1、第 2 课时 化学电源学习目标定位 1.知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。一 化学电池化学电池是将化学能转变成电能的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。种类 特点(分类依据) 实例一次电池 放完电以后不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池 充电、放电可循环进行 铅蓄电池、镍氢电池燃料电池可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用氢氧燃料电池、CH4 燃料电池归纳总结化学电池的分类及污染化学电池是一类应用范围广、 实用性强的电源，分 为一次电 池、二次电池
2、( 充电电池)、燃料电池(连续电池) 。使用后的 废弃 电池中含有汞、镉、 铬、铅等大量的重金属和酸、碱 等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成 严重的污染。 废弃电池要进 行回收利用。1下列说法错误的是( )A依据原电池的原理设计出了化学电源B原电池是化学电源的雏形C判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活动性D氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源答案 C解析 判断一种电池的优劣主要是看 这种电池的比能量的大小，以及可储存时间的长短。2下列说法中，不正确的是( )A化学电池是将化学能转变成电能的装置B化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C化学电池供能稳定可靠，使用方
3、便，易于维护D废旧电池可以随意丢弃答案 D解析 本题考查的是有关化学 电池的概念、分 类及性能等方面的知识。废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以 废旧电池应回收利用。二 常见的化学电池1一次电池(1)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据电池反应方程式ZnAg 2OH 2O=Zn(OH)22Ag 判断：负极是 Zn，其依据是在总反应式中锌元素化合价升高，失去电子，锌为负极。正极反应式是 Ag2OH 2O2e =2Ag2OH ，反应类型是还原反应。(2)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质溶液
4、是 KOH溶液。负极反应式：Zn2OH 2e =Zn(OH)2；正极反应式：2MnO 22H 2O2e =2MnOOH2OH ；电池反应方程式：Zn2MnO 22H 2O=2MnOOHZn(OH) 2。2二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是 Pb，正极是 PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：PbPbO 22H 2SO4 2PbSO42H 2O 放 电 充 电(1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式负极：PbSO 2e =PbSO4；24正极：PbO 24H SO 2e =PbSO42H 2O。24(2)铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是 Pb
5、SO4，其电极反应式是PbSO42H 2O2e =PbO24H SO ；发生还原反应的物质是 PbSO4，其电极反应式24是 PbSO42e =PbSO 。24(3)放电过程中，硫酸的浓度变化是不断减小，密度的变化是 不断减小，溶液的 pH 变化是不断增大。3燃料电池(1)氢氧燃料电池用 Pt 作电极，不断充入燃料(H 2)和氧化剂(O 2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池反应方程式是 2H2O 2=2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应介质 负极反应式 正极反应式酸性 2H24e =4H O24H 4e =2H2O中性 2H24e =4H O22H 2O4e =4OH碱性 2H
6、24e 4OH =4H2O O22H 2O4e =4OH(2)燃料电池的燃料除氢气外，还有甲烷、甲醇、肼、氨等。若将用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH 3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是 CH3OH，其产物最终是 H2O、CO ，负极反应式是232CH3OH12e 16OH =2CO 12H 2O；正极反应式是233O26H 2O12e =12OH ；电池反应式是 2CH3OH3O 24OH =2CO 6H 2O。23归纳总结1常见化学电池的比较(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。(2)二次电池：两电极
7、都参与电极反应，可充电、放电，循 环使用。(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。2书写化学电池中电极反应式应注意的问题(1)正确判断出化学电池的负极和正极，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能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，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。(4)书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失) 。(5)溶液中不
8、存在 O2 ，酸性溶液中它与 H 结合生成 H2O，中性或碱性溶液中它与 H2O 结合生成 OH 。3碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池反应方程式为 Zn(s)2MnO 2(s)H 2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn 2O3(s)。下列说法中，错误的是( )A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为 2MnO2(s)H 2O(l)2e =Mn2O3(s)2OH (aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量减少 6.5 g答案 C解析 本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池
9、：锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向 负极，而 电子移动方向与电 流方向相反，C 项错误；由电子守恒知，D 项正确；由该电池反应的总反应式和原电池原理写出正极反应式知，B 项正确。4铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO 2，电解质溶液为 H2SO4，工作时的电池反应方程式为PbPbO 22H 2SO4=2PbSO42H 2O，下列结论正确的是( )APb 为正极被氧化B溶液的 pH 不断减小CSO 只向 PbO2 处移动24D电解质溶液 pH 不断增大答案 D解析 由题给电池反应可以看出 H2SO4 不断被消耗，故 pH 不断增大，所以 B 错，D 对；由 Pb元素
10、化合价的变化，可以看出 Pb 是负极，所以 A 错误；原 电池工作时，整个 电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由 Pb 极流向 PbO2 极；内电路中，负电荷(SO 和 OH )移向24Pb 极，所以 C 错。5用两根铂丝作电极插入 KOH 溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为 CH42KOH 2O 2=K2CO33H 2O，下列说法错误的是( )A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B放电时，通入 O2 一极附近溶液的 pH 升高C放电一段时间后，KOH 的物质的量不发生变化D通甲烷一极的电极反应式是 CH410OH 8e =CO
11、7H 2O23答案 C解析 原电池的负极发生氧化反 应，正极 发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是正极：2O 24H 2O8e =8OH负极：CH 410OH 8e =CO 7H 2O23由此可见 A、B、D 正确，错误的为 C。1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，电解质为 KOH，电极反应为 Zn2OH 2e =Zn(OH)2，Ag 2OH 2O2e =2Ag2OH 。根据上述反应式，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 增大B在使用过程中，电子由 Ag2O 极经外电路流向 Zn 极CZn 电极
12、发生还原反应，Ag 2O 电极发生氧化反应DZn 是负极，Ag 2O 是正极答案 D解析 根据原电池原理：负极失去 电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，可以判断该原电池中 Zn 为负极，Ag 2O 为正极；根据电极反应可以得知 负极区溶液的 pH 减小，故A、C 错误；电子是从负极沿导线 流向正极，故 B 错误。2高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn2K 2FeO48H 2O 3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH，下 放 电 充 电列叙述不正确的是( )A放电时负极反应为 Zn2e 2OH =Zn(OH)2B
13、充电时阳极反应为 Fe(OH)33e 5OH =FeO 4H 2O24C放电时每转移 3 mol 电子，正极有 1 mol K2FeO4 被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强答案 C解析 根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。充电时，阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钾；放电时正极附近生成 OH ，碱性增强。3燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池的能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有 40% 左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是( )A上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B氢氧燃料电池常用于
14、航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C乙醇燃料电池的电解质常用 KOH 溶液，该电池的负极反应为C2H5OH12e =2CO23H 2OD甲烷燃料电池在碱性环境下的正极反应为 O22H 2O4e =4OH答案 C解析 氢气、甲烷、乙醇等在燃料电池中，发生的反应为氧化反应，故作为电池的负极反应物。电解质为强碱 KOH 溶液，因此不可能生成二氧化碳， 应该生成 CO ，即 负极反应为23C2H5OH12e 16OH =2CO 11H 2O，故 C 项错误。234熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作电解质
15、，CO 为负极燃气，空气与 CO2 的混合气为正极助燃气，制得在 650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO2CO 4e =4CO2；23正极反应式：_；总电池反应式：_。答案 O 22CO 24e =2CO 2COO 2=2CO223解析 解答此题的关键是弄清原 电池的概念， 负极失去电子发生氧化反应；正极得到电子发生还原反应。依题意，总电池反应式应为 2COO 2=2CO2，根据正极反应负极反应总电池反应，可推知正极反应式。40 分钟课时作业经典基础题题组 1 化学电池及处理1下列说法正确的是( )A碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，
16、它放电后可以再充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质大量储存在电池内部答案 C解析 碱性锌锰电池是一次电 池， 铅蓄电池是二次电池。2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不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D回收其中石墨电极答案 B解析 汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。题组 2 一次电池3锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为 Zn(s) 2MnO22NH =Zn2 Mn 2O3(s) 42NH 3H 2O，在此电池放电时正极(碳棒) 上发生反应
17、的物质是( )AZn B碳CMnO 2 和 NH DZn 2 和 NH3 4答案 C解析 根据方程式可知：Zn 为负极，碳棒 为正极， 负极：Zn 2e =Zn2 ，正极： 2MnO22NH2e =Mn2O32NH 3H 2O，所以正极上参与反 应的物质是 MnO2 和 NH 。 4 44某原电池装置如图所示，电池总反应为 2AgCl 2=2AgCl。下列说法正确的是( )A正极反应为 AgCle =AgCl B放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用 NaCl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移 0.01 mol e 时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子答
18、案 D解析 根据电池总反应可以看出 Cl2 得电子，Ag 失电子，所以在原电池中 Cl2 在正极上发生还原反应，Ag 在负极上发生氧化反应。正极反 应为 Cl22e =2Cl ，A 项错误；因为电解质溶液为盐酸，所以负极上 Ag 失电子生成的 Ag 随即与附近的 Cl 反应，B 项错误；用氯化钠代替盐酸后，电极反应不发生改 变， C 项错误；当电路中转移 0.01 mol e 时，负极生成 0.01 mol Ag ，由于 Ag Cl =AgCl，所以消耗 0.01 mol Cl ，由于 电荷守恒，同时有 0.01 mol H 通过阳离子交换膜转移至右 侧溶液中，D 项正确。题组 3 可充电电池
19、5目前人们正研究开发一种高能电池钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以 Na 导电的 Al 2O3 陶瓷作固体电解质，反应为 2Nax S Na2Sx。下列说法正确的是( ) 放 电 充 电A放电时，钠作正极，硫作负极B放电时，Na 向负极移动C充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连D放电时，负极发生的反应是 2Na2e =2Na答案 D解析 放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，故钠作负极，硫作正极，A 错误；放电时，阳离子向正极移 动， B 错误；充电时，钠极(负极) 与外电源的负极相连，硫极(正极) 与外电源的正极相连， C 错误；放电时， 负极发生氧化反
20、应，D 正确。6镍(Ni)镉(Cd)可充电电池，放电时，电极材料是 Cd 和 NiO(OH)，电解质是 KOH，电极反应分别是 Cd2OH 2e =Cd(OH)2,2NiO(OH)2H 2O2e =2Ni(OH)22OH 。下列说法不正确的是( )A电池放电时，负极周围溶液的 pH 不断减小B电池放电时，总反应是 Cd2NiO(OH)2H 2O=Cd(OH)22Ni(OH) 2C电池充电时，镉(Cd)元素被氧化D电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接答案 C解析 C 项，充电时，Cd(OH) 22e =Cd2OH ，所以镉元素应被还原。7新型 NaBH4/H2O2 燃料电池(DBFC)的结构
21、如图所示(已知硼氢化钠中氢为1 价)，有关该电池的说法正确的是( )A电极 B 材料中含 MnO2 层，MnO 2 可增强导电性B电池负极区的电极反应：BH 8OH 8e =BO 6H 2O 4 2C放电过程中，Na 从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗 1 L 6 molL1 H2O2 溶液，理论上流过电路中的电子为 6NA 个答案 B解析 A 项，电极 B 采用 MnO2，为正极，H 2O2发生还原反 应，得到 电子被还原生成OH ，MnO2 既作电极材料又有催化作用，二氧化锰不能导电，A 错误；B 项，负极发生氧化反应，电极反应式为 BH 8OH 8e =BO 6H 2O，B 正确
22、；C 项，放电时，钠离子向正 4 2极移动，C 错误；D 项，在电池反应中，每消耗 1 L 6 molL1 H2O2 溶液，理论上流过电路中的电子数6 molL 1 1 L2NA mol1 12N A，D 错误。8我国企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为 V2O5xLi LixV2O5。下列说法 放 电 充 电合理的是( )A电池在放电时，Li 向负极移动B锂在放电时作正极，充电时作阳极C该电池充电时阳极的反应为 LixV2O5xe =V2O5 xLiDV 2O5 只是锂发生反应的载体，不参与电池反应答案 C解析
23、 A 项，电池在放电时，Li 向负电荷较多的正极移动 ，A 错误；B 项，锂在放电时作负极，充电时为阴极，B 错误；C 项，该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是：LixV2O5xe =V2O5xLi ，C 正确；D 项，在反 应中 V2O5 中的 V 元素的化合价也发生了变化，所以 V2O5 不只是锂发生反应的载体，D 错误。题组 4 燃料电池9美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂在 200 左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出 32 倍且更安全。电池总反应为C2H5OH3O 2=2CO23H 2O，电池示意如图。下列说法不正确的是( )Aa 极为电池的负极B电
24、池工作时电流由 b 极沿导线经灯泡再到 a 极C电池工作时，1 mol 乙醇被还原时就有 6 mol 电子转移D电池正极的电极反应为 4H O 24e =2H2O答案 C解析 A 项，原电池工作时，阳离子向正极移动，则 a 为负 极，故 A 正确；B 项，电池工作时，电流由正极经外电路流向负极，在 该电池中由 b 极流向 a 极，故 B 正确；C 项，根据方程式可知，1 mol 乙醇被氧化失去 12 mol 电子，故 C 错误；D 项 ，电池正极氧气得到电子被还原，电极反应式为 4H O 24e =2H2O，故 D 正确。10如图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H )和
25、电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH3O 2=2CO24H 2O。下列说法不正确的是( )A左电极为电池的负极，a 处通入的物质是甲醇B正极反应式为 O22H 2O4e =4OHC负极反应式为 CH3OHH 2O6e =CO26H D该电池提供 1 mol e ，消耗氧气 0.25 mol答案 B解析 电极反应式为负极：2CH 3OH12e 2H 2O=2CO212H 正极：3O 212e 12H =6H2O，B 错误；根据电子流向，可以判断 a 处通甲醇，b 处通 O2；当电池提供 1 mol 电子时，消耗 O2为 0.25 mol。3 mol12能
26、力提升题11 “神舟九号”飞船的电源系统共有 3 种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_能转化为 _能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd2NiOOH2H 2O Cd(OH)22Ni(OH) 2 放 电 充 电飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性_(填“增大” 、 “减小”或“不变”)，负极电极反应式为_。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为 Zn Ag2OH 2O 2AgZn(OH) 2， 放 电 充 电其正极的电极反应式为_。答案 (1)太阳 电 减小 Cd2e
27、2OH =Cd(OH)2(2)Ag2O2e H 2O=2Ag2OH 解析 (1)负极是失电子发生氧化反应的一极，Cd 为阳极；放电时负极反应为Cd2e 2OH =Cd(OH)2，故溶液碱性减小。12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3Zn2K 2FeO48H 2O 3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH。 放 电 充 电(1)放电时负极反应为_ 。(2)充电时 Fe(OH)3 发生_ 反应。(3)放电时电子由_极流向_极( 填“正”或“负”)。(4)放电时 1 mol K2FeO4 发生反应，转移电子数是_ 。答案 (1)Zn 2e 2OH =Zn(OH)2(2)
28、氧化 (3)负 正 (4)1.80610 24解析 放电时锌在负极发生氧化反 应，因 为电解质是碱，故负极反应是Zn2e 2OH =Zn(OH)2，电子由负极流出，通过外电路流向正极，每 1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是 3 mol，数目是 1.8061024，充 电时 Fe(OH)3 失去电子发生氧化反应。13燃料电池是利用燃料(如 H2、CO、CH 4、CH 3OH、NH 3 等) 与 O2 反应从而将化学能转化为电能的装置。(1)甲烷燃料电池(NaOH 作电解质溶液 )的负极反应式为_ ，正极电极反应式为_，放电过程中溶液的 pH_(填“增大” 、 “减小”或“不变”)。(2
29、)瑞典 ASES 公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池示意图如图，有关说法正确的是_(填字母)。a.电池工作时，Na 向负极移动b电子由电极 2 经外电路流向电极 1c电池总反应为 4NH33O 2=2N26H 2Od电极 2 发生的电极反应为 O24H 4e =2H2O(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。A 为生物燃料电池的_(填“正”或“负”)极。正极反应式为_；负极反应式为_。放电过程中，H 由_ 极区向_极区迁移( 填“正”或“负”)。在电池反应中，每消耗 1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下 CO2 气体_L。该电池_(填“能” 或“不能”) 在高温下工
30、作。(4)CO 无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因 CO 中毒而失去生命。一种 CO 分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇氧化钠，其中 O2 可以在固体介质NASICON 中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中 CO 的含量越高，请回答下列问题：a 极电极反应式为_。工作时，O 2 由电极_ 向电极_移动( 填“ a”或“b” ，下同)，电子由电极_通过传感器流向电极_。答案 (1)CH 4 10OH 8e =CO 7H 2O O 22H 2O4e =4OH 减小 (2)c (3)23正O 24H 4e =2H2O C 6H12O66H 2O24e =6CO224H 负 正
31、 22.4不能 (4)CO O 2 2e =CO2 b a a b解析 (1)负极为 CH4 失电子被氧化，在碱性条件下转化为 CO ，故 负极电极反应式为23CH410OH 8e =CO 7H 2O；正极 O2 得电子在碱性条件下生成 OH ，电极反应式23为 O22H 2O4e =4OH ，电池总反应式为 CH42O 22OH =CO 3H 2O。随着放23电反应的进行，OH 不断消耗，pH 减小。(2)先分析进出电极物质的化合价判断电池正、负极，NH 3 N2，N 元素化合价升高，故 电极 1为原电池负极，电极 2 为原电 池正极；电池工作时， Na 向正极移动，电子由电极 1 经外电路
32、流向 2，电极 2 电极反应式为 O22H 2O4e =4OH ；电极 1 电极反应式为2NH36OH 6e =N26H 2O。(3)O 2H 2O 发生还原反应，故 A 为燃料电池的正极，B 为燃料电池的负极。由于电解质中含有 H ，故正极电极反应为 O24H 4e =2H2O，负极电极反应为C6H12O66H 2O24e =6CO224H 。放电过程中，H 由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为 C6H12O66O 2=6CO26H 2O，即 1 mol O21 mol CO2，每消耗 1 mol O2，理论上生成标准状况下 CO2 气体 22.4 L。高温下由于微生物蛋白质发生变性，故 该电池不能在高温下工作。(4)根据元素价态变化可知， a 电极为负极，电极反应式为 COO 2 2e =CO2，b 电极为正极，电极反应式为 O24e =O2 ，总反应为 2COO 2=2CO2。工作 时电子由电极 a 通过传感器流向电极 b，O2 由电极 b 向电极 a 移动。
