1.2 第2课时 化学电源(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（苏教版）

第2课时　化学电源 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:石墨棒 电解质溶液:氯化铵和氯化锌溶液 负极:锌粉 正极:碳粉 电解质溶液:氢氧化钾溶液 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- [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:氧化银; 电解质溶液:氢氧化钾溶液 (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.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 (　　) A.电池工作时,MnO2发生氧化反应 B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动 C.环境温度过低,不利于电池放电 D.反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023 解析:选C　MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,MnO2作氧化剂,发生还原反应,A错误;原电池工作时阴离子向负极移动,B错误;温度较低时,反应速率会降低,C正确;MnO2转化为MnOOH,Mn由+4价降为+3价,每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,D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:选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,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:选A　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;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。 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 　。  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+N+e-==MnOOH+NH3↑。(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。 答案:(1)Zn　NH4Cl　MnO2+N+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 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,又称充电电池或蓄电池。 2.铅蓄电池的工作原理 (1)放电时 负极:Pb,正极:PbO2,电解质溶液:H2SO4溶液。 负极:Pb+S-2e-==PbSO4。 正极:PbO2+4H++S+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+S 阳极:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+S+4H+ 总反应方程式:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 [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 正极:Li(1-x)CoO2+xLi++xe-==LiCoO2 电池反应:LixC6+Li(1-x)CoO2==LiCoO2+6C 在充放电过程中,Li+在正、负极间不断地进行可逆嵌脱 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。 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。 [题点多维训练] 1.(2025·北京丰台高二期中)铅酸蓄电池的结构示意图如图所示,其充、放电时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列说法正确的是 (　　) A.放电时Pb为负极,发生反应:Pb-2e-==Pb2+ B.充电时PbO2与外电源的负极相连,正极区域酸性增强 C.充电时与正极相连的电极发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+S+4H+ D.放电时H+向负极移动 解析:选C　放电时,Pb作负极,电极反应为Pb-2e-+S==PbSO4,故A错误;充电时PbO2与外电源的正极相连,正极的电极反应为PbO2+2e-+4H++S==PbSO4+2H2O,消耗氢离子,正极区域酸性减弱,故B错误;充电时,与正极相连的电极上PbSO4失电子生成PbO2,发生反应:PbSO4-2e-+2H2O==PbO2+S+4H+,故C正确;放电时H+向正极移动,故D错误。 2.(2025·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Fe+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 解析:选C　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Fe+4H2O+3e-==Fe(OH)3+5OH-;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;(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+S-2e-==PbSO4;(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;(4)根据已知:2Cl--2e-==Cl2↑及铅蓄电池正极的电极反应式PbO2+4H++S+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+S-2e-==PbSO4 (3)减小　增大　(4)0.10 mol |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 新知探究(三)——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,检查装置气密性,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; ③塞紧橡胶塞,接通学生电源,当一端玻璃导管内的液柱接近溢出时,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。 (2)实验现象 ①接通学生电源,两个石墨棒上都有气泡产生,U形管内液面下降,玻璃导管液面上升。 ②连接石英钟,石英钟指针又开始走动。 (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H2,该电极为氢氧燃料电池的负极;另外一个电极产生的是O2,该电极为氢氧燃料电池的正极。 [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。 (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-——C+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-==2C+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+。 (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。 [答案]　碱性条件下:负极:C2H5OH+16OH--12e-==2C+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C;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。 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; 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-==2C。 [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:选B　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.(2025·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 解析:选D　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。 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: 　。 答案:(1)①2O2+4H2O+8e-==8OH- CH4+10OH--8e-==C+7H2O CH4+2O2+2OH-==C+3H2O ②2O2+8H++8e-==4H2O CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+ CH4+2O2==CO2+2H2O (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 命题热点——突破新型化学电源 　　[典例]　(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 (　　) A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移 B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2==ZnMn2O4 C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH- D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH [解析]　充电时Zn2+向阴极移动,A错误;由题意知,放电时,MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4,B错误;放电时,MnO2电极为正极,发生的反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-,C正确;根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+可知,Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时,电路中通过0.02 mol电子,故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应,但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4,故生成的MnOOH的量小于0.020 mol,D错误。 [答案]　C |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”。 [题点多维训练] 1.(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:选C　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。 2.我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2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 (　　) 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:选C　Na-CO2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;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。 3.(2025年1月·八省联考河南卷)我国科学家设计了一种水系S⁃MnO2可充电电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.充电时,电极b为阳极 B.充电时,阳极附近溶液的pH增大 C.放电时,负极的电极反应:Cu2S-4e-==S+2Cu2+ D.放电时,溶液中Cu2+向电极b方向迁移 解析:选C　充电时,S和Cu2+转化为Cu2S,发生还原反应,则电极b为阴极,A错误;充电时,电极b为阴极,则电极a为阳极,电极a的电极反应为Mn2++2H2O-2e-==MnO2+4H+,阳极附近溶液的pH减小,B错误;放电时,电极a上MnO2转化为Mn2+,发生还原反应,电极b上Cu2S转化为Cu2+和S,发生氧化反应,则电极a为正极,电极b为负极,负极的电极反应为Cu2S-4e-==S+2Cu2+,C正确;放电时,溶液中Cu2+向正极移动,即向电极a方向迁移,D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.(2024·湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是 (　　) A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点 B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点 C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌 D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置 解析:选D　理想的新能源应具有可再生、无污染等特点,A正确;氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;脱嵌是锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子在阳极脱嵌,C正确;太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D错误。 2.下列电池工作时,负极上有H2参与反应的是 (　　) 解析:选A　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。 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 解析:选B　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)。 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 解析:选B　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。 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-==Mn D.Li是负极,电极反应式为Li-2e-==Li2+ 解析:选B　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。 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 (　　) 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B+8OH--8e-==B+6H2O 解析:选B　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;负极反应为B+8OH--8e-==B+6H2O,D项错误;每消耗1 mol H2O2,转移的电子为2 mol,C项错误。 7.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 解析:选C　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;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。 8.(2025·重庆高二检测)我国科学家在国际上率先用稻壳制备成高性能的电池级碳材料,该材料是多孔结构,有吸附作用导电性强。将该材料混合到传统铅酸蓄电池的铅电极中,即得到高性价比的铅碳电池。下列有关说法正确的是 (　　) A.PbO2比高性能碳活泼,故PbO2作铅碳电池的负极 B.传统铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+4H+==2Pb2++2H2O C.传统铅酸蓄电池比能量最高,对环境友好 D.铅碳电池可有效减缓电池的“负极硫酸盐化”,延长电池使用寿命 解析:选D　铅碳电池放电时,Pb+C为电池负极,PbO2为电池正极,充电时Pb+C为电解池阴极,PbO2为电解池阳极,故A错误;硫酸铅是沉淀,不能拆成离子形式,故传统铅酸蓄电池放电总反应:Pb+PbO2+4H++2S==2PbSO4+2H2O,故B错误;传统铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重,且由于含有重金属、酸和碱等物质,随意丢弃会对生态环境和人体健康造成危害,故C错误;铅碳电池中碳材料的加入,可抑制铅酸蓄电池的“负极硫酸盐化”,防止PbSO4在负极沉积附着,可延长电池寿命,故D正确。 9.(2025·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 (　　) 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 解析:选D　A项,正极反应式为PbSO4+2e-==Pb+S,错误;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。 10.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 解析:选C　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;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;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。 11.(2025·浙江1月选考)一种可充放电Li⁃O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时,产物为Li2O和Li2O2,随温度升高Q(消耗1 mol O2转移的电子数)增大。 下列说法不正确的是 (　　) A.熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B.充放电时,Li+优先于K+通过固态电解质膜 C.放电时,随温度升高Q增大,是因为正极区转化为 D.充电时,锂电极接电源负极 解析:选C　Li⁃O2电池放电时,锂电极为负极,发生反应:Li-e-==Li+,多孔功能电极为正极,低温时发生反应:O2+2e-==,随温度升高Q增大,正极区转化为O2-;充电时,锂电极为阴极,得到电子,多孔功能电极为阳极,或O2-失去电子。由分析可知,电池总反应方程式为O2+2LiLi2O2或O2+4Li2Li2O,充放电时有Li+参与或生成,因此熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率,A正确;Li+比K+的半径小,因此Li+优先于K+通过固态电解质膜,B正确;放电时,正极得到电子,中氧原子为-1价,O2-中氧原子为-2价,随温度升高Q增大,则正极区转化为O2-,C错误;充电时,锂电极为阴极,连接电源负极,D正确。 12.(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 (　　) A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B.电池总反应为+ZnZn2++3I- C.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP D.放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子 解析:选C　由题图知标注框内Zn和N之间存在配位键,N和C、C和C、C和H之间存在共价键,A项正确;放电时Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,Zn-TCPP为正极,电极反应式为+2e-==3I-,则电池总反应为Zn+Zn2++3I-,B项正确;充电时Zn为阴极,阴极反应式为Zn2++2e-==Zn,Zn2+来自电解质溶液,C项错误;根据放电时负极反应式:Zn-2e-==Zn2+知,消耗0.65 g Zn,即0.01 mol Zn,理论上转移0.02 mol电子,D项正确。 13.(2024·广西卷)某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 (　　) A.外电路通过1 mol电子时,理论上两电极质量变化的差值为23 g B.充电时,阳极电极反应为Na3V2(PO4)3-xe-==Na3-xV2(PO4)3+xNa+ C.放电一段时间后,电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D.电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 解析:选A　外电路通过1 mol电子时,负极上1 mol Na+脱嵌,质量减少23 g,正极上1 mol Na+嵌入,质量增加23 g,两电极质量变化的差为46 g,A项错误;充电时阳极上发生反应Na3V2(PO4)3-xe-==Na3-xV2(PO4)3+xNa+,B项正确;放电时电池的总反应方程式为xNa+Na3-xV2(PO4)3==Na3V2(PO4)3,电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变,C项正确;Na能与水反应,电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换,D项正确。 二、非选择题 14.(9分)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。  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Fe+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　Fe+3e-+4H2O==Fe(OH)3+5OH-　正 162 / 162 学科网（北京）股份有限公司 $$