放电时，负极反应为 Cd+2OH-－2e-=Cd(OH)2（3）氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电 500 次，可以取代会产生镉污染的镍﹣镉电池．负极：H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O正极：2NiO（OH）+2H2O+2e﹣=2Ni（OH）2+2OH﹣总反应式为：H2+2NiO（OH）=2Ni（OH）2练习：氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，可以取代会产生隔污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式 H 2+NiO(OH) Ni(OH)2，根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ）A ．电池放电时，电池负极周围溶液 pH 不断增大B ．电池放电时，镍元素被氧化C ．电池充电时，氢元素被氧化D ．电池放电时，H 2 是负极三、燃料电池又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如 H 2、CH 4 等作为负极反应物质，以 O 2 作为正极反应物质而形成的．燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一．（1） 氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用 40%的 KOH 溶液作电解质溶液．其电极反应式为：负极：2H 2+4OH ﹣﹣4e ﹣=4H 2O 正极：O 2+2H 2O+4e ﹣=4OH ﹣ 总反应式为：2H 2+O 2=2H 2O（2） 甲烷燃料电池用金属铂作电极，用 KOH 溶液作电解质溶液． 负极：CH 4+10OH ﹣﹣8e ﹣=CO 3 2﹣+7H 2O 正极：2O 2+4H 2O+8e ﹣=8OH ﹣总反应式为：CH 4+2O 2+2KOH =K 2CO 3+3H 2O（3） 甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的 10 倍． 负极：2CH 4O+16OH ﹣﹣12e ﹣=2CO 3 2﹣+12H 2O 正极：3O 2+6H 2O+12e ﹣=12OH ﹣总反应式为：2CH 4O+3O 2+4OH ﹣=2CO 3 2﹣+6H 2O（4） 固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体二氧化锆﹣氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许 O 2﹣在其间通过． 负极：2H 2+2O 2-﹣4e ﹣=2H 2O 正极：O 2+4e ﹣=2O 2﹣ 总反应式为：2H 2+O 2 =2H 2O练习：固体氧化物燃料电池（SOFC ）以固体氧化物作为电解质，O 2-可以在其内部自由通过。

其工作原理如图所示。

下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是[]6 4 2阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑总反应：2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH公式：电解质+H2O→碱+ H2↑+非金属⑷放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐，如 CuSO4阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极：Cu2++2e-= Cu总反应：2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2↑+2H2SO4公式：电解质+H2O→酸+ O2↑+金属电解 NaCl 溶液：电解2NaCl+2H2O= = = =H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，pH 增大8.电解原理的应用A、电解饱和食盐水（氯碱工业）⑴反应原理阳极： 2Cl- - 2e-== Cl2↑阴极： 2H+ + 2e-== H2↑电解总反应：2NaCl+2H2O= = = =H2↑+Cl2↑+2NaOH⑵设备（阳离子交换膜电解槽）①组成：阳极—Ti、阴极—Fe②阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。