化學電源教案 新人教版選修4

第二節(jié) 化學電源課標要求通過查閱資料了解常見化學電源的種類及其工作原理，認識化學能與電能轉化的實際意義及其應用。課標解讀 1.了解幾種常見化學電源，一次、二次、燃料電池的工作原理。2正確書寫有關電池的電極反應和電池反應。教學地位化學電池是依據原電池原理開發(fā)的具有很強的實用性和廣闊的應用范圍的技術產品。本節(jié)的教學是理論知識在實踐中的延伸和拓展，將抽象的理論和學生在日常生活中積累的感性體驗聯系起來，幫助學生進一步的深入認識化學電池。簡介了三種電池的基本構造，工作原理，性能和適用范圍。同時向學生滲透綠色環(huán)保的意識。新課導入建議當一個人的心臟跳動過慢時，醫(yī)生會建議他安裝一個心臟起搏器，借助化學反應產生的電流來延長生命。該用什么材料制作這樣的電池呢？經過科學家的長期研究，發(fā)明的這種電池叫做鋰電池。那除了這種電池外，還有其他的一些電池。讓我們一起來了解化學電源的多樣性吧！教學流程設計課前預習安排：(1)看教材P74頁，填寫【課前自主導學】中的“知識1，化學電池”。(2)看教材P7577頁，填寫【課前自主導學】中的“知識2，幾種常見的化學電池”，并完成【思考交流】。步驟1：導入新課、本課時的教材地位分析。步驟2：建議對【思考交流】多提問幾個學生，使80%以上的學生都能掌握該內容，以利于下一步對該重點知識的探究。步驟6：先讓學生自主總結本課時學習的主要知識，然后對照【課堂小結】以明確掌握已學的內容、安排學生課下完成【課后知能檢測】。步驟5：在老師指導下完成【變式訓練】和【當堂雙基達標】中的題目，驗證學生對探究點的理解掌握情況。步驟4：教師通過【例題】和教材P5557頁講解研析對“探究”中的電極反應進行總結。步驟3：師生互動完成探究點“化學電源中電極反應式的書寫”可利用【問題導思】設置的問題由淺入深地進行。建議教師除【例1】外，使用【教師備課資源】中例題，以拓展學生的思路。課標解讀重點難點1.了解電池的分類、特點及適用范圍。2.了解幾類化學電池的構造、原理。3.了解化學電源的廣泛應用及廢舊電池的危害。1.一次、二次、燃料電池的構造及工作原理。(重點) 2.原電池電極反應式的書寫。(重難點)化學電池1.概念：是將化學能直接轉化為電能的裝置?；瘜W電池的主要部分是電解質溶液和浸在溶液中的正極和負極，使用時將兩極用導線接通，就有電流產生，因而獲得電能。2類型幾種常見化學電池1.一次電池(堿性鋅錳電池)(1)構成：負極Zn，正極MnO2，電解質KOH。(2)電極反應：負極：Zn2OH2e=Zn(OH)2正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH總反應：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)22二次電池(蓄電池)(1)構成：負極Pb、正極PbO2，電解質H2SO4溶液(2)工作原理放電：負極：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)正極：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)總反應：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)充電時鉛蓄電池的充電反應是放電反應的逆過程。陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；陽極：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)；總反應：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放電反應可寫成一個可逆反應方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。3燃料電池(1)工作原理連續(xù)地將燃料(如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和氧化劑的化學能直接轉換成電能。電極材料本身不發(fā)生氧化還原反應。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排除。(2)氫氧燃料電池電極材料Pt，酸性電解質。電極反應：負極：H22e=2H正極：O22H2e=H2O總反應：H2O2=H2O若把氫氧燃料電池中的酸性介質換成堿性介質，其電極反應式怎樣寫？【提示】負極：2H24e4OH=4H2O正極：O22H2O4e=4OH總反應：2H2O2=2H2O化學電源中電極反應式的書寫【問題導思】化學電源中正、負極是什么物質得、失電子？【提示】正極：陽離子得到電子生成單質或O2得電子。負極：活潑金屬或H2失去電子。氫氧燃料電池在酸性電解質和堿性電解質中的總反應實質相同嗎？【提示】相同，都為2H2O2=2H2O1根據裝置書寫電極反應式(1)先分析題目給定的圖示裝置，確定原電池正、負極上的反應物，并標出相同數目電子的得失。(2)電極反應式的書寫。負極：活潑金屬或H2失去電子生成陽離子，若電解質溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存，則該陰離子應寫入負極反應式。如鉛蓄電池，負極：PbSO2e=PbSO4。正極：陽離子得到電子生成單質，或O2得到電子。若反應物是O2，則：電解質是堿性或中性溶液：O22H2O4e=4OH。電解質是酸性溶液：O24H4e=2H2O。(3)正、負電極反應式相加得到電池反應的總反應方程式。2給出總反應式，寫電極反應式分析反應中的氧化反應或還原反應(即分析有關元素的化合價變化情況)選擇一個簡單的變化情況去寫電極反應式另一極的電極反應直接寫出或將各反應式看作數學中的代數式，用總反應式減去已寫出的電極反應式，即得結果以2H2O2=2H2O為例，當電解質溶液為KOH溶液時的電極反應式的書寫步驟如下：(1)根據總反應方程式分析有關元素化合價的變化情況，確定2 mol H2失掉4 mol電子，初步確定負極反應式為2H24e=4H。(2)根據電解質溶液為堿性，與H不能共存，反應生成水，推出OH應寫入負極反應式中，故負極反應式為2H24OH4e=4H2O。(3)用總反應式2H2O2=2H2O減去負極反應式得正極反應式：2H2OO24e=4OH。3可充電電池電極反應式的書寫在書寫可充電電池電極反應式時，要明確電池和電極，放電為原電池，充電為電解池。(1)原電池的負極與電解池的陽極發(fā)生氧化反應，對應元素化合價升高。(2)原電池的正極與電解池的陰極發(fā)生還原反應，對應元素化合價降低。書寫電極反應式應注意電解質溶液的影響。(1)中性溶液反應物中無H或OH。(2)酸性溶液反應物，生成物均無OH。(3)堿性溶液反應物，生成物中均無H。(4)水溶液不能出現O2。(1)今有2H2O2KOH,2H2O反應，構成燃料電池，則負極通的應是_，正極通的應是_，電極反應式分別為_、_。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質溶液，則電極反應式為_、_。(1)和(2)的電解液不同，反應進行后，其溶液的pH各有何變化？ _。(3)如把H2改為甲烷、KOH作導電物質，則電極反應式為：_、_。【解析】根據電池反應式可知H2在反應中被氧化，O2被還原，因此H2應在負極上反應，O2應在正極上反應。又因為是堿性溶液，此時應考慮不可能有H參加或生成，故負極反應為：2H24OH4e=4H2O，正極反應為：O22H2O4e=4OH。若將導電物質換成酸性溶液，此時應考慮不可能有OH參加或生成，故負極：2H24e=4H，正極：O24H4e=2H2O。由于前者在堿性條件下反應KOH量不變，但工作時H2O增多故溶液變稀堿性變小，pH將變小。而后者為酸溶液，H2SO4量不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。如把H2改為甲烷用KOH作導電物質，根據反應CH42O2=CO22H2O，則負極為發(fā)生氧化反應的CH4，正極為發(fā)生還原反應的O2，由于有KOH存在，此時不會有CO2放出?！敬鸢浮?1)H2O2負極：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH(2)負極：2H24e=4H正極：O24H4e=2H2O(1)變小，(2)變大(3)負極：CH410OH8e=CO7H2O正極：2O24H2O8e=8OH常見燃料電池的電極反應在燃料電池中，電解質溶液參與電極反應，電解質酸堿性的改變，引起電極反應的變化，但不影響燃料及O2的性質。電極反應在遵守質量守恒定律、電荷守恒、電子得失守恒的同時，還要特別考慮電解質溶液是否參與反應。(1)甲烷燃料電池。電解質：KOH正極(通O2)：2O24H2O8e=8OH負極(通CH4)：CH410OH8e=CO7H2O總反應：CH42O22KOH=K2CO33H2O(2)甲醇燃料電池。電解質：KOH正極：3O26H2O12e=12OH負極：2CH3OH16OH12e=2CO12H2O總反應：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O(3)肼燃料電池。電解質：KOH正極：O22H2O4e=4OH負極：N2H44OH4e=N24H2O總反應：N2H4O2=N22H2O(4)熔融鹽燃料電池。熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極燃氣，制得在650 下工作的燃料電池。有關的電池反應式為：正極：O22CO24e=2CO負極：2CO2CO4e=4CO2總反應：2COO2=2CO2固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯一氧化釔為電解質，這種固體電解質在高溫下允許氧離子(O2)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是()A有O2放電的a極為電池的負極B有H2放電的b極為電池的正極Ca極對應的電極反應式為O22H2O4e=4OHD該電池的總反應方程式為2H2O2高溫,2H2O【解析】固體介質允許O2通過，說明為非水體系，因此C項中a極反應式不正確，這種表達是水溶液中進行的反應，a極反應式應該是：O22e=O2，b極反應：H22e=2H，總反應方程式是H2O2高溫,H2O。【答案】D【教師備課資源】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，故得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以KOH溶液為電解液，電池總反應式為Zn(s)2MnO2(s)2H2O(l)=Zn(OH)2(s)2MnOOH(s)下列說法錯誤的是()A電池工作時，鋅失去電子B電池正極的電極反應式為：2MnO2(s)2H2O(l)2e=2MnOOH(s)2OH(aq)C電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g【解析】根據題意，該電池的負極材料是鋅。電池工作時，鋅本身失去電子而發(fā)生氧化反應，失去的電子通過外電路移向另一極(正極)。在該電極上，MnO2獲得電子發(fā)生還原反應生成MnOOH：2MnO22e2MnOOH。從元素守恒的角度來看，右側還多2個氫。在堿性溶液中不出現H，故正極反應為2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。反應中，失去0.2 mol電子，消耗掉0.1 mol鋅，質量為6.5 g?！敬鸢浮緾化學電池一次電池二次電池燃料電池電極材料電解質電極反應主要特點1下列有關電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能轉化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極【解析】鋰離子電池可以充電，再次使用，屬于二次電池，A項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故電流從銅電極流向鋅電極，而電子是由鋅電極流向銅電極，B項錯；電池的實質即是化學能轉化成電能，C項正確；Zn失去電子生成Zn2，故作為負極，D項正確?！敬鸢浮緽2茫茫黑夜中，航標燈為航海員指明了方向。航標燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制出以鋁合金、Pt­Fe合金網為電極材料的海水電池。在這種電池中()鋁合金是陽極鋁合金是負極海水是電解液鋁合金電極發(fā)生還原反應ABC D【解析】較活潑的鋁合金為負極(對)。Pt­Fe合金網為正極，海水是電解液(對)。負極上發(fā)生氧化反應(錯)。【答案】A3關于鉛蓄電池的說法正確的是()A在放電時，正極發(fā)生的反應是：Pb(s)SO(aq)=PbSO4(s)2eB在放電時，該電池的負極材料是鉛板C在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小D在充電時，陽極發(fā)生的反應是：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)【解析】A項中電池放電時正極應發(fā)生還原反應，電極反應為： PbO24HSO2e=PbSO42H2O；C項中電池充電時硫酸的濃度應不斷增大；D項中電池充電時陽極應發(fā)生氧化反應?！敬鸢浮緽4鋅錳干電池的兩極分別為碳棒和鋅皮，在放電時電池總反應方程式可以表示為：Zn2MnO22NHZn2Mn2O32NH3H2O。根據上述信息，下列結論正確的是()A放電時正極發(fā)生反應的物質為NHBZn為負極，碳為正極C工作時，電子由碳極經外電路流向Zn極D長時間連續(xù)使用該電池時，內裝糊狀物不會流出【解析】在電池的正極上發(fā)生的是得電子的還原反應，是總反應中氧化劑發(fā)生反應的電極。由鋅錳干電池的總反應式可知，MnO2與NH發(fā)生的反應為正極反應。根據原電池的工作原理可知，相對活潑(指金屬性)的一極為負極，相對不活潑的一極為正極，B項正確；在外電路，電子從負極流向正極，C項錯誤；長時間連續(xù)使用該電池，由于鋅皮慢慢溶解而破損，糊狀物很可能流出而腐蝕用電器，D項錯誤?！敬鸢浮緽5科學家預言，燃料電池將是21世紀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目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢化為電極催化劑，在稀硫酸電解液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)生的化學反應方程式是_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應式是_，負極發(fā)生的電極反應式是_。(3)電解液中的H向_極移動，向外電路釋放電子的電極是_。(4)比起直接燃燒燃料產生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉化效率高，其次是_?！窘馕觥考状既剂想姵貙嵸|就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應來提供電能。CH3OH在負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CH3OH2H2O12e=2CO212H；氧氣在正極反應：3O212H12e=6H2O，兩反應式相加即得總反應式。在電池中，負極釋放出電子移動到正極上，故向外電路釋放電子的電極為負極。在原電池的內電路中，陽離子向正極移動，故H向正極移動。甲醇反應產物為CO2和H2O，對環(huán)境無污染?！敬鸢浮?1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正負極(4)對環(huán)境無污染1下列有關化學電池的說法中正確的是()A化學電池只能將化學能轉化為電能B燃料電池能將全部化學能轉化為電能C鋅銀電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長D一次電池包括干電池和蓄電池【解析】蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)，燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換。蓄電池可重復使用，屬于二次電池?！敬鸢浮緾2已知蓄電池在充電時作電解池，放電時作原電池。鉛蓄電池上有兩個接線柱，一個接線柱旁標有“”，另一個接線柱旁標有“”。關于標有“”的接線柱，下列說法中正確的是()A充電時作陽極，放電時作正極B充電時作陽極，放電時作負極C充電時作陰極，放電時作負極D充電時作陰極，放電時作正極【解析】“”接線柱放電時為原電池正極，充電時與外接電源正極相連，作陽極A正確?！敬鸢浮緼3研究人員最近發(fā)明了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電，在海水中電池總反應可表示為：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl下列“水”電池在海水中放電時的有關說法正確的是()A正極反應式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10轉移2 mol電子CNa不斷向“水”電池的負極移動DAgCl是還原產物【解析】根據總反應中化合價的升降和正極、負極的反應原理，正極反應為5MnO22e=Mn5O，負極反應為2Ag2Cl2e=2AgCl，A項錯誤，B項正確；C項，陽離子向正極移動，錯誤；D項，AgCl是氧化產物，錯誤?！敬鸢浮緽4電池是人類生產和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關電池的敘述正確的是()A鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細B氫氧燃料電池可將熱能直接轉變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅【解析】因為鋅錳干電池中鋅棒為負極，鋅棒變細，碳棒不變，故A錯；原電池是將化學能直接轉變?yōu)殡娔?，所以B錯；氫氧燃料電池負極反應為H22e=2H，所以C正確；太陽能電池的主要材料是硅，D錯?！敬鸢浮緾5不久前，美國一個海軍航空站安裝了一臺250 kW的MCFC型燃料電池。該電池可同時供應電和蒸氣，其燃料為H2，電解質為熔融的K2CO3，工作溫度為600800 。已知該電池的總反應為2H2O2=2H2O，負極反應為H2CO2e=H2OCO2。下列推斷正確的是()A正極反應為4OH4e=O22H2OB放電時，CO向負極移動C電池供應1 mol水蒸氣，轉移的電子的物質的量4 molD放電時，CO向正極移動【解析】正極反應是氧化劑得電子的反應，A項錯；原電池中，陰離子向負極移動，B項正確，D項錯；電池提供1 mol水蒸氣，轉移的電子的物質的量為2 mol，C項錯?！敬鸢浮緽6生產鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金柵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)生的反應是：2PbSO42H2OPbO2Pb2H2SO4下列對鉛蓄電池的說法中錯誤的是()A需要定期補充硫酸B工作時鉛是負極，PbO2是正極C工作時負極上發(fā)生的反應是Pb2eSO=PbSO4D工作時電解質溶液的密度減小【解析】鉛蓄電池在工作時相當于原電池，發(fā)生氧化反應的物質是負極，發(fā)生還原反應的物質是正極，所以Pb是負極，PbO2是正極；在工作時，負極發(fā)生的反應是鉛失去電子生成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，制成膏狀的PbSO4干燥后安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小?！敬鸢浮緼7常見鎳氫電池的某極是儲氫合金LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合價均為0)，電池反應通常表示為LaNi5H66NiO(OH)LaNi56Ni(OH)2。下列說法不正確的是()A放電時儲氫合金作負極B充電時儲氫合金作陰極C充電時陰極周圍c(OH)減小D放電時負極反應：LaNi5H66OH6e=LaNi56H2O【解析】A選項，鎳氫電池放電時作原電池，發(fā)生反應：LaNi5H66NiO(OH)=LaNi56Ni(OH)2，儲氫合金是還原劑，作原電池的負極。B選項，充電時，外電源的負極接在原電池的負極上，所以充電時儲氫合金作陰極。C選項，充電時陰極：LaNi56H2O6e=LaNi5H66OH，所以充電時陰極周圍c(OH)應該增大，C選項錯誤。D選項正確?！敬鸢浮緾8一種甲醇、氧氣和強堿溶液作電解質的新型手機電池，可連續(xù)使用一個月，其電池反應為：2CH3OH3O24OH2CO6H2O，則有關說法正確的是()A放電時CH3OH參與反應的電極為正極B放電時負極的電極反應為CH3OH8OH6e=CO6H2OC標準狀況下，通入5.6 L O2并完全反應后，有0.5 mol電子轉移D放電一段時間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低【解析】從電池反應可知，CH3OH為原電池的負極，A選項錯誤；正極反應為：O22H2O4e=4OH，標準狀況下，5.6 L O2為0.25 mol，轉移電子為1 mol，C選項錯誤；從正極反應可以看出，正極附近溶液OH濃度增大，pH升高，D選項錯誤?！敬鸢浮緽9目前人們正在研究開發(fā)一種高能電池鈉硫電池，它是以熔融的鈉、硫為兩極，以Na導電的­Al2O3陶瓷為固體電解質，反應式如下：2NaxSNa2Sx。以下說法中正確的是()A放電時，鈉作負極，發(fā)生還原反應B放電時，鈉作正極，硫極發(fā)生還原反應C若用此電池電解水，當產生標準狀況下的O2 1.12 L時，消耗金屬鈉為4.6 gD放電時，正極發(fā)生的反應為S2e=xS【解析】放電時為原電池裝置，鈉作負極，發(fā)生氧化反應，硫極作正極，發(fā)生還原反應，A、B、D均不正確。若用此電池電解水，當陽極產生標準狀況下的氣體為1.12 L O2時，則轉移的電子的物質的量為n(e)4n(O2)4×0.05 mol0.2 mol，則消耗金屬鈉的質量為m(Na)0.2 mol×23 g·mol14.6 g，故C項正確?！敬鸢浮緾10有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是()每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e負極上CH4失去電子，電極反應式為CH410OH8e=CO7H2O負極上是O2獲得電子，電極反應式為O22H2O4e=4OH電池放電后，溶液pH不斷升高ABC D【解析】CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2中燃燒的反應，即CH4CO2，嚴格講生成的CO2還會與KOH反應生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負極，電極反應式為CH410OH8e=CO7H2O,1 mol CH4參加反應有8 mol e發(fā)生轉移，O2在正極上發(fā)生反應，獲得電子，電極反應式為O22H2O4e=4OH。雖然正極產生OH。負極消耗OH，但從總反應CH42O22KOH=K2CO33H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時溶液的pH不斷下降，故正確，錯誤?！敬鸢浮緼11鉛蓄電池是化學電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解質為稀硫酸，工作(放電)時該電池的總反應：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。試根據上述情況判斷：(1)蓄電池的負極材料是_。(2)工作時，正極反應為_。(3)工作時，電解質溶液的pH_(填“增大”、“減小”或“不變”)。(4)工作時，電解質溶液中陰離子移向_極。(5)電流方向從_極流向_極?！窘馕觥啃铍姵毓ぷ鲿r，起原電池作用，題中各小題概括敘述了蓄電池放電時所涉及的各個方面。根據原電池原理，負極發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，所以Pb為負極；正極發(fā)生還原反應，元素化合價降低，從總反應式可知，PbO2是氧化劑，即正極反應：PbO2SO4H2e=PbSO42H2O；從正極反應或電池的總反應可知H2SO4參加了反應，H轉變成H2O，所以溶液pH增大；原電池工作時溶液中陰離子移向負極，陽離子移向正極；電流方向與電子移動方向相反，從正極沿導線流向負極?！敬鸢浮?1)Pb(2)PbO2SO4H2e=PbSO42H2O(3)增大(4)負(5)正負12Li­SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解質是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應可表示為：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請回答下列問題：(1)電池的負極材料為_，發(fā)生的電極反應為_。(2)電池正極發(fā)生的電極反應為_；(3)SOCl2易揮發(fā)，實驗室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實驗現象是_，反應的化學方程式為_；(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行，原因是_?！窘馕觥?1)分析反應的化合價變化，可得Li為還原劑(作負極)，失電子：Lie=Li。(2)SOCl2為氧化劑，得電子，從題給電池反應可推出產物：Cl、S、SO2。(或用總反應減去負極反應)。(3)題中已給出信息：堿液吸收時的產物是Na2SO3和NaCl，則沒有堿液吸收時的產物應為SO2和HCl，進而推出現象?！敬鸢浮?1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出現白霧，有刺激性氣味氣體生成SOCl2H2O=SO22HCl(4)因為構成電池的主要成分Li能與氧氣、水反應，SOCl2也與水反應13微型紐扣電池在現代生活中有廣泛應用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應為：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根據上述反應式，完成下列題目。(1)判斷下列敘述中正確的是_。A在使用過程中，電解質KOH被不斷消耗B使用過程中，電子由Ag2O極經外電路流向Zn極CZn是負極，Ag2O是正極DZn電極發(fā)生還原反應，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(2)寫出電池的總反應式：_。(3)使用時，負極區(qū)的pH_(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，正極區(qū)的pH_，電解質溶液的pH_。【解析】(1)由正、負電極反應式可知：Zn電極為負極，發(fā)生氧化反應，負極區(qū)pH減小，Ag2O為正極，發(fā)生還原反應，正極區(qū)pH增大；使用時電子由Zn極流向Ag2O極，正、負極反應式相加可得總反應式為ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，故電解質KOH未被消耗，電解質溶液的pH不變。【答案】(1)C(2)ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag(3)減小增大不變14.氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定。請回答：(1)氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是_，在導線中電子流動方向為_(用a、b表示)。(2)負極反應式為_。(3)電極表面鍍鉑粉的原因為_。(4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲氫是關鍵技術之一，金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反應中的還原劑是_，反應中的氧化劑是_。已知LiH固體密度為0.82 g/cm3。用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為_。由生成的LiH與H2O作用放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為_mol?！窘馕觥勘绢}考查電化學知識。(1)原電池的實質為化學能轉化成電能。總反應為2H2O2=2H2O，其中H2從零價升至1價，失去電子，即電子從a流向b。(2)負極為失去電子的一極，即H2失電子生成H，由于溶液是堿性的，故電極反應式左右應各加上OH。(3)鉑粉的接觸面積大，可以加快反應速率。(4)中Li從零價升至1價，作還原劑。中H2O的H從1價降至H2中的零價，作氧化劑。由反應，當吸收10 mol H2時，則生成20 mol LiH，Vm/(20×7.9)/0.82×103 L192.68×103 L，則V(LiH)/V(H2)192.68×103 L/224 L8.60×104。20 mol LiH可生成20 mol H2，實際參加反應的H2為20×80%16 mol,1 mol H2轉化成1 mol H2O，轉移2 mol電子，所以16 mol H2可轉移32 mol的電子。【答案】(1)由化學能轉變?yōu)殡娔苡蒩到b(合理表達形式均可)(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數，加快電極反應速率(4)LiH2O1/1 163或8.60×10432階段歸納提升課一、原電池設計的基本依據和關鍵進行原電池設計的基本依據，是原電池的構成條件，關鍵是選擇合適的電極材料和電解質溶液。1電極材料的選擇電池的電極必須導電。一般電池中的負極必須能夠與電解質溶液反應，容易失去電子，因此負極一般是活潑的金屬材料。正極和負極之間只有產生電勢差，電子才能定向移動，所以正極和負極一般不用同一種材料。兩個電極的構成分為4種情況：(1)活動性不同的兩種金屬。例如，鋅銅原電池中，鋅作電池的負極，銅作電池的正極。(2)金屬和非金屬。例如，鋅錳干電池中，鋅片作電池的負極，石墨棒作電池的正極。(3)金屬和化合物。例如，鉛蓄電池中，鉛板作電池的負極，二氧化鉛作電池的正極。(4)惰性電極。例如，氫氧燃料電池中，兩根電極均可用Pt。2電解質溶液的選擇電解質是為負極提供放電的物質，因此電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應。但若是兩個半反應分別在兩個燒杯中進行，應使用鹽橋連接。負極所在的電解質溶液陽離子應與電極材料是相同的陽離子。例如：在鋅、銅和硫酸構成的原電池中，鋅極置于ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等溶液中；正極材料置于硫酸溶液中。當然硫酸還可以換成鹽酸，電極上發(fā)生的反應和電池總反應與電解質是硫酸是相同的。但是如果電解質溶液是硫酸銅溶液，電極反應是負極：Zn2e=Zn2，正極：Cu22e=Cu電池總反應：ZnCu2=Zn2Cu3原電池設計思路圖示：依據氧化還原反應：Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2設計的原電池如圖所示：請回答下列問題：(1)電極X的材料是_，電解質溶液Y是_。(2)Pt電極為電池的_極，發(fā)生的電極反應為_；X電極上發(fā)生的電極反應為_。(3)外電路中的電子是從_電極流向_電極?！窘馕觥繉n2FeCl3=ZnCl22FeCl2拆分：Zn2e=Zn2(氧化反應)和2Fe32e=2Fe2(還原反應)兩個反應。結合原電池的電極反應特點分析可知，該電池的負極應用鋅，則正極應用活動性比鋅弱的材料，為保證Fe3在正極得電子，則電解質溶液為FeCl3等易溶的鐵鹽溶液?！敬鸢浮?1)ZnFeCl3溶液(2)正2Fe32e=2Fe2Zn2e=Zn2(3)ZnPt二、電極反應式和總反應式的書寫方法1整體思路(1)題目僅給出原電池的裝置圖首先找出原電池的正、負極，即分別找出氧化劑和還原劑。結合電解質判斷出還原產物和氧化產物。寫出電極反應式(注意兩極得失電子數相等)，將兩電極反應式相加可得總反應式。(2)題目僅給出原電池的總反應式分析原電池總反應式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產物，氧化劑參加的反應即為正極反應；找出還原劑及其對應的氧化產物，還原劑參加的反應即為負極反應。當氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物由多種元素組成時，還應注意電解質的反應。若有一個電極反應較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應，然后再利用總反應式減去該電極反應即得到另一個電極反應。2負極與正極上的電極反應式的書寫(1)負極若負極材料本身被氧化，其電極反應式有兩種情況：一種是負極金屬失電子后生成的金屬陽離子不與電解質溶液反應，此時的電極反應可表示為Mne=Mn；另一種是負極金屬失電子后生成的金屬陽離子與電解質溶液反應，此時的電極反應要將金屬失電子的反應、金屬陽離子與電解質溶液的反應疊加在一起書寫，如鉛蓄電池的負極反應為PbSO2e=PbSO4。若負極材料本身不反應，如燃料電池，在書寫負極反應式時，要將燃料失電子的反應及其產物與電解質溶液的反應疊加在一起書寫，如氫氧燃料電池(KOH溶液為電解質溶液)的負極反應為H22OH2e=2H2O。(2)正極首先，判斷在正極發(fā)生反應的物質。a當負極材料與電解質溶液能自發(fā)地發(fā)生化學反應時，在正極上發(fā)生電極反應的物質是電解質溶液中的某些微粒；b當負極材料與電解質溶液不能自發(fā)地發(fā)生化學反應時，在正極上發(fā)生電極反應的物質是溶解在電解質溶液中的O2。然后，根據具體情況寫出正極反應式，在書寫時也要考慮正極反應產物是否與電解質溶液反應的問題，若參與反應也要書寫疊加式。3書寫電極反應式時應注意的問題(1)兩電極得失電子數目相等。(2)電極反應式常用“=”而不用“”表示。(3)電極反應式中若有氣體生成，需要加“”；而弱電解質或難溶物均以分子式表示，其余以離子符號表示。(4)書寫電極反應式時要保證電荷守恒、元素守恒，可在電極反應式一端根據需要添加H或OH或H2O。(5)兩電極反應式和電池總反應式中，若已知其中兩個，可由方程式的加減得到第三個。高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列敘述不正確的是()A放電時負極反應為：Zn2e2OH=Zn(OH)2B充電時陽極上反應為：Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放電時每轉移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D放電時正極附近溶液的堿性增強【解析】放電時裝置為原電池，Zn作負極，充電時，裝置變?yōu)殡娊獬?，陽極發(fā)生氧化反應，所以A、B正確；放電時正極反應為：FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH，故電極附近溶液的堿性增強，正極所發(fā)生的是還原反應而不是氧化反應，C錯、D正確。故正確答案為C?！敬鸢浮緾1如圖為某原電池的裝置圖，下列有關說法中不正確的是()A將Zn換成Fe，電池總反應不變B將Cu換成Fe，電池總反應不變C將Cu換成Fe，電壓表的讀數減小D將Zn換成Fe，電壓表的讀數減小【解析】A項中將Zn換成Fe，則負極反應由Zn2e=Zn2變成Fe2e=Fe2，而Cu電極改換為比Zn活潑性差的導電電極，所有反應不變，A項錯誤，B項正確；兩電極活潑性差距越大形成的原電池的電壓越高，C、D兩項正確。【答案】A2鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為：Zn(s)2MnO22NH=Zn2Mn2O3(s)2NH3H2O，在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是()AZn B碳CMnO2和NH DZn2和NH3【解析】根據方程式可知：Zn為原電池的負極，碳棒為原電池的正極，負極失電子變成Zn2，失去的電子被MnO2和NH得到，生成了低價態(tài)的Mn2O3和不帶電的NH3。所以在正極上NH和MNO2為反應物?！敬鸢浮緾3下圖是一種航天器能量儲存系統原理示意圖。下列說法正確的是()A該系統中只存在3種形式的能量轉化B裝置Y中負極的電極反應式為：O22H2O4e=4OHC裝置X能實現燃料電池的燃料和氧化劑再生D裝置X、Y形成的子系統能實現物質的零排放，并能實現化學能與電能間的完全轉化【解析】該系統中存在太陽能、電能、機械能、化學能4種形式的能量轉化，故A錯；裝置Y中負極的電極反應式為：H22e=2H，通過X裝置產生O2和H2，故C正確；X，Y子系統理論上可以實現物質的零排放，但不能實現化學能與電能間的完全轉化，D錯?！敬鸢浮緾4(2012·大綱全國卷)四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時，外電路電流從流向；相連時，為正極；相連時，上有氣泡逸出；相連時，的質量減少。據此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是()A BC D【解析】利用原電池的形成和工作原理解決問題。在外電路中，電流從正極流向負極，則作原電池的負極，作正極，故活動性>；活動性相對較差的金屬作原電池的正極，故金屬的活動性>；有氣泡產生的電極發(fā)生的反應為2H2e=H2，為原電池的正極，故活動性>；質量減少的電極發(fā)生氧化反應生成金屬離子而溶解，為負極，故活動性>，由此可得金屬活動性：>>>?！敬鸢浮緽5(2012·四川高考)一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為：CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有關說法正確的是()A檢測時，電解質溶液中的H向負極移動B若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣C電池反應的化學方程式為：CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正極上發(fā)生的反應為：O24e2H2O=4OH【解析】審題是關鍵，反應是在酸性電解質溶液中進行的。在原電池中，陽離子要往正極移動，故A錯；因電解質溶液為酸性的，不可能存在OH，故正極的反應式為：O24H4e=2H2O，轉移4 mol電子時消耗1 mol O2，則轉移0.4 mol電子時消耗2.24 L O2，故B、D錯；電池反應式即正負極反應式的和，將兩極的反應式相加可知C正確?！敬鸢浮緾6紐扣電池可用于計算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質溶液，電池的總反應為ZnAg2O=2AgZnO。關于該電池的敘述不正確的是()A使用時電子由Zn極經外電路流向Ag2O極，Zn是負極B使用時電子由Ag2O極經外電路流向Zn極，Ag2O是負極C正極的電極反應為Ag2O2eH2O=2Ag2OHDZn極發(fā)生氧化反應，Ag2O極發(fā)生還原反應【解析】由總方程式可以看出，負極為Zn，正極為Ag2O，使用時電子由負極流向正極，A項正確，B項錯誤；負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，C項正確，D項也正確?！敬鸢浮緽7(2012·山東高考節(jié)選)利用反應2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制備CuSO4，若將該反應設計為原電池，其正極電極反應為_?！窘馕觥侩姵胤磻目偡匠淌綖?CuO24H=2Cu22H2O，負極電極反應式為2Cu4e=2Cu2，將電池反應的總方程式與負極電極反應式相減得正極電極反應式：4HO24e=2H2O?！敬鸢浮?HO24e=2H2O18