1.2.2 化学电源-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 苏教版（2019）

第二单元　化学能与电能的转化 第2课时　化学电源 优化探究 专题1　化学反应与能量变化 [课程标准要求]　1.通过对常见化学电源的分析,建立对原电池系统认识的思维模型,提高对原电池本质的认识。2.增强科技意识,不断研发新型电池,满足人类社会发展的需求;积极回收利用废旧电池,减少其对环境的污染。 任务一　化学电源概述　一次电池 任务二　二次电池 课时作业　巩固提升 任务三　燃料电池 任务一　化学电源概述　一次电池 任务一　化学电源概述　一次电池 1.化学电源概述 (1)化学电源的分类 化学电源按其反应原理常分为如下三类: ①一次电池:一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。使用最广泛的一次电池是　　　　。  干电池　 ②二次电池:又称为 　　　　或　　　　,放电后可以再　　　　使活性物质获得再生,因此二次电池可以多次　　　　使用。  ③燃料电池:是利用　　　　和　　　　之间发生的氧化还原反应,将 　　　　直接转化为　　　　的化学电池。  另外,化学电源按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、 碱性电池。 充电电池 蓄电池 充电 重复 燃料　 氧化剂 化学能 电能 (2)化学电池的回收利用 使用后的废旧电池中含有大量的　　　　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。废旧电池要进行回收利用。  (3)化学电源的发展方向 不断研制小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电 池。 重金属 2.一次电池 (1)锌锰电池   普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 示意图     构造 负极:　   正极:　 　  电解质溶液:氯化铵和氯化锌 负极反应物:　   正极反应物:　　 　  电解质溶液:　　 　  锌筒 石墨棒 锌粉 二氧化锰 氢氧化钾　   普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 工作原理 负极:Zn-2e-+2N===Zn(NH3+2H+ 正极:__________________________ 总反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2=== Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH 负极: _____________________ 正极: ____________________ _____________________ 总反应:Zn+2MnO2+2H2O ===2MnOOH+Zn(OH)2 2MnO2+2H++2e-===2MnOOH Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 2MnO2+2H2O+2e-=== 2MnOOH+2OH- (2)银锌纽扣电池 银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点,如图所示,总反应式:Zn+Ag2O===ZnO+2Ag。 ①负极反应物:　　　;正极反应物:　　　;电解质溶液:　　　　。  ②电极反应式 负极:　　　　　　　　　　　　　　　　;  正极:　　　　　　　　　　　　　　　　。  锌粉　 Ag2O　 KOH溶液　 Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH- (1)Zn具有还原性和导电性,可作锌锰干电池的负极材料。(　　) (2)手机使用的电池属于二次电池。(　　) (3)碱性锌锰电池比能量高,能提供较大电流并连续放电。(　　) (4)银锌纽扣电池使用过程中,负极区pH逐渐减小。(　　) √ √ √ √ 1.下列有关化学电源的描述正确的是(　　) ①一次电池也叫干电池,其活性物质被消耗后不能再生 ②二次电池也叫可充电电池,通过充电可使其活性物质再生　③任何电池都是依据原电池的原理制造的　④化学电源与其他能源相比,具有携带方便,可制成各种形状等优点　⑤比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准 A.①②③④⑤　　　　　　　 B.①②④⑤ C.③④⑤ D.①②③⑤ B 一次电池中电解质溶液为胶状,无法流动,故也叫做干电池,干电池中发生氧化还原反应的活性物质被消耗到一定程度时,电池就不能继续使用了,①正确;二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生,②正确;部分电池(如太阳能电池)不是依据原电池的原理制造的,③错误;化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池,④正确;比能量与比功率越大,则电池单位质量或单位体积所能输出的电能越大或者输出功率越大,比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准,⑤正确。 2.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。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH。下列说法错误的是(　　) A.电池工作时,锌失去电子 B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH- C.电池工作时,电子由正极经过外电路流向负极 D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量减少6.5 g C 由电池总反应式可知,电池工作时锌失电子作负极,电子从负极流出经外电路流向正极,A正确,C错误;外电路中每通过0.2 mol电子,参加反应的锌理论上为0.1 mol,即质量减少6.5 g,D正确。 任务二　二次电池 常见的二次电池有铅蓄电池,及新型二次电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 1.铅蓄电池 构造 由两组平行的栅状铅合金极板交替排列作为主架,正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb,电解质是硫酸 装置   放电 负极 Pb+S-2e-===PbSO4 正极 PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O 电池反应 Pb+PbO2+4H++2S===2PbSO4+2H2O 充电 阴极 PbSO4+2e-===Pb+S 阳极 PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++S 总反应 2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+4H++2S 合并总反应 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 特点 优点:性能优良、价格低廉、安全可靠,可多次充放电; 缺点:比能量低,废弃后会污染环境等 2.锂离子电池 (1)锂离子电池的优点:质量小、体积小、储存和输出能量大。 (2)常见的锂离子电池的构成 负极材料 正极材料 电解质溶液 大多数是碳素材料,如人工石墨、碳纤维、天然石墨等 多采用磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2)等,一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌(即可逆嵌脱)结构的化合物 将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中制成的,是锂离子的载体 (3)常见锂离子电池的工作原理(以钴酸锂⁃石墨锂电池为例) 工作原理 示意图   放电 负极反应式:LixC6-xe-===xLi++6C Li+从负极脱出,嵌入到正极 正极反应式:Li(1-x)CoO2+xLi++xe-===LiCoO2 电池总反应式:LixC6+Li(1-x)CoO2===LiCoO2+6C 放电时Li+由石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中;充电时Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,得到电子生成Li重新嵌入石墨中,在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化 (4)锂离子电池的应用 便携式电子设备(手机、笔记本电脑等)、交通工具(电动汽车、电动自行车等)、大型储能电站等。 (1)二次电池的放电过程,负极质量一定减小。(　　) (2)锂电池由于Li的性质活泼所以不能用水溶液作电解质。(　　) (3)铅蓄电池充电时,正极接直流电源正极,发生还原反应。(　　) (4)锂离子电池放电时,Li+移向正极区。(　　) × √ × √ 关于铅蓄电池: (1)充、放电时互为逆向过程,是可逆反应吗? 提示:(1)二次电池的充电反应和放电反应是两个相反的过程,但反应条件不同,不是可逆反应。 (2)在充、放电过程中,溶液的pH分别如何变化? 提示: (2)根据电池的总反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可作出判断。放电时,消耗硫酸,pH增大;充电时,生成硫酸,pH减小。 (3)放电完成时,正、负极的质量如何变化? 提示: (3)由负极反应式:Pb+S-2e-===PbSO4; 正极反应式:PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O知,两极的质量均增加。 1.铅蓄电池的电极材料分别为Pb和PbO2,电解质溶液为30% H2SO4。如图是处于工作状态的铅蓄电池示意图,若两电极的质量都增加且a极增加得更多。下列说法正确的是(　　) A.b为铅蓄电池的负极 B.a电极发生的反应为 PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O C.该铅蓄电池正在充电 D.工作一段时间后,溶液中c(H+)减小 D 放电时负极的电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4,正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++S===PbSO4+2H2O,可知负极质量增加的多,则a为Pb,作负极,故A错误;b为正极,正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++ S===PbSO4+2H2O,故B错误;由题给信息可知该铅蓄电池正在放电,故C错误;由Pb+PbO2+2H2SO4 ===2PbSO4+2H2O可知,工作一段时间后,氢离子浓度减小,故D正确。 2.锂⁃氟化碳电池稳定性很高。该电池的电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液,电池总反应式为xLi+CFx===xLiF+C,放电产物LiF沉积在正极,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.正极的电极反应式为CFx+xe-+xLi+===xLiF+C B.离子交换膜为阴离子交换膜 C.电解质溶液可用氯化钠溶液代替 D.a极电势高于b极电势 A 根据总反应式可知,Li为负极,石墨棒为正极,正极上CFx转化为C,电极反应式为CFx+xe-+xLi+===xLiF+C,以此解题。 由分析可知,正极的电极反应式为CFx+xe-+xLi+===xLiF+C,A正确;根据正极的电极反应式可知,负极区的Li+通过离子交换膜进入正极区,则离子交换膜为阳离子交换膜,B错误;Li能与溶剂水发生反应,因此电解质溶液不能用氯化钠溶液代替,C错误;b极为正极,a极为负极,故b极电势高于a极电势,D错误。 3.镍⁃镉电池是一种可充电的“干电池”,使用寿命长达10~15年。其电池总 反应式为Cd+2NiOOH+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2。 (1)放电时,负极发生　　　　反应,电极反应式为________________________________。  (2)电池工作时,负极区pH　　　　,正极区pH　　　。  (3)该电池工作时,电解质溶液中的OH-向　　　　(填“正极”或“负极”)移动。  氧化 Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2 减小　 增大 负极 任务三　燃料电池 1.燃料电池 (1)定义:利用燃料和氧化剂之间发生的　　　　　　　　　, 将　　　　直接转化为　　　　的化学电池。  (2)优点:能连续不断地提供电能。 氧化还原反应　 化学能 电能 2.氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 氢氧燃料电池用多孔金属作电极,不断充入的氢气和氧气分别在两极发生　　　　反应和　　　　　反应。其反应表示如下:  氧化　   酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极 反应 2H2-4e-===4H+ 　　　　　　　　　　  正极 反应 O2+4e-+4H+===2H2O 　　　　　　　　　　  总反应 　　　　　　　　　  还原 2H2-4e-+4OH-===4H2O　 O2+4e-+2H2O===4OH- 2H2+O2===2H2O 3.燃料电池的优点 (1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。 (2)能量转换率高,有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少,绿色环保。 4.燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料,失电子,发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法: 第一步　确定生成物 CH4 ; 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 +H2O; 第三步　依据电解质性质,用OH-使电荷守恒 CH4-8e-+10OH- ―→ C+H2O; 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4-8e-+10OH- === C+7H2O。 (2)正极为氧气,得电子,发生还原反应。 由于电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同, 酸性电解质溶液:　 ;  碱性电解质溶液:　 ;  固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-===2O2-; 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-===2C。 O2+4H++4e-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH- (1)燃料电池所有能量均转化为电能。(　　) (2)燃料电池中通入燃料的一极为正极。(　　) (3)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O。(　　) (4)燃料电池电极材料本身不参与化学反应。(　　) (5)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H+从正极区向负极区迁移。(　　) × × √ √ × 从理论上讲,所有的燃烧反应均可设计成燃料电池,如甲烷、乙醇、肼(N2H4)等。请写出以下原电池的电极反应式和总反应式: (1)甲烷燃料电池 ①电解质溶液:KOH溶液 正极:　 ;  负极: 　;  总反应式:　 。  2O2+4H2O+8e-===8OH- CH4+10OH--8e-===C +3H2O ②电解质溶液:稀硫酸 正极:　 ;  负极:　 ;  总反应式: 　。  2O2+8H++8e-===4H2O CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+　 CH4+2O2===CO2+2H2O (2)乙醇燃料电池 ①电解质溶液:KOH溶液 正极:　 ;  负极: 　;  总反应式: 　。  3O2+6H2O+12e-===12OH- C2H5OH+16OH--12e-===2C +5H2O ②电解质溶液:稀硫酸 正极:　 ;  负极:　 ;  总反应式: 　。  3O2+12H++12e-===6H2O C2H5OH+3H2O-12e-===2CO2+12H+ C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O 燃料电池电极反应式书写的注意事项 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 (2)书写电极反应式及电池总反应式时,若产物与电解质溶液能反应,电解质溶液要写在总反应式中。 (3)燃料电池正极反应的本质是O2+4e-===2O2-,产生的O2-存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 如酸性电解质溶液:O2+4H++4e-===2H2O; 碱性电解质溶液:O2+2H2O+4e-===4OH-; 固体电解质(高温下能传导O2-):O2+4e-===2O2-; 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3):O2+2CO2+4e-===2C。 1.氢氧(H2⁃O2)燃料电池的能量转化率较高,且产物是H2O,无污染,是一种具有应用前景的绿色电源。氢氧燃料电池装置如图所示,下列有关说法正确的是(　　) A.该燃料电池的燃料氢气由B端通入 B.负极的电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O C.图中“→”表示的是电流的流向 D.碱性电解液中阳离子移向负极 B 该氢氧燃料电池工作时,是把化学能转变为电能,通入氢气的电极为电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,通入氧气的电极为电池的正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,电子是从负极流向正极,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,据此解答。该氢氧燃料电池中,氢气失电子发生氧化反应转化为水,说明氢气由A端通入,故A错误;通入氢气的电极是负极,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,故B正确;负极失去电子,则图中“→”表示的是电子的流向,故C错误;阳离子向正极移动,故D错误。 2.肼(N2H4)⁃空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。下列说法不正确的是(　　) A.该电池放电时,通入肼的一极为负极 B.电池每释放1 mol N2转移的电子数为4NA C.通入空气的一极的电极反应式是O2+2H2O+4e-===4OH- D.电池工作一段时间后,电解质溶液的pH不变 D 由图可知,该燃料电池中,氧气得电子产生OH-,通入氧气的一极为电池的正极,通入N2H4的一极为电池的负极。A.该碱性燃料电池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O,N2H4中N元素化合价升高发生氧化反应,通入N2H4的一极为负极,正确;B.由A可知,每释放1 mol N2转移电子4 mol,转移的电子数为4NA,正确;C.碱性条件下O2放电结合水电离产生的H+生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,正确;D.由A中总反应可知放电过程生成H2O,KOH溶液浓度降低,pH减小,错误。 3.以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图所示。下列说法正确的是(　　) A.当外电路中通过2 mol电子时, 将消耗11.2 L O2 B.通天然气的电极为负极,发生还原反应 C.该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3 D.正极的电极反应式为O2+4e-+2CO2===2C D 通天然气及氢气的一极为原电池的负极,由图可知,负极的电极反应式为H2-2e-+C===CO2+H2O,正极的电极反应式为O2+4e-+2CO2=== 2C。正极的电极反应式为O2+4e-+2CO2===2C,当外电路中通过2 mol电子时,将消耗0.5 mol O2,但未告知是否为标准状况,因此氧气的体积不一定为11.2 L,A错误,D正确;通天然气的电极为原电池的负极,发生氧化反应,B错误;假设转移4 mol的电子,根据电极反应式,负极的电极反应式为H2-2e-+C===CO2+H2O,通入空气和CO2的混合气体的一极为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2CO2===2C,负极消耗2 mol的碳酸根离子,正极产生2 mol的碳酸根离子,所以碳酸根离子的浓度不变,无需补充Li2CO3和K2CO3,C错误。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [对点训练] 题组一　化学电源概述 1.下列是几种常见的电池,有关叙述错误的是(　　) 9 10 11 12 13 B A.锌锰电池长时间使用后,锌筒被破坏 B.铅蓄电池放电时,铅电极质量减少 C.氢氧燃料电池中负极通入氢气,发生氧化反应 D.镍镉电池为二次电池,放电时为原电池,充电时为电解池         锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池 在干电池中,Zn作负极,被氧化,故A正确;铅蓄电池放电时正负极质量均增加,故B错误;氢氧燃料电池中负极通入氢气,失去电子,发生氧化反应,故C正确;镍镉电池是一种重要的二次电池,对于二次电池,其放电时即为原电池,充电时即为电解池,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 2.化学电源在生活中有广泛的应用,各种电池的示意图如图,下列有关说法正确的是(　　) A.甲:电流由锌片经导线流向铜片 B.乙:负极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+ C.丙:锌筒作负极,发生还原反应,使用一段时间锌筒会变薄 D.丁:使用一段时间后电解质溶液的酸性减弱,导电能力减弱 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 D 该装置中Zn易失电子作负极、Cu作正极,则放电时电流由正极即铜片经导线流向负极即锌片,A错误;该装置中Zn易失电子作负极,负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O,B错误;该装置中锌筒作负极,负极上Zn失电子发生氧化反应生成锌离子,使用一段时间锌筒会变薄,C错误;溶液的导电能力与离子浓度成正比,根据电池总反应式Pb+PbO2+2H2SO4=== 2PbSO4+2H2O可知,消耗硫酸且生成水,使用一段时间后电解质溶液的酸性减弱,同时导致溶液中离子浓度减小,所以溶液导电能力减弱,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组二　一次电池 3.鱼雷采用Al⁃Ag2O动力电池,以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液,电池反应为2Al+3Ag2O+2KOH===6Ag+2KAlO2+H2O,下列说法错误的是(　　) A.Ag2O为电池的正极 B.电子由Ag2O极经外电路流向Al极 C.Al在电池反应中被氧化 D.溶液中的OH-向Al极迁移 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 B 该原电池中,Al元素化合价由0价升高为+3价,发生氧化反应,所以Al为负极,Ag2O为正极,A、C正确;放电时,电子从负极沿导线流向正极,即电子由Al极经外电路流向Ag2O极,B错误;放电时,电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动,即溶液中的OH-向Al极迁移,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 4.被称为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片(在其一边镀锌,在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH,下列说法不正确的是(　　) A.当该电池消耗2 mol MnO2时,与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等 B.该电池二氧化锰为正极,发生还原反应 C.当0.1 mol Zn完全溶解时,电池外电路转移的电子数约为1.204×1023 D.电池正极反应式为MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH- 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 A 当该电池消耗2 mol MnO2时,转移2 mol电子,CH4燃料电池在碱性环境下负极电极反应式为CH4+10OH--8e-===C+7H2O,产生相等电量时,可知消耗0.25 mol CH4,A错误;反应中Mn元素化合价降低,发生还原反应,作电池的正极,B正确;Zn元素化合价由0价升高为+2价,则当0.1 mol Zn完全溶解时,电池外电路转移0.2 mol电子,电子数约为1.204×1023,C正确;正极上MnO2得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组三　二次电池 5.如图所示是铅蓄电池构造图,下列说法不正确的是(　　) A.铅蓄电池是二次电池,充电时电能转化为化学能 B.电池工作时,移向Pb极 C.电池工作时,电子由Pb极通过外 电路流向PbO2极 D.电池工作时,负极发生的反应是 Pb-2e-+S===PbSO4 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 B 铅蓄电池充电时是将电能转化为化学能的装置,A正确;铅蓄电池放电时,负极上Pb失电子发生氧化反应,电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4,电子由Pb极通过外电路流向 PbO2极,电解质溶液中的阳离子移向正极,即放电时溶液中的H+向正极PbO2移动,C、D正确,B错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 6.某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　)   A.放电时负极质量减小 B.储能过程中化学能转变为电能 C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧 D.充电总反应:PbSO4+2Fe2+===Pb+S+2Fe3+ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 D 放电时,负极发生反应Pb-2e-+S=== PbSO4,正极发生反应Fe3++e-=== Fe2+;充电时阴极反应为PbSO4+2e-===Pb+S,阳极反应为Fe2+- e-=== Fe3+。由上述分析可知,放电时,负极由Pb变为PbSO4,电极质量增加,A错误;储能过程中电能转变为化学能,B错误;放电时,阳离子向电池正极移动,故放电时左侧H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;根据以上分析可知充电总反应:PbSO4+2Fe2+===Pb+S+2Fe3+,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组四　燃料电池 7.已知:2H2S(g)+O2(g)=== S2(s)+2H2O(l)　ΔH=-632 kJ·mol-1。如图为H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是(　　) A.电极a为电池的正极 B.电极b上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- C.电路中每通过4 mol电子,电池内部释放632 kJ热能 D.每34 g H2S参与反应,就有2 mol H+经质子膜进入正极区 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 D 从图中可知,电极a上H2S失电子转化为S2,则电极a为负极,电极b上O2得电子转化为H2O,则电极b为正极,A错误;电极b上O2得电子结合氢离子生成H2O,电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,B错误;电路中每通过4 mol电子,消耗氧气1 mol,但是该装置是将化学能转化为电能,所以电池内部几乎不放出热量,C错误;负极的电极反应式为2H2S-4e-===S2+4H+,每34 g H2S参与反应,电路中转移2 mol e-,有2 mol氢离子经过质子膜进入正极区,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 8.新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图,该电池总反应为NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O。下列有关说法正确的是(　　)   A.电池正极区的电极反应式为B+6H2O B.电极B为负极,MnO2层的作用是提高原电池的工作效率 C.燃料电池每消耗3 mol H2O2,理论上电路中通过的电子数为6NA D.燃料电池在放电过程中,Na+从正极区向负极区迁移 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 C 电池总反应为NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O,结合图示,电极A的电极反应式为B+6H2O,电极A为负极,A错误;电极B的电极反应式为H2O2+2e-===2OH-,电极B为正极,B错误;反应中H2O2中O元素的化合价由-1价降低为-2价,每消耗3 mol H2O2,理论上电路中通过电子的物质的量为6 mol,数目为6NA,C正确;燃料电池在放电过程中,阳离子Na+从负极区向正极区迁移,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 9.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+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O (1)负极是　　　　,正极是　　　　,电解质溶液是　　　　溶液。  (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb+S-2e-===PbSO4 ; ②正极反应式是PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O ; ③放电过程中,负极质量增大,H2SO4溶液的浓度减小。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 Pb　 PbO2　 H2SO4 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4+2e-===Pb+S ; ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++S ; ③充电时,铅蓄电池正极与直流电源　　　　相连,负极与直流电源 　　　　相连。口诀:“负极接负极,正极接正极”。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 正极　 负极 铅蓄电池放电时Pb失去电子发生氧化反应为负极,PbO2得到电子发生还原反应为正极,H2SO4溶液为电解质溶液;充电时,铅蓄电池正极与直流电源正极相连,此时铅蓄电池的正极作阳极;负极与直流电源负极相连,此时铅蓄电池的负极作阴极。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 [综合强化] 10.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应式可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl,下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是(　　) A.正极反应式:Ag+Cl--e-===AgCl B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C.Na+不断向“水”电池的负极移动 D.AgCl是还原产物 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 B 根据总反应式中元素化合价的升降和正、负极的反应原理,正极反应式为5MnO2+2e-===Mn5,负极反应式为2Ag+2Cl--2e-===2AgCl,A项错误、B项正确;原电池中阳离子向正极移动,C项错误;AgCl是氧化产物,D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 11.微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　) A.a极为该电池的负极 B.b极的电极反应式为 [Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3- C.放电过程中a极附近溶液pH降低 D.当外电路通过1 mol e-时,理论上溶液中会有1 mol H+通过质子交换膜移向b极 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 该电池中CH3OH作还原剂,所以a极为该电池的负极,A正确;b极的电极反应式为[Fe(CN)6]3-+e-===[Fe(CN)6]4-,B错误;放电过程中a极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+,所以其附近溶液pH降低,C正确;H+通过质子交换膜移向b极,D正确 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 12.通过化学方法可使能量按人们所期望的形式转化,从而开辟新能源和提高能量转化率。回答下列问题: (1)根据构成原电池的本质判断,如下反应可以设计成原电池的是 　　　　(填字母,下同)。  A.NaOH+HCl===NaCl+H2O B.2CO+O22CO2 C.2H2O2H2↑+O2↑ D.Cu+2AgNO3===2Ag+Cu(NO3)2 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BD (1)根据构成原电池的本质可知,原电池反应为氧化还原反应,同时是放出能量的反应。NaOH+HCl===NaCl+H2O不是氧化还原反应,不可以设计成原电池,故A错误;2CO+O22CO2是氧化还原反应,且是放出能量的反应,可以设计成原电池,故B正确;2H2O2H2↑+O2↑虽然是氧化还原反应,但反应吸收能量,不可以设计成原电池,故C错误;Cu+2AgNO3===2Ag+Cu(NO3)2是氧化还原反应,且是放出能量的反应,可以设计成原电池,故D正确。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)为了探究化学反应中的能量变化,某同学设计了如图两个实验。下列有关实验现象说法正确的是　　　　。    A.图甲和图乙的气泡均产生于锌棒表面 B.图乙中产生气体的速率比图甲快 C.图甲中温度计显示的最高温度高于图乙中温度计显示的最高温度 D.图甲和图乙中温度计显示的温度相等,且均高于室温 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BC (2)图甲的气泡产生于锌棒表面,图乙形成原电池,氢离子在铜棒表面得电子,气泡产生于铜棒表面,故A错误;图乙形成原电池,产生气体的速率比图甲快,故B正确;图甲中反应的化学能全部转化为热能,而图乙中反应的化学能部分转化为电能,部分转化为热能,故图甲中温度计显示的最高温度高于图乙中温度计显示的最高温度,故C正确;由C分析知,图甲中温度计显示的最高温度高于图乙中温度计显示的最高温度,且均高于室温,故D错误。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (3)如图是甲烷燃料电池的工作原理示意图。   ①电池的负极是　　(填“a”或“b”)电极,该电极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　。  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”)。  11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 a CH4-8e-+10OH-===C+7H2O 减小 (3)①在甲烷燃料电池中,通入甲烷的一极为负极,通入氧气的一极为正极,故电池的负极是a电极,在碱性环境下甲烷失去电子转化为碳酸根离子,故该电极的电极反应式为CH4-8e-+10OH-===C+7H2O;②电池的总反应的离子方程式为CH4+2O2+2OH-===C+3H2O,故电池工作一段时间后,电解质溶液的pH减小。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (4)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CO+C-2e-===2CO2。 ①正极反应式为______________________________。  ②总反应式为____________________________。  11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 O2+4e-+2CO2===2C 2CO+O2===2CO2 (4)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧,故总反应式为2CO+O2===2CO2,已知负极反应式为CO+C-2e-===2CO2,由总反应式减去负极反应式可得正极反应式为O2+4e-+2CO2===2C。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 13.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LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题: 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (1)外电路的电流方向是由　　(填字母,下同)极流向　极。  b a (1)原电池中电流方向是由正极b流向负极a。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)电池正极反应式为__________________________________。  11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 MnO2+e-+Li+===LiMnO2 (2)电池正极b的电极反应式为MnO2+e-+Li+===LiMnO2。 (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_____________________________________。  11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 否 电极Li是活泼金属,能与水反应　 (3)由于负极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。 (4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为____________________________________________。  K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为 　　　　　　　　　　。  11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O　 2∶1 (4)根据题意可知反应物为MnO2、KOH、KClO3,产物有K2MnO4,结合原子守恒、电子守恒可得产物还有KCl和H2O,故化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O;K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2,根据化合价升降总数等于电子转移的数目可知,每转移2 mol电子,产生1 mol MnO2、2 mol KMnO4,所以生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1。 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 $$