6.3.2 化学电源（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第2课时　 化学电源 目录 新知探究(一)——常见的化学电源 命题热点——新型化学电源的原理分析 课时跟踪检测 新知探究(二)——电解池 2 常见的化学电源 新知探究(一) 1.分类 一次电池 用过之后 复原,如锌锰干电池、银锌纽扣电池等 二次电池 充电后能 ,如铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等 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 不能 继续使用 [微思考]　燃料电池工作时,燃料燃烧吗? 提示:不燃烧,燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应,将化学能直接转化为电能。 2.常见的化学电源 (1)锌锰干电池 负极材料: ;电极反应: ; 正极材料: ; 电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)。 锌 Zn-2e-===Zn2+ 石墨 (2)银锌纽扣电池 负极材料: ;电极反应: ; 正极材料: ;电极反应: ; 电池反应:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag。 锌 Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2 氧化银 Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH- (3)铅蓄电池 负极材料: ;电极反应:Pb+S-2e-===PbSO4; 正极材料: ;电极反应:PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O; 电解质溶液: ; 电池反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 Pb PbO2 硫酸 (4)镍氢电池 负极材料: ; 正极材料: ; 电解质溶液: ; 电池反应:NiO(OH)+MH NiO+M+H2O。 贮氢合金 泡沫氧化镍 KOH (5)氢氧燃料电池 负极材料: ;电极反应: ; 正极材料: ;电极反应: ; 电解质溶液:KOH; 电池反应:2H2+O2===2H2O。 氢气 2H2+4OH--4e-===4H2O 氧气 O2+2H2O+4e-===4OH- (6)甲醇⁃空气燃料电池 负极材料: ;电极反应:CH3OH-6e-+8OH-===C+6H2O; 正极材料: ;电极反应: ; 电解质溶液:KOH; 电池反应:2CH3OH+3O2+4OH-===2C+6H2O。 甲醇 氧气 O2+2H2O+4e-===4OH- [典例]　宇宙飞船上通常使用的是氢氧燃料电池。氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为H2SO4溶液时)和碱式(当电解质溶液为NaOH溶液或KOH溶液时)两种。如图所示的装置可形成氢氧燃料电池。试回答下列问题: (1)酸式电池的电极反应: 负极:　 , 正极: ; 电池总反应:　 ; 电解质溶液的pH　　　(填“变大”“变小”或“不变”,下同)。  2H2-4e-===4H+ 　 O2+4e-+4H+===2H2O　 2H2+O2===2H2O 变大 [解析]　燃料电池所用的介质不同,相应的电极反应就不同;但无论怎样书写,两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。(1)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,酸性条件下与H+结合生成H2O;负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中的燃烧反应,由于有水生成,溶液将逐渐变稀,故pH增大。 (2)碱式电池的电极反应: 负极:　 , 正极:　 ; 电池总反应:　 ; 电解质溶液的pH　 　。  2H2-4e-+4OH-===4H2O　 O2+4e-+2H2O===4OH-　 2H2+O2===2H2O 变小 [解析]　燃料电池所用的介质不同,相应的电极反应就不同;但无论怎样书写,两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。(2)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH-;负极上,H2失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应,由于有水生成,c(OH-)变小,pH变小。 |思维建模|根据电池总反应书写电极反应式的基本思路 步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。 步骤二:找出正、负极。 失电子的电极为负极;得电子的物质为正极。 步骤三:写电极反应式。 负极反应:还原剂-ne-===氧化产物 正极反应:氧化剂+ne-===还原产物 充分考虑氧化产物和还原产物的存在形式,分析电解质中的其他离子,是否参与反应。如铅蓄电池中的S参与电极反应,氢氧燃料电池中的H+或OH-参与电极反应。 步骤四:检验电极反应式是否正确。根据得失电子守恒,把两电极反应式相加,与总反应式对照验证。 1.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是 (　　) A.石墨作电池的负极材料 B.电池工作时,N向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+ [题点多维训练] √ 解析:酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,故A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,故B错误;MnO2发生得电子的还原反应,故C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-===Zn2+,故D正确。 2.汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示,放电时其电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。根据此反应判断,下列叙述中不正确的是 (　　) A.Pb作为负极,失去电子,被氧化 B.PbO2得电子,被还原 C.负极反应式为Pb+S-2e-===PbSO4 D.电池放电时,溶液酸性增强 √ 解析:原电池中负极失去电子,发生氧化反应,根据电池放电时的反应:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O可知,负极Pb失去电子,即Pb为负极,PbO2为正极,故A正确;PbO2在放电过程中化合价降低,得到电子被还原,故B正确;原电池中,Pb在反应中失去电子生成PbSO4,为负极,电极反应式为Pb+S-2e-===PbSO4,故C正确;由于原电池放电的过程中消耗硫酸,电解质溶液中氢离子浓度逐渐减小,所以溶液的酸性减弱,故D错误。 3.氢氧燃料电池的基本构造如图。A、B由多孔石墨制成,通入的气体从孔隙中逸出,在电极表面得失电子。电解质溶液是KOH溶液。下列关于该电池的说法错误的是 (　　) A.H2发生氧化反应 B.e-由B电极流向A电极 C.A电极为负极 D.1 mol O2得到4 mol e- √ 解析:氢氧燃料电池工作时,通入氢气的一极为电池的负极,发生氧化反应,故A正确;电子由负极(A电极)经外电路流向正极(B电极),故B错误;通入氢气的一极为电池的负极,即A电极为负极,故C正确;正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,1 mol O2得到4 mol e-,故D正确。 4.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到普遍重视,目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li+MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是 (　　) A.Li是正极,电极反应为Li-e-===Li+ B.Li是负极,电极反应为Li-e-===Li+ C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-===Mn D.Li是负极,电极反应为Li-2e-===Li2+ √ 解析:根据原电池的反应原理,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再结合总反应可知,Li失去电子生成Li+被氧化,为负极;MnO2得到电子被还原,为正极。 5.有人设计以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。请讨论解答: (1)负极材料是　　,电极反应为　 。  解析:以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源,正极是铂,负极是锌,电解质溶液是人体血液。工作时,负极锌被氧化,血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;负极的反应为2Zn-4e-===2Zn2+。 锌 2Zn-4e-===2Zn2+ (2)正极材料是　　,电极反应为　 。  解析:以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源,正极是铂,负极是锌,电解质溶液是人体血液。工作时,负极锌被氧化,血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;负极的反应为2Zn-4e-===2Zn2+。 铂 　O2+2H2O+4e-===4OH- 新型化学电源的原理分析 命题热点 [典例]　新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)的处理,其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.该电池能够在高温下工作 B.该电池工作时,氢离子从N极移向M极 C.N极的电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O D.N极消耗22.4 L O2时,M极产生的CO2为1 mol √ [解析]　由图可知,M极C6H6O→CO2碳化合价升高,发生氧化反应,为负极,N极为正极。微生物为蛋白质,蛋白质在高温下失活,A项错误;N极为正极,M极为负极,原电池中,阳离子向正极移动,则氢离子从M极移向N极,B项错误;N电极上,O2转化为H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C项正确;没有指明气体所处的温度和压强,无法计算其物质的量,D项错误。 |思维建模|新型化学电源原理分析思路　 1.(2021·广东等级考)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时 (　　) A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子 C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能 [题点多维训练] √ 解析:金属钠为负极,负极上发生失电子的氧化反应,A错误;碳纳米管为正极,CO2在正极上得电子,发生还原反应,B正确;放电时,阳离子由负极移向正极,C错误;原电池是将化学能转化为电能的装置,D错误。 2.科学家研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电,电池负极反应式为 (　　) A.H2+2OH-+2e-===2H2O B.O2+4H++4e-===2H2O C.H2-2e-===2H+ D.O2+2H2O+4e-===4OH- √ 解析:根据题给信息,该燃料电池的总反应为2H2+O2===2H2O,燃料电池中负极通入氢气,氢气失电子生成氢离子,故C正确。 3.如图所示的原电池能处理酸性海水,同时能达成“碳中和”的目的。下列说法正确的是 (　　) A.电池总反应为2Na+2H+===2Na++H2↑ B.有机电解质可换成NaOH溶液 C.CO2在正极发生还原反应 D.当电路中转移1 mol e-时,理论上吸收44 g CO2 √ 解析:由题意得,负极:Na-e-===Na+;正极:2CO2+2H2O+2e-=== H2+2HC。根据分析可知,电池总反应为2Na+2CO2+2H2O=== H2+2HC+2Na+,A项错误;Na的性质较活泼,能与水反应,不能将有机电解质换成NaOH溶液,B项错误;CO2中碳、氧元素的化合价均没有发生改变,H2O在正极发生还原反应,C项错误;根据正极的电极反应式可知,当电路中转移1 mol e-时,理论上吸收1 mol CO2,即44 g CO2,D项正确。 电解池 新知探究(二) 1.概念:将 能转化为 能的装置。 2.电解在物质制备中的应用 (1)电解水制得氢气和氧气 按下开关S1,接通电源,电解池工作,发生的反应为2H2O 2H2↑+O2↑。 断开开关S1,按下开关S2,形成原电池,发光二极管发光。 电 化学 (2)电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。 (3)电解制备金属 ①电解熔融的氧化铝制备铝 阴极:Al3++3e-===Al 阳极:2O2--4e-===O2↑ 总反应:2Al2O3 4Al+3O2↑ ②电解制备其他金属 电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙,分别得到 、 、___ 的单质和 。 [微点拨]　电解是在通电的条件下强制化学反应进行,此类反应属于氧化还原反应,但不属于自发进行的氧化还原反应。 钠 镁 钙 氯气 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)通常条件下无法进行的反应,可以使用电解的方法。( ) (2)铅蓄电池充电时,是把电能转变为化学能,原理与电解相同。( ) (3)电解熔融的氧化铝时,在阳极得到金属铝。( ) (4)电解氯化钙溶液可以得到金属钙。( ) [题点多维训练] √ √ × × 2.电解池是将　　能转化为　　　能的装置 (　　)  A.化学　化学　　　　　 B.电　电 C.化学　电 D.电　化学 解析:电解池是非自发进行的氧化还原反应,要外加电源,是将电能转化为化学能的装置,D正确。 √ 3.下列金属中,通常用电解法冶炼的是 (　　) A.Na　　　B.Fe C.Hg　　　D.Ag 解析:冶炼活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al,一般用电解熔融的氯化物(Al是电解熔融的Al2O3)制得;冶炼较不活泼的金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu,一般用热还原法,常用还原剂有(C、CO、H2等);冶炼不活泼的金属Hg、Ag用加热分解氧化物的方法制得,据此分析解答:Na的性质很活泼,用电解熔融的氯化物的方法冶炼,故A符合题意;Fe用热还原法冶炼,故B不符合题意;Hg用热分解法冶炼,故C不符合题意;Ag用热分解法冶炼,故D不符合题意。 √ 4.电解饱和食盐水得不到 (　　) A.钠　　B.氯气　　C.氢气　　D.氢氧化钠 解析:总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑。所以电解过程中生成氯气、氢气、氢氧化钠。 √ 课时跟踪检测 (选择题每小题3分,本检测满分70分) 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 15 √ 12 1.下列说法正确的是 (　　) ①电解是把电能转化成化学能　②电解是把化学能转化成电能　 ③电解池也是一种化学电源　 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现　 ⑤电解可以用来冶炼活泼金属 A.①③④　　　　　　　 B.②③⑤ C.③④ D.①④⑤ √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 2.下列电池属于二次电池的是 (　　) A.银锌纽扣电池 B.氢氧燃料电池 C.铅蓄电池 D.锌锰干电池 解析:银锌纽扣电池的原料一次加入,不能反复使用,属于一次电池,A不符合题意;氢氧燃料电池属于燃料电池,不能充电反复使用,B不符合题意;铅蓄电池属于可充电电池,可以反复使用,是二次电池,C符合题意;锌锰干电池是一次电池,不能反复使用,是一次电池,D不符合题意。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 3.下列关于燃料电池的说法正确的是 (　　) A.燃料电池是通过燃烧方式将化学能转换为电能 B.氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为正极 C.氢氧燃料电池是一种环境友好电池 D.燃料电池的能量转化率可达100% 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:A.燃料电池是将化学能转换为电能的装置,没有燃烧过程,错误;B.氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为负极,错误;C.氢氧燃料电池得到的产物是水,是一种环境友好电池,正确;D.燃料电池的能量转化率达不到100%,错误。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 4.(2024·南充顺庆区高一期中)下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 A.甲、乙、丙分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B.甲电池放电时,电子从锌筒经外电路到石墨电极 C.氢氧燃料电池中负极通入氧气发生还原反应 D.乙电池充电时将电能转化为化学能 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:锌锰干电池放电后不能充电重复利用,所以属于一次电池,铅酸蓄电池放电后能充电重复利用,所以属于二次电池,丙中氢气、氧气由外加设备提供,属于燃料电池,故A正确;干电池工作时,电子流动方向是由负极(锌筒)经外电路流向正极(石墨棒),故B正确;燃料电池中,负极上发生氧化反应,而氧气具有氧化性,在电极上得电子被还原,为电池正极的反应,故C错误;充电电池放电时化学能转化为电能,充电时电能转化为化学能,故D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 5.镍⁃镉(Ni⁃Cd)可充电电池的总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知,该电池的负极材料是(　　) A.Cd B.NiO(OH) C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:根据总反应式结合化合价的变化判断被氧化和被还原的物质,原电池中负极发生氧化反应。镍⁃镉(Ni⁃Cd)可充电电池的总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O,由方程式可知放电时Cd元素化合价升高,被氧化,在原电池负极上发生氧化反应,则Cd为原电池的负极。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 6.银锌纽扣电池,其电池的电池反应式为Zn+Ag2O+H2O=== Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是 (　　) A.锌作负极 B.正极发生还原反应 C.电池工作时,电流从Ag2O经导线流向Zn D.负极的电极方程式为Zn-2e-===Zn2+ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:Zn失电子发生氧化反应而作负极,故A正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,故B正确;原电池中电流从正极沿导线流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,故C正确;碱性条件下锌离子生成Zn(OH)2,所以负极反应式为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,故D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 15 3 7.Mg⁃AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg===Mg2++2Ag+2Cl-。有关该电池的说法正确的是 (　) A.Mg为电池的正极 B.负极反应为AgCl+e-===Ag+Cl- C.不能被KCl 溶液激活 D.可用于海上应急照明供电 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 15 3 解析:A、根据电极总电极反应式,化合价升高的作负极,Mg作负极,故错误;B、AgCl作正极,故错误;C、KCl属于电解质,能被激活,故错误;D、可利用海水作电解质溶液,能用于海上应急供电,故正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 8.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是 (　) A.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 B.a极是负极,该电极上发生氧化反应 C.总反应方程式为2H2+O2===2H2O D.b极反应是O2+2H2O-4e-===4OH- 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:氢氧燃料电池的能量高,且产物为水,对环境无污染,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,A正确;a极通入的是H2为负极,a极的电极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O,发生的是氧化反应,B正确;结合通入正负极的物质分别为氧气和氢气,故电池的总反应方程式为2H2+O2===2H2O,C正确;b极反应是正极,发生还原反应,b电极的电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 9.研究人员最近发现了一种“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可表示为 5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是 (　　) A.AgCl是还原产物 B.Na+不断向“水”电池的负极移动 C.正极反应式:Ag+Cl--e-===AgCl D.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由电池总反应5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl可知银失去电子被氧化得氧化产物,即银做负极,产物AgCl是氧化产物,选项A错误;原电池中阳离子向正极移动,即Na+不断向“水”电池的正极移动,选项B错误;正极二氧化锰得到电子,发生还原反应,电极反应式为5MnO2+2e-===Mn5,选项C错误;根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10,化合价共降低了2价,所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,选项D正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 10.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是 (　　) A.电极a为电池的负极 B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-===2H2O C.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2S D.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子生成水,B项正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2===S2+2H2O,电路中每通过4 mol电子,正极应该消耗1 mol O2,负极应该有2 mol H2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以不一定是44.8 L,C项错误;17 g H2S即0.5 mol H2S,每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2,根据正极反应式O2+4H++4e-===2H2O,可知有1 mol H+经质子膜进入正极区,D项正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 11.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 (　　) A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:根据C元素的化合价的变化二氧化碳中C元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,所以在负极生成,A错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,化学反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中阳离子向正极移动,C正确;电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应,D正确。 12 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 3 12.固体氧化物燃料电池以固体氧化锆⁃氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)通过。该电池的工作原理如下图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是 (　　) A.有O2放电的a极为电池的负极 B.O2-移向电池的正极 C.b极对应的电极反应式为H2-2e-+O2-===H2O D.a极对应的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH- 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:在燃料电池中,有O2放电的a极为原电池的正极,A错误;在燃料电池中,O2-移向电池的负极,B错误;在燃料电池中,有H2放电的b极为电池的负极,电极反应式为H2-2e-+O2-===H2O,C正确;a极是正极,氧气在正极得电子,则对应的电极反应式为O2+4e-===2O2-,D错误。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 13.(2024·青岛二中高一月考)某铁⁃空气电池放电时,其原理如图所示,电池总反应为2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2。下列说法错误的是 (　　) A.该电池工作时,电极a逐渐被消耗 B.b极为电池正极,O2发生氧化反应 C.该电池工作时,电子从电极a经负载流向电极b D.该装置能将化学能转化为电能 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由图分析可知,电极a为负极,Fe失去电子发生氧化反应,因此,电极a逐渐被消耗,A项正确;b极为正极,O2得到电子发生还原反应,B项错误;该电池工作时,电子从电极a经负载流向电极b,C项正确;该装置为原电池,能将化学能转变为电能,D项正确。 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 3 14.(15分)写出下列化学电源(原电池)的电极反应式。 (1)镍镉电池的反应方程式:Cd+2NiO(OH)+2H2O===Cd(OH)2 +2Ni(OH)2,氢氧化钾溶液为电解质溶液。 ①负极: ; ②正极: 。 解析:由总反应式中元素化合价的变化可确定镉为负极(镉元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:2NiO(OH)+2H2O+2e-===Ni(OH)2+2OH-。 Cd+2OH--2e-=== Cd(OH)2 2NiO(OH)+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH- 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (2)镍氢电池的反应方程式:MH+NiO(OH)===M+NiO+H2O,MH表示储氢合金M中吸收结合的氢(最常用储氢合金为LaNi5),氢氧化钾溶液为电解质溶液。 ①负极: ; ②正极: 。 解析:由总反应式中元素化合价的变化可确定MH为负极(氢元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:MH+OH--e-===M+H2O;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:NiO(OH)+e-===NiO+OH-。 MH+OH--e-===M+H2O NiO(OH)+e-===NiO+OH- 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (3)锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。某种锂离子电池的总反应式为Li+MnO2===LiMnO2。 ①负极: ; ②正极: 。 Li-e-===Li+　 MnO2+e-===Mn 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由总反应式中元素化合价的变化可确定锂为负极(锂元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Li-e-===Li+;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:MnO2+e-===Mn。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (4)已知甲烷(CH4)燃料电池的电解质溶液为氢氧化钾溶液。 ①负极: ; ②正极: 。 解析:燃料电池的两极都是惰性电极,通入燃料的一极为负极,通入氧气或空气的一极为正极;两电极上的产物与电解质溶液的酸碱性有关:碱性条件下正极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-;负极反应式为CH4+10OH--8e-===C+7H2O。 CH4+10OH--8e-===C+7H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (5)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。 ①负极: ; ②正极: 。 解析:根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气。负极反应式为CH4+4C-8e-===5CO2+2H2O,正极反应式为2O2+4CO2+8e-===4C。 CH4+4C-8e-===5CO2+2H2O 2O2+4CO2+8e-===4C 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 高阶思维训练(选做题) 15.(16分)如图所示,它是一种原电池的装置图。请回答: (1)若溶液C为氯化铁溶液,电流表指针发生偏转,A、B电极材料分别为铜和银,则B电极上发生的电极反应为　　　 　　。  解析:若溶液C为氯化铁溶液,电流表指针发生偏转,A、B电极材料分别为铜和银,铜和氯化铁反应,银和氯化铁不反应,因此铜为负极,银为正极,B电极上发生的电极反应式为F+e-===Fe2+。 Fe3++e-===Fe2+ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (2)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图所示: 电池总反应为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,电极c为　　 ,电极反应式为　　　 　　　　　　　　　　　。  若线路中转移6 mol电子,则消耗的O2在标准状况下的体积为_____　 负极 CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+ 33.6 L。  1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:根据图中信息,电极c有电子流出,因此电极c为负极,是CH3OH失去电子变为CO2,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+。若线路中转移6 mol电子,根据4 mol e-~O2,因此消耗O2的物质的量为1.5 mol,则消耗的O2在标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (3)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,放电时的总反应式为Pb+ PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。该蓄电池放电时,电解质溶液中S移向　　(填“正”或“负”)极;正极电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　;一段时间后,负极增重48 g,则转移电子　 mol。  负 PbO2+2e-+S+4H+===PbSO4+2H2O 1 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:铅酸蓄电池放电时,电解质溶液中的S移向负极,根据总反应式得出Pb为负极,PbO2为正极,正极电极反应式为PbO2+2e-+S+ 4H+===PbSO4+2H2O,一段时间后,根据Pb-2e-+S===PbSO4,转移 2 mol电子,负极增加的质量即为1 mol S的质量,应为96 g,因此当负极增重48 g时,转移电子1 mol。 综合提能强训(一)　 化学反应与能量变化融通练 $$