6.3 化学能与电能的转化（第2课时 化学电源）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题6 化学反应与能量变化 第三单元 化学能与电能的转化 第2课时 化学电源 版块导航 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．了解一次电池、二次电池、燃料电池等化学电池的特点及在生活中的应用。 2．掌握构成化学电源的基本要素，了解常见化学电源的工作原理。 3．知道电解池的概念，了解电解在物质制备中的应用。 重难点：一次电池、二次电池、燃料电池等化学电池的特点；化学电源电极反应式的书写。 一、化学电源 1．化学电源 (1)利用原电池原理，将________直接转化为________。化学电源的能量转化率比燃料燃烧________。 (2)化学电源有________电池、________电池和________电池等。________电池用过之后不能复原，________电池充电后能继续使用。 2．常见的化学电源 (1)一次电池(干电池)——锌锰干电池 电池反应 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 构造示意图　 工作原理 负极 ________ Zn－2e－===Zn2＋ 锌被________，逐渐消耗 正极 ________ ________被还原 电解质 氯化铵 (2)二次电池(充电电池) ①铅蓄电池：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，常用于机动车辆。 负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是____________。 ②镍氢电池：NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O。 负极材料是___________(常用MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)，正极材料是泡沫氧化镍，电解质溶液是________________。 ③银锌纽扣电池Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。 ________作负极，________作正极，电解质溶液为________________。 ④锂离子电池是笔记本电脑、手机等数码产品中使用最为广泛的电池。 (3)燃料电池 ①燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率________、能量转化率________。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。 ②氢氧燃料电池： 在负极上发生氧化反应的是________，在正极上发生还原反应的是________，产物是________。 以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：________________________________ (________反应)； 正极：________________________________(________反应)； 电池反应：________________________________。 二、电解在物质制备中的应用 1．电解池的概念 将________能转化为________能的装置。 2．电解在物质制备中的应用 (1)电解水制氢气和氧气 化学方程式为________________________________________。 (2)电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 化学方程式为________________________________________。 (3)电解制取金属 ①电解熔融的氧化铝制备铝 阴极反应式：________________________； 阳极反应式：________________________； 总反应式：________________________。 ②电解制备其他活泼金属 电解熔融的________、________、________可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。 (4)通常条件下无法自发进行的化学反应可通过________的方法实现。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(　 　) (2)干电池放电之后可以再充电(　 　) (3)充电电池可以无限制地反复充电、放电(　 　) (4)二次电池充电时化学能转化为电能(　 　) (5)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　 　) (6)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　 　) (7)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高(　 　) (8)活泼金属的冶炼常用电解法(　 　) (9)原电池将化学能转化为电能，而电解池将电能转化为化学能(　 　) 2．对化学电源的叙述正确的是(　　) A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高 B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位 C．化学电源均是安全、无污染的 D．化学电源即为可充电电池 3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（ ） A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 4．下列说法正确的是(　　) A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池 B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C．化学电池的反应基础是氧化还原反应 D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2 5．下列说法正确的是(　　) A．电解熔融氧化铝制取金属铝，氧化铝只被还原 B．电解熔融NaCl制取Na，在阴极得到Na C．电解水时，在相同条件下，阴极和阳极产生的气体体积之比为1∶2 D．电解食盐水也可以得到Na单质 6．写出下列电池的正、负极反应式。 (1)银锌纽扣电池：Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag 负极：________________________________； 正极：________________________________。 (2)镍氢电池：NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O 负极：________________________________； 正极：________________________________。 (3)铅蓄电池放电时正极、负极电极反应式分别为 负极：________________________________________________； 正极：________________________________________________。 7．写出下列燃料电池的正、负极反应式和总反应。 (1)氢氧酸性燃料电池 负极：________________________________；正极：________________________________； 总反应：________________________________。 (2)CH4酸性燃料电池 负极：________________________________；正极：________________________________； 总反应：________________________________。 (3)甲醇-空气碱性燃料电池 负极：________________________________；正极：________________________________； 总反应：________________________________。 (4)铝-空气燃料电池(NaOH溶液为电解质溶液) 负极：________________________________；正极：________________________________； 总反应：________________________________________。 ►问题一 常见的化学电源 【典例1】某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．锌筒是原电池的正极 B．石墨电极上发生氧化反应 C．铵根离子流向石墨电极 D．电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒 【变式1-1】镍氢电池放电时的总反应是H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池放电时，氢元素被还原 D．电池放电时，通入H2的一极是负极 【变式1-2】镍-镉(Ni-Cd)可充电电池的总反应为Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，放电时该电池的负极材料是(　　) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 ►问题二 燃料电池和电极反应式的书写 【典例2】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电流由a极流向b极 B．溶液中的OH－向b极移动 C．a极的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【解题必备】 1．原电池电极反应式书写要点 (1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 (2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。 (3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 2．电极反应式的书写方法 (1)负极反应式的书写 先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 (2)正极反应式的书写 ①首先判断在正极发生反应的物质 当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒； 当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。 ②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 【变式2-1】某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，该电池用30%H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法正确的是(　　) A．该电池工作时，正极区域溶液pH上升 B．a电极为负极，发生还原反应 C．正极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池能够将化学能全部转化为电能且产物是水，属于环境友好电池 【变式2-2】有人设计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，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。 (1)负极材料是________，电极反应为______________________________________。 (2)正极材料是________，电极反应为______________________________________。 1．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　) 碱性锌锰电池 铅－硫酸蓄电池 原电池 银锌纽扣电池 A．图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag 2．银锌纽扣电池如图所示，其电池的总反应式为Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。 下列说法不正确的是(　　) A．锌作负极，发生氧化反应 B．正极为Ag2O，发生还原反应 C．电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn D．负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ 3．铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O，则下列说法不正确的是(　　) A．电池工作时，负极反应式：Pb－2e－===Pb2＋ B．铅蓄电池是二次电池，放电时是化学能转化为电能 C．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 D．电池工作时，溶液中H＋移向PbO2板 4．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。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极上发生还原反应 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 5．手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　) A．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO B．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋ C．电池内部产生的MnO向锂电极移动 D．钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多 6．燃料电池是目前电池研究的热点之一。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。下列叙述错误的是(　　) A．a极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b极发生的电极反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．电池总反应为2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 7．一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe＋2O2===Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．Fe极为电池正极 B．KOH溶液为电池的电解质溶液 C．电子由多孔碳极沿导线移向Fe极 D．5.6 g Fe参与反应，导线中转移1.204×1023个电子 8．下列说法错误的是(　　) A．电解水可以制得氢气和氧气 B．电解饱和食盐水可以制得钠和氯气 C．电解熔融的氧化铝可以制得金属铝 D．手机充电时电能转化为化学能 9．一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入，将化学能转化为电能，被称为“21世纪的绿色发电站”。下列关于这种燃料电池的说法不正确的是(　　) A．通入空气的一极为正极 B．H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧，放出大量的热，然后电池将热能转化为电能 C．电池实际运行时的电解液应选择碱性溶液 D．电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 10．氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题： (1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。 (2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。 (3)电子从________(填“Al”或“Cl”)极流向________极(填“正”或“负”)。 (4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_______NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。 1．随着环保整治的逐渐推进，乙醇作为一种燃料逐渐走进人们的视野，如“乙醇汽油”“乙醇电池”等。如图是一种新型的乙醇电池的工作示意图，该电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．a极为正极，b极为负极 B．负极反应式为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ C．反应中转移6 mol电子时，正极消耗33.6 L O2 D．该燃料电池工作一段时间后，酸性增强 2．热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和PbSO4为电极材料，以无水LiCl-KCl为电解质，电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法不正确的是(　　) A．PbSO4电极发生还原反应 B．负极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋ C．放电时，K＋向负极移动 D．每转移1 mol电子，正极质量减少48 g 3．锌-空气电池装置如图所示，该电池的核心是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)，KOH溶液为电解质溶液，放电时总反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=== 2Zn(OH)，下列有关说法正确的是(　　) A．放电时电解质溶液中OH－向正极移动 B．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气11.2 L C．发生OER反应的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ D．在电池放电过程中，空气进入电池，发生ORR反应，释放OH－ 4．一种肼(N2H4)-空气碱性燃料电池工作原理如图所示(已知阴离子交换膜只允许阴离子通过)。下列说法错误的是(　　) A．a为空气，b为N2H4 B．M电极为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．电路中通过1 mol电子时，同时有1 mol OH－从左室通过阴离子交换膜移到右室 D．当有16 g N2H4完全反应生成N2，消耗标准状况下11.2 L O2 5．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，氧气从______(填“a”或“b”)口通入，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。 (2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为 A极：2H2＋2O2－－4e－===2H2O B极：O2＋4e－===2O2－ 则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。 (3)若将(1)中燃料电池改为甲烷-空气燃料电池，工作时，负极反应式为________________________，电池总反应式为__________________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题6 化学反应与能量变化 第三单元 化学能与电能的转化 第2课时 化学电源 版块导航 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．了解一次电池、二次电池、燃料电池等化学电池的特点及在生活中的应用。 2．掌握构成化学电源的基本要素，了解常见化学电源的工作原理。 3．知道电解池的概念，了解电解在物质制备中的应用。 重难点：一次电池、二次电池、燃料电池等化学电池的特点；化学电源电极反应式的书写。 一、化学电源 1．化学电源 (1)利用原电池原理，将化学能直接转化为电能。化学电源的能量转化率比燃料燃烧高得多。 (2)化学电源有一次电池、二次电池和燃料电池等。一次电池用过之后不能复原，二次电池充电后能继续使用。 2．常见的化学电源 (1)一次电池(干电池)——锌锰干电池 电池反应 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 构造示意图　 工作原理 负极 锌筒 Zn－2e－===Zn2＋ 锌被氧化，逐渐消耗 正极 石墨棒 MnO2被还原 电解质 氯化铵 (2)二次电池(充电电池) ①铅蓄电池：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，常用于机动车辆。 负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 ②镍氢电池：NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O。 负极材料是贮氢合金(常用MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)，正极材料是泡沫氧化镍，电解质溶液是氢氧化钾溶液。 ③银锌纽扣电池Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。 锌作负极，Ag2O作正极，电解质溶液为氢氧化钾溶液。 ④锂离子电池是笔记本电脑、手机等数码产品中使用最为广泛的电池。 (3)燃料电池 ①燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。 ②氢氧燃料电池： 在负极上发生氧化反应的是H2，在正极上发生还原反应的是O2，产物是H2O。 以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O (氧化反应)； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)； 电池反应：2H2＋O2===2H2O。 二、电解在物质制备中的应用 1．电解池的概念 将电能转化为化学能的装置。 2．电解在物质制备中的应用 (1)电解水制氢气和氧气 化学方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。 (2)电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 (3)电解制取金属 ①电解熔融的氧化铝制备铝 阴极反应式：Al3＋＋3e－===Al； 阳极反应式：2O2－－4e－===O2↑； 总反应式：2Al2O34Al＋3O2↑。 ②电解制备其他活泼金属 电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。 (4)通常条件下无法自发进行的化学反应可通过电解的方法实现。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(　×　) (2)干电池放电之后可以再充电(　×　) (3)充电电池可以无限制地反复充电、放电(　×　) (4)二次电池充电时化学能转化为电能(　×　) (5)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　×　) (6)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　×　) (7)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高(　√　) (8)活泼金属的冶炼常用电解法(　√　) (9)原电池将化学能转化为电能，而电解池将电能转化为化学能(　√　) 2．对化学电源的叙述正确的是(　　) A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高 B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位 C．化学电源均是安全、无污染的 D．化学电源即为可充电电池 答案 A 解析 由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中转环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。 3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（ ） A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 答案 C 解析 A选项，碳棒是惰性电极，作正极，不会发生反应，负极为Zn，要参加电极反应，Zn电极被腐蚀，错误；B选项，氢氧燃料电池是将化学能转化为电能，错误；C选项，氢气作还原剂，在负极被氧化，正确；D选项，太阳能电池的主要材料是晶体硅，错误。 4．下列说法正确的是(　　) A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池 B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C．化学电池的反应基础是氧化还原反应 D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2 答案 C 解析 碱性锌锰干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池，铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。 5．下列说法正确的是(　　) A．电解熔融氧化铝制取金属铝，氧化铝只被还原 B．电解熔融NaCl制取Na，在阴极得到Na C．电解水时，在相同条件下，阴极和阳极产生的气体体积之比为1∶2 D．电解食盐水也可以得到Na单质 答案　B 解析　电解熔融氧化铝时，Al2O3中Al元素化合价降低，O元素化合价升高，Al2O3既被氧化又被还原，A项错误；电解熔融NaCl时，Na＋在阴极得到电子， 被还原为钠，B项正确；电解水时阳极上产生O2，阴极上产生H2，相同条件下，V(O2)∶V(H2)＝1∶2，C项错误；电解饱和食盐水的产物是NaOH溶液和H2、Cl2，不能得到Na单质，D项错误。 6．写出下列电池的正、负极反应式。 (1)银锌纽扣电池：Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag 负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 (2)镍氢电池：NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O 负极：MH－e－＋OH－===M＋H2O； 正极：NiO(OH)＋e－===NiO＋OH－。 (3)铅蓄电池放电时正极、负极电极反应式分别为 负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)； 正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。 7．写出下列燃料电池的正、负极反应式和总反应。 (1)氢氧酸性燃料电池 负极：H2－e－===2H＋；正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 总反应：2H2＋O2===2H2O。 (2)CH4酸性燃料电池 负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋；正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 (3)甲醇-空气碱性燃料电池 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－； 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。 (4)铝-空气燃料电池(NaOH溶液为电解质溶液) 负极：Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 总反应：4Al＋4OH－＋3O2===4AlO＋2H2O。 ►问题一 常见的化学电源 【典例1】某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．锌筒是原电池的正极 B．石墨电极上发生氧化反应 C．铵根离子流向石墨电极 D．电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒 答案　C 解析　锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨棒作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，A、B错误；原电池中阳离子向正极移动，故铵根离子流向石墨电极，C正确；电子经导线由负极锌筒流向石墨棒，D错误。 【变式1-1】镍氢电池放电时的总反应是H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池放电时，氢元素被还原 D．电池放电时，通入H2的一极是负极 答案　D 解析　电池放电时，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，所以负极周围溶液的氢氧根离子减少，溶液的pH减小，A错误；电池放电时，正极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===OH－＋Ni(OH)2，镍元素被还原，B错误；电池放电时，H2是负极，氢元素化合价升高，被氧化，C错误、D正确。 【变式1-2】镍-镉(Ni-Cd)可充电电池的总反应为Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，放电时该电池的负极材料是(　　) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 答案　A 解析　放电时，Cd由0价到＋2价，失电子，故负极材料为Cd。 ►问题二 燃料电池和电极反应式的书写 【典例2】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电流由a极流向b极 B．溶液中的OH－向b极移动 C．a极的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案　D 解析　氧气在b极发生还原反应，则b极为正极，电流由正极流向负极，则电流由b极流向a极，A项错误；溶液中的阴离子会移向负极，故OH－向a极移动，B项错误；a极通入氨气生成氮气，电解质溶液显碱性，则a极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，C项错误；b极通入氧气，氧气得电子被还原，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D项正确。 【解题必备】 1．原电池电极反应式书写要点 (1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 (2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。 (3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 2．电极反应式的书写方法 (1)负极反应式的书写 先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 (2)正极反应式的书写 ①首先判断在正极发生反应的物质 当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒； 当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。 ②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 【变式2-1】某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，该电池用30%H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法正确的是(　　) A．该电池工作时，正极区域溶液pH上升 B．a电极为负极，发生还原反应 C．正极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池能够将化学能全部转化为电能且产物是水，属于环境友好电池 答案　A 解析　正极上的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，氢离子浓度减小，该电池工作时，正极区域溶液pH上升，A正确；该装置为原电池，通入氢气的一极为负极，a电极为负极，失电子，发生氧化反应，B错误；b电极通入氧气，氧气发生得电子的还原反应，作正极，酸性条件下，正极上的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；该电池能量转化率高，但不能全部转化，且产物是水，属于环境友好电池，D错误。 【变式2-2】有人设计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，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。 (1)负极材料是________，电极反应为______________________________________。 (2)正极材料是________，电极反应为______________________________________。 答案 (1)锌　2Zn－4e－=2Zn2＋ (2)铂　O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 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＋4e－＋2H2O===4OH－；负极的反应为2Zn－4e－===2Zn2＋。 1．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　) 碱性锌锰电池 铅－硫酸蓄电池 原电池 银锌纽扣电池 A．图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag 答案　D 解析　MnO2的作用是作氧化剂，A错误；Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4被消耗，浓度减小，B错误；正极析出铜，Cu2＋浓度减小，C错误；负极Zn→Zn2＋，发生氧化反应，Zn作还原剂；正极Ag2O→Ag，发生还原反应，Ag2O是氧化剂，D正确。 2．银锌纽扣电池如图所示，其电池的总反应式为Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。 下列说法不正确的是(　　) A．锌作负极，发生氧化反应 B．正极为Ag2O，发生还原反应 C．电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn D．负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ 答案　D 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，所以负极电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故D错误。 3．铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O，则下列说法不正确的是(　　) A．电池工作时，负极反应式：Pb－2e－===Pb2＋ B．铅蓄电池是二次电池，放电时是化学能转化为电能 C．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 D．电池工作时，溶液中H＋移向PbO2板 答案　A 解析　负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，故A错误。 4．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。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极上发生还原反应 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 答案　C 解析　由电池总反应可知，Zn失去电子生成Zn(OH)2，故A正确；MnO2为原电池的正极，发生还原反应，故B正确；原电池中，电子由负极通过外电路流向正极，故C错误；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，消耗1 mol Zn转移2 mol电子，若转移0.2 mol电子，消耗0.1 mol Zn，质量为6.5 g，故D正确。 5．手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　) A．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO B．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋ C．电池内部产生的MnO向锂电极移动 D．钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多 答案　C 解析　由锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2可知Li失去电子，Li作负极，正极上MnO2得到电子，正极反应为MnO2＋e－===MnO，故A错误；电池内部产生的MnO向负极即锂电极移动，故C正确；钠和锂为同主族元素，相同物质的量的Na和Li失电子数相同，Li的相对原子质量较小，则相同质量的钠作电极比锂失电子数少，提供的电能少，故D错误。 6．燃料电池是目前电池研究的热点之一。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。下列叙述错误的是(　　) A．a极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b极发生的电极反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．电池总反应为2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 答案　B 解析　A项，a极通入H2，为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生的是氧化反应，正确；B项，b极通入O2，为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；C项，正、负极电极反应式相加可得，电池总反应为2H2＋O2===2H2O，正确；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，正确。 7．一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe＋2O2===Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．Fe极为电池正极 B．KOH溶液为电池的电解质溶液 C．电子由多孔碳极沿导线移向Fe极 D．5.6 g Fe参与反应，导线中转移1.204×1023个电子 答案　B 解析　该电池中铁失去电子，为电池负极，A项错误；电子由Fe极沿导线移向多孔碳极，C项错误；根据电池反应3Fe＋2O2===Fe3O4，可知，3 mol铁参与反应时转移8 mol电子，故5.6 g Fe参与反应，导线中转移1.605×1023个电子，D项错误。 8．下列说法错误的是(　　) A．电解水可以制得氢气和氧气 B．电解饱和食盐水可以制得钠和氯气 C．电解熔融的氧化铝可以制得金属铝 D．手机充电时电能转化为化学能 答案　B 解析　电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2，电解熔融NaCl可以得到Na和Cl2，B项错误。 9．一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入，将化学能转化为电能，被称为“21世纪的绿色发电站”。下列关于这种燃料电池的说法不正确的是(　　) A．通入空气的一极为正极 B．H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧，放出大量的热，然后电池将热能转化为电能 C．电池实际运行时的电解液应选择碱性溶液 D．电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案　B 解析　正极上得电子发生还原反应，元素的化合价降低，所以通入氧化剂空气的电极为正极，A项正确；燃料电池将化学能转化为电能，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得电子发生还原反应，发生的总反应与燃烧反应相同，但能量的转化与燃烧反应不同，B项错误；该反应中有二氧化碳生成，如果用非碱性溶液作电解液，生成的二氧化碳气体会造成内部的压强增大，有安全隐患，所以用碱性溶液作电解质溶液，C项正确；用碱液作电解液，正极上氧气得电子并和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D项正确。 10．氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题： (1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。 (2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。 (3)电子从________(填“Al”或“Cl”)极流向________极(填“正”或“负”)。 (4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_______NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。 答案 (1)正　(2)负　(3)Al　正　(4)0.9 解析 判断原电池的正负极首先要分析题中所给信息，此题所给信息是具体反应物，根据具体反应物间的相互反应式2Al＋3Cl2=2AlCl3，可知Cl2得电子在正极反应，Al失电子在负极反应，所以通入Cl2(g)的电极是正极，投入Al(s)的电极是负极，电子由负极(Al)流向正极。8.1 g Al(s)的物质的量为＝0.3 mol，每摩尔Al反应转移3 mol电子，0.3 mol Al反应电路中通过的电子数为3NA×0.3＝0.9NA。 1．随着环保整治的逐渐推进，乙醇作为一种燃料逐渐走进人们的视野，如“乙醇汽油”“乙醇电池”等。如图是一种新型的乙醇电池的工作示意图，该电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．a极为正极，b极为负极 B．负极反应式为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ C．反应中转移6 mol电子时，正极消耗33.6 L O2 D．该燃料电池工作一段时间后，酸性增强 答案　B 解析　依据质子(H＋)向正极移动，可确定a极为负极，b极为正极，A项错误；在电池负极，C2H5OH在酸性电解质溶液中失电子，生成二氧化碳等，负极反应式为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，B项正确；正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当反应中转移6 mol电子时，正极消耗1.5 mol O2，但由于温度、压强未知，所以O2的体积不一定是33.6 L，C项错误；由电池总反应C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O可知，该燃料电池工作一段时间后，H＋的物质的量不变，但溶剂的质量增加，所以溶液的酸性减弱，D项错误。 2．热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和PbSO4为电极材料，以无水LiCl-KCl为电解质，电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法不正确的是(　　) A．PbSO4电极发生还原反应 B．负极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋ C．放电时，K＋向负极移动 D．每转移1 mol电子，正极质量减少48 g 答案　C 解析　放电时，原电池电解质溶液中的阳离子移向正极。 3．锌-空气电池装置如图所示，该电池的核心是驱动氧化还原反应(ORR)和析氧反应(OER)，KOH溶液为电解质溶液，放电时总反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=== 2Zn(OH)，下列有关说法正确的是(　　) A．放电时电解质溶液中OH－向正极移动 B．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气11.2 L C．发生OER反应的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ D．在电池放电过程中，空气进入电池，发生ORR反应，释放OH－ 答案　D 解析　原电池中阴离子向负极移动，故放电时电解质溶液中OH－向负极移动，A错误；没有说明是标况，不能计算氧气体积，B错误；反应在碱性条件下进行，发生OER反应的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C错误；空气进入电池，氧气得到电子发生还原反应，发生ORR反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正确。 4．一种肼(N2H4)-空气碱性燃料电池工作原理如图所示(已知阴离子交换膜只允许阴离子通过)。下列说法错误的是(　　) A．a为空气，b为N2H4 B．M电极为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．电路中通过1 mol电子时，同时有1 mol OH－从左室通过阴离子交换膜移到右室 D．当有16 g N2H4完全反应生成N2，消耗标准状况下11.2 L O2 答案　B 解析　燃料电池通入燃料的一极为负极，电子从负极流出，故 b为N2H4，A正确；此电池为碱性燃料电池，M为正极，则电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B不正确；燃料电池中，阴离子移向负极，根据得失电子守恒，有关系式e－～OH－，则电路中通过1 mol电子时，同时有1 mol OH－从左室正极区通过阴离子交换膜移到右室负极区，C正确；负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，根据得失电子守恒，N2H4～4e－～O2，当有1 mol即32 g N2H4完全反应生成N2，消耗1 mol O2，则当有16 g N2H4完全反应生成N2，消耗0.5 mol O2，标准状况下为11.2 L，D正确。 5．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，氧气从______(填“a”或“b”)口通入，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。 (2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为 A极：2H2＋2O2－－4e－===2H2O B极：O2＋4e－===2O2－ 则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。 (3)若将(1)中燃料电池改为甲烷-空气燃料电池，工作时，负极反应式为________________________，电池总反应式为__________________________________________________。 答案　(1)b　负　(2)负　流出 (3)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O 解析　(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，X是负极，Y是正极，氧气应通入正极。 (2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，应该是电池的负极，电子从该极流出。(3)甲烷-空气燃料电池，通甲烷的一极(X)为负极，通空气的一极(Y)为正极，电池总反应式为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$