4.1.2化学电源-2024-2025学年高二化学上学期同步讲义 （人教版2019选择性必修1）

原电池--化学电源 第一部分：考点精要 一、化学电源概述 1、分类：化学电源常分为一次电池、二次电池和燃料电池. 2、优点：具有能量转化效率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点. 3、判断优劣标准：主要标准有比能量，即单位质量或单位体积所能输出电能的多少；比功率，即单位质量或单位体积所能输出功率的大小；以及电池可储存时间的长短. 4、回收利用：废旧电池中含重金属、酸和碱等物质，随意丢弃会污染环境、危害健康，需回收利用. 5、发展方向：小型化、供电方便、工作寿命长、无需维护的电池受青睐，如镍氢电池、锂离子电池等. 二、一次电池 1、 普通锌锰干电池 锌筒作负极，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液。放电之后不能充电，属于一次电池。 负极反应式为：Zn﹣2e- = Zn2+ 正极反应式为：2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3↑+H2O 总反应式为：Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3↑+H2O 2、 碱性锌锰电池 负极是Zn，正极是MnO₂，电解质是KOH。 负极反应式为：Zn+2OH⁻-2e⁻=Zn(OH)₂ 正极反应式为：MnO₂＋H₂O＋e⁻=MnO(OH)＋OH⁻ 总反应式为：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnO(OH)+Zn(OH)₂ 3、 银锌电池 银锌电池也叫纽扣电池，属于高能电池，Zn为负极，Ag2O为正极，NaOH为电解质溶液 负极反应式为： Zn+2OH-－2e-＝ZnO +H2O 正极反应式为：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- 总反应式为：Zn+Ag2O＝ZnO+2Ag 4、Al-Ag2O动力电池 以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，其中Ag₂O为正极，Al为负极。 电池反应为2Al＋3Ag₂O＋2KOH＋3H₂O=6Ag＋2K[Al(OH)₄] 电子由Al极经外电路流向Ag₂O极，溶液中的OH⁻向Al极迁移. 三、二次电池 1、铅酸蓄电池：负极是Pb，正极是PbO₂，电解质溶液是稀硫酸 放电时，负极反应式为Pb+SO₄²⁻－2e⁻=PbSO₄ 正极反应式为PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻＋2e⁻=PbSO₄＋2H₂O 充电时，阳极反应式为PbSO₄+2H₂O-2e⁻=PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻ 阴极反应为PbSO₄+2e⁻=Pb+SO₄²⁻. 2、 锂离子电池 负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO₂，电解质溶液为LiPF₆的碳酸酯溶液。 放电时，负极反应为LiₓC₆-xe⁻=xLi⁺＋C₆， 正极反应为Li1-XCoO₂＋xLi⁺＋xe⁻=LiCoO₂。 充电时，锂离子的移动方向与放电时相反. 四、燃料电池 原理：燃料和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。 1、 氢氧燃料电池 酸性介质中，负极反应式为H₂-2e⁻=2H⁺， 正极反应式为O₂+4H⁺+4e⁻=2H2O 碱性介质中，负极反应式为H₂+2OH--2e-=2H₂O， 正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH⁻ 2、铝 - 空气、燃料电池 负极材料为铝，正极材料石墨棒，海水可用作电解质溶液 负极反应为：Al-3e-＝Al3+ 正极反应为：2H2O+O2+4e-＝4OH- 总反应为：4Al＋3O2+6H2O＝4Al（OH）3 第二部分：题型突破 题型一：电池类型判断型 ①下列电池属于一次电池的是（ ） A.锌锰干电池 B.铅酸蓄电池 C.锂电池 D.氢氧燃料电池. 答案：A 解析：一次电池是指放电后不能再充电使其复原的电池，锌锰干电池属于一次电池。而铅酸蓄电池、锂电池可充电，属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池，不是一次电池。 ②下列化学电源属于绿色环保电池的是（ ） A. 锌锰干电池 B. 氢氧燃料电池 C. 铅蓄电池 D. 镍镉电池 答案：B 解析：氢氧燃料电池的产物是水，无污染，属于绿色环保电池。锌锰干电池含有重金属锰等，铅蓄电池含有铅等重金属，镍镉电池含有镉等重金属，这些重金属会对环境造成污染。 题型二：电池正负极判断及电极反应式书写题型 ①氢氧燃料电池在酸性介质中的负极反应式为______________，正极反应式为___________. 答案：负极：H₂-2e⁻=2H⁺；正极：O₂+4H⁺+4e⁻=2H₂O 解析：氢氧燃料电池中，氢气在负极失去电子发生氧化反应，在酸性介质中生成氢离子；氧气在正极得到电子发生还原反应，与氢离子结合生成水。 ②镁 - 过氧化氢燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，其总反应为：Mg + H2O2+H2SO4=MgSO4+2H2O，写出该电池正极和负极的电极反应式。 答案： 负极：Mg - 2e-=Mg2+ 正极：H2O2+2H++2e-=2H2O 解析：首先判断正负极，在该反应中，镁元素化合价升高，失去电子，所以镁作负极，发生氧化反应，电极反应式为Mg - 2e-=Mg2+ 。过氧化氢中氧元素化合价降低，在酸性条件下得到电子发生还原反应生成水，根据得失电子守恒和原子守恒配平，可得正极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O。 题型三：电池工作原理及电子、离子流向题型 ①碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+2MnO₂+H₂O=ZnO+2MnO(OH)，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MnO₂+e⁻+H₂O=MnO(OH)+OH⁻ 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0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g. 答案：C 解析：根据总反应式可知，锌为负极，失去电子，A正确；MnO₂为正极，得电子发生还原反应，电极反应式正确，B正确；电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极，C错误；外电路中每通过0.2mol电子，有0.1mol锌参与反应，质量减小6.5g，D正确 。 ②下列关于化学电源的叙述错误的是（ ） A. 干电池属于一次电池 B. 铅蓄电池放电时负极质量增加 C. 燃料电池的燃料在负极发生反应 D. 充电电池可以无限制地反复充电、放电 答案：D 解析：充电电池有一定的使用寿命，不能无限制地反复充电、放电，D 错误。干电池不能充电，属于一次电池，A 正确；铅蓄电池放电时负极 Pb 转化为 PbSO₄，质量增加，B 正确；燃料电池中燃料在负极失去电子发生反应，C 正确。 题型四：新型电池综合分析题型 ①关于葡萄糖--微生物燃料电池的叙述正确的是（ ） A. 该电池能够在高温下工作 B. 电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O - 24e-=6CO2↑+24H+ C. 放电过程中，H+从正极区向负极区迁移 D. 在电池反应中，每消耗 1mol 氧气，理论上能生成CO2气体 22.4L 答案：B 解析：A 选项：微生物燃料电池在高温下微生物会失去活性，不能在高温下工作，A 错误。 B 选项：葡萄糖在负极失去电子生成二氧化碳和氢离子，根据碳元素化合价变化及得失电子守恒，电极反应式为C6H12O6+6H2O - 24e-=6CO2↑+24H+，B 正确。C 选项：放电时，阳离子向正极移动，即H+从负极区向正极区迁移，C 错误。D 选项：根据电池总反应C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，每消耗 1mol 氧气，生成 1molCO2，但题中未说明标准状况，D 错误。 ②我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na - CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na=2Na2CO3+C。下列说法错误的是（ ） A. 放电时，ClO4-向负极移动 B. 充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C. 放电时，正极反应为：3CO2+4e-=2CO32- +C D. 充电时，阳极反应为：Na++e-=Na 答案：D 解析：A 选项：放电时，阴离子向负极移动，所以ClO4-向负极移动，A 正确。B 选项：根据总反应，充电时生成二氧化碳，放电时吸收二氧化碳，B 正确。C 选项：放电时，正极二氧化碳得电子生成碳酸根离子和碳，电极反应式为3CO2+4e-=2CO32 - +C，C 正确。D 选项：充电时，阳极应是碳失电子，而不是Na++e-=Na，D 错误。 ③某新型“纸”电池以碳纳米管和金属锂作为两极，电池工作时的总反应为 xLi + C（碳纳米管 ⇌ LiₓC，充电时的阴极反应式为（ ） A. LiₓC - xe⁻ = xLi⁺+ C（碳纳米管） B. xLi⁺+ C（碳纳米管）+ xe⁻ = LiₓC C. Li - e⁻ = Li⁺ D. Li⁺+ e⁻ = Li 答案：D 解析：充电时阴极发生还原反应，是锂离子得电子生成锂，反应式为 Li⁺+ e⁻ = Li。 达标检测 一、选择题 1. 下列电池中不属于一次电池的是（ ） A. 碱性锌锰电池 B. 锌银纽扣电池 C. 铅酸蓄电池 D. 锂锰电池 答案：C 解析：铅酸蓄电池属于二次电池，可以充电重复使用；而碱性锌锰电池、锌银纽扣电池、锂锰电池均属于一次电池，放电后不能再充电。 2. 氢氧燃料电池已用于航天飞机。以 30%KOH 溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H₂ + 4OH⁻- 4e⁻= 4H₂O； O₂+ 2H₂O + 4e⁻= 4OH⁻。下列说法错误的是（ ） A. 供电时的总反应是：2H₂ + O₂ = 2H₂O B. 产物为无污染的水，属于环境友好电池 C. 燃料电池的能量转化率可达 100% D. H₂在负极发生氧化反应 答案：C 解析：燃料电池的能量转化率较高，但达不到 100%，因为在能量转化过程中会有热量等其他形式能量的损耗。A 选项，根据两极反应相加可得总反应为 2H₂ + O₂ = 2H₂O；B 选项，产物是水，无污染；D 选项，H₂在负极失电子发生氧化反应。 3. 铅酸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. SO₄²⁻只向 PbO₂处移动 D. 电子由 Pb 极流向 PbO₂极 答案：D 解析：Pb 为负极，失电子被氧化，A 错误；根据总反应，反应过程中消耗硫酸，溶液 pH 增大，B 错误；SO₄²⁻向负极 Pb 处移动，C 错误；电子由负极 Pb 流向正极 PbO₂，D 正确。 4. 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO₂)晶体，在熔融状态下能传导 O²⁻。下列对该燃料电池说法正确的是（ ） A. 在熔融电解质中，O²⁻由负极移向正极 B. 电池的总反应是：2C4H10 + 13O₂= 8CO₂↑+ 10H₂O C. 通入空气的一极是正极，电极反应为：O₂ + 4e⁻ = 2O²⁻ D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e⁻ + 13O²⁻ = 4CO₂ + 5H₂O 答案：BC 解析：在熔融电解质中，O²⁻由正极移向负极，A 错误；通入空气的一极是正极，氧气得电子生成 O²⁻，电极反应为 O₂ + 4e⁻ = 2O²⁻，C 正确；通入丁烷的一极是负极，D 错误。 5. 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为 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. MnO₂是负极，电极反应为 MnO₂ + e⁻ = MnO₂⁻ C. Li 是负极，电极反应为 Li - e⁻ = Li⁺ D. Li 是负极，电极反应为 Li - 2e⁻ = Li²⁺ 答案：C 解析：Li 元素化合价升高，失电子，是负极，电极反应为 Li - e⁻ = Li⁺，C 正确，A、B、D 错误。 6. 关于化学电源的叙述，错误的是（ ） A. 化学电源均是根据原电池的工作原理设计的 B. 在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应 C. 镍氢电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵 D. 燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源 答案：C 解析：镍氢电池不能随意丢弃的主要原因是其中含有的重金属等会污染环境，而不是镍、镉资源有限价格昂贵。A 选项，化学电源工作原理基本都是原电池原理；B 选项，干电池中碳棒作正极导电材料，不参与反应；D 选项，燃料电池能量转化率高且污染小。 7. 纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为 Zn 和 Ag₂O，以 KOH 溶液为电解质溶液，电池的总反应为 Zn + Ag₂O = ZnO + 2Ag。关于该电池的叙述不正确的是（ ） A. 电子从锌极经外电路流向银极 B. 正极反应为 Ag₂O + 2e⁻ + H₂O = 2Ag + 2OH⁻ C. 使用时电子由 Ag₂O 极经外电路流向 Zn 极 D. Zn 极发生氧化反应，Ag₂O 极发生还原反应 答案：C 解析：在原电池中，电子从负极 Zn 经外电路流向正极 Ag₂O，A 正确，C 错误；正极 Ag₂O 得电子发生还原反应，电极反应为 Ag₂O + 2e⁻ + H₂O = 2Ag + 2OH⁻，B 正确；Zn 极失电子发生氧化反应，D 正确。 8. 高铁电池充电时，阳极的反应式为（ ） A. Zn(OH)₂- 2e⁻+ 2OH⁻= ZnO + 2H2O B. Fe(OH)3- 3e-+ 5OH⁻= FeO42-+ 4H2O C. 3Zn(OH)₂ - 6e⁻ = 3Zn + 6OH⁻ D. 2Fe(OH)₃ - 6e⁻ = 2Fe + 6OH⁻ 答案：B 解析：高铁电池充电时阳极是 Fe(OH)₃失电子发生氧化反应，反应式为 Fe(OH)₃ - 3e⁻+ 5OH⁻ = FeO₄²⁻+ 4H₂O。 9. 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. 该电池通常只需要换铝板就可以继续使用 答案：B 解析：正极氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，A 正确；电池工作时，电流由正极铂电极沿导线流向负极铝电极，B 错误；网状铂可增大接触面积，C 正确；铝板消耗后，更换铝板可继续使用，D 正确。 10.以甲烷燃料电池在碱性条件下为例，当电路中通过 4mol 电子时，消耗甲烷的体积（标准状况）为（ ） A. 11.2L B. 22.4L C. 33.6L D. 44.8L 答案：A 解析：碱性条件下甲烷燃料电池负极反应式为 CH₄ - 8e⁻+ 10OH⁻ = CO₃²⁻+ 7H₂O，当通过 4mol 电子时，消耗甲烷 0.5mol，标准状况下体积为 11.2L。 11. 碱性锌锰电池的总反应为：Zn + 2MnO₂+ 2H₂O = 2MnO(OH)+ Zn(OH)₂，其负极材料是（ ） A. Zn B. MnO₂ C. MnO(OH) D. Zn(OH)₂ 答案：A 解析：在原电池中，负极发生氧化反应，元素化合价升高。总反应中 Zn 元素化合价从 0 价升高到+2 价，所以负极材料是 Zn。 12. 铅蓄电池放电时，正极的电极反应式为（ ） A. Pb - 2e⁻+ SO₄²⁻ = PbSO₄ B. PbO₂+ 2e⁻+ 4H⁺+ SO₄²⁻= PbSO₄+2H₂O C. PbO₂+ 2e⁻+ SO₄²⁻ = PbSO₄+ O₂ D. Pb + 2e⁻ = Pb²⁺ 答案：B 解析：铅蓄电池放电时，正极是 PbO₂得电子发生还原反应，在酸性条件下，电极反应式为 PbO₂+ 2e⁻+ 4H⁺+ SO₄²⁻ = PbSO₄+ 2H₂O。 13. 镍氢电池的总反应式为 H₂+ 2NiO(OH)⇌ 2Ni(OH)₂，充电时阳极的反应为（ ） A. Ni(OH)₂+ OH⁻- e⁻= NiO(OH)+ H2O B. NiO(OH)+ H₂O +e⁻= Ni(OH)₂+ OH⁻ C. 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑+ 2OH⁻ D. H₂ - 2e⁻ = 2H⁺ 答案：A 解析：充电时阳极发生氧化反应，Ni(OH)₂中 Ni 元素化合价升高，反应式为 Ni(OH)2+ OH- - e⁻ = NiO(OH)+ H₂O。 14. 镁—次氯酸盐燃料电池中，次氯酸盐在正极发生反应的产物是（ ） A. Cl⁻ B. Cl₂ C. ClO₂ D. ClO₃⁻ 答案：A 解析：镁—次氯酸盐燃料电池中，正极次氯酸盐得电子发生还原反应，反应式为 ClO⁻+ H₂O + 2e⁻ = Cl⁻+ 2OH⁻，产物是 Cl⁻。 15. 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，在酸性条件下，负极的反应式为（ ） A. C6H12O6 - 24e⁻+ 6H₂O = 6CO₂↑+ 24H⁺ B. C6H12O6+ 6H₂O - 12e⁻ = 6CO₂↑+ 24H⁺ C.C6H12O6+ 6O₂ - 24e⁻ = 6CO₂↑+ 6H₂O D. C6H12O6 - 12e⁻+ 12H⁺ = 6CO₂↑+ 6H₂O 答案：A 解析：在酸性条件下，葡萄糖（C6H12O6）在负极失去电子发生氧化反应生成 CO₂，C 元素从 0 价升高到+4 价，一个葡萄糖分子失去 24 个电子，根据原子守恒和电荷守恒可得负极反应式为 C6H12O6 - 24e⁻+ 6H₂O = 6CO₂↑+ 24H⁺。 16. 一种新型燃料电池，以甲烷为燃料，KOH 为电解质溶液，其负极反应式为（ ） A. CH₄ - 8e⁻+ 10OH⁻ = CO₃²⁻+ 7H₂O B. CH₄ - 8e⁻+ 8OH⁻ = CO₂+ 6H₂O C. CH₄+ 10OH⁻ - 8e⁻ = HCO₃⁻+ 7H₂O D. CH₄+ 2H₂O - 8e⁻ = CO₂↑+ 8H⁺ 答案：A 解析：甲烷在负极失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，C 元素从-4 价升高到+4 价，一个甲烷分子失去 8 个电子，根据原子守恒和电荷守恒可得负极反应式为 CH₄ - 8e⁻+ 10OH⁻ = CO₃²⁻+ 7H₂O。 17. 固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质，在高温下允许氧离子（O²⁻）通过，其正极反应式为（ ） A. O₂+ 4e⁻ = 2O²⁻ B. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. 2H₂ - 4e⁻+ 2O²⁻ = 2H₂O D. H₂ - 2e⁻+ O²⁻ = H₂O 答案：A 解析：在固体氧化物燃料电池中，正极是氧气得电子生成氧离子，反应式为 O₂+ 4e⁻= 2O2-。 18. 钠—硫电池的总反应为 2Na + xS = Na₂Sₓ，其正极的反应式为（ ） A. Na - e⁻ = Na⁺ B. xS + 2e⁻ = Sₓ²⁻ C. 2Na - 2e⁻ = 2Na⁺ D. Sₓ - 2e⁻ = xS 答案：B 解析：总反应中 S 元素化合价降低得电子，在正极发生反应，反应式为 xS + 2e⁻= Sₓ2-。 19. 铝—空气燃料电池，以 NaCl 溶液为电解液，其负极的电极反应式为（ ） A. Al - 3e⁻ = Al³⁺ B. Al - 3e⁻+ 3OH⁻ = Al(OH)₃↓ C. Al - 3e⁻+ 4OH⁻ = AlO₂⁻+ 2H₂O D. 2Al - 6e⁻+ 6H2O = 2Al(OH)3↓+ 6H⁺ 答案：A 解析：在以 NaCl 溶液为电解液的铝—空气燃料电池中，负极铝失去电子生成铝离子，反应式为 Al - 3e⁻ = Al³⁺。 20. 锌—空气燃料电池放电时，若有 2mol 电子转移，则消耗锌的质量为（ ） A. 65g B. 32.5g C. 130g D. 97.5g 答案：A 解析：锌在负极失电子，根据 Zn - 2e⁻ = Zn²⁺，当有 2mol 电子转移时，消耗锌 1mol，质量为 65g。 21. 氢氧燃料电池用于航天飞船，其电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，当得到 1.8L 水（水的密度为 1g/mL）时，电池内转移的电子数约为（ ） A. 200mol B. 300mol C. 400mol D. 500mol 答案：A 解析：生成 1.8L 水即 1800g 水，物质的量为 100mol，根据 2H₂+ O₂ = 2H₂O ～ 4e-，生成 100mol 水转移 200mol 电子。 22. 可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，以 NaOH 溶液为电解液，正极反应式为（ ） A. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ B. O₂+ 4e⁻+ 2H₂O = 4OH⁻ C. O₂+ 4e⁻+ 4H⁺ = 2H₂O D. O₂ - 4e⁻+ 2H₂O = 4OH⁻ 答案：A 解析：在 NaOH 溶液为电解液的铝—空气燃料电池中，正极氧气得电子生成氢氧根离子，反应式为 O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。 23. 一种新型环保电池以铝合金和石墨为电极，海水为电解质溶液，其总反应为 4Al + 3O2+ 6H₂O = 4Al(OH)₃，负极的反应式为（ ） A. Al - 3e⁻ = Al³⁺ B. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. Al - 3e⁻+ 4OH⁻ = AlO₂⁻+ 2H₂O D. 4Al - 12e⁻+ 12OH⁻ = 4Al(OH)₃ 答案：A 解析：铝作负极失电子，海水呈中性，产物与水不反应。故反应式为 Al - 3e⁻ = Al³⁺ 。 二、非选择题 1. 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 （1）电池的负极是___________（填“Fe”或“Ni2O₃”）。 （2）电池放电时，负极反应式为___________________________________________________。 （3）电池充电时，阳极反应式为___________________________________________________。 （1）答案：Fe 解析：根据总反应，Fe 元素化合价升高，失电子，所以电池的负极是 Fe。 （2）答案：Fe - 2e⁻ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂ 解析：负极 Fe 失电子生成 Fe²⁺，结合电解质溶液中的 OH⁻生成 Fe(OH)₂，电极反应式为 Fe - 2e⁻ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂。 （3）答案：2Ni(OH)₂ + 2OH⁻ - 2e⁻ = Ni₂O₃ + 3H₂O 解析：充电时阳极发生氧化反应，Ni(OH)₂失电子生成 Ni₂O₃，根据电荷守恒和原子守恒可得阳极反应式为 2Ni(OH)₂ + 2OH⁻ - 2e⁻ = Ni₂O₃ + 3H₂O。 2.燃料电池是利用燃料（如 CO、H₂、CH₄等）与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷燃料电池的填空： （1）甲烷与氧气反应的化学方程式为：_____________________________________________。 （2）已知燃料电池的总反应式为 CH₄ + 2O₂ + 2KOH = K2CO₃ + 3H2O，电池中有一极的电极反应为 CH₄ + 10OH⁻ - 8e⁻ = CO₃²⁻ + 7H2O，这个电极是燃料电池的（填“正极”或“负极”），另一极的电极反应式为：_________________________________________。 （1）答案：CH₄ + 2O₂→ CO₂ + 2H₂O（条件：点燃，未写不扣分） 解析：甲烷燃烧生成二氧化碳和水。 （2）答案：负极；2O₂ + 4H2O + 8e⁻ = 8OH⁻（或O₂ + 2H2O + 4e⁻ = 4OH⁻） 解析：甲烷失电子发生氧化反应，所以该电极是负极；根据总反应式减去负极反应式可得正极反应式为 2O₂ + 4H2O + 8e⁻ = 8OH⁻。 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 原电池--化学电源 第一部分：考点精要 一、化学电源概述 1、分类：化学电源常分为 电池、 电池、 电池 2、优点：具有能量转化效率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点. 3、判断优劣标准：主要标准有 ，即单位质量或单位体积所能输出电能的多少； ，即单位质量或单位体积所能输出功率的大小；以及电池 的长短. 4、回收利用：废旧电池中含重金属、酸和碱等物质，随意丢弃会污染环境、危害健康，需回收利用. 5、发展方向：小型化、供电方便、工作寿命长、无需维护的电池受青睐，如镍氢电池、锂离子电池等. 二、一次电池 1、 普通锌锰干电池 作负极， 作正极， 作电解质溶液。放电之后不能充电，属于 电池。 负极反应式为： 正极反应式为： 总反应式为： 2、 碱性锌锰电池 负极是 ，正极是 ，电解质是 。 负极反应式为： 正极反应式为： 总反应式为： 3、 银锌电池 银锌电池也叫纽扣电池，属于高能电池， 为负极， 为正极， 为电解质溶液。 负极反应式为： 正极反应式为： 总反应式为： 4、Al-Ag2O动力电池 以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，其中Ag₂O为 极，Al为 极。 电池反应为 电子由 极经外电路流向 极，溶液中的 向 极迁移. 三、二次电池 1、铅酸蓄电池：负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 放电时，负极反应式为 正极反应式为 充电时，阳极反应式为 阴极反应为 2、 锂离子电池 负极材料为嵌 石墨，正极材料为LiCoO₂，电解质溶液为LiPF₆的碳酸酯溶液。 放电时，负极反应为 ， 正极反应为 。 充电时，锂离子的移动方向与放电时相反. 四、燃料电池 原理：燃料和氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将 能直接转化为 能。 1、 氢氧燃料电池 酸性介质中，负极反应式为 ， 正极反应式为 碱性介质中，负极反应式为 ， 正极反应式为 2、铝 - 空气、燃料电池 负极材料为 ，正极材料 ，海水可用作电解质溶液。 负极反应为： 正极反应为： 总反应为： 第二部分：题型突破 题型一：电池类型判断型 ①下列电池属于一次电池的是（ ） A.锌锰干电池 B.铅酸蓄电池 C.锂电池 D.氢氧燃料电池. ②下列化学电源属于绿色环保电池的是（ ） A. 锌锰干电池 B. 氢氧燃料电池 C. 铅蓄电池 D. 镍镉电池 题型二：电池正负极判断及电极反应式书写题型 ①氢氧燃料电池在酸性介质中的负极反应式为______________，正极反应式为___________ ②镁 - 过氧化氢燃料电池具有比能量高、安全方便等优点， 其总反应为：Mg + H2O2+H2SO4=MgSO4+2H2O，写出该电池正极和负极的电极反应式。 题型三：电池工作原理及电子、离子流向题型 ①碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+2MnO₂+H₂O=ZnO+2MnO(OH)，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MnO₂+e⁻+H₂O=MnO(OH)+OH⁻ 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0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g. ②下列关于化学电源的叙述错误的是（ ） A. 干电池属于一次电池 B. 铅蓄电池放电时负极质量增加 C. 燃料电池的燃料在负极发生反应 D. 充电电池可以无限制地反复充电、放电 题型四：新型电池综合分析题型 ①关于葡萄糖--微生物燃料电池的叙述正确的是（ ） A. 该电池能够在高温下工作 B. 电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O - 24e-=6CO2↑+24H+ C. 放电过程中，H+从正极区向负极区迁移 D. 在电池反应中，每消耗 1mol 氧气，理论上能生成CO2气体 22.4L ②我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na - CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na=2Na2CO3+C。下列说法错误的是（ ） A. 放电时，ClO4-向负极移动 B. 充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C. 放电时，正极反应为：3CO2+4e-=2CO32- +C D. 充电时，阳极反应为：Na++e-=Na ③某新型“纸”电池以碳纳米管和金属锂作为两极，电池工作时的总反应为 xLi + C（碳纳米管 ⇌ LiₓC，充电时的阴极反应式为（ ） A. LiₓC - xe⁻ = xLi⁺+ C（碳纳米管） B. xLi⁺+ C（碳纳米管）+ xe⁻ = LiₓC C. Li - e⁻ = Li⁺ D. Li⁺+ e⁻ = Li 达标检测 一、选择题 1. 下列电池中不属于一次电池的是（ ） A. 碱性锌锰电池 B. 锌银纽扣电池 C. 铅酸蓄电池 D. 锂锰电池 2. 氢氧燃料电池已用于航天飞机。以 30%KOH 溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H₂ + 4OH⁻- 4e⁻= 4H₂O； O₂+ 2H₂O + 4e⁻= 4OH⁻。下列说法错误的是（ ） A. 供电时的总反应是：2H₂ + O₂ = 2H₂O B. 产物为无污染的水，属于环境友好电池 C. 燃料电池的能量转化率可达 100% D. H₂在负极发生氧化反应 3. 铅酸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. SO₄²⁻只向 PbO₂处移动 D. 电子由 Pb 极流向 PbO₂极 4. 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO₂)晶体，在熔融状态下能传导 O²⁻。下列对该燃料电池说法正确的是（ ） A. 在熔融电解质中，O²⁻由负极移向正极 B. 电池的总反应是：2C4H10 + 13O₂= 8CO₂↑+ 10H₂O C. 通入空气的一极是正极，电极反应为：O₂ + 4e⁻ = 2O²⁻ D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e⁻ + 13O²⁻ = 4CO₂ + 5H₂O 5. 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为 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. MnO₂是负极，电极反应为 MnO₂ + e⁻ = MnO₂⁻ C. Li 是负极，电极反应为 Li - e⁻ = Li⁺ D. Li 是负极，电极反应为 Li - 2e⁻ = Li²⁺ 6. 关于化学电源的叙述，错误的是（ ） A. 化学电源均是根据原电池的工作原理设计的 B. 在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应 C. 镍氢电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵 D. 燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源 7. 纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为 Zn 和 Ag2O，以 KOH 溶液为电解质溶液，电池的总反应为 Zn + Ag₂O = ZnO + 2Ag。关于该电池的叙述不正确的是（ ） A. 电子从锌极经外电路流向银极 B. 正极反应为 Ag₂O + 2e⁻ + H₂O = 2Ag + 2OH⁻ C. 使用时电子由 Ag₂O 极经外电路流向 Zn 极 D. Zn 极发生氧化反应，Ag₂O 极发生还原反应 8. 高铁电池充电时，阳极的反应式为（ ） A. Zn(OH)₂- 2e⁻+ 2OH⁻= ZnO + 2H2O B. Fe(OH)3- 3e-+ 5OH⁻= FeO42-+ 4H2O C. 3Zn(OH)₂ - 6e⁻ = 3Zn + 6OH⁻ D. 2Fe(OH)₃ - 6e⁻ = 2Fe + 6OH⁻ 9. 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. 该电池通常只需要换铝板就可以继续使用 10.以甲烷燃料电池在碱性条件下为例，当电路中通过 4mol 电子时，消耗甲烷的体积（标准状况）为（ ） A. 11.2L B. 22.4L C. 33.6L D. 44.8L 11. 碱性锌锰电池的总反应为：Zn + 2MnO₂+ 2H₂O = 2MnO(OH)+ Zn(OH)₂，其负极材料是（ ） A. Zn B. MnO₂ C. MnO(OH) D. Zn(OH)₂ 12. 铅蓄电池放电时，正极的电极反应式为（ ） A. Pb - 2e⁻+ SO₄²⁻ = PbSO₄ B. PbO₂+ 2e⁻+ 4H⁺+ SO₄²⁻= PbSO₄+2H₂O C. PbO₂+ 2e⁻+ SO₄²⁻ = PbSO₄+ O₂ D. Pb + 2e⁻ = Pb²⁺ 13. 镍氢电池的总反应式为 H₂+ 2NiO(OH)⇌ 2Ni(OH)₂，充电时阳极的反应为（ ） A. Ni(OH)₂+ OH⁻- e⁻= NiO(OH)+ H2O B. NiO(OH)+ H₂O +e⁻= Ni(OH)₂+ OH⁻ C. 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑+ 2OH⁻ D. H₂ - 2e⁻ = 2H⁺ 14. 镁—次氯酸盐燃料电池中，次氯酸盐在正极发生反应的产物是（ ） A. Cl⁻ B. Cl₂ C. ClO₂ D. ClO₃⁻ 15. 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，在酸性条件下，负极的反应式为（ ） A. C6H12O6 - 24e⁻+ 6H₂O = 6CO₂↑+ 24H⁺ B. C6H12O6+ 6H₂O - 12e⁻ = 6CO₂↑+ 24H⁺ C.C6H12O6+ 6O₂ - 24e⁻ = 6CO₂↑+ 6H₂O D. C6H12O6 - 12e⁻+ 12H⁺ = 6CO₂↑+ 6H₂O 16. 一种新型燃料电池，以甲烷为燃料，KOH 为电解质溶液，其负极反应式为（ ） A. CH₄ - 8e⁻+ 10OH⁻ = CO₃²⁻+ 7H₂O B. CH₄ - 8e⁻+ 8OH⁻ = CO₂+ 6H₂O C. CH₄+ 10OH⁻ - 8e⁻ = HCO₃⁻+ 7H₂O D. CH₄+ 2H₂O - 8e⁻ = CO₂↑+ 8H⁺ 17. 固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质，在高温下允许氧离子（O²⁻）通过，其正极反应式为（ ） A. O₂+ 4e⁻ = 2O²⁻ B. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. 2H₂ - 4e⁻+ 2O²⁻ = 2H₂O D. H₂ - 2e⁻+ O²⁻ = H₂O 18. 钠—硫电池的总反应为 2Na + xS = Na₂Sₓ，其正极的反应式为（ ） A. Na - e⁻ = Na⁺ B. xS + 2e⁻ = Sₓ²⁻ C. 2Na - 2e⁻ = 2Na⁺ D. Sₓ - 2e⁻ = xS 19. 铝—空气燃料电池，以 NaCl 溶液为电解液，其负极的电极反应式为（ ） A. Al - 3e⁻ = Al³⁺ B. Al - 3e⁻+ 3OH⁻ = Al(OH)₃↓ C. Al - 3e⁻+ 4OH⁻ = AlO₂⁻+ 2H₂O D. 2Al - 6e⁻+ 6H2O = 2Al(OH)3↓+ 6H⁺ 20. 锌—空气燃料电池放电时，若有 2mol 电子转移，则消耗锌的质量为（ ） A. 65g B. 32.5g C. 130g D. 97.5g 21. 氢氧燃料电池用于航天飞船，其电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，当得到 1.8L 水（水的密度为 1g/mL）时，电池内转移的电子数约为（ ） A. 200mol B. 300mol C. 400mol D. 500mol 22. 可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，以 NaOH 溶液为电解液，正极反应式为（ ） A. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ B. O₂+ 4e⁻+ 2H₂O = 4OH⁻ C. O₂+ 4e⁻+ 4H⁺ = 2H₂O D. O₂ - 4e⁻+ 2H₂O = 4OH⁻ 23. 一种新型环保电池以铝合金和石墨为电极，海水为电解质溶液，其总反应为 4Al + 3O2+ 6H₂O = 4Al(OH)₃，负极的反应式为（ ） A. Al - 3e⁻ = Al³⁺ B. O₂+ 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. Al - 3e⁻+ 4OH⁻ = AlO₂⁻+ 2H₂O D. 4Al - 12e⁻+ 12OH⁻ = 4Al(OH)₃ 原电池--化学电源 班级： 姓名： 总分： . 选择题答题卡 选择题分数： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 二、非选择题 1. 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 （1）电池的负极是___________（填“Fe”或“Ni2O₃”）。 （2）电池放电时，负极反应式为___________________________________________________。 （3）电池充电时，阳极反应式为___________________________________________________。 2.燃料电池是利用燃料（如 CO、H₂、CH₄等）与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷燃料电池的填空： （1）甲烷与氧气反应的化学方程式为：_____________________________________________。 （2）已知燃料电池的总反应式为 CH₄ + 2O₂ + 2KOH = K2CO₃ + 3H2O，电池中有一极的电极反应为 CH₄ + 10OH⁻ - 8e⁻ = CO₃²⁻ + 7H2O，这个电极是燃料电池的（填“正极”或“负极”），另一极的电极反应式为：_________________________________________。 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$