第2节 第2课时 化学电源-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（鲁科版2019选择性必修1）

第一章 化学反应与能量转化 第二节 化学能转化为电能—电池 第2课时 化学电源 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学电源的分类。 2．了解常见的化学电源及其工作原理。 3．了解化学电源的广泛使用及对环境的影响。 重点：燃料电池。 难点：燃料电池。 一、化学电源的分类 二、常见电池 （1）锌锰干电池 项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 作负极 作正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极 2NH4+＋2e－===2NH3＋H2 MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－ 电池反应 Zn＋2NH4Cl===ZnCl2＋2NH3＋H2 Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2 （2）铅蓄电池 ②电解质溶液： 溶液。 ③原理： ④特点：性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。 （3）氢氧燃料电池 ①原理(电极反应及电池反应)。 项目 酸性燃料电池 碱性燃料电池 电极 石墨电极材料 电解质 磷酸等酸性溶液 KOH溶液 电极反应 负极 正极 电池反应 2H2＋O2===2H2O ②特点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。 【易错警示】燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）手机、电脑使用的电池为一次电池。 ( ) （2）酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池工作时，负极反应相同。( ) （3）铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。 ( ) （4）氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。 ( ) （5）氢氧燃料电池的负极反应为：H2－2e－=2H＋。 ( ) （6）燃料电池就是可燃性物质在电极上燃烧。（ ） （7）二次电池不可充电。( ) （8）锌锰干电池是一次电池。（ ） （9）铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应（ ） （10）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应（ ） 2．化学电源的分类 （1） 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） 电池：可以称可充电电池，两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。 （3） 电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的燃料和氧化剂分别在两极发生反应。 3．用CH3OH气体代替H2作燃料，则得到甲醇燃料电池。 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。 （1）CH3OH－NaOH溶液－O2构成的燃料电池： 负极反应式：___________________________， 正极反应式：___________________________， 总反应式：_____________________________。 （2）CH3OH－H2SO4溶液－O2构成的燃料电池： 负极反应式：___________________________， 正极反应式：___________________________， 总反应式：_____________________________。 ►问题一 一次电池 【典例1】（2023北京市八一学校期中测试）如图为锌锰干电池构造示意图。锌锰电池的总反应方程式为：，下列说法不正确的是 A．氯化铵糊作电解质溶液 B．是负极反应物 C．电子由锌筒通过导电流向石墨棒 D．随着电池的使用锌筒会逐渐变薄 【解题必备】一次电池就是放电后不可再充电的电池，例如普通锌锰电池，碱性锌锰电池、银锌电池等。 【变式1-1】下列电池属于一次电池的是( ) A．锌锰干电池 B．铅蓄电池 C．锂电池 D．氢氧燃料电池 【变式1-2】锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2NH4+(aq)===Zn2＋(aq)＋Mn2O3(s)＋2NH3(g)＋H2O(l)，在如图所示装置中，电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( ) A．Zn B．碳 C．MnO2和NH4+ D．Zn2＋和NH3 ►问题二 二次电池 【典例2】LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4＋LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是( ) A．该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液 B．该电池放电时，电池内部的Li＋向负极移动 C．该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋ D．在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少 【解题必备】（1）二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。 （2）当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。 （3）充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程： 【变式2-1】已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“－”的接线柱，下列说法正确的是( ) A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极 C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极 【变式2-2】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是( ) A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l) D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 ►问题三 燃料电池 【典例3】（1）直接以甲烷为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为_______________________；正极反应式为______________________________。 （2）熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO＋2CO32—－4e－===4CO2，阴极反应式：________________________；电池总反应式：_____________________。 【解题必备】（1）一般电极反应式的书写： （2）复杂电极反应式的书写：:复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式 【变式3-1】氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是( ) A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极 B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极 C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大 D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大 【变式3-2】镁­次氯酸盐燃料电池，具有比能量高、安全方便等优点。该电池的正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的叙述正确的是( ) A．该电池中镁为负极，发生还原反应 B．电池工作时，OH－向正极移动 C．该电池的总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－ D．电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小 1．（2024新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州7月期末）下列说法中正确的是 A．锌锰干电池是二次电池 B．二次电池放电后可以再充电继续使用 C．手机锂离子电池是一次电池 D．燃料电池工作时燃料会接触燃烧 2．下列有关叙述正确的是 A．在空气中金属铝发生原电池反应，表面迅速氧化形成保护层 B．原电池电解质溶液中阴离子向正极移动 C．最早使用的锌锰电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池 D．“嫦娥五号”使用的太阳能电池阵和锂离子电池组，均可将化学能转变成电能 3．（2024湖南省怀化市期末）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下图为不同电池的构造示意图，有关说法正确的是 A．图Ⅰ：锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄 B．图Ⅱ：放电时正极反应式为 C．图Ⅲ：如消耗标准状况下22.4L ，电路中理论上转移的电子数为4 D．图Ⅳ：放电时，溶液中向锂电极迁移 4．Li­Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中正确的是( ) A．Li­Al在电池中作负极材料，该材料中Li的化合价为＋1 B．该电池的电池反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 5．（2024江苏省徐州市金科大联考第一次质量检测）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池与锌锰干电池在反应过程中，锌均会被逐渐消耗，不可重复使用。以氢氧化钾溶液为电解质溶液的碱性锌锰电池，电池总反应式为。下列说法正确的是 A．电池工作时，锌电极附近的溶液碱性增强 B．电池工作时，外电路中每通过1mol电子，消耗65gZn C．电池正极的电极反应式为 D．碱性锌锰电池为二次电池 6．（2024湖北省新高考联考协作体5月联考）燃料电池具有能量转换效率高、废弃物排放少、运行噪音小等优点。下列说法正确的是 A．溶液中的向b电极移动 B．a电极上发生的反应为： C．该电池工作过程中只存在2种形式的能量转化 D．电路中每转移，标准状况下，两极共消耗33.6L气体 7．（2024贵州省贵阳市第一中学教学质量监测）下列为常用电化学装置。已知图甲为铅蓄电池，充、放电的总反应为。图乙为碱性锌锰干电池。下列叙述正确的是 A．铅蓄电池放电时的负极反应为 B．上述两个装置均为二次电池 C．铅蓄电池充电时接电源正极 D．碱性锌锰干电池在使用过程中，不断被氧化，最终电池失效 8．化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。 （1）下列装置中能够组成原电池的是 (填序号)。 （2）现有如下两个反应：A、；B、。 ①根据两反应本质，判断能否设计成原电池。如果不能，说明其原因 。 ②如果可以，请在下面方框内画出原电池装置图，注明电极材料和电解质溶液等 。 （3）如图是某锌锰干电池的基本构造图。 ①该碱性锌锰干电池的总反应式为，该电池工作时正极的电极反应式是 。 ②关于该电池的使用和性能，下列说法正确的是 。(填字母，下同) A．该电池属于蓄电池 B．电池工作时向负极移动 C．该电池的电解质溶液是溶液 D．该电池用完后可随意丢弃，不需要回收处理 （4）另一种常用的电池——锂电池由于比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大而广泛用于心脏起搏器，它的负极材料用金属锂制成，电解质溶液需用非水溶液配制，请用化学方程式表示不能用水溶液的原因： 。 1．（2024新疆生产建设兵团第二师华山中学第一次调研）下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是 A．所示装置可将化学能转化为电能 B．电池电子从镁电极流向铝电极 C．所示的锌锰干电池中发生还原反应 D．所示装置可验证金属活动性： A．A B．B C．C D．D 2．（2024四川省成都市第七中学期末）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是 A．二者均属于一次电池 B．二者分别消耗锌，都将转移电子 C．二者的正极反应式均为： D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池比能量高 3．（2024辽宁省沈阳市回民中学期末）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度，它无电时无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如图。下列说法正确的是 A．有机电解液可以是乙醇等无水有机物 B．放电时，锂电极发生还原反应 C．放电时，消耗，则锂电极质量减少 D．在更换锂、多孔碳电极的同时，不需要更换水性电解液 4．（2024湖南省湘西土家族苗族自治州期末）天然气燃料电池能量转化率高，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是 A．电子由a极经用电器流向b极 B．b极的电极反应式为 C．a极为负极，发生氧化反应 D．a极上参加反应时，转移0.4mol电子 5．（2024河南省部分重点中学高二上学期期末联考）锌银纽扣电池具有质量小、体积小、储存时间长的优点。电池的总反应为，下图为其构造示意图，下列说法错误的是 A．Ag2O电极为正极，发生还原反应 B．电子由负极经过电解质溶液移向正极 C．负极的电极反应： D．该锌银纽扣电池为一次电池 6．（2024云南省昆明市高二下学期期末质量检测）是一种很有前景的钠离子电池正极材料。研究人员利用如下装置电解水、碳酸酯两相电解液，并通过反应器将嵌入到合成。下列说法正确的是 A．铁电极与电源正极相连 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．阳极区采用水相，阴极区采用碳酸酯相 D．反应器中发生反应的离子方程式为： 7．（2024新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州7月期末）根据原电池原理，人们研制出了性能各异的化学电池。 （1）如图所示的装置中，负极发生反应的电极反应式为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象是 。若消耗锌的质量为65g，则产生氢气 g。 （2）某氢氧燃料电池装置如图所示，a、b均为惰性电极。正极上的电极反应式为 。当电路中转移0.2mol电子时，理论上负极通入的气体在标准状况下的体积为 L。 8．（2024四川省眉山市东坡区5月期中联考）电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重要贡献。 （1）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，下列有关电池的叙述正确的是 (填字母)。 A．锌锰电池工作一段时间后碳棒会变细 B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能 C．铅蓄电池负极是，正极是Pb （2）氢气燃料电池在北京冬奥会上得到广泛应用，下图是一种氢气燃料电池的工作原理示意图： b电极的电极反应式为 ，a电极是原电池的 (填“正极”或“负极”)，若该极改为通入C2H5OH，其电极反应式为 。当电池消耗C2H5OH 4.6g时，消耗的的体积为 L(标准状况下)。 （3）为了验证Fe与Cu的还原性强弱，下图中能达到实验目的的装置是 (填标号①或②)，其正极的电极反应式为 ；若构建该原电池时两个电极的质量相等，当导线中通过0.2 mol电子时，理论上两个电极的质量差为 g。 （4）新型电池-钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠()分别作为两个电极的反应物，陶瓷(可传导)为电解质，装置示意图如下，请写出负极的电极方程式： 。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一章 化学反应与能量转化 第二节 化学能转化为电能—电池 第2课时 化学电源 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学电源的分类。 2．了解常见的化学电源及其工作原理。 3．了解化学电源的广泛使用及对环境的影响。 重点：燃料电池。 难点：燃料电池。 一、化学电源的分类 二、常见电池 （1）锌锰干电池 项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 锌筒作负极，石墨作正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极 2NH4+＋2e－===2NH3＋H2 MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－ 电池反应 Zn＋2NH4Cl===ZnCl2＋2NH3＋H2 Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2 （2）铅蓄电池 ①电极材料 ②电解质溶液：30%H2SO4溶液。 ③原理： ④特点：性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。 （3）氢氧燃料电池 ①原理(电极反应及电池反应)。 项目 酸性燃料电池 碱性燃料电池 电极 石墨电极材料 电解质 磷酸等酸性溶液 KOH溶液 电极反应 负极 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池反应 2H2＋O2===2H2O ②特点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。 【易错警示】燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）手机、电脑使用的电池为一次电池。 ( ) （2）酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池工作时，负极反应相同。( ) （3）铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。 ( ) （4）氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。 ( ) （5）氢氧燃料电池的负极反应为：H2－2e－=2H＋。 ( ) （6）燃料电池就是可燃性物质在电极上燃烧。（ ） （7）二次电池不可充电。( ) （8）锌锰干电池是一次电池。（ ） （9）铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应（ ） （10）在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应（ ） 【答案】（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）×(7) ×(8)×(9)×(10)× 2．化学电源的分类 （1） 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） 电池：可以称可充电电池，两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。 （3） 电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的燃料和氧化剂分别在两极发生反应。 【答案】（1）一次 （2）二次 （3）燃料 【答案】（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：也称可充电电池，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，不断充入的燃料和氧化剂分别在两极发生反应，例如氢氧燃料电池。 3．用CH3OH气体代替H2作燃料，则得到甲醇燃料电池。 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。 （1）CH3OH－NaOH溶液－O2构成的燃料电池： 负极反应式：___________________________， 正极反应式：___________________________， 总反应式：_____________________________。 （2）CH3OH－H2SO4溶液－O2构成的燃料电池： 负极反应式：___________________________， 正极反应式：___________________________， 总反应式：_____________________________。 【答案】（1）2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO32—＋12H2O 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO32—＋6H2O （2）2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ 3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O ►问题一 一次电池 【典例1】（2023北京市八一学校期中测试）如图为锌锰干电池构造示意图。锌锰电池的总反应方程式为：，下列说法不正确的是 A．氯化铵糊作电解质溶液 B．是负极反应物 C．电子由锌筒通过导电流向石墨棒 D．随着电池的使用锌筒会逐渐变薄 【答案】B 【解析】锌锰干电池为原电池装置，属于一次电池，其中锌筒作负极，石墨棒作正极，氯化铵糊为电解质溶液。根据分析，氯化铵糊作电解质溶液，A项正确；发生还原反应生成，因此是正极反应物，B项错误；电子由负极沿导线流向正极，即由锌筒通过导线流向石墨棒，C项正确；锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应，使用一段时间锌筒会变薄，D项正确。 【解题必备】一次电池就是放电后不可再充电的电池，例如普通锌锰电池，碱性锌锰电池、银锌电池等。 【变式1-1】下列电池属于一次电池的是( ) A．锌锰干电池 B．铅蓄电池 C．锂电池 D．氢氧燃料电池 【答案】A 【解析】铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。 【变式1-2】锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2NH4+(aq)===Zn2＋(aq)＋Mn2O3(s)＋2NH3(g)＋H2O(l)，在如图所示装置中，电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( ) A．Zn B．碳 C．MnO2和NH4+ D．Zn2＋和NH3 【答案】C 【解析】Zn在负极上被氧化得到Zn2＋；MnO2、NH4+在正极上被还原得到Mn2O3、NH3。 ►问题二 二次电池 【典例2】LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4＋LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是( ) A．该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液 B．该电池放电时，电池内部的Li＋向负极移动 C．该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋ D．在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少 【答案】C 【解析】H2SO4溶液作电解质溶液时，将会与Li发生反应，A项错误；该电池放电时，阳离子Li＋移向正极，B项错误；该电池充电时，阳极发生的是失去电子的氧化反应，C项正确；在该电池的放电过程中，正极上不断有LiFePO4生成，正极的质量逐渐增大，D项错误。 【解题必备】（1）二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。 （2）当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。 （3）充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程： 。 【变式2-1】已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“－”的接线柱，下列说法正确的是( ) A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极 C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极 【答案】C 【解析】“－”接线柱放电时为原电池的负极，失去电子发生氧化反应，充电时与外接电源负极相连，作电解池的阴极，得到电子发生还原反应，C项正确。 【变式2-2】为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是( ) A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l) D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D 【解析】三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，A项正确；，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B项正确；二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，D项错误。 ►问题三 燃料电池 【典例3】（1）直接以甲烷为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为_______________________；正极反应式为______________________________。 （2）熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO＋2CO32—－4e－===4CO2，阴极反应式：________________________；电池总反应式：_____________________。 【答案】（1）CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O （2）O2＋2CO2＋4e－===2CO32— 2CO＋O2===2CO2 【解析】（2）本题中电池中的电解质是熔融物，而不是电解质溶液，但有自由移动的离子CO32—存在。原电池的反应原理实质是氧化还原反应中的电子转移，燃料电池总反应实质是一个燃烧反应。故阳极CO失去电子，而阴极应为O2得到电子，再与阴极助燃气CO2反应生成电解质阴离子CO32—。 【解题必备】（1）一般电极反应式的书写： （2）复杂电极反应式的书写：:复杂电极反应式＝总反应式－较简一极电极反应式 【变式3-1】氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是( ) A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极 B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极 C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大 D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大 【答案】B 【解析】根据电池总反应可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，负极区附近溶液中OH－浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。 【变式3-2】镁­次氯酸盐燃料电池，具有比能量高、安全方便等优点。该电池的正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的叙述正确的是( ) A．该电池中镁为负极，发生还原反应 B．电池工作时，OH－向正极移动 C．该电池的总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－ D．电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小 【答案】C 【解析】次氯酸盐在正极发生反应，则Mg为负极，发生氧化反应，A项错误；电池工作时，阴离子向负极移动，B项错误；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓，将正、负极反应式相加可得总反应，C项正确；根据正极反应式可知，电池工作时，正极周围溶液的c(OH－)增大，pH将增大，D项错误。 1．（2024新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州7月期末）下列说法中正确的是 A．锌锰干电池是二次电池 B．二次电池放电后可以再充电继续使用 C．手机锂离子电池是一次电池 D．燃料电池工作时燃料会接触燃烧 【答案】B 【解析】锌锰干电池不能充电，属于一次电池，不是二次电池，A项错误；二次电池又叫蓄电池，放电时化学能转化为电能，充电时使活性物质获得再生，可以继续使用，B项正确；锂离子电池能反复充放电，所以手机用的锂离子电池属于二次电池，C项错误；燃料在两个电极上发生氧化还原反应把化学能转化为电能，不是在电池内部燃烧，D项错误。 2．下列有关叙述正确的是 A．在空气中金属铝发生原电池反应，表面迅速氧化形成保护层 B．原电池电解质溶液中阴离子向正极移动 C．最早使用的锌锰电池的寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池 D．“嫦娥五号”使用的太阳能电池阵和锂离子电池组，均可将化学能转变成电能 【答案】C 【解析】Al和氧气直接反应生成致密的氧化铝薄膜，不涉及原电池反应，A项错误；原电池工作时，电解质溶液中阳离子移向正极、阴离子移向负极，B项错误；最早使用的锌锰干电池电解质溶液显酸性容易腐蚀锌皮，寿命和性能都不如改进后的碱性锌锰电池，C项正确；太阳能电池阵是将光能转化为电能，描述错误，D项错误。 3．（2024湖南省怀化市期末）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下图为不同电池的构造示意图，有关说法正确的是 A．图Ⅰ：锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄 B．图Ⅱ：放电时正极反应式为 C．图Ⅲ：如消耗标准状况下22.4L ，电路中理论上转移的电子数为4 D．图Ⅳ：放电时，溶液中向锂电极迁移 【答案】C 【解析】图Ⅰ锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，A项错误；图Ⅱ铅蓄电池PbSO4为难溶于水的盐，放电时负极的电极反应式为，正极电极反应式为，B项错误；图Ⅲ燃料电池，1个得4个电子，如消耗标准状况下22.4L ，物质的量为1mol，电路中理论上转移的电子数为4，C项正确；图Ⅳ锂电池，原电池放电时，阳离子从负极流向正极，该装置中多孔碳材料是正极、锂是负极，放电时溶液中从锂电极向多孔碳材料电极迁移，D项错误。 4．Li­Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中正确的是( ) A．Li­Al在电池中作负极材料，该材料中Li的化合价为＋1 B．该电池的电池反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 【答案】B 【解析】Li­Al是合金，Li的化合价为0，A项错误；根据正极反应式，结合原电池的电极材料Li­Al/FeS判断出负极反应式为Li－e－===Li＋，C项错误；充电时为电解池原理，阴极发生还原反应，D项错误。 5．（2024江苏省徐州市金科大联考第一次质量检测）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池与锌锰干电池在反应过程中，锌均会被逐渐消耗，不可重复使用。以氢氧化钾溶液为电解质溶液的碱性锌锰电池，电池总反应式为。下列说法正确的是 A．电池工作时，锌电极附近的溶液碱性增强 B．电池工作时，外电路中每通过1mol电子，消耗65gZn C．电池正极的电极反应式为 D．碱性锌锰电池为二次电池 【答案】C 【解析】锌锰电池工作过程中，Zn被逐渐消耗，说明Zn为负极失电子结合氢氧根离子生成Zn(OH)2，MnO2为正极得电子生成MnO(OH)。电池工作时，Zn电极为负极，负极上Zn失电子结合氢氧根离子生成Zn(OH)2，因此锌电极附近的溶液碱性减弱，A项错误；负极上电极反应为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，外电路中每通过1mol电子，消耗Zn0.5mol，质量为32.5g，B项错误；电池正极上MnO2得电子结合水生成MnO(OH)和氢氧根离子，电极反应为，C项正确；碱性锌锰电池在反应过程中，Zn被逐渐消耗，不可重复使用，因此其不是二次电池，D项错误。 6．（2024湖北省新高考联考协作体5月联考）燃料电池具有能量转换效率高、废弃物排放少、运行噪音小等优点。下列说法正确的是 A．溶液中的向b电极移动 B．a电极上发生的反应为： C．该电池工作过程中只存在2种形式的能量转化 D．电路中每转移，标准状况下，两极共消耗33.6L气体 【答案】D 【解析】根据图中装置可知，通入氧气的一极为正极，通入甲烷的一极为负极，电解质环境为碱性。在正极得到电子生成，b电极为正极，电极反应式为，移向负极a，A项错误；由图可知，在负极失去电子生成碳酸根离子，a电极为负极，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：，B项错误；电池工作过程中存在化学能、电能和光能的能量转化，C项错误；电路中每转移，两极共消耗1.5mol气体，标准状况下气体的体积为33.6L，D正确。 7．（2024贵州省贵阳市第一中学教学质量监测）下列为常用电化学装置。已知图甲为铅蓄电池，充、放电的总反应为。图乙为碱性锌锰干电池。下列叙述正确的是 A．铅蓄电池放电时的负极反应为 B．上述两个装置均为二次电池 C．铅蓄电池充电时接电源正极 D．碱性锌锰干电池在使用过程中，不断被氧化，最终电池失效 【答案】C 【解析】放电时Pb在负极失电子，电极反应式为，A项错误；甲装置为铅酸蓄电池，是二次电池，乙装置为锌锰干电池，是一次电池，B项错误；PbO2为铅酸蓄电池放电时的正极，充电时作电解池的阳极，与电源正极相连，C项正确；碱性锌锰干电池在使用过程中，MnO2化合价降低，得电子，被还原，D项错误。 8．化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。 （1）下列装置中能够组成原电池的是 (填序号)。 （2）现有如下两个反应：A、；B、。 ①根据两反应本质，判断能否设计成原电池。如果不能，说明其原因 。 ②如果可以，请在下面方框内画出原电池装置图，注明电极材料和电解质溶液等 。 （3）如图是某锌锰干电池的基本构造图。 ①该碱性锌锰干电池的总反应式为，该电池工作时正极的电极反应式是 。 ②关于该电池的使用和性能，下列说法正确的是 。(填字母，下同) A．该电池属于蓄电池 B．电池工作时向负极移动 C．该电池的电解质溶液是溶液 D．该电池用完后可随意丢弃，不需要回收处理 （4）另一种常用的电池——锂电池由于比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大而广泛用于心脏起搏器，它的负极材料用金属锂制成，电解质溶液需用非水溶液配制，请用化学方程式表示不能用水溶液的原因： 。 【答案】（1）③⑤ （2）是非氧化还原反应，没有电子转移 （3）2MnO2+2e-+=2MnO(OH) B （4）2Li+2H2O=2LiOH+H2↑ 【解析】（1）①缺少1个活泼性不同的电极，不能组成原电池；②两个电极活泼性相同，不能组成原电池； ③中有活泼性不同的两个电极、电解质溶液、构成了闭合电路，能组成原电池；④缺少电解质溶液，不能组成原电池；⑤中有活泼性不同的两个电极、电解质溶液、构成了闭合电路，能组成原电池；⑥没有形成闭合电路，不能组成原电池；能构成原电池的是③⑤。（2）①是非氧化还原反应，没有电子转移，不能设计成原电池；②是氧化还原反应，有电子转移，能设计成原电池，铜发生氧化反应，铜作负极材料，Ag+发生还原反应，AgNO3做电解质，活泼性小于铜的金属做正极材料，装置图为；（3）①碱性锌锰干电池的总反应式为，MnO2得电子发生还原反应生成MnO(OH)，电池工作时，正极得电子发生还原反应，正极的电极反应式是2MnO2+2e-+=2MnO(OH)。 ②该电池不能充电，属于一次电池，故A错误；原电池中阴离子移向负极，所以电池工作时向负极移动，B正确；碱性锌锰干电池，该电池的电解质溶液是KOH溶液，C错误；为防止重金属污染，该电池用完后需要回收集中处理，D错误。（4）锂是活泼金属，锂和水反应生成氢氧化锂和氢气2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，所以锂电池电解质溶液需用非水溶液。 1．（2024新疆生产建设兵团第二师华山中学第一次调研）下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是 A．所示装置可将化学能转化为电能 B．电池电子从镁电极流向铝电极 C．所示的锌锰干电池中发生还原反应 D．所示装置可验证金属活动性： A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】所示装置没有形成闭合电路，所示装置不能构成原电池，不能将化学能转化为电能，A项错误；镁不与氢氧化钠溶液反应，铝与与氢氧化钠溶液反应，该原电池中铝为负极，镁为正极，电池电子从铝电极沿着导线流向镁电极，B项错误；锌锰干电池中得到电子，在正极发生还原反应，C项正确；图示装置为原电池，正极发生还原反应，N极上氢离子得到电子转变为H2，则金属N为正极，金属M为负极，负极金属活动性强，活动性 M>N，D项错误。 2．（2024四川省成都市第七中学期末）锌锰电池是生活中常用的一种化学电源，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池的构造如下图所示，下列有关说法错误的是 A．二者均属于一次电池 B．二者分别消耗锌，都将转移电子 C．二者的正极反应式均为： D．碱性锌锰电池比酸性锌锰电池比能量高 【答案】C 【解析】酸性锌锰电池，总反应为：，则负极反应为：，正极反应为：；碱性锌锰电池，总反应为：，则负极反应为：，正极反应为：。一次电池是放电后不能再充电使其复原的电池，酸性锌锰电池和碱性锌锰电池都是一次电池，A项正确；二者的负极皆为Zn，负极锌失电子，所以消耗6.5g锌，都将转移0.2mol电子，B项正确；酸性锌锰电池的正极反应式为MnO2+H++e−＝MnO(OH)或MnO2+NH4++e−＝MnO(OH)+NH3碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e−＝MnO(OH)+OH−，C项错误；电池的比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小。碱性锌锰电池的电极材料分别采用锌粉、MnO2，而酸性锌锰电池采用锌筒、MnO2和石墨，所以前者比能量高，D项正确。 3．（2024辽宁省沈阳市回民中学期末）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度，它无电时无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如图。下列说法正确的是 A．有机电解液可以是乙醇等无水有机物 B．放电时，锂电极发生还原反应 C．放电时，消耗，则锂电极质量减少 D．在更换锂、多孔碳电极的同时，不需要更换水性电解液 【答案】C 【解析】放电时，通入空气的一极氧气得电子发生还原反应，通入空气的一极为正极，锂做负极。锂是活泼金属，锂能与乙醇反应，有机电解液不能是乙醇，A项错误；放电时，锂电极失电子发生氧化反应，B项错误；锂燃料电池时，负极Li失电子生成Li+，电极反应式为Li-e-=Li+，正极氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，消耗1mol氧气转移4mol电子，锂电极反应4molLi，减少质量为4mol×7g/mol=28g，C项正确；由于水性电解质的成分也发生了变化，在更换锂电极的同时，也要更换水性电解液，D项错误。 4．（2024湖南省湘西土家族苗族自治州期末）天然气燃料电池能量转化率高，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是 A．电子由a极经用电器流向b极 B．b极的电极反应式为 C．a极为负极，发生氧化反应 D．a极上参加反应时，转移0.4mol电子 【答案】B 【解析】根据装置可知，a电极氧气发生还原反应形成，a电极为正极，b电极甲烷发生氧化反应，b为负极。原电池中电子经外电路导线由负极流向正极，即由b极流向a极，A项错误；根据分析可知，甲烷在b电极发生氧化反应，电极反应式：，B正项确；根据分析可知，a极为正极，发生还原反应，C项错误；未指明气体是否处于标准状况，无法用标况下的气体摩尔体积计算，D项错误。 5．（2024河南省部分重点中学高二上学期期末联考）锌银纽扣电池具有质量小、体积小、储存时间长的优点。电池的总反应为，下图为其构造示意图，下列说法错误的是 A．Ag2O电极为正极，发生还原反应 B．电子由负极经过电解质溶液移向正极 C．负极的电极反应： D．该锌银纽扣电池为一次电池 【答案】B 【解析】Ag2O电极为正极，发生还原反应，A项正确；电子由负极经过导线移向正极，不经过电解质溶液，B项错误；负极的电极反应：，C项正确；该纽扣电池无法充电，为一次电池，D项正确。 6．（2024云南省昆明市高二下学期期末质量检测）是一种很有前景的钠离子电池正极材料。研究人员利用如下装置电解水、碳酸酯两相电解液，并通过反应器将嵌入到合成。下列说法正确的是 A．铁电极与电源正极相连 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．阳极区采用水相，阴极区采用碳酸酯相 D．反应器中发生反应的离子方程式为： 【答案】D 【解析】铁电极发生还原反应，Fe为阴极，与电源负极相连，A项错误；根据图示，阳极生成的钠离子通过离子交换膜进入阴极区，所以离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；钠是阳极，钠能与水反应，所以阳极区采用碳酸酯相，阴极区采用水相，C项错误；反应器中FePO4把氧化为，自身被还原为，发生反应的离子方程式为：，D项正确。 7．（2024新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州7月期末）根据原电池原理，人们研制出了性能各异的化学电池。 （1）如图所示的装置中，负极发生反应的电极反应式为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象是 。若消耗锌的质量为65g，则产生氢气 g。 （2）某氢氧燃料电池装置如图所示，a、b均为惰性电极。正极上的电极反应式为 。当电路中转移0.2mol电子时，理论上负极通入的气体在标准状况下的体积为 L。 【答案】（1） 电流表指针发生偏转 2 （2） 2.24 【解析】（1）锌为负极，其电极反应式为：，正极是铜，电极反应式为：，能证明化学能转化为电能的实验现象是电流表指针发生偏转，消耗锌的质量为65g，则锌失去电子为2mol，氢离子得到2mol电子，结合电极反应式：，得到的H2为1mol，质量为2g， （2）氢氧燃料电池中，正极上通入空气，空气中氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为；负极上氢气失去电子结合氢氧根生成水，电极反应式为，当电路中转移0.2 mol电子时，结合得失电子守恒可知，理论上负极通入氢气的物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为22.4L/mol×0.1mol=2.24L。 8．（2024四川省眉山市东坡区5月期中联考）电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重要贡献。 （1）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，下列有关电池的叙述正确的是 (填字母)。 A．锌锰电池工作一段时间后碳棒会变细 B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能 C．铅蓄电池负极是，正极是Pb （2）氢气燃料电池在北京冬奥会上得到广泛应用，下图是一种氢气燃料电池的工作原理示意图： b电极的电极反应式为 ，a电极是原电池的 (填“正极”或“负极”)，若该极改为通入C2H5OH，其电极反应式为 。当电池消耗C2H5OH 4.6g时，消耗的的体积为 L(标准状况下)。 （3）为了验证Fe与Cu的还原性强弱，下图中能达到实验目的的装置是 (填标号①或②)，其正极的电极反应式为 ；若构建该原电池时两个电极的质量相等，当导线中通过0.2 mol电子时，理论上两个电极的质量差为 g。 （4）新型电池-钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠()分别作为两个电极的反应物，陶瓷(可传导)为电解质，装置示意图如下，请写出负极的电极方程式： 。 【答案】（1）B （2） 负极 6.72 （3）② 12 （4） 【详解】（1）锌锰电池中，石墨作正极，工作一段时间不会变细，A项错误；氢氧燃料电池中，可将化学能直接转变为电能，B项正确；铅蓄电池中，Pb失电子作负极，得电子作正极，C项错误。（2）由图可知，电极b为正极，电极反应式为，发生还原反应；电极a是负极，发生氧化反应，若该极改为通入，其电极反应式为：，当电池消耗C2H5OH 4.6g，即消耗0.1mol时，转移1.2mol电子，则消耗氧气0.3mol，标准状况下消耗氧气得体积为。 （3）①中Fe在冷的浓HNO3中发生钝化，阻止Fe与浓HNO3进一步反应，因此无法判断Fe与Cu的还原性强弱，②中发生如下总反应：，在该氧化还原反应中，Fe为还原剂，Cu为还原产物，还原剂的还原性大于还原产物，即还原性Fe > Cu，能达到实验目的；C电极为正极，Cu2+得到电子变为Cu，电极反应式为：；导线中通过0.2mol电子，结合反应，此时消耗Fe物质的量为0.1mol，质量为5.6g，生成Cu的量为0.1mol，质量为6.4g，理论上两个电极的质量差为6.4g+5.6g=12g。（4）根据图片知，放电时，Na失电子发生氧化反应，所以a作负极、b作正极，负极反应式为、正极反应式。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$