1、1第 2课时 发展中的化学电源知识条目 必考要求 加试要求常见化学电源 b c能力要求1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。一、常见的化学电源1锌锰干电池(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的 MnO2和NH4Cl作电解质。(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。负极发生的电极反应为 Zn2e =Zn2 ，正极发生的电极反应为2MnO22NH 2e =Mn2O32NH 3H 2O。4(3)
2、缺陷：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。改进措施：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；将电池内的电解质 NH4Cl换成湿的 KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。2充电电池(1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能 电能。?放 电 充 电(2)常见的充电电池2铅蓄电池常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是 Pb，正极材料是 PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。镍镉电池以 Cd为负极，NiO(OH
3、)为正极，以 KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。碱金属中的 Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3燃料电池(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(3)以 30%的 KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H 24OH 4e =4H2O(氧化反应)；正极：O 2
4、2H 2O4e =4OH (还原反应)；总反应：2H 2O 2=2H2O。化学电池的基本类型(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。3(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。1下列电池工作时，O 2在正极得电子的是( )A B C D锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池答案 C2汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2Pb2H 2SO4=2PbSO42H 2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( )APb 是正极BPbO 2得电子，被氧化C负极反应是 P
5、bSO 2e =PbSO424D电池放电时，溶液的酸性增强答案 C解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中 Pb失去电子变为 Pb2 ，发生氧化反应，因而 Pb是负极；PbO 2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了 H2SO4，使溶液的酸性减弱。二、原电池电极反应式的书写方法1负极反应式的书写先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。(1)锌锰干电池(ZnCNH 4Cl)的负极是 Zn，其负极反应特点是锌本身失去电子生成Zn2 ，Zn 2 与电解质溶液成分不反应，负极反应式是 Zn2e =Zn2 。(2)铅蓄电池(PbPbO 2H2SO4)的
6、负极是 Pb，其负极反应特点是 Pb失去电子生成Pb2 ，Pb 2 与电解质溶液中的 SO 反应生成 PbSO4，负极反应式是24Pb2e SO =PbSO4。24(3)氢氧燃料电池(PtPtKOH)的负极是 Pt，其负极反应特点是 Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成 H ，H 与电解质溶液中的 OH 反应生成 H2O，负极反应式是H22e 2OH =2H2O。42正极反应式的书写(1)首先判断在正极发生反应的物质当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在
7、电解质溶液中的 O2。(2)然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应要书写叠加式。(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入 KOH溶液中，其正极反应式是 O22H 2O4e =4OH ；铜锌原电池(ZnCuH 2SO4)的正极反应式是 2H 2e =H2。书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写
8、离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。3锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为 LiMnO 2=LiMnO2，下列说法正确的是( )ALi 是正极，电极反应为 Lie =LiBLi 是负极，电极反应为 Lie =LiCMnO 2是负极，电极反应为 MnO2e =MnO2DLi 是负极，电极反应为 Li2e =Li2答案 B解析 由总反应 i nO2=L nO2可知，Li 元素在反应后化合价升高(01)，L0 M 4 i 1 M 3 Mn元素在反应后化合价降低(43)。L
9、i 被氧化，在电池中作负极，电极反应为Lie =Li ，MnO 2在正极上反应，电极反应为 MnO2e =MnO 。24燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b 均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )5Aa 极是负极，该电极上发生氧化反应Bb 极反应是 O24OH 4e =2H2OC总反应的化学方程式为 2H2O 2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源答案 B解析 a 极通 H2为负极，电极反应式为 2H24OH 4e =4H2O，发生氧化反应，A 正确；b极通 O2为正极，电极反应式为 O22H 2O4e =4OH ，B 不正确；正
10、、负极电极反应式相加得总反应为 2H2O 2=2H2O，C 正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D 正确。思维启迪 从理论上讲，凡是可燃物的燃烧反应都可以设计成原电池，所以燃料电池的燃料除 H2外，还可以用 CH4、甲醇(CH 3OH)和乙醇(C 2H5OH)、肼(N 2H4)等，燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为负极(H 2)反应式：2H 24e 4OH =4H2O(氧化反应)正极(O 2)反应式：O 22H 2O4e =4OH (还原反应)电池总反应式：2H 2O 2=2H
11、2O氢氧燃料电池以酸性溶液为电解质，其放电原理为负极(H 2)反应式：2H 24e =4H (氧化反应)正极(O 2)反应式：O 24H 4e =2H2O(还原反应)电池总反应式：2H 2O 2=2H2OCH 4、CH 3OH、C 2H5OH燃料电池Error!N 2H4燃料电池 产物是 N2和 H2O。1随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首6要原因是( )A利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极答案 B解析 回收电池的主要目的是防止对环境的污染。2镁H 2O2酸
12、性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸)，下列说法正确的是( )A电池总反应为 MgH 2O2=Mg(OH)2B正极发生的电极反应为 H2O22H 2e =2H2OC工作时，正极周围海水的 pH减小D电池工作时，溶液中的 H 向负极移动答案 B解析 电极反应式为负极：Mg2e =Mg2正极：H 2O22H 2e =2H2O总反应式 MgH 2O22H =Mg2 2H 2O根据电极反应式，H 移向正极，在正极上参与反应，pH 应增大。3已知空气锌电池的电极反应为锌片：Zn2OH 2e =ZnOH 2O；碳棒：O 22H 2O4e =4OH 。据此判断，锌片是( )A正极，被还原 B正极，被氧
13、化C负极，被还原 D负极，被氧化答案 D4茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向，航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、PtFe 合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )铝合金是负极 海水是电解液铝合金电极发生还原反应A BC D答案 A5有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的 O2和 H2O进行工作。(1)负极材料是_，电极反应为_。(2)正极材料是_，电极反应为_。7答案 (1)锌 2Zn4e =2Zn2(2)铂 O 22H 2O4e =4OH解析 以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源
14、，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌被氧化，血液中的 O2得到电子被还原。正极的反应为 O24e 2H 2O=4OH ；负极的反应为 2Zn4e =2Zn2 。基础过关题组一 化学电源及其回收利用1对化学电源的叙述正确的是( )A化学电源比火力发电对化学能的利用率高B化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位C化学电源均是安全、无污染的D化学电源即为可充电电池答案 A解析 由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中转环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来
15、严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。2下列化学电池不易造成环境污染的是( )A氢氧燃料电池 B锌锰电池C镍镉电池 D铅蓄电池答案 A3废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是( )A把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气B碳棒取出洗净用作电极C把铜帽取下洗净回收利用D电池内部填有 NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用答案 D解析 虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。4我们生活中
16、离不开各种各样的电池，下列关于电池的说法错误的是( )8A用后不能再生的电池称为一次电池，如锌锰干电池(电解质溶液中含氯化铵等)B放电后通过充电可反复使用的电池称为二次电池，如镍镉电池、铅蓄电池等C手机、电脑、数码相机中的可充电电池使用寿命长，对环境无害，不用进行回收D目前我国生产的无汞干电池，对环境无明显危害，无需进行特殊处理，可和普通垃圾混放答案 C解析 锌锰干电池为一次电池，A 项正确；放电后通过充电可反复使用的电池称为二次电池，B 项正确；可充电电池中含重金属离子，报废后对环境有害，应进行回收，C 项错误；目前我国生产的无汞干电池符合国家生产标准，对环境和人体健康没有明显危害，D 项正
17、确。题组二 常用化学电源5(2017北仑中学期中)碱性锌锰干电池在放电时，电池的总反应方程式可以表示为Zn2MnO 22H 2O=Zn(OH)22MnOOH，在此电池放电时，正极上发生反应的物质是( )AZn B碳棒CMnO 2 DMnO 2和 H2O答案 D6燃料电池是燃料(如 CO、H 2、CH 4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )A负极反应式：O 22H 2O4e =4OHB负极反应式：CH 48OH 8e =CO26H 2OC随着放电的进行，溶液的 c(OH )不变D放电时溶液中的阴离子向负极移动答案 D解
18、析 O 22H 2O4e =4OH 应为正极反应式；燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH410OH 8e =CO 7H 2O；由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的 c(OH )将23减小。7日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状 NH4Cl和 ZnCl2作电解质(其中加入 MnO2吸收 H2)，电极反应式可简化为Zn2e =Zn2 ，2NH 2e =2NH3H 2(NH 3与 Zn2 能生成一种稳定的物质)。根据4上述判断，下列结论不正确的是( )A干电池内发生的是氧化还原反应B锌为负极，碳为正极C工作时，电子由碳
19、极经过外电路流向锌极9D长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器答案 C解析 由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属活动性强)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项 A、B 正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项 C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且 MnO2不断吸收 H2而生成 H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项 D正确。8(2017湖州期中)用疏松多孔的活性炭插入 KOH溶液作电极，在两极上分别通入甲烷和氧气，形成燃料电池，有关该电池的描述错误的是( )A电池总反应：CH
20、42O 22OH =CO 3H 2O23B负极反应式：CH 48e 10OH =CO 7H 2O23C正极反应式：O 24H 4e =2H2ODCH 4燃料电池比 CH4直接燃烧能量利用率高答案 C解析 甲烷碱性燃料电池工作时，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应，电极反应式为 O24e 2H 2O=4OH ，甲烷在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH410OH 8e =CO 7H 2O，其总反应为 CH42O 22OH =CO 3H 2O。23 239(2017东阳中学月考)糕点包装中常见的脱氧剂成分为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是( )A脱
21、氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为 Fe3e =Fe3C脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为 2H2OO 24e =4OHD含有 1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气 336mL(标准状况)答案 D解析 A 项，钢铁的吸氧腐蚀是自发的氧化还原反应，所以钢铁腐蚀是放热反应，所以脱氧过程是放热反应，错误；B 项，脱氧过程中铁作负极，失去 2个电子，生成亚铁离子，错误；C 项，脱氧过程中 C作正极，电极反应为 2H2OO 24e =4OH ，错误；D 项，1.12g铁的物质的量是 0.02mol，与氧气的反应实质是1.12g56gmol 14F
22、e6H 2O3O 2=4Fe(OH)3，所以理论上最多吸收氧气的物质的量是 0.015mol，标准状况下的体积是 336mL，正确，答案选 D。题组三 新型化学电源10(2017温州市期末)MgAgCl 电池是一种用海水激活的一次电池，装置如图，其反应原理可表示为 Mg2AgCl= =MgCl22Ag。下列有关说法不正确的是( )10Aa 电极是该电池的负极Bb 电极发生氧化反应Cb 电极的电极反应式：2AgCl2e =2Ag2Cl D电池工作时，电子从 a电极经外电路流向 b电极答案 B解析 该原电池中 Mg易失电子作负极、AgCl 是正极，负极反应式为 Mg2e =Mg2 ，正极反应式为
23、2AgCl2e =2Cl 2Ag，Mg 易失电子作负极，即 a电极是该电池的负极；B项，b 为正极，正极发生还原反应，电极反应式为 2AgCl2e =2Ag2Cl ；Mg 作负极、AgCl是正极，电子从负极流向正极，则电子从 a电极经外电路流向 b电极。11金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为 4M nO22 nH2O=4M(OH)n。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。下列说法不正确的是( )A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
24、B比较 Mg、Al、Zn 三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4M n nO22 nH2O4 ne =4M(OH)nD在 Mg空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜答案 C解析 A 项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B 项，单位质量的 Mg、Al、Zn 释放的电子分别为mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比 Mg、Zn 高，正确；C 项，电池放电过程正极 O2得112 19 265电子生成 OH ，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成 M(OH)n，反应式应为 O22H 2O4e =4OH ，错误；D 项，为避免 OH 移至负极而生成M(OH)n，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止 OH ，正确。
