专题1.2.2 化学电源（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

化学电源 第2课时 1 目 录 01 02 03 新知探究(一)——一次电池 新知探究(二)——二次电池 实验探究——燃料电池 04 命题热点——突破新型化学电源 05 课时跟踪检测 01 新知探究(一)——一次电池 1．一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 2．锌锰干电池   普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：锌筒 正极：_______ 电解质溶液：氯化铵和氯化锌溶液 负极：_____ 正极：碳粉 电解质溶液：氢氧化钾溶液 石墨棒 锌粉 电极反应 碱性锌锰电池的总反应： Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：_______________________________________ 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 续表 [微点拨]　锌锰干电池的正极材料为碳粉或石墨，材料本身不参与电极反应，正极上发生反应的物质为MnO2。 3．银锌纽扣电池 (1)电池结构 负极：锌粉； 正极： ； 电解质溶液：氢氧化钾溶液 氧化银 (2)工作原理 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－。 总反应式为 。 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 4．化学电源电极反应式的书写 (以碱性锌锰电池为例) (1)根据电源总反应式或装置判断正、负极的反应物。负极为Zn，正极反应物为MnO2。 (2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物。负极产物为Zn(OH)2；正极产物为MnOOH。 (3)根据负极和正极的物质变化，运用原子守恒和电荷守恒配平电极反应式。如根据负极反应首先可以写出Zn－2e－——Zn(OH)2，根据电荷守恒，式子左边应该添加2个OH－，得到Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。根据正极反应首先可以写出：MnO2＋e－——MnOOH, 根据电荷守恒及电解质溶液的酸碱性，式子右边添加OH－，再根据原子守恒，式子左边添加H2O，配平得到：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 [题点多维训练] 1．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===Zn(OH)2＋Mn2O3，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＋H2O＋2e－===Mn2O3＋2OH－ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g √ 解析：原电池中，电子由负极经外电路流向正极，C错误。 2．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种锌银电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。判断下列叙述中正确的是(　 ) A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH逐渐增大 B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，Ag2O是正极 D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应 √ 解析：根据电极反应可知Zn失电子被氧化，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，C正确； 负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应逐渐减小，A错误； 发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，B错误； 在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D错误。 3.(2023·海南卷)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．b电极为电池正极 B．电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 √ 解析：铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极，A正确； 电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na＋向b电极移动，B错误； 电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子Al－3e－===Al3＋，铝离子水解显酸性，C错误； 4．锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造如图所示。回答下列问题： (1)普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH，该电池中，负极材料主要是________________，电解质的主要成分是________________，正极发生的主要反应是_____________________________________。 (2)与普通锌锰干电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是____________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (2)与普通锌锰干电池相比，碱性锌锰电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部；碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中的稳定性比在酸性电解质中的稳定性高。 02 新知探究(二)——二次电池 1．二次电池的特点 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称________ 或 。 2．铅蓄电池的工作原理 (1)放电时 负极： ，正极： ，电解质溶液： 溶液。 Pb 充电电池 蓄电池 PbO2 H2SO4 [微点拨]　充电的阳极反应与放电的正极反应互为逆过程，充电的阴极反应与放电的负极反应互为逆过程。 (3)铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 3．新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等。 (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 是锂离子的载体，是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中制成的 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：LixC6－xe－===xLi＋＋6C Li＋从负极脱出，嵌入到 正极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 电池反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===LiCoO2＋6C 正极 在充放电过程中，Li＋在正、负极间不断地进行可逆嵌脱 高铁电池是以合成的稳定高铁酸盐作为高铁电池的正极材料来制作的，能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。 1．写出该电池放电时的负极反应式。 提示：放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 2．根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化？ 提示：放电时正极附近生成OH－，碱性增强，pH变大。 3．给该电池充电时应该怎样连接电极？ 提示：充电时该电池的正极接外接电源正极，负极接外接电源负极。 √ 解析：由题给电池反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，H2SO4浓度减小，溶液密度减小，B项错误，D项正确； 由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，A项错误； 原电池工作时，阴离子向负极(Pb)移动，C项错误。 √ 解析：选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 选项C，放电时，K2FeO4被还原； 选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH－，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。 3．铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池反应为 PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 试回答： (1)铅蓄电池正极的电极材料是____________。 (2)工作时该铅蓄电池负极的电极反应式是___________________。 (3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，pH________。 (4)如果用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2(Cl－失电子生成Cl2)，当制得0.05 mol Cl2时，在理论上电池内部消耗的H2SO4的物质的量是____________。 解析：(1)根据电池反应方程式知，PbO2中的Pb元素化合价降低，得到电子，即PbO2为正极材料； (3)根据电池反应方程式知，铅蓄电池工作时消耗硫酸，因此电解质溶液的密度减小，pH增大； 思维建模|突破二次电池的四个角度 装置类型的判断 放电——原电池 充电——电解池 电极名称的判断 放电时的正极为充电时的阳极 放电时的负极为充电时的阴极 电极反应式的书写 放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应 放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应 离子移动的方向 由生成的一极移向消耗的一极。区域pH变化：生成OH－或消耗H＋的区域，pH增大；消耗OH－或生成H＋的区域，pH减小 续表 03 实验探究——燃料电池 导学设计　 制作简单的氢氧燃料电池 (1)实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口，检查装置 ，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部所标记的位置为宜； 气密性 ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃导管内的 接近溢出时，切断学生电源； ④取出石英钟内的干电池，将导线与石英钟的正、负极相连，观察石英钟指针。 液柱 (2)实验现象 ①接通学生电源，两个石墨棒上都有 产生，U形管内液面____，玻璃导管液面 。 ②连接石英钟，石英钟指针又开始走动。 气泡 下降 上升 (3)判断氢氧燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃导管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是 ，该电极为氢氧燃料电池的 极；另外一个电极产生的是 ，该电极为氢氧燃料电池的 极。 H2 负 O2 正 [系统融通知能] 1．燃料电池 概念 利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池 优点 ①能连续不断地提供电能；②能量转换效率远高于普通燃料燃烧的能量转换效率 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，分别在两极发生氧化反应和还原反应。其反应表示如下：   酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 H2－2e－===2H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O [典例]　写出乙醇碱性燃料电池(KOH溶液)和酸性燃料电池负极和正极的电极反应式。 [解析]　(1)确定生成物 (2)确定转移电子数 利用化合物中化合价代数和为0的规则确定有机物中碳元素的化合价，从而确定1 mol有机物失去电子的数目。C2H5OH中碳元素的化合价为－2，碳元素化合价的变化为－2→＋4，故1 mol C2H5OH失去12 mol电子。 (5)写出正极的电极反应式 碱性条件下正极电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 酸性条件下正极电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 第三步　依据电解质性质，用H＋或OH－使电荷守恒 第四步　最后检查是否原子守恒和电荷守恒 (2)正极反应的书写(正极氧气) 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：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； [题点多维训练] 1．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(　 ) A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 √ 解析：从图中可看出a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失e－被氧化，a为负极；相对应的b极为正极，b极的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故选项中只有B项不正确。 2．(2024·泉州高二期中)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－)在其中通过。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O2参加反应的a极为电池的负极 B．b极的电极反应式为H2－2e－===2H＋ C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O √ 3．从理论上讲，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，如甲烷、 肼(N2H4)等。请写出以下燃料电池的电极反应： (1)甲烷燃料电池 ①电解质溶液：KOH溶液 正极：__________________________________________________； 负极：_________________________________________________； 总反应：_______________________________________________。 ②电解质溶液：稀硫酸 正极：__________________________________________________； 负极：_________________________________________________； 总反应：________________________________________________。 (2)肼(N2H4)燃料电池 ①电解质溶液：KOH溶液 正极：_________________________________________________； 负极：_________________________________________________； 总反应：_______________________________________________。 ②电解质溶液：稀硫酸 正极：__________________________________________________； 负极：__________________________________________________； 总反应：________________________________________________。 (2)①O2＋2H2O＋4e－===4OH－ N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O N2H4＋O2===N2＋2H2O ②O2＋4H＋＋4e－===2H2O N2H4－4e－===N2＋4H＋ N2H4＋O2===N2＋2H2O 04 命题热点——突破新型化学电源 [典例]　(2023·全国新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　 ) A．放电时V2O5为正极 B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移 C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O √ [解析]　由题意知Zn电极：放电时为负极，Zn－2e－===Zn2＋；充电时为阴极，Zn2＋＋2e－===Zn。V2O5电极：放电时为正极，xZn2＋＋V2O5＋nH2O＋2xe－===ZnxV2O5·nH2O，充电时为阳极，ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O。放电时Zn失去电子生成Zn2＋，Zn为负极，则V2O5为正极，A、D正确； 放电时，阳离子(Zn2＋)移向正极，B正确； 由分析可知，放电总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，充电总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C错误。 思维建模|“放电”“充电”时电极反应式的正误判断 (1)新型电池放电 ①若给出新型电池的装置图：先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应式的正误。 ②若给出新型电池的总反应式：分析总反应式中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应式的正误。 (2)新型电池充电 ①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。 ②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。 [浸润素养训练] 1．(2024·沈阳高二期中)我国科学家设计的“海泥电池”，既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．B电极为正极 B．微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2 C．B电极的电极反应式为HS－＋2e－===S↓＋H＋ D．质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动 解析： A极氧元素价态降低得电子，故A极为正极，B电极为负极，故A错误； √ B极是负极，发生HS－失电子的氧化反应，电极反应式为HS－－2e－===S↓＋H＋，故C错误； 原电池中阳离子移向正极，故海水中的H＋从海底沉积层通过交接面向海水层移动，故D错误。 A．“吸入”CO2时，钠箔为正极 B．“呼出”CO2时，Na＋向多壁碳纳米管电极移动 C．“吸入”CO2时的正极反应：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C D．标准状况下，每“呼出”22.4 L CO2，转移电子数为0.75 mol 解析： NaCO2电池，放电时钠箔作负极失去电子生成钠离子，同时正极“吸入”CO2，二氧化碳得电子生成C单质；充电时“呼出”CO2，右侧作阳极，左侧为阴极，据此解答。活泼金属钠是负极，A错误； √ “呼出”CO2时，该装置是电解池，电解池中，阳离子向阴极移动，Na＋向钠箔电极移动，B错误； “吸入”CO2时是原电池装置，正极发生还原反应，电极反应式为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋ C，选项C正确； 3．(2024年1月·安徽高考适应性演练)我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如图。放电时，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列说法错误的是(　 ) 解析：放电时，镍基电极为正极，电极反应式为Ni(OH)2＋2e－===Ni＋2OH－，A正确； √ 充电时，a接电源负极，锌基电极为阴极，C正确； 05 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 1．下列说法错误的是(　 ) A．化学电源是将化学能转化为电能的装置 B．化学电源中电解质溶液的作用是传递电子 C．碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质 D．铅蓄电池是一种二次电池，以PbO2作正极 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 解析：化学电源是将化学能转化为电能的装置，A正确； 化学电源中，电子不会进入电解质溶液中，电解质溶液的作用是形成闭合回路，提供反应环境，有时还可提供反应物，B错误； 碱性锌锰电池中，负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，C正确； 铅蓄电池中，负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是稀H2SO4，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 2．下列电池工作时，负极上有H2参与反应的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子发生氧化反应，故A正确； 碱性锌锰电池中，负极上锌失电子发生氧化反应，故B错误； 铅蓄电池中，负极上铅失电子发生氧化反应，故C错误； 纽扣式银锌电池中，负极上锌失电子发生氧化反应，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 3．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是(　 ) A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：该原电池负极反应为Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极(铂极)流向负极(铝极)。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 4．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它以铂作电极，以KOH溶液作电解质溶液，下列叙述不正确的是　(　 ) A．H2在负极发生氧化反应 B．燃料电池的化学能可以全部转化为电能 C．产物为无污染的水，属于环境友好电池 D．供电时的总反应：2H2＋O2===2H2O 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：由题意可知，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，A项正确； 氢氧燃料电池是将化学能转化为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不会达100%，B项错误； 氢氧燃料电池产物是水，对环境无污染，且能量转化率高，C项正确； 电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O，D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：根据锂电池的电池反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2知，失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，故A、D错误，B正确； MnO2是正极，故C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 6．据报道，以硼氢化合物NaBH4(硼元素的化合价为＋3)和H2O2作原料的燃料电池可用作通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：由装置图可知，H2O2得电子化合价降低，所以b为正极，a为负极，原电池中阳离子向正极移动，A项错误； 电极b采用MnO2，可催化H2O2转化为OH－，B项正确； 每消耗1 mol H2O2，转移的电子为2 mol，C项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：铅蓄电池放电时，该装置是原电池，其中Pb失电子发生氧化反应，所以Pb是负极，PbO2是正极，电解液为硫酸，A项正确； 放电时，正极上PbO2得电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，B项正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 8．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。 下列有关该电池的说法不正确的是(　 ) A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：该充电电池中活泼金属Fe失去电子，为负极，得到电子的Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解液为碱性溶液，选项A正确； 放电时，负极铁失去电子生成Fe2＋，因为电解液为碱性溶液，所以负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，选项B正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 充电时，阴极发生还原反应：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，所以电极附近溶液的pH增大，选项C错误； 电池充电时，阳极发生氧化反应，Ni(OH)2转化为Ni2O3，电极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，选项D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 9．锂-空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 A．该电池放电时，正极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．该电池充电时，阴极发生了氧化反应：Li＋＋e－===Li C．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替 D．充电时，空气极与直流电源正极相连 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：正极上是氧气得电子在水性电解液中生成氢氧根离子，则电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A错误； 该电池充电时，阴极锂离子得电子发生还原反应：Li＋＋e－===Li，B错误； 金属锂能与盐酸反应生成氢气，所以电池中的有机电解液不可以用稀盐酸代替，C错误； 放电时，空气极为原电池正极，充电时，空气极为电解池的阳极，因此充电时，空气极与直流电源正极相连，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 10．(2024·邢台高二期末)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl、KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，下列有关说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．该电池工作时，Li＋向负极移动 C．该电池在常温时就能正常工作 D．每转移0.2 mol电子，理论上生成20.7 g Pb √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 B项，该电池工作时，Li＋向正极移动，错误； C项，作为电解质的无水LiCl、KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，所以在常温下不能正常工作，错误； D项，每转移0.2 mol电子，根据得失电子守恒，应生成0.1 mol Pb，理论上应生成20.7 g Pb，正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 11．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是________，放电时负极反应式为__________________________________。 (2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，正极反应式为______________________________________________。放电时，__________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 高阶思维训练 12．如图所示的锂二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的嵌入式反应，电池总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 A．锂片作负极，发生氧化反应 B．放电时，正极反应式为MnO2＋Li＋＋e－===LiMnO2 C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中 D．放电时，电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：由电池总反应Li＋MnO2===LiMnO2可知，Li失电子，作负极，发生氧化反应，A正确； 负极反应式为Li－e－===Li＋，MnO2得电子，电极反应式为MnO2＋Li＋＋e－===LiMnO2，B正确； 负极Li是活泼金属，能与水反应，故高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中，C正确； 放电时电子从负极经用电器流向正极，不在电解质中移动，故电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 13．(2024·连云港高二期末)利用微电池技术去除天然气中的H2S并生成FeS的装置如图所示，下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 A．微电池负极的电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋ B．去除过程发生的总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O C．通入气体一段时间后，去除速率降低的可能原因是铁减少，形成微电池的数量减少 D．该装置使用一段时间后，内部有大量的铁锈产生 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：根据题中信息可知，铁生成FeS，铁元素的化合价升高，铁作负极，其电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋，A正确； 氧气在正极上发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O，B正确； 通入气体一段时间后，去除速率降低，可能原因是产生的FeS附着在铁表面，阻碍反应进行，也可能是铁减少，形成微电池的数量减少，C正确； 铁锈主要成分为Fe2O3，根据此装置的总反应可知，铁主要被氧化成FeS，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 14．(2024年1月·河南高考适应性演练)一种基于固体电解质NASICON的可充电熔融钠电池，具有安全、电流密度高、使用条件宽泛等优点，其工作示意图如下所示，已知电池放电时不断有NaI生成。下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 固体电解质NASICON含钠离子，通过Na＋转移保持两侧电荷守恒，B正确； 放电转移1 mol e－时，1 mol Na＋从c区移出，d区移入1 mol Na＋，两区质量差改变46 g，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 15．(2024·包头高二期末)近年来电池研究领域涌现出纸电池，它像纸一样轻薄柔软，其结构如图所示。某同学据此利用质量相同的铜片和镁片，电解液(CuSO4溶液)和隔离膜制作简易电池。下列关于其放电过程说法正确的是(　 ) A．铜片为负极 B．电子由镁片经隔离膜流向铜片 C．导线中转移0.02 mol e－时，两极质量差为0.88 g D．将铜片换为铝片，电解液换为NaOH溶液，负极为镁片 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 解析：铜片、镁片、CuSO4溶液构成原电池，镁片为负极，失电子，发生氧化反应，铜片为正极，故A错误； 电子不能进入电解质溶液，电子由镁片经外电路流向铜片，故B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 将铜片换为铝片，电解液换为NaOH溶液，负极为铝，其电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，故D错误。 由C分析可知，每消耗1 kg Al，电池最多向外提供 mol×3＝ mol电子的电量，D错误。 解析：(1)根据电池反应方程式Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH知，反应中Zn被氧化，为电池负极，氯化铵是电解质的主要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应：MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑。 答案：(1)Zn　NH4Cl　MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑　(2)碱性锌锰电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部；碱性锌锰电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中的稳定性比在酸性电解质中的稳定性高 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极： 。 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O (2)充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极： 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋ 应用化学　 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 [题点多维训练] 1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是(　 ) A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小 C．SO只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小 2．(2024·扬州中学阶段练习)某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下说法不正确的是(　 ) A．放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 B．放电时正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．充电时阳极附近的溶液的碱性减弱 选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－； (2)根据电池反应方程式知，Pb失去电子作负极，PbSO4难溶于水，则电极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4； (4)根据已知：2Cl－－2e－===Cl2↑及铅蓄电池正极的电极反应式PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，得关系式：Cl2～2e－～2H2SO4，则消耗的硫酸的物质的量为0.05×2 mol＝0.10 mol。 答案：(1)PbO2　(2)Pb＋SO－2e－===PbSO4 (3)减小　增大　(4)0.10 mol (3)列出负极反应的表达式 C2H5OH在碱性条件下负极反应的表达式：C2H5OH－12e－——CO＋H2O。 C2H5OH在酸性条件下负极反应的表达式：C2H5OH－12e－——CO2＋H＋。 (4)利用原子守恒和电荷守恒确定表达式中需要添加的物质及各物质的化学计量数，写出电极反应式。 碱性条件下负极反应的表达式中，左边需要添加OH－才能确保电荷守恒，然后利用原子守恒得到：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。 酸性条件下负极反应的表达式中左边需要添加H2O，才能确保氧原子守恒，然后利用电荷守恒得到：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。 [答案]　碱性条件下： 负极：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 酸性条件下： 负极：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 思维建模|燃料电池电极反应式的书写　 (1)负极反应的书写 第一步　确定生成物 若负极通入含碳化合物，碳元素均转化为正四价碳的化合物，其中在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成二氧化碳，在碱性溶液中生成CO；若负极通入含有氢元素的化合物，则最终都有水生成。若为含氮燃料，则生成氮气。 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－===2CO。 解析：由题图可知电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由题图可知该原电池负极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极的电极反应式为O2＋2e－===O2－，电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O，综上分析，只有D项正确。 答案：(1)①2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O ②2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ CH4＋2O2===CO2＋2H2O 微生物作用下发生反应：2CH2O＋SO＋H＋===2CO2＋HS－＋2H2O，SO中硫元素化合价降低，做氧化剂，CH2O中的碳元素化合价升高，做还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故B正确； 2．(2024·东营高二检测)我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”NaCO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2，“吸入”CO2时，其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中，有转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。下列说法正确的是(　 ) 标准状况下，22.4 L CO2的物质的量为1 mol，根据2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2↑，每“呼出”1 mol CO2，转移电子为 mol，选项D错误。 A．放电时，正极反应为Ni(OH)2＋2e－===Ni＋2OH－ B．放电时，若外电路有0.2 mol电子转移，则有0.1 mol Zn2＋向正极迁移 C．充电时，a为外接电源负极 D．充电时，阴极反应为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋2CO＋6OH－ 放电时，锌基电极为负极，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2，电极反应式为5Zn＋2CO＋6OH－－10e－===2ZnCO3·3Zn(OH)2，混合电解液中没有Zn2＋，B错误； 充电时，锌基电极为阴极，电极反应式为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋ 10e－===5Zn＋2CO＋6OH－，D正确。 5．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的电池反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　 ) A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋ A．电池放电时Na＋从b极区移向a极区 B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用 C．每消耗1 mol H2O2，转移的电子为1 mol D．该电池的正极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O 负极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，D项错误； 7．铅蓄电池是最常见的二次电池，其电池总反应可以表示为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，下列说法不正确的是(　 ) A．电池的电解液为酸性溶液，正极为PbO2、负极为Pb B．电池放电时，正极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O C．电池充电过程中，阳极附近溶液的pH升高 D．电池充电时，阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO 电池充电时，阳极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋，酸性增强，pH降低，C项错误； 阴极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，D项正确。 解析： A项，正极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，错误； 解析：放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极上发生还原反应，正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。 答案：(1)Zn　Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 (2)还原　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－　正 A．放电时a电极为负极 B．固体电解质NASICON含钠离子 C．充电时阳极反应式：3I－－2e－===I D．转移1 mol e－时，c区和d区的质量差改变23 g 解析：电池放电时不断有NaI生成，可知放电时a为负极，电极反应式为Na－e－===Na＋，固体电解质NASICON只允许阳离子通过，固体电解质NASICON含钠离子，通过Na＋转移保持两侧电荷守恒，放电时b为正极，电极反应为I＋2e－===3I－；充电时a为阴极，b为阳极，b极反应为3I－－2e－===I，据此分析；根据分析，放电时a电极为负极，A正确； 充电时b为阳极，b极反应为3I－－2e－===I，C正确； 放电过程中，导线中转移0.02 mol e－时，负极镁失电子生成镁离子，质量减少×24 g·mol－1＝0.24 g，正极铜离子得电子生成铜，质量增加＝0.64 g，两极质量差为0.64 g＋0.24 g＝0.88 g，故C正确； $$