新編高中化學(xué) 第1章 第3節(jié) 第2課時 化學(xué)電源對點訓(xùn)練 魯科版選修4

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1、新編化學(xué)精品資料 第2課時　化學(xué)電源 [目標(biāo)要求]　1.了解常見化學(xué)電源的種類。2.掌握常見化學(xué)電源的工作原理。 一、化學(xué)電源 1．根據(jù)原電池的反應(yīng)原理，人們設(shè)計和生產(chǎn)了多種化學(xué)電源，包括一次電池、可充電電池和燃料電池等?？沙潆婋姵匾卜Q為二次電池。可充電電池放電時是一個原電池，充電時是一個電解池。鋰電池是一種高能電池。 2．目前常見的一次鋅錳干電池分為酸性和堿性兩種。堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性能優(yōu)越，它單位質(zhì)量所輸出的電能多，能提供較大電流并連續(xù)放電。堿性鋅錳電池的負(fù)極是鋅粉，正極是二氧化錳和石墨，電解質(zhì)溶液是KOH溶液。其電極反應(yīng)為：負(fù)極：Zn＋2OH－―→ZnO＋H2

2、O＋2e－，正極：MnO2＋2H2O＋2e－―→Mn(OH)2＋2OH－，總反應(yīng)為：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。 3．鉛蓄電池是常見的二次電池。它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)溶液是30%H2SO4溶液。放電時電極反應(yīng)：負(fù)極：Pb＋SO―→PbSO4＋2e－，正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－―→PbSO4＋2H2O，放電時總反應(yīng)式：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。鉛蓄電池充電時電極反應(yīng)：陰極：PbSO4＋2e－―→Pb＋SO，陽極：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO＋2e－，充電

3、時總反應(yīng)式：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。可見充電過程和放電過程是可逆的，可用一個反應(yīng)表示為：Pb＋PbO2＋2H2SO4放電 充電 2PbSO4＋2H2O。 4．氫氧燃料電池正極通入O2，負(fù)極通入H2。其電極反應(yīng)為負(fù)極：2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－，正極：O2＋4e－＋2H2O―→4OH－，總反應(yīng)：2H2＋O2===2H2O。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于普通燃料的燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率。 二、廢舊電池的危害及處理 1．危害 廢棄電池中的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)會造成土壤和水污染，會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成很大危害。 2．回收利用 (1)回

4、收重金屬； (2)回收填充材料； (3)對無用物質(zhì)集中進行無害處理。 知識點一　化學(xué)電池 1．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2 下列說法中，錯誤的是(　　) A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2H2O＋2e－―→Mn(OH)2＋2OH－ C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極 D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g 答案　C 解析　本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極

5、，在反應(yīng)中失去電子，故A正確；電池工作時，電流由正極通過外電路流向負(fù)極，而電子定向移動方向與電流方向相反，故C錯誤；由電子守恒知D項正確；由該電池反應(yīng)的總反應(yīng)式和原電池的原理寫出正極反應(yīng)式知B正確。 2．生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是 2PbSO4＋2H2O放電 充電 PbO2＋Pb＋2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是(　　) A．需要定期補充硫酸 B．工作時鉛是負(fù)極，PbO2是正極 C．工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb＋SO―→PbSO4＋2e－ D．工作時電解質(zhì)的密度減小 答案

6、　A 解析　鉛蓄電池放電時相當(dāng)于原電池，Pb是負(fù)極，PbO2是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Pb失去電子生成Pb2＋，Pb2＋與溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。 3．某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反應(yīng)式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放電 充電 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下說法不正確的是(　　) A．放電時負(fù)極反應(yīng)式為Zn

7、＋2OH－―→Zn(OH)2＋2e－ B．放電時正極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－―→Fe(OH)3＋5OH－ C．放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化 D．充電時陽極附近溶液的堿性減弱 答案　C 解析　選項A，放電時，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn＋2OH－―→ Zn(OH)2＋2e－；選項B，根據(jù)放電時總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時正極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－―→Fe(OH)3＋5OH－；選項C，放電時，K2FeO4被還原；選項D，充電是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時，陽極消耗OH－，導(dǎo)致陽極附近溶液的堿性減

8、弱。 知識點二　燃料電池 4.氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)式如下： 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 負(fù)極：2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－ 正極：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ 當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為(　　) A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 答案　D 解析　n(H2O)＝＝100 mol 2H2＋O4e－2===2H2O 即每生成1 mol H2

9、O則轉(zhuǎn)移2 mol e－，當(dāng)生成100 mol H2O時，轉(zhuǎn)移200 mol e－。 5．將兩個鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，即可構(gòu)成CH4燃料電池。已知通入CH4的一極，其電極反應(yīng)式是：CH4＋10OH－―→CO＋7H2O＋8e－；通入O2 的另一極，其電極反應(yīng)式是：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，該電池放電時，下列有關(guān)敘述中，不正確的是(　　) A．通入CH4的電極為負(fù)極 B．正極發(fā)生氧化反應(yīng) C．燃料電池工作時溶液中的陰離子向負(fù)極移動 D．該電池使用一段時間后應(yīng)補充KOH 答案　B 解析　根據(jù)原電池的工作原理和題給電極反應(yīng)式可知：CH4在負(fù)極上被

10、氧化，O2在正極上被還原，在內(nèi)電路陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動。由于反應(yīng)過程中消耗KOH生成K2CO3，故該燃料電池工作一段時間應(yīng)補充KOH。 6．固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。 下列判斷正確的是(　　) A．有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極 B．b極的電極反應(yīng)式為H2＋O2－―→H2O＋2e－ C．a(chǎn)極對應(yīng)的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ D．該電池的總反應(yīng)式為2H2＋O22H2O 答案　D 解析　因為電子從b電極

11、流向a電極，所以b電極為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反應(yīng)；a電極為正極，O2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為H2―→2H＋＋2e－，正極電極反應(yīng)式為O2＋2e－―→O2－，則電池總反應(yīng)式為2H2＋O22H2O。 練基礎(chǔ)落實 1．下列對堿性鋅錳電池的敘述不正確的是(　　) A．Zn是正極，MnO2是負(fù)極 B．電解質(zhì)是KOH溶液 C．Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，MnO2發(fā)生還原反應(yīng) D．它的能量和儲存時間比普通鋅錳電池高 答案　A 解析　Zn化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，MnO2發(fā)生還原反應(yīng)，是正極。 2．鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工

12、作時的電池反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是(　　) A．Pb為正極被氧化 B．溶液的pH不斷減小 C．SO只向PbO2處移動 D．電解質(zhì)溶液的pH不斷增大 答案　D 解析　由題給電極反應(yīng)式可以看出H2SO4不斷被消耗，故pH不斷增大，所以B不正確，D正確；由Pb元素化合價的變化，可以看出Pb是負(fù)極，所以A不正確；原電池工作時，整個電路中負(fù)電荷的流向是一致的，外電路中，電子由Pb極流向PbO2極；內(nèi)電路中，負(fù)電荷(SO和OH－)移向Pb極，所以C不正確。 3．據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有

13、鉛污染，其電池反應(yīng)為2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣，則下列敘述正確的是(　　) A．鋅為正極，空氣進入負(fù)極反應(yīng) B．負(fù)極反應(yīng)為Zn＋2OH－―→ZnO＋H2O＋2e－ C．正極發(fā)生氧化反應(yīng) D．電解液可以是強酸也可以是強堿 答案　B 解析　2Zn＋O2===2ZnO，Zn失電子，O2得電子，即Zn為原電池負(fù)極，O2在正極上反應(yīng)，故B正確；若電解液為強酸，ZnO則不能存在，故D不正確。 4．一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是(　　) A．CH3OH(g)＋O2(g)―→H2O(l)＋CO2(g)

14、＋2H＋(aq)＋2e－ B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l) C．CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－ D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－―→4OH－(aq) 答案　C 解析　電能來源于化學(xué)能，CH3OH與O2的反應(yīng)即為該電池的總反應(yīng)：2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)。酸性溶液中，正極上O2發(fā)生還原反應(yīng)，即O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l)，電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－。 5．下列有關(guān)電

15、池的說法不正確的是(　　) A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池 B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 C．甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極 答案　B 解析　鋰離子電池可以充電后再次使用，屬于二次電池，A項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故外電路中電流為銅流向鋅，而電子是由鋅流向銅，B項錯誤；電池的實質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項正確；Zn失去電子生成Zn2＋，故作為負(fù)極，D項正確。 練方法技巧 6．燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)通常是KOH溶液。則下列關(guān)于甲烷燃料電

16、池的說法正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)式為：CH4＋10OH－―→CO＋7H2O＋8e－ B．負(fù)極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ C．隨著反應(yīng)進行，電解質(zhì)溶液堿性不變 D．該電池的總反應(yīng)與甲烷燃燒的反應(yīng)方程式相同，反應(yīng)式為：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 答案　A 解析　本題考查燃料電池的反應(yīng)原理、電極反應(yīng)式的書寫等知識。對于該燃料電池，負(fù)極CH4失電子被氧化，其中產(chǎn)物之一應(yīng)是CO2，但在KOH溶液中，一定會變?yōu)镃O。故電極反應(yīng)為：CH4＋10OH－―→CO＋7H2O＋8e－；正極O2得電子被還原，生成物應(yīng)與電池中電解質(zhì)溶液相關(guān)。電極反應(yīng)為：O2＋2H2O＋4e

17、－―→4OH－；將兩個電極反應(yīng)式相加，即可得到總反應(yīng)式為：CH4＋2OH－＋2O2===CO＋3H2O?？梢婋S著反應(yīng)的進行，電解質(zhì)溶液中c(OH－)不斷減小。 7．一個完整的氧化還原反應(yīng)方程式可以拆分，寫成兩個“半反應(yīng)式”，一個是“氧化反應(yīng)”式，一個是“還原反應(yīng)”式。如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可以寫成：氧化反應(yīng)：Cu―→Cu2＋＋2e－；還原反應(yīng)：2Fe3＋＋2e－―→2Fe2＋。 (1)根據(jù)以上信息將反應(yīng)3NO2＋H2O===2H＋＋2NO＋NO拆分為兩個“半反應(yīng)式”：氧化反應(yīng)式為____________________________________________

18、_________________； 還原反應(yīng)式為_______________________________________________________。 (2)已知某一反應(yīng)的“半反應(yīng)式”為CH4＋10OH－―→CO＋7H2O＋8e－；O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，則總反應(yīng)式為____________________________________________________。 答案　(1)2NO2＋2H2O―→2NO＋4H＋＋2e－ NO2＋2H＋＋2e－―→NO＋H2O (2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O 解析　(1)根據(jù)題目提供的信息，還原劑

19、失去電子作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；氧化劑得到電子作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。反應(yīng)式為：氧化反應(yīng)：2NO2＋2H2O―→2NO＋4H＋＋2e－；還原反應(yīng)：NO2＋2H＋＋2e－―→NO＋H2O。 (2)知道兩個半反應(yīng)，根據(jù)得失電子守恒，將兩式相加，即可得總反應(yīng)式。 練綜合拓展 8．科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}： (1)這種電池放電時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：__________________________________

20、______________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：________________________________________________________________________， 負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)： __________________________________________________。 (3)電解液中H＋向________極移動，向外電路釋放電

21、子的電極是________。 (4)使用該燃料電池的另一個好處是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－―→6H2O 2CH3OH＋2H2O―→2CO2＋12H＋＋12e－ (3)正　負(fù)極　(4)對環(huán)境無污染 解析　(1)燃料電池的電池反應(yīng)為

22、燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的CO2不與H2SO4反應(yīng)，故電池總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。 (2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會生成H2O，用電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式。 (3)H＋移向正極，在正極生成水。 (4)產(chǎn)物是CO2和H2O，不會對環(huán)境造成污染。 9．我國首創(chuàng)以鋁－空氣－海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光。則該電源負(fù)極材料為________，正極材料為________，正、負(fù)極反應(yīng)分別為____________

23、____________________________________________________________， ________________________________________________________________________。 答案　鋁　石墨　3O2＋6H2O＋12e－―→12OH－　4Al―→4Al3＋＋12e－ 解析　根據(jù)原電池構(gòu)成的條件，活潑金屬做負(fù)極(失去電子)，發(fā)生氧化反應(yīng)；惰性材料做正極(得到電子)，發(fā)生還原反應(yīng)。在題目中，發(fā)生的反應(yīng)是4Al＋3O2===2Al2O3，所以鋁被氧化而做負(fù)極，在正極上氧氣得到電子被還原。類似于鋼鐵的電

24、化學(xué)腐蝕。 10．鉛蓄電池是典型的可充電型電池，它的正負(fù)極極板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為： Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO放電 充電 2PbSO4＋2H2O 請回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)： (1)放電時：正極的電極反應(yīng)式是____________________________________________； 電解液中H2SO4濃度將變____；電流方向從____極流向____極。當(dāng)外電路通過1 mol電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。 (2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按如圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成______、B

25、電極上生成________，此時鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將________。 答案　(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO―→PbSO4＋2H2O　小　正　負(fù)　48　(2)Pb　PbO2　對換 解析　解答本題要注意以下兩點： (1)原電池正極、電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，原電池負(fù)極、電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)鉛蓄電池完全放電后，電極材料為PbSO4。 原電池中正極上得電子、負(fù)極上失電子。根據(jù)電池總反應(yīng)式，正極反應(yīng)為：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO―→PbSO4＋2H2O。 負(fù)極反應(yīng)為： Pb＋SO―→PbSO4＋2e－　　質(zhì)量增加 2 mol 96 g 1 mol Δm 求得Δm＝48 g 電解池里與電源正極相連的電極(陽極)上失電子、與電源負(fù)極相連的電極(陰極)上得電子。則陽極反應(yīng)式為PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO＋2e－；陰極反應(yīng)式為PbSO4＋2e－―→Pb＋SO。根據(jù)圖示，電解一段時間后，原PbO2極(陰極)變成Pb， 原Pb極(陽極)變成PbO2，即正負(fù)極對換。