05 第1章 第2节 第2课时 化学电源(基础课)-【名师导航】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步课件(鲁科版)

第2课时　化学电源(基础课) 第1章　化学反应与能量转化 第2节　化学能转化为电能——电池 旧知 回顾 3．常见化学电池 (1)干电池：属于 一次电池，如锌锰电池。 (2)充电电池：又称 二次电池，如铅蓄电池、锂离子电池。 (3)燃料电池：能量转换效率高、能长时间提供电能。 第2课时　化学电源(基础课) 一、化学电源 1．概念：是将______能直接转化为____能的实用装置。 2．分类 3．化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的________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。废弃电池要进行回收利用。 必备知识　自主预习 化学 电 一次 二次 燃料 重金属 第2课时　化学电源(基础课) 二、常见化学电源 1．锌锰干电池 项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 ______作负极，______作正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2+ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极 2MnO2＋＋2e－ ===Mn2O3＋2NH3＋H2O 2MnO2＋2H2O＋2e－=== 2MnOOH＋2OH－ 电池 反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl ===2NH3＋ZnCl2 ＋Mn2O3＋H2O Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH 锌筒 石墨 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 2．铅蓄电池 (1)电极材料 (2)电解质溶液：________溶液。 铅 二氧化铅 H2SO4 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) (3)原理 (4)特点：性能优良，造价低，可多次充放电；单位质量电池释放的电能少。 Pb＋－2e－===PbSO4 PbO2＋4H＋＋===2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O PbSO4＋2e－===Pb＋ PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋ 2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 3．氢氧燃料电池 (1)原理(电极反应及电池反应)。 项目 酸性燃料电池 碱性燃料电池 电极 石墨电极材料 电解质 磷酸等酸性溶液 KOH等碱性溶液 电极反应 负极 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池反应 2H2＋O2===2H2O (2)特点：能量利用效率高、可连续使用和污染轻等。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)手机、手提电脑使用的电池为一次电池。 (　　) (2)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池工作时，负极反应相同。 (　　) (3)铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。 (　　) (4)氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。 (　　) (5) 燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料和氧气分别在两极发生反应。 (　　) × × × √ √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 一种碳纳米管(里面储存有H2)二次电池的装置如图所示。 关键能力　情境探究 二次电池的工作原理 第2课时　化学电源(基础课) 1．放电时的电极反应如何书写？ 提示：负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O 正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 2．充电时的电极反应如何书写？ 提示：阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 3．电池反应方程式如何书写？电池充电时，外接电源的负极连接二次电池的哪个电极？ 提示： 　　　　　　　　　　　　　　　　阴极。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．可充电电池的思维模型 充电时电极连接可简记：负接负，正接正。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 2．可充电电池电极反应式的特点 放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆反应； 放电时正极反应式与充电时阳极反应式互为逆反应。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 【例1】　为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)　　　　 ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 下列说法错误的是(　　) A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l) D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) D　[A项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。] [母题发散] (1)放电一段时间后，电池中的电解质溶液的浓度怎样变化？ (2)放电过程中正极区和负极区溶液的酸碱性怎样变化？ 提示：(1)浓度增大。因为电池在放电过程中消耗水，导致溶液的浓度增大。 (2)根据电极反应式可以判断正极区溶液的碱性增强，负极区溶液的碱性减弱。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．(双选)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。下列说法正确的是(　　) A．放电时，向正极移动 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===＋C D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na √ √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) BC　[电池放电时向负极移动，A项错误；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应为3CO2＋4e－===＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。] 2．一种锂硫电池的总反应为16Li＋S8　　　8Li2S，该电池的装置如图甲所示，充、放电过程中物质的转化关系如图乙所示。该装置工作时，下列叙述错误的是(　　) 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) A．放电时，M电极的电势比N电极的高 B．放电时，Li＋通过阳离子交换膜到达M电极附近 C．充电时，M极反应式为8Li2S－16e－===S8＋16Li＋ D．充电时，1 mol Li2S4转化为Li2S6电路中通过2 mol 电子 √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) D　[根据锂硫电池的总反应为16Li＋S8　　　 8Li2S可知，放电时，Li元素化合价由0价变为＋1价，则Li所在的N电极是负极，S8所在M电极是正极，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极电极反应式为S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，充电时为电解池，阳极、阴极电极反应式与原电池正极、负极电极反应式正好相反，放电时，阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，充电时，阳离子移向阴极、阴离子移向阳极。放电时为原电池，N电极是负极，M电极是正极， 放电时，M电极的电势比N电极的高，A正确；原电池中阳离子向正极移动，放电时，M电极是正极，Li＋通过阳离子交换膜到达M电极附近，B正确；充电时为电解池，M电极为阳极，N电极为阴极，放电时正极反应式为S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，充电时M极反应式为8Li2S－16e－===S8＋16Li＋，C正确；充电时阳极反应式为3Li2S4－2e－===2Li2S6＋2Li＋，1 mol Li2S4转化为Li2S6电路中通过 mol电子，D错误。] 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油]，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-。 常见燃料电池的比较 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．该电池放电时的电池反应方程式如何书写？ 提示：该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应：C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。 2．该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？ 提示：该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O2＋4e－===2O2-。负极失去电子发生氧化反应。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 3．固体电解质里的O2-的移动方向是怎样的？ 提示：原电池中阴离子O2-向负极移动。 4．若分别用KOH溶液和稀硫酸代替固体电解质，则放电时负极电极反应如何书写？ 提示：C9H20＋74OH－－56e－===＋47H2O；C9H20＋18H2O－56e－===9CO2＋56H＋。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．常见的四种典型燃料电池 名称 电解质 电极反应和总反应 氢氧 燃料 电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 总反应：2H2＋O2===2H2O H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋ 总反应：2H2＋O2===2H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 名称 电解质 电极反应和总反应 甲烷 燃料 电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O 甲醇 燃料 电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 名称 电解质 电极反应和总反应 肼燃 料电池　 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 2．燃料电池电极反应式的书写 正极 通入的气体一般是氧气。 (1)在酸性溶液中，其电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O； (2)在碱性及中性溶液中，其电极反应为O2＋4e－＋2H2O=== 4OH－； (3)在熔融碳酸盐中，其电极反应为O2＋2CO2＋4e－=== 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 负极 通入的是燃料。书写步骤：确定还原剂(燃料)和氧化产物→ 确定转移电子数→据电荷守恒确定离子种类及系数→据原子守恒确定缺项物质种类及系数 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 【例2】　原电池是化学对人类的一项重大贡献。 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) (1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： ①电池的负极是_____(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为___________________________________。 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”)。 a CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O 减小 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) (2)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做电解质，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，其负极反应为2CO＋－4e－===4CO2。 ①正极反应是___________________________________________； ②电池总反应是_________________________________________。 O2＋2CO2＋4e－=== 2CO＋O2===2CO2 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) [解析]　(1)甲烷在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)正极发生还原反应，故正极电极反应为O2＋2CO2＋4e－===，根据正极反应与负极反应可推知电池总反应为2CO＋O2===2CO2。 1．硫化氢－空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合，已知：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJ·mol-1，下列说法正确的是(　　) 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) A．电子从电极b流出，经负载流向电极a B．当电极a的质量增加64 g时，电池内部释放632 kJ的热能 C．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．标准状况下，每11.2 L H2S参与反应，有1 mol H＋经固体电解质膜进入负极区 √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) C　[电极a上H2S失电子生成S2，为电池的负极，电极b上氧气得电子生成水，为正极，电子由负极流向正极，A错误；当电极a的质量增加64 g时，即生成1 mol S2(s)，反应中化学能主要转化为电能，则电池内部释放的热能远小于632 kJ，B错误；该电池是质子固体作电解质，所以电极b反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；由电极反应式2H2S－4e－===4H＋＋S2可知，标准状况下，每11.2 L H2S 物质的量＝＝0.5 mol，0.5 mol H2S 参与反应，有 1 mol H＋经固体电解质膜进入正极区，D错误。] 2．常用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作 原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电子从左侧Pt电极经导线转移到右侧Pt电极 B．该电池工作时质子从左池经交换膜向右池迁移 C．负极反应式：CH3CH2OH－4e－＋4OH－=== CH3COOH＋3H2O D．每消耗标准状况下2.24 L O2时理论上生成 0.1 mol CH3COOH √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) C　[乙醇酸性燃料电池中，乙醇发生失电子的氧化反应生成醋酸，则乙醇所在铂电极为负极、O2所在的铂电极为正极，负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，O2所在的铂电极为正极、发生得电子的还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，放电时，电子由负极经导线流向正极，阳离子由负极通过交换膜移向正极。该原电池中左侧Pt电极为负极，右侧Pt电极为正极，放电时电子由负极经导线流向正极，即电子从左侧Pt电极经导线转移到右侧Pt电极，A正确；放电时阳离子由负极通过交换 膜移向正极，即质子从左池经交换膜向右池迁移，B正确；乙醇所在铂电极为负极，酸性条件下负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，C错误；负极反应式为CH3CH2OH－ 4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，电极正极反应式为O2＋4e－＋ 4H＋===2H2O，得失电子守恒有CH3COOH～O2，则n(CH3COOH)＝n(O2)＝＝0.1 mol，D正确。] 3．书写甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式。 (1)酸性条件 总反应式：_______________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________。 (2)碱性条件 总反应式：_______________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________。 CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ CH4＋2O2＋2OH－===＋3H2O 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) (3)固体电解质(高温下能传导O2-) 总反应式：_______________________________________________； 正极反应式：____________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) 总反应式：_______________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________。 CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2- CH4＋4O2-－8e－===CO2＋2H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－=== CH4＋－8e－===5CO2＋2H2O 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．化学电源分一次电池、二次电池、燃料电池。 2．二次电池充电时电极连接“负接负，正接正”。放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆反应；放电时正极反应式与充电时阳极反应式互为逆反应。 3．燃料电池是燃料(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。燃料在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。  知识必备 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) 1．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 5 学习效果　随堂评估 √ 2 4 3 题号 1 第2课时　化学电源(基础课) C　[锌锰干电池中碳棒并不参加反应，A项错；氢氧燃料电池是将化学能直接转变为电能，B项错；太阳能电池的主要材料是高纯度的单质硅，故D项错。] 5 2 4 3 题号 1 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，其电极材料分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列叙述正确的是(　　) A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH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 5 2 3 题号 1 4 √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) C　[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，故C正确；负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应减小，故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，故B错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。] 5 2 3 题号 1 4 3．氟离子电池是目前新型电池的一个重要研究方向。某全固态电解质的氟离子电池工作时的示意图如图所示，下列有关说法正确的是(　　) A．放电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应 B．充电时，a极接电源负极，b极接电源正极 C．放电时，a极电势比b极低 D．充电时，外电路每通过1 mol e－， 固体电解质中有1 mol F－移动向a极 5 2 3 题号 4 1 √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) D　[如图所示，放电时，a极上得到电子，发生还原反应，则a极为正极；b极上失去电子，发生氧化反应，则b极为负极，A错误；放电时，a极为正极，b极为负极，则充电时，a极接电源正极，b极接电源负极，B错误；放电时，a极为正极，b极为负极，则a极电势比b极高，C错误；充电时，a极为阳极，电极反应为Bi＋3F－－3e－===BF3，则外电路每通过 1 mol e－，固体电解质中有1 mol F－移动向a极，D正确。] 5 2 3 题号 4 1 4．(双选)直接煤－空气燃料电池原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少 B．负极上发生的反应有C＋－4e－ ===3CO2↑、CO2＋O2-=== C．电极X为负极，O2-向Y极迁移 D．直接煤－空气燃料电池的能量 效率比煤燃烧发电的能量效率高 5 2 4 3 题号 1 √ √ 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) BD　[该燃料电池中电极Y为正极，反应为O2＋4e－===2O2-；电极X是负极，电极反应为C＋－4e－===3CO2↑，CO2＋O2-===，故B项正确；A项，总反应式为C＋O2===CO2，因此氧化物电解质的量不会减少，错误；C项，电极X为负极，原电池内部的阴离子向负极移动，错误；D项，该燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，故该燃料电池的能量效率更高，正确。] 5 2 4 3 题号 1 5．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。 (1)甲烷燃料电池(NaOH溶液作电解质溶液)的负极反应为 ______________________________________，正极反应为__________________________，放电过程中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 2 4 3 题号 1 5 CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O 2H2O＋4e－===4OH－ O2＋ 减小 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) (2)某公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如图所示，下列有关说法正确的是_____(填字母)。 a．电池工作时，Na＋向负极移动 b．电子由电极2经外电路流向电极1 c．电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋ 6H2O d．电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋ 4e－===2H2O 2 4 3 题号 1 5 c 必备知识 关键能力 课时分层作业 学习效果 第2课时　化学电源(基础课) [解析]　(1)负极为CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为，故负极反应为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O；正极为O2得电子在碱性条件下生成OH－，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===＋3H2O。随着放电反应的进行，OH－不断被消耗，溶液的pH减小。(2)NH3―→N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极，电池工作时，Na＋向正极移动，电子由电极1经外电路流向电极2，电极2发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，故电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。 2 4 3 题号 1 5 (选择题只有一个选项符合题目要求) 1．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是(　　) 课时分层作业(五)　化学电源 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 第2课时　化学电源(基础课) 57 A．电池Ⅰ中锌是正极 B．电池Ⅱ是一次电池 C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应 D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 D　[电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极沿导线流向正极，D正确。] √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) 2．如图是一种新型锂电池原理示意图，有关叙述正确的是(　　) A．a为电池正极 B．外电路中电流从a流向b C．离子交换膜为阳离子交换膜 D．b电极处，O2失电子生成OH－ 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) C　[Li失电子，为电池负极，A项错误；电流方向与电子流动方向相反，故外电路中电流从b流向a，B项错误；由题图可知，Li＋可穿过离子交换膜，故为阳离子交换膜，C项正确；由题图可知，O2得电子生成OH－，D项错误。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 3．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，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O2参加反应的电极a为电池的负极 B．电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2-=== H2O C．电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) D　[因为电子从电极b流向电极a，所以电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；电极a为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极电极反应式为O2＋2e－===O2-，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水与氯化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是(　　) A．该电池的正极为锌 B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023 D．电池正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－ 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) D　[由电池总反应可知，二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B项错误；电子只能经外电路流动，电解液内电流的形成是阴、阳离子的定向移动，C项错误；电池负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用电池总反应减去负极反应得正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－，D项正确。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 5．流动电池是一种新型电池，其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。某大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是(　　) A．a为负极，b为正极 B．该电池工作时，PbO2电极附近溶液的pH增大 C．a极的电极反应为Cu－2e－===Cu2+ D．调节电解质溶液的方法是补充CuSO4 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) D　[A项，根据电池总反应可知铜为负极，PbO2为正极，正确；B项，该电池工作时，PbO2电极上发生的反应为PbO2＋4H＋＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，消耗了溶液中的H＋，故溶液的pH增大，正确；C项，铜电极的电极反应为Cu－2e－===Cu2+，正确；D项，反应生成了CuSO4，消耗了H2SO4，故应补充H2SO4，错误。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 6．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋4H＋＋　　　2PbSO4＋2H2O。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) 请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)： (1)放电时，正极的电极反应是________________________________ _________________________________________________________； 电解液中H2SO4的浓度将变_____；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加______g。 (2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成______、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4 ＋2H2O 小 48 Pb PbO2 对换 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) [解析]　(1)放电相当于原电池，充电相当于电解池。原电池中正极得到电子，发生还原反应，根据总反应式可知铅是负极，二氧化铅是正极，所以铅蓄电池中正极电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O。放电时消耗硫酸，因此硫酸浓度将变小。负极电极反应为Pb－2e－ ＋===PbSO4，所以通过1 mol电子时，负极质量增加0.5 mol×303 g·mol-1－0.5 mol×207 g·mol-1＝48 g。(2)根据装置图可知A和电源的负极相连，作阴极，得到电子发生还原反应，电极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋。B和电源的正极相连，作阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应为PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋。所以A极生成铅，B极生成二氧化铅，因此铅蓄电池的正负极的极性将对换。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 7．某课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN－NPs/N－CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有关说法中错误的是(　　) 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应 B．该电池的溶剂不能为水 C．放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动 D．放电时，每转移1 mol e－，Cu电极区质量减少39 g 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) D　[以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂不能为水，故B正确；放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动，故C正确；放电时，铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，每转移1 mol e－，Cu电极区质量增加39 g，故D错误。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 8．结合K2Cr2O7溶液，可利用微生物电化学技术实现将含乙醛的废水有效处理，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是(　　) 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 √ A．该反应在高温下，反应速率加快 B．右侧电极为正极，发生还原反应 C．当有0.3 mol e－通过电解质溶液， 将有0.1 mol Cr(OH)3生成 D．左侧电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋ √ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) BD　[该反应是利用微生物电化学技术，微生物在高温下活性会降低，高温下，反应速率反而会减慢，A错误；右侧Cr元素的化合价降低，得到电子，故右侧电极为正极，发生还原反应，B正确；电子只能从负极沿外电路到达正极，不能通过电解质溶液，C错误；左侧是乙醛在微生物上失去电子被氧化成CO2，结合质量守恒定律，则电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D正确。] 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 9．(1)锂水电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 。 ①锂水电池放电时，OH－向____极移动。 ②写出该电池放电时正极的电极反应：________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 负 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) (2)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料，其负极反应为_____________________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 SO2＋2H2O－2e－===＋4H＋ 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) (3)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 ①电池的负极材料为_____，发生的电极反应为_______________。 ②电池正极发生的电极反应为______________________________。 ③组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是__________ _________________________________________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 Li Li－e－===Li＋ 2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 构成电池的电极材料Li能和氧气、水反应，且电解液SOCl2也与水反应 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) [解析]　(1)OH－是阴离子，向负极移动。正极是H2O中的H＋得电子放出H2，所以正极电极反应是2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)负极失电子，化合价升高，SO2→，故负极电极反应为SO2＋2H2O－2e－===＋4H＋。(3)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。①负极材料为Li(还原剂)，电极反应为Li－e－===Li＋。②正极反应可由总反应减去负极反应得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。③因为构成电池的电极材料Li能和氧气、水反应，且电解液SOCl2也与水反应，故组装该电池必须在无水、无氧条件下进行。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 10．(1)过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂，在工业生产中有着重要的用途。据报道，以硼氢化合物NaBH4(B的化合价为＋3 价)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。该电池放电时正极的电极反应为______________________；以MnO2做正极材料，可能是因为________________________________ _____________________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 H2O2＋2e－===2OH－ 除了作电极材料，MnO2还对电极 反应具有催化作用 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) (2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2-离子(O2＋4e－===2O2－)。c电极为_______极，d电极上的电极反应为 ______________________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 正 CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) (3)某科研单位利用原电池原理，用SO2和O2来制备硫酸，装置如图所示，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。B极的电极反应为_______________________________； 溶液中H＋的移动方向由____极到____极； 电池总反应为___________________________。 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 SO2＋2H2O－2e－===＋4H＋ B A 2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4 必备知识 关键能力 学习效果 课时分层作业 第2课时　化学电源(基础课) $$