4.2 原电池和化学电源 第2课时（导学案）化学沪科版选择性必修1

该高中化学导学案聚焦化学电源，涵盖一次电池、二次电池和燃料电池的种类、构造原理及电极反应式书写，通过生活实例（如手电筒干电池、手机锂电池）导入，搭建“生活-化学”学习支架，衔接原电池原理与实际应用。 资料以问题驱动学习，通过“问题思考”“对应训练”引导学生构建电极反应式书写模型，培养科学思维。结合废旧电池回收强化科学态度与责任，分层习题设计助力科学探究与实践，提升学生分析解决实际问题的能力。

4.2 原电池和化学电源 课时2 化学电源 一、知识目标 1. 了解化学电源的种类，包括一次电池、二次电池和燃料电池的构造和原理。 1. 掌握不同类型化学电源电极反应式的书写方法，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池、铅酸电池、氢燃料电池等在不同电解质条件下的电极反应式。 1. 理解化学电源在生活、生产和科研中的应用，以及废旧电池回收利用的重要性。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识不同类型化学电源的特点、用途及应用场景，从微观层面理解其工作原理和电极反应的本质。 2. 科学态度与社会责任：通过了解废旧电池对环境的危害和回收利用的重要性，增强环保意识和社会责任感；关注化学电源的发展，体会化学对社会可持续发展的重要贡献。 3. 证据推理与模型认知：通过对不同化学电源电极反应式的分析和书写，建立原电池原理的认知模型，培养逻辑推理和归纳总结能力。 一、学习重点 1. 化学电源的种类、构造和原理。 2. 不同类型化学电源电极反应式的书写。 二、学习难点 燃料电池在不同电解质条件下电极反应式的书写及原理理解。 一、化学电源和一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为：一次电池、二次电池和燃料电池。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是W·h·kg－1或W·h·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废旧电池中常含有重金属、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。因此，废旧电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池 一次电池也叫干电池。放电后不可再充电的电池。 碱性锌锰电池 (1)电池构造 负极反应物：锌粉；正极反应物：二氧化锰；电解质：氢氧化钾。 (2)工作原理 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。 二、二次电池 1．二次电池 又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是稀H2SO4。 (2)放电反应原理 ①负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4 。 ②正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 ③放电过程中，负极质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅酸蓄电池的优缺点 ①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 ②缺点：比能量低、笨重。 三、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.燃料电池的优点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 (2)能量转换率高，有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少，绿色环保。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 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－===2CO。 （一）化学电源的引入 问题思考 结合生活实际，举例说明化学电源在不同场景下的应用。 答案 手电筒用干电池、电动车用铅酸电池、手机用锂电池、手表用纽扣电池等。 对应训练 1. 下列关于化学电源的说法错误的是（ ） A. 化学电源是将化学能转化为电能的装置 B. 一次电池只能放电，不能充电 C. 二次电池可以反复充电使用，所以不存在使用寿命的问题 D. 燃料电池可以连续不断地提供电能 1. 下列电池中不属于二次电池的是（ ） A. 铅酸电池 B. 锂离子电池 C. 普通锌锰干电池 D. 镍氢电池 （二）一次电池的学习 问题思考 1. 展示普通锌锰干电池的内部结构图片，从图片中可以看出，普通锌锰干电池有哪些组成部分？各部分分别起什么作用？ 答案 锌筒是负极，石墨棒是正极，糊是电解质溶液。 问题思考 1. 普通锌锰干电池逐渐被替代的原因有哪些？ 答案 新电池易发生自放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快；电解质氯化铵为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象。 问题思考 1. 碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能好的原因有哪些？ 答案 增大了正负极间的相对面积；用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液；锌变成粉末状，增大了与电解质溶液的接触面积。 对应训练 1. 普通锌锰干电池工作时，发生的主要反应为，下列说法正确的是（ ） A. 锌筒为正极 B. 石墨棒上发生氧化反应 C. 电池工作时，电子由锌筒经外电路流向石墨棒 D. 该电池的电解质溶液是溶液 1. 碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能好，原因不包括（ ） A. 增大了正负极间的相对面积 B. 用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液 C. 锌变成粉末状，增大了与电解质溶液的接触面积 D. 电池的价格更便宜 （三）二次电池的学习 问题思考 1. 展示铅酸电池的内部结构图片，铅酸电池的正负极材料分别是什么？隔板的作用是什么？ 答案 负极是，正极是，隔板的作用是避免正、负极板因接触而短路。 问题思考 1. 铅蓄电池的电极反应物（、）和放电后的产物（）均以固体形式附着在电极材料表面的目的是什么？ 答案 使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 问题思考 1. 锂离子电池有哪些优缺点？ 答案 优点：具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等。缺点：成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。 对应训练 1. 铅酸电池放电时，负极的电极反应式为（ ） A. B. C. D. 1. 锂离子电池充电时，的移动方向是（ ） A. 从负极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达正极 B. 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极 C. 在正极和负极之间不移动 D. 从电解液中直接进入负极 （四）燃料电池的学习 问题思考 结合前面学过的电池，思考燃料电池有哪些特点？ 答案 燃料电池的燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能；电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。 问题探究 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料，分别写出在酸性和碱性电解质条件下燃料电池的电极反应式和总反应式。 答案 酸性电解质（溶液）： 负极： 正极： 总反应： 碱性电解质（溶液）： 负极： 正极： 总反应： 对应训练 1. 在氢燃料电池中，若电解质溶液为酸性，下列说法正确的是（ ） A. 负极的电极反应式为 B. 正极的电极反应式为 C. 电池工作时，电子由正极经外电路流向负极 D. 该电池的总反应式为 1. 甲烷燃料电池在碱性电解质溶液中，负极的电极反应式为（ ） A. B. C. D. （五）废旧电池回收利用 问题思考 废旧电池回收利用有什么重要意义？ 答案 减少环境污染，节约资源。 1.某干电池的工作原理示意图，总反应：(Zn + 2NH4+ = Zn2+ + 2NH3↑ + H2↑)，下列说法正确的是（ ） A. 石墨为电池的负极 B. 电池工作时(NH4+)被氧化 C. 实现了电能向化学能的转化 D. 电子由(Zn)电极经外电路流向石墨电极 2.质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是（ ） A. 通入氧气的电极发生氧化反应 B. 通入氢气的电极为正极 C. 导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D. 正极的电极反应式为(O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O) 3.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是（ ） A. 反应(CH4 + H2O3H2 + CO)，每消耗(1molCH4)转移(12mol)电子 B. 电极(A)上(H2)参与的电极反应为(H2 + 2OH- - 2e- = 2H2O) C. 电池工作时，(CO32-)向电极(B)移动 D. 电极(B)上发生的电极反应为(O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-) 4.我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是（ ） A. 电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B. 水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C. 电池总反应为(2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑) D. 该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 5.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. 多孔电极(b)的电极反应式为(H2 + 2e- + O2 - = H2O) C. 多孔电极(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) 一、化学电源概述 一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 二、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 三、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 5.燃料电池电极反应式书写的注意事项 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 (2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 (3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 考点一　化学电源概述 1．下列说法不正确的是(　　) A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生 B．铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重 C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同 D．燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电 2.某干电池的工作原理示意图，总反应：Zn＋2NH===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是(　　) A．石墨为电池的负极 B．电池工作时NH被氧化 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极 3．已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 比较Mg、Al二种金属－空气电池，“理论比能量”之比是________。 4.普通锌锰电池构造如图，回答问题： (1)负极：________；正极：________；电解质主要成分：氯化铵。 (2)电池工作原理：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，写出电池的电极反应： 负极：________________________________________________________________________； 正极：________________________________________________________________________。 (3)普通锌锰电池的缺点有__________________________________________________；与普通锌锰电池比较，碱性锌锰电池的优点是______________________________________。 (4)废旧电池不能随意丢弃，原因是__________________________________________。 考点二　一次电池 1．日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋，2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)。下列有关锌锰干电池的叙述正确的是(　　) A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B．干电池可实现电能向化学能的转化 C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 2．体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应 B．该电池放电时溶液中的K＋向Zn电极移动 C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极 D．该电池的负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 3．鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　) A．Ag2O为电池的正极 B．电子由Ag2O极经外电路流向Al极 C．Al在电池反应中被氧化 D．溶液中的OH－向Al极迁移 4．被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列说法不正确的是(　　) A．当该电池消耗2 mol MnO2时，与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等 B．该电池二氧化锰为正极，发生还原反应 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023 D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－ 5．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．外电路电子由b流向a B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C 考点三　二次电池 1．如图所示是铅酸蓄电池构造图，下列说法不正确的是(　　) A．铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，H＋移向Pb极 C．电池工作时，电子由Pb极通过外电路流向PbO2极 D．电池工作时，负极发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4 2．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A．电池的电解质溶液为碱性溶液，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．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强 D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 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．SO只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小 4．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。 下列有关说法不正确的是(　　) A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 5.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＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是____________，放电时负极的电极反应式为_________________。 (2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为___________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 考点四　燃料电池 1．氢氧燃料电池可以应用在宇宙飞船上，下列说法正确的是(　　) A．电池负极发生还原反应 B．电池可以连续使用 C．正极附近溶液的pH减小 D．消耗5.6 L氢气时转移的电子数为0.5NA 2．如图为氢氧燃料电池工作原理示意图，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 3．我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　) A．物质A可以是硫酸氢钾 B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 4．某新型燃料电池利用民用燃气为燃料，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A．通入空气的电极为该电池的正极 B．电池工作时，电子由b极经电解质流向a极 C．CO在b极的反应式为CO－2e－＋O2－===CO2 D．相同状况下a极消耗1 L O2，理论上b极消耗2 L燃料 5．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法正确的是(　　) A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O B．电极B为负极，MnO2层的作用是提高原电池的工作效率 C．燃料电池每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过的电子数为6NA D．燃料电池在放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 6．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极 B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2＋32H＋ C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32 D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2 原电池和化学电源 课时2 化学电源 一、知识目标 1. 了解化学电源的种类，包括一次电池、二次电池和燃料电池的构造和原理。 1. 掌握不同类型化学电源电极反应式的书写方法，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池、铅酸电池、氢燃料电池等在不同电解质条件下的电极反应式。 1. 理解化学电源在生活、生产和科研中的应用，以及废旧电池回收利用的重要性。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识不同类型化学电源的特点、用途及应用场景，从微观层面理解其工作原理和电极反应的本质。 2. 科学态度与社会责任：通过了解废旧电池对环境的危害和回收利用的重要性，增强环保意识和社会责任感；关注化学电源的发展，体会化学对社会可持续发展的重要贡献。 3. 证据推理与模型认知：通过对不同化学电源电极反应式的分析和书写，建立原电池原理的认知模型，培养逻辑推理和归纳总结能力。 一、学习重点 1. 化学电源的种类、构造和原理。 2. 不同类型化学电源电极反应式的书写。 二、学习难点 燃料电池在不同电解质条件下电极反应式的书写及原理理解。 一、化学电源和一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为：一次电池、二次电池和燃料电池。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是W·h·kg－1或W·h·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废旧电池中常含有重金属、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。因此，废旧电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池 一次电池也叫干电池。放电后不可再充电的电池。 碱性锌锰电池 (1)电池构造 负极反应物：锌粉；正极反应物：二氧化锰；电解质：氢氧化钾。 (2)工作原理 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。 二、二次电池 1．二次电池 又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 2．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是稀H2SO4。 (2)放电反应原理 ①负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4 。 ②正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 ③放电过程中，负极质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅酸蓄电池的优缺点 ①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 ②缺点：比能量低、笨重。 三、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.燃料电池的优点 (1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。 (2)能量转换率高，有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少，绿色环保。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4； 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　最后根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 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－===2CO。 （一）化学电源的引入 问题思考 结合生活实际，举例说明化学电源在不同场景下的应用。 答案 手电筒用干电池、电动车用铅酸电池、手机用锂电池、手表用纽扣电池等。 对应训练 1. 下列关于化学电源的说法错误的是（ ） A. 化学电源是将化学能转化为电能的装置 B. 一次电池只能放电，不能充电 C. 二次电池可以反复充电使用，所以不存在使用寿命的问题 D. 燃料电池可以连续不断地提供电能 答案 C 讲解 二次电池虽然可以反复充电使用，但也有一定的使用寿命，随着充放电次数的增加，电池的性能会逐渐下降，C选项错误；A选项，化学电源的本质就是将化学能转化为电能，A正确；B选项，一次电池如普通锌锰干电池，只能放电，不能充电，B正确；D选项，燃料电池的燃料和氧化剂连续由外部供给，生成物不断排出，可以连续不断地提供电能，D正确。 1. 下列电池中不属于二次电池的是（ ） A. 铅酸电池 B. 锂离子电池 C. 普通锌锰干电池 D. 镍氢电池 答案 C 讲解 普通锌锰干电池是一次电池，只能放电，不能充电，C选项符合题意；铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池都属于二次电池，可以反复充电使用，A、B、D选项不符合题意。 （二）一次电池的学习 问题思考 1. 展示普通锌锰干电池的内部结构图片，从图片中可以看出，普通锌锰干电池有哪些组成部分？各部分分别起什么作用？ 答案 锌筒是负极，石墨棒是正极，糊是电解质溶液。 问题思考 1. 普通锌锰干电池逐渐被替代的原因有哪些？ 答案 新电池易发生自放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快；电解质氯化铵为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象。 问题思考 1. 碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能好的原因有哪些？ 答案 增大了正负极间的相对面积；用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液；锌变成粉末状，增大了与电解质溶液的接触面积。 对应训练 1. 普通锌锰干电池工作时，发生的主要反应为，下列说法正确的是（ ） A. 锌筒为正极 B. 石墨棒上发生氧化反应 C. 电池工作时，电子由锌筒经外电路流向石墨棒 D. 该电池的电解质溶液是溶液 答案 C 讲解 在普通锌锰干电池中，锌筒是负极，A选项错误；石墨棒是正极，正极上发生还原反应，B选项错误；电池工作时，电子由负极（锌筒）经外电路流向正极（石墨棒），C选项正确；该电池的电解质溶液是糊，D选项错误。 1. 碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能好，原因不包括（ ） A. 增大了正负极间的相对面积 B. 用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液 C. 锌变成粉末状，增大了与电解质溶液的接触面积 D. 电池的价格更便宜 答案 D 讲解 碱性锌锰干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌变成粉末状，增大了与电解质溶液的接触面积，这些都使得碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能好，A、B、C选项不符合题意；电池的价格与性能好坏没有直接关系，D选项符合题意。 （三）二次电池的学习 问题思考 1. 展示铅酸电池的内部结构图片，铅酸电池的正负极材料分别是什么？隔板的作用是什么？ 答案 负极是，正极是，隔板的作用是避免正、负极板因接触而短路。 问题思考 1. 铅蓄电池的电极反应物（、）和放电后的产物（）均以固体形式附着在电极材料表面的目的是什么？ 答案 使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 问题思考 1. 锂离子电池有哪些优缺点？ 答案 优点：具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等。缺点：成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。 对应训练 1. 铅酸电池放电时，负极的电极反应式为（ ） A. B. C. D. 答案 A 讲解 铅酸电池放电时，负极是失去电子发生氧化反应，电极反应式为，A选项正确；B选项是正极的电极反应式，B错误；C选项是总反应式，C错误；D选项是充电时负极的反应式（相当于放电时正极的逆反应），D错误。 1. 锂离子电池充电时，的移动方向是（ ） A. 从负极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达正极 B. 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极 C. 在正极和负极之间不移动 D. 从电解液中直接进入负极 答案 B 讲解 锂离子电池充电时，正极材料发生氧化反应，从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极发生还原反应，插入层状石墨中，负极由贫锂状态到富锂状态，B选项正确，A、C、D选项错误。 （四）燃料电池的学习 问题思考 结合前面学过的电池，思考燃料电池有哪些特点？ 答案 燃料电池的燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能；电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。 问题探究 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料，分别写出在酸性和碱性电解质条件下燃料电池的电极反应式和总反应式。 答案 酸性电解质（溶液）： 负极： 正极： 总反应： 碱性电解质（溶液）： 负极： 正极： 总反应： 对应训练 1. 在氢燃料电池中，若电解质溶液为酸性，下列说法正确的是（ ） A. 负极的电极反应式为 B. 正极的电极反应式为 C. 电池工作时，电子由正极经外电路流向负极 D. 该电池的总反应式为 答案 B 讲解 在酸性电解质条件下，氢燃料电池负极的电极反应式为，A选项错误；正极的电极反应式为，B选项正确；电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，C选项错误；该电池的总反应式为，D选项错误。 1. 甲烷燃料电池在碱性电解质溶液中，负极的电极反应式为（ ） A. B. C. D. 答案 B 讲解 在碱性电解质溶液中，甲烷燃料电池负极是失去电子发生氧化反应，电极反应式为，B选项正确；A选项是酸性电解质条件下负极的反应式，A错误；C选项是正极的电极反应式，C错误；D选项是总反应式，D错误。 （五）废旧电池回收利用 问题思考 废旧电池回收利用有什么重要意义？ 答案 减少环境污染，节约资源。 1.某干电池的工作原理示意图，总反应：(Zn + 2NH4+ = Zn2+ + 2NH3↑ + H2↑)，下列说法正确的是（ ） A. 石墨为电池的负极 B. 电池工作时(NH4+)被氧化 C. 实现了电能向化学能的转化 D. 电子由(Zn)电极经外电路流向石墨电极 【答案】D 【解析】在该干电池中，锌失去电子发生氧化反应，所以锌是负极，石墨是正极，A选项错误；电池工作时，(NH4+)中各元素化合价没有发生变化，没有被氧化，B选项错误；该电池是原电池，实现了化学能向电能的转化，C选项错误；电子由负极（(Zn)电极）经外电路流向正极（石墨电极），D选项正确。 2.质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是（ ） A. 通入氧气的电极发生氧化反应 B. 通入氢气的电极为正极 C. 导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D. 正极的电极反应式为(O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O) 【答案】D 【解析】通入氧气的电极是正极，氧气在正极得到电子发生还原反应，A选项错误；通入氢气的电极是负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应，B选项错误；导电离子为质子，在电池内部由负极定向移动至正极，C选项错误；正极上氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为(O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O)，D选项正确。 3.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是（ ） A. 反应(CH4 + H2O3H2 + CO)，每消耗(1molCH4)转移(12mol)电子 B. 电极(A)上(H2)参与的电极反应为(H2 + 2OH- - 2e- = 2H2O) C. 电池工作时，(CO32-)向电极(B)移动 D. 电极(B)上发生的电极反应为(O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-) 【答案】D 【解析】反应(CH4 + H2O3H2 + CO)中，碳元素化合价从(-4)价升高到(+2)价，每消耗(1molCH4)转移(6mol)电子，A选项错误；该电池的电解质是熔融碳酸盐，不存在(OH-)，电极(A)上(H2)参与的电极反应为(H2 + CO32- - 2e- = CO2 + H2O)，B选项错误；电池工作时，阴离子(CO32-)向负极（电极(A)）移动，C选项错误；电极(B)是正极，氧气得电子结合二氧化碳生成碳酸根离子，电极反应为(O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-)，D选项正确。 4.我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是（ ） A. 电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B. 水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C. 电池总反应为(2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑) D. 该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 【答案】B 【解析】锂是负极，石墨是正极，电池工作时，电子由负极（锂电极）经导线流向正极（石墨电极），A选项正确；锂能与水反应，所以有机电解质不能用水溶液代替，B选项错误；锂与水反应生成氢氧化锂和氢气，电池总反应为(2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑)，C选项正确；该装置是原电池，可提供电能，同时生成氢气，氢气是清洁燃料，D选项正确。 5.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. 多孔电极(b)的电极反应式为(H2 + 2e- + O2 - = H2O) C. 多孔电极(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) 【答案】D 【解析】有(O2)参加反应的电极(a)是正极，氧气在正极得到电子发生还原反应，A选项错误；多孔电极(b)是负极，氢气在负极失去电子结合氧离子生成水，电极反应式为(H2 - 2e- + O2 - = H2O)，B选项错误；多孔电极(a)的电极反应式为(O2 + 4e- = 2O2 -)，C选项错误；该电池是氢气和氧气反应生成水，总反应式为(2H2 + O2 = 2H2O)，D选项正确。 一、化学电源概述 一次电池 1．化学电源概述 (1)化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 二、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 三、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 4．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 5.燃料电池电极反应式书写的注意事项 (1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 (2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。 (3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 考点一　化学电源概述 1．下列说法不正确的是(　　) A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生 B．铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重 C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同 D．燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电 答案　A 解析　原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，A错误；铅酸蓄电池的缺点是比能量(单位质量所蓄电能)低，十分笨重，对环境腐蚀性强，循环使用寿命短，B正确；碱性锌锰电池中负极反应更充分，比能量比普通锌锰电池高，C正确；燃料电池为一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电，D正确。 2.某干电池的工作原理示意图，总反应：Zn＋2NH===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是(　　) A．石墨为电池的负极 B．电池工作时NH被氧化 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极 答案　D 解析　根据电池反应式知，Zn易失电子作负极，则石墨作正极，故A错误；放电时，NH得电子发生还原反应，被还原，故B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C错误；放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极石墨，故D正确。 3．已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 比较Mg、Al二种金属－空气电池，“理论比能量”之比是________。 答案　3∶4 解析　假设质量都是1 g，这两种金属转移的电子的物质的量分别为 ×2＝ mol、×3＝ mol。 4.普通锌锰电池构造如图，回答问题： (1)负极：________；正极：________；电解质主要成分：氯化铵。 (2)电池工作原理：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，写出电池的电极反应： 负极：________________________________________________________________________； 正极：________________________________________________________________________。 (3)普通锌锰电池的缺点有__________________________________________________；与普通锌锰电池比较，碱性锌锰电池的优点是______________________________________。 (4)废旧电池不能随意丢弃，原因是__________________________________________。 答案(1)锌筒　石墨棒　(2)Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋　2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)　(3)在使用过程中，锌会逐渐溶解，使锌外壳逐渐变薄，内部作为电解质的糊状NH4Cl(显酸性)会泄漏出来，腐蚀电器。即使不使用，放置过久，也会失效　碱性锌锰电池不易发生电解质的泄漏，因为消耗的负极改装在电池的内部；碱性电池使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性高(答案合理即可)　(4)防止废旧电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 考点二　一次电池 1．日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋，2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)。下列有关锌锰干电池的叙述正确的是(　　) A．干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B．干电池可实现电能向化学能的转化 C．干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D．干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 答案　C 解析　干电池中锌筒作负极，非金属石墨棒作正极，A错误；干电池是一次电池，不能实现电能向化学能的转化，B错误；NH4Cl是强酸弱碱盐，水解呈酸性，所以干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀用电器，C正确；干电池工作时，电流由正极石墨棒经外电路流向负极锌筒，D错误。 2．体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应 B．该电池放电时溶液中的K＋向Zn电极移动 C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极 D．该电池的负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 答案　D 解析　根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K＋向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应式可得该电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，D正确。 3．鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　) A．Ag2O为电池的正极 B．电子由Ag2O极经外电路流向Al极 C．Al在电池反应中被氧化 D．溶液中的OH－向Al极迁移 答案　B 解析　该原电池中，Al元素化合价由0价升高为＋3价，发生氧化反应，所以Al为负极，Ag2O为正极，A、C正确；放电时，电子从负极沿导线流向正极即电子由Al极通过外电路流向Ag2O极，B错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，即溶液中的OH－向Al极迁移，D正确。 4．被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列说法不正确的是(　　) A．当该电池消耗2 mol MnO2时，与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等 B．该电池二氧化锰为正极，发生还原反应 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023 D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－ 答案　A 解析　当该电池消耗2 mol MnO2时，转移2 mol电子，CH4燃料电池在碱性环境下电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，产生相等电量时，可知消耗0.25 mol CH4，A错误；反应中Mn元素化合价降低，发生还原反应，作电池的正极，B正确；Zn元素化合价由0价升高为＋2价，则当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移0.2 mol电子，电子数约为1.204×1023，C正确；正极上MnO2得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，D正确。 5．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．外电路电子由b流向a B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C 答案　D 解析　该电池负极为Li，外电路电子由负极流向正极，即由a流向b，A错误；Li＋通过离子交换膜在正极上形成LiF，即离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；Li是活泼金属，能与乙醇反应，所以不能用乙醇溶液代替，C错误。 考点三　二次电池 1．如图所示是铅酸蓄电池构造图，下列说法不正确的是(　　) A．铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，H＋移向Pb极 C．电池工作时，电子由Pb极通过外电路流向PbO2极 D．电池工作时，负极发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4 答案　B 解析　蓄电池充电时是将电能转化为化学能的装置，A正确；蓄电池放电时，负极上Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，电子由Pb极通过导线流向 PbO2极，电解质溶液中的阳离子移向正极，即放电时溶液中的H＋向正极PbO2移动，C、D正确、B错误。 2．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A．电池的电解质溶液为碱性溶液，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．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强 D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 答案　C 解析　该充电电池中活泼金属Fe失去电子，为负极，Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解质溶液为碱性溶液，A正确；放电时，负极铁失去电子生成Fe2＋，因为电解质溶液为碱性溶液，所以负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；放电时正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，C错误、D正确。 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．SO只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小 答案　D 解析　由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；内电路中的阴离子(SO和OH－)移向负极；硫酸不断被消耗， pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。 4．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。 下列有关说法不正确的是(　　) A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 答案　B 解析　A项，锂电极为负极，石墨电极为正极，电子从负极流出，经导线流向正极，正确；B项，负极材料锂能与水反应，不可用水溶液代替有机电解质，错误；C项，电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正确；D项，由电池总反应知，该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气，正确。 5.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＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是____________，放电时负极的电极反应式为_________________。 (2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为___________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 答案　(1)Zn　3Zn＋6OH－－6e－===3Zn(OH)2 (2)还原　2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－　正 解析　放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极的电极反应式为3Zn＋6OH－－6e－===3Zn(OH)2，正极上发生还原反应，正极的电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。 考点四　燃料电池 1．氢氧燃料电池可以应用在宇宙飞船上，下列说法正确的是(　　) A．电池负极发生还原反应 B．电池可以连续使用 C．正极附近溶液的pH减小 D．消耗5.6 L氢气时转移的电子数为0.5NA 答案　B 解析　电池负极失去电子发生氧化反应，A错误；在氢氧燃料电池中，由于燃料及氧化剂在装置外，可以不断补充，因此该电池能够连续使用，B正确；正极附近溶液的pH增大，C错误；未说明H2所处的外界条件，因此不能根据其体积大小确定其物质的量，也就不能计算反应过程中转移电子的数目，D错误。 2．如图为氢氧燃料电池工作原理示意图，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 答案　B 3．我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　) A．物质A可以是硫酸氢钾 B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 答案　D 解析　HCOOH碱性燃料电池中，左侧电极HCOO－失去电子生成HCO，所在电极为负极，电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，B正确；由图可知，原电池工作时K＋通过半透膜移向正极(右侧)，右侧电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，从装置中分离出的物质为K2SO4，放电过程中需补充的物质A是H2SO4或硫酸氢钾，A正确；右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，其物质的量是0.5 mol，转移2 mol电子，左侧有2 mol K＋通过半透膜移向右侧，D错误。 4．某新型燃料电池利用民用燃气为燃料，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A．通入空气的电极为该电池的正极 B．电池工作时，电子由b极经电解质流向a极 C．CO在b极的反应式为CO－2e－＋O2－===CO2 D．相同状况下a极消耗1 L O2，理论上b极消耗2 L燃料 答案　B 解析　燃料电池中，通入空气的电极为该电池的正极，A正确；电池工作时，电子由b极经外电路流向a极，B错误；CO在b极被氧化为CO2，电极反应式为CO－2e－＋O2－===CO2，C正确；H2、CO与O2发生反应生成H2O、CO2时，化学计量数之比均为2∶1，因此相同状况下a极消耗1 L O2的同时，理论上b极消耗2 L燃料，D正确。 5．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法正确的是(　　) A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O B．电极B为负极，MnO2层的作用是提高原电池的工作效率 C．燃料电池每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过的电子数为6NA D．燃料电池在放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 答案　C 解析　电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，结合图示，电极A反应为BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O，电极A为负极，A错误；电极B反应式为H2O2＋2e－===2OH－，电极B为正极，B错误；反应中H2O2中O元素的化合价由－1价降低为－2价，每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过电子的物质的量为6 mol，数目为6NA，C正确；燃料电池在放电过程中，阳离子Na＋从负极区向正极区迁移，D错误。 6．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极 B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2＋32H＋ C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32 D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高 答案　C 解析　在电极b硝酸根离子中氮元素化合价由＋5价降低为0价，则该电极为正极，电极a为负极，电子由a极经导线流向b极，H＋移向正极，即b电极，A错误；a极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－===7CO2＋32H＋，B错误；b电极为正极，1个硝酸根离子转移5个电子，a电极1个C6H5CHO转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32，C正确；加热时微生物会变性，效率会降低，D错误 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $