1、第二节 化学电源课程目标 核心素养建构1.了解化学电源的种类及工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.掌握一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。知 识 梳 理一、化学电池的分类与优劣1.化学电池的分类及其特点2.化学电池的优点具有能量转换效率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。3.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。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。二、一次电池1.碱性锌锰电池(1)基本构造(2)组成。正极：Mn
2、O 2；负极：Zn；电解质：KOH。(3)工作原理。负极反应：Zn2OH 2e =Zn(OH)2；正极反应：2MnO 22e 2H 2O=2MnOOH2OH ；总反应：Zn2MnO 22H 2O=2MnOOHZn(OH) 2。(4)特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。2.锌银电池(1)基本构造及工作原理。(2)组成：负极：Zn，正极： Ag2O，电解质：KOH。(3)工作原理。负极反应：Zn2OH 2e =Zn(OH)2；正极反应：Ag 2O2e H2O=2Ag2OH ；总反应：ZnAg 2OH 2O=Zn(OH)22Ag。(4)特点
3、：比能量大，电压稳定，储存时间长，适用于小电流连续放电。3.锂电池(1)基本组成：负极：Li，正极：MnO 2、CuO、FeS 2 等，电解质：非水溶剂。(2)特点：比能量高、电压高、工作温度范围宽，储存时间长。三、二次电池(以铅蓄电池为例)1.基本构造2.组成：负极：Pb ，正极： PbO2，电解质：H 2SO4 溶液。3.工作原理(1)放电过程：负极：Pb(s)SO (aq)2e =PbSO4(s)；24正极：PbO 2(s)4H (aq)SO (aq)2e =PbSO4(s)2H 2O(l)；24总反应：Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H 2O(l)
4、。(2)充电过程阴极：PbSO 4(s)2e =Pb(s)SO (aq)(还原反应)；24阳极：PbSO 4(s)2H 2O(l)2e =PbO2(s)4H (aq)SO (aq)(氧化反应) ；24总反应：2PbSO 4(s)2H 2O(l)=Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq)。(3)铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H 2O(l)。4.铅蓄电池的优缺点(1)优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。(2)缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。四、燃料电池(以酸性氢氧燃料电池
5、为例)1.基本构造2.工作原理负极反应：2H 24e =4H ；正极反应：O 24H 4e =2H2O；总反应：2H 2O 2=2H2O。【自主思考】若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？提示 负极：2H 24e 4OH =4H2O正极：O 22H 2O4e =4OH总反应：2H 2O 2=2H2O效 果 自 测1.判断正误，正确的画“” ，错误的画“” 。(1)废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。( )(2)锌银电池中负极是锌，工作时发生还原反应。( )(3)镍镉电池工作原理是 Cd2NiO(OH) 2H 2O 2N
6、i(OH)2Cd(OH) 2，所以电解质可以是硫酸。( )(4)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。( )答案 (1) (2) (3) (4)2.铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是 Pb 和 PbO2，电解质溶液为稀硫酸，工作时该电池的总反应式为 PbPbO 22H 2SO4=2PbSO42H 2O。试根据上述情况判断：(1)蓄电池的负极材料是_。(2)工作时，正极反应为_。(3)工作时，电解质溶液的 pH_(填“增大” “减小”或“不变”)。(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(5)电流方向从_极流向_极。(6)充电时，铅蓄电池的负极与电源的_极相连接。解析 蓄电池工作(放电)
7、 时，起原电池作用。根据原电池原理，负极发生氧化反应元素化合价升高，所以 Pb 为负极；正极发生还原反应元素化合价降低，从总反应式可知，PbO 2 是氧化剂，即正极反应为：PbO24H SO 2e =PbSO42H 2O；从正极反应或电池的总反应可知24H2SO4 参加了反应，H 转变成 H2O，所以 pH 增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。答案 (1)Pb (2)PbO 24H SO 2e =PbSO42H 2O (3)增大 (4)负 24(5)正 负 (6)负3.(1)根据氧化还原反应 2H2O 2=2H2O，设计成燃
8、料电池，负极通入的气体应是_，正极通入的气体应是_。(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：电解质溶液 H2SO4 溶液 KOH 溶液负极反应式正极反应式溶液的 pH 变化(3)若把 H2 改变 CH4，KOH 作电解质，则正极反应式为_。解析 (1)氢、氧燃料电池中通入可燃性气体(H 2)的一极为负极，通入 O2 的一极为正极。(2)若以 H2SO4 作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H24e =4H ；正极：O 24e 4H =2H2O。反应过程中生成水，溶液中 c(H )减小，pH 增大。若以 KOH 溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H 24OH 4e =4H2O；正极：
9、2H 2O O24e =4OH 。反应过程中生成水、溶液中 c(OH )减小，pH 减小。(3)若把 H2 改为 CH4，KOH 作电解质溶液时其正极反应式不变。答案 (1)H 2 O2(2)2H24e =4H 2H 24OH 4e =4H2O O 24H 4e =2H2O O22H 2O4e =4OH 变大 变小 (3)O 22H 2O4e =4OH探究一、各种化学电源的特点【合作交流】1.一次电池和二次电池的本质区别是什么？提示 一次电池放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，可多次重复使用。2
10、.燃料电池与干电池或蓄电池有何差别？提示 主要差别是燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是由外部提供燃料和氧化剂。【点拨提升】各种化学电源特点的比较名称 一次电池( 干电池)二次电池(充电电池或蓄电池)燃料电池定义发生氧化还原反应的物质消耗到一定程度，就不能再使用放电后可以再充电使发生氧化还原反应的物质获得再生一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池特点电解质溶液制成胶状，不流动可以多次重复使用与一般化学电池不同，工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池铅蓄电池、氢镍电池、镉
11、镍电池氢氧燃料电池、CH 4 燃料电池、CH 3OH 燃料电池【典题例证 1】 电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅解析 因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，A 错误；原电池是将化学能直接转变为电能，B 错误；氢氧燃料电池负极反应为H22e =2H ，C 正确；太阳能电池采用硅材料制作，D 错误。答案 C【变式训练 1】 (双选) 下列说法正确的是(
12、)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，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没有储存在电池内部解析 碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。答案 CD探究二、化学电源电极反应式的书写【合作交流】1.已知电池反应和某一电极反应式，如何写出另一电极反应式？提示 电极反应相当于氧化还原反应(电池反应)的半反应，故某一电极反应式等于电池反应减另一电极反应式，即：正(负)极反应式电池反应负(正)极反应式。2.试根据燃料电池的电池反应：CH 42O 22KOH =K2CO33H 2O，讨论并写出该电池的电极反应式。提示 上述电池的电极反应式书写步
13、骤如下：(1)根据总反应方程式给元素标价，CH 4 被氧化，氧化产物是 K2CO3，碳元素升高 8 价，转移电子数为 8：CH 48e CO (电极反应式写离子反应方程式) 。23(2)根据电解质溶液的酸碱性，用 H 或 OH 或其他离子配平，使两边电荷总数相等：CH 410OH 8e CO 。23注意：电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不能出现 H 。(3)利用 H2O 使两边的元素守恒，即得：负极：CH410OH 8e =CO 7H 2O。23同理，正极反应式的书写如下：O 22H 2O4e =4OH ，注意：在碱性溶液中 O2 结合水电离出的 H ，但是电极反应式中不能写 H ，要写
14、成化学式 H2O的形式。(4)将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。所有已知电池反应书写电极反应式均可采用此法。【点拨提升】1.根据装置书写电极反应式(1)确定原电池的正、负极及放电的物质。首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正、负极的判断方法，确定原电池的正、负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。负极反应：规律：活泼金属或 H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或 H (或其他氧化产物)。特例：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或 H 能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池的负极反应是 PbSO 2e =PbSO4。24正极反应：规律：阳离子得电子生成
15、单质或氧气得电子。特例：若是氧气得电子，要考虑电解质溶液的情况。中性或碱性：O 22H 2O4e =4OH酸性：O 24H 4e =2H2O。(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正、负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。2.给出电池总反应式，写电极反应式(1)一般书写步骤为：列物质，标得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。两式加，验总式。(2)如以 2H2 O2=2H2O 为例，当电解质溶液为 KOH 溶液时的电极反应式的书写步骤：负极反应式的书写：根据总反应方程式，列出总式两边化合价升高的物质为 H2，转移电子为4e ：2H 24e =4H 。根据电解质溶液的酸碱性，用 OH 配平
16、，使两边电荷总数相等、元素守恒，即得 2H24OH 4e =4H2O。正极反应式的书写如下：O 22H 2O4e =4OH 。将正、负极反应式相加得到总反应式。3.可充电电池电极反应式的书写【特别提醒】 根据给出的两个电极反应式，写总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等后再将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如 H 和 OH 、Pb 2和 SO ，要写成反应后的物质如 H2O 和 PbSO4。24【典题例证 2】 铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi 2O33H 2O=Fe(OH)22Ni(OH) 2下列有关该电
17、池的说法不正确的是( )A.电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3，负极为 FeB.电池放电时，负极反应为 Fe2OH 2e =Fe(OH)2C.电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低D.电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH)22OH 2e =Ni2O33H 2O解析 选项 具体分析 结论A可充电电池中活泼金属失去电子，为负极，得到电子的 Ni2O3 为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解液为碱性溶液。正确B放电时，负极铁失去 2 个电子，生成 Fe2 ，因为电解液为碱性溶液，所以负极反应为 Fe2OH 2e =Fe(OH)2正确C充电时，阴极发生还原反应，即与 B 项反应
18、相反：Fe(OH)22e =Fe2OH ，所以电极附近 pH 增大错误D电池充电时，阳极发生氧化反应，由 Ni(OH)2 转化为 Ni2O3，电极反应为 2Ni(OH)22OH 2e =Ni2O33H 2O正确答案 C【变式训练 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 2O3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH，下列叙述不正确的是( )A.放电时负极反应为 Zn2e 2OH =Zn(OH)2B.充电时阳极反应为 Fe(OH)33e 5OH =FeO 4H 2O24C.放电时每转移 3 mol 电
19、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，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成 OH ，碱性增强。答案 C1.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.判断电池的正、负极只需看其正、负极材料的活泼性D.氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源解析 判断电池的正、负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关。答案 C2.铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO 2，电解质溶液为 H2SO4，工作
20、时的电池反应为 PbPbO 22H 2SO4=2PbSO42H 2O，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24D.电解质溶液 pH 不断增大解析 由题给电极反应可以看出 H2SO4 不断被消耗，故 pH 不断增大，所以 B错，D 对；由 Pb 元素化合价的变化，可以看出 Pb 是负极，所以 A 不正确；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 Pb 极，所以 C 不正确。24答案 D3.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种锌银电池，
21、其电极分别是Ag2O 和 Zn，电解质溶液为 KOH 溶液，电极反应为 Zn2OH 2e =Zn(OH)2、Ag 2OH 2O2e =2Ag2OH ，总反应为 Ag2OZnH 2O=Zn(OH)22Ag。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 经外电路流向 Zn 极C.Zn 是负极，Ag 2O 是正极D.Zn 极发生还原反应，Ag 2O 极发生氧化反应解析 根据电极反应可知 Zn 失电子被氧化而溶解， Ag2O 得电子被还原，故 Zn是负极，Ag 2O 是正极，所以 C 正确；负极(即 Zn 极)在反应时消耗
22、 OH ，则负极区溶液的 pH 应减小，故 A 错误；发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从 Zn 极经外电路流向 Ag2O 极，故 B 错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故 D 错误。答案 C4.一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入 KOH 溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H618OH 14e =2CO 12H 2O、7H 2O7/2O 214e =14OH ，有23关此电池的推断正确的是( )A.通氧气的电极为负极B.参加反应的氧气与 C2H6 的物质的量之比为 72C.放电一段时间后，KOH 的物质的量浓度不变D.电解质溶
23、液中，CO 向正极移动23解析 燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极，A 不正确；由于 KOH 参与电极反应，所以 KOH 的物质的量浓度减小，C 不正确；电解质溶液中，CO向负极移动，D 不正确。23答案 B5.我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为 4Al3O 26H 2O=4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )A.正极反应式为 O22H 2O4e =4OHB.电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极C.以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积D.该电池通常只需更换铝板就可继续使用解析 该原电池负极反应为 Al3e =Al
24、3 ，正极反应为 O22H 2O4e =4OH ，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极流向负极，答案为 B。答案 B课时作业1.下列有关化学电池的说法中正确的是( )A.化学电池只能将化学能转化为电能B.燃料电池能将全部化学能转化为电能C.锌银电池能量大，电压稳定，储存时间长D.一次电池包括干电池和蓄电池解析 蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电 )，燃料电池的能量转换率超过 80%，但不可能 100%转换。蓄电池可重复使用，属于二次电池。答案 C2.下列有关电池的说法不正确的是( )A.手机上用的锂离子电池属于二次电池B.锌铜原电池工作时，电子沿外电路从
25、铜电极流向锌电极C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D.锌锰干电池中，锌电极是负极解析 锌铜原电池中，电子从负极锌沿外电路流向正极铜。答案 B3.生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的 PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2PbSO42H 2O PbO2 Pb2H 2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )A.需要定期补充硫酸B.工作时铅是负极，PbO 2 是正极C.工作时负极上发生的反应是 Pb2e SO =PbSO424D.工作时电解质的密度减小解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb 是负极，PbO 2 是正极，负极发生的反应是 Pb 失去电子生成
26、 Pb2 ，Pb 2 与溶液中的 SO 生成 PbSO4 沉淀；放电时24消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO 4 的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明 H2SO4 不用补充；放电时， H2SO4 被消耗，溶液中 H2SO4 的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。答案 A4.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH 溶液作电解质，正极反应为 O22H 2O4e =4OH ，负极反应为 2H24OH 4e =4H2O，下列叙述不正确的是( )A.H2 在负极发生氧化反应B.燃料电池的能量转化率可达 100%C.是一种高效、环保的发电装置D.供电时的总反
27、应为 2H2O 2=2H2O解析 该燃料电池中，通 H2 的电极作负极，发生氧化反应；通 O2 的电极为正极，发生还原反应，总反应式为 2H2O 2=2H2O，是一种高效、环保的发电装置，燃料电池的能量转化率虽然比燃料直接燃烧时高，但也达不到 100%。答案 B5.MgAgCl 电池是一种用海水激活的一次电池，在军事上用作电动鱼雷的电池，电池的总反应可表示为 Mg2AgCl= =MgCl22Ag。下列关于该电池的说法错误的是( )A.该电池工作时，正极反应为 2AgCl2e =2Cl 2AgB.该电池的负极材料可以用金属铝代替C.有 24 g Mg 被氧化时，可还原得到 108 g AgD.装
28、有该电池的鱼雷在水中进行时，海水作为电解质溶液解析 A 项，由电池反应方程式看出，Mg 是还原剂、AgCl 是氧化剂，故金属Mg 作负极，正极反应为 2AgCl2e =2Cl 2Ag，故 A 正确；B 项，该电池的负极材料可以用金属铝代替，故 B 正确；C 项，电极反应式：Mg2e =Mg2 ，24 g Mg 即 1 mol 被氧化时，转移电子是 2 mol，正极反应为 2AgCl2e =2Cl 2Ag，可还原得到 216 g Ag，故 C 错误；D 项，因为该电池能被海水激活，海水可以作为电解质溶液，故 D 正确。故答案选 C。答案 C6.甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感
29、通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H )。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O24H 4e =2H2O。下列叙述中不正确的是( )A.负极的反应式为 CH3OHH 2O6e =CO26H B.电池的总反应式是 2CH3OH3O 2=2CO24H 2OC.电池工作时，H 由正极移向负极D.电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路流入通氧气的一极解析 首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A 项正确；电池工作时，H 移向正极而不是移
30、向负极，C 项错误。答案 C7.LiAl/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为2Li FeS2e =Li2SFe。有关该电池的下列说法中，正确的是 ( )A.LiAl 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为 1 价B.该电池的总反应式为 2LiFeS= =Li2SFeC.负极的电极反应式为 Al3e =Al3D.充电时，阴极发生的电极反应式为 Li2SFe2e =2Li FeS解析 由正极的电极反应式知，在负极上 Li 失去电子被氧化，所以 LiAl 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为 0 价，故 A 项错误；负极的电极反应式为 2Li2e
31、=2Li ，故 C 项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2LiFeS= =Li2SFe，故 B 项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为 2Li 2e =2Li，故 D 项错误。答案 B8.一种光化学电池的结构如图所示，电池总反应为：AgCl(s) Cu (aq)=Ag(s)Cu 2 (aq)Cl (aq)，下列关于该电池在工作时的说法中正确的是( )A.生成 108 g 银，转移电子个数为 1 molB.Cu 在负极发生氧化反应C.Ag 电极活泼，Ag 失电子发生氧化反应D.Cl 由负极迁移到正极解析 由题给反应可知，生成 1 mol Ag，转移 1 mol
32、 e ，即生成 108 g Ag，转移电子个数为 NA，A 项错误；负极 Cu 失电子生成 Cu2 ，化合价升高，发生氧化反应，B 项正确；Ag 电极为正极，AgCl 得电子生成 Ag 和 Cl ，C 项错误；Cl 由正极向负极迁移，D 项错误。答案 B9.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导 O2 。下列对该燃料电池的说法不正确的是 ( )A.在熔融电解质中，O 2 由负极移向正极B.该电池的总反应是 C3H85O 2=3CO24H 2OC.电路中每通过 5 mol 电子，约有 5.6
33、L 标准状况下的丙烷被完全氧化D.通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为C3H820e 10O 2 =3CO24H 2O解析 该燃料电池的化学原理是 C3H85O 2=3CO24H 2O，B 正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C 3H820e 10O 2 =3CO24H 2O，D 正确；通入 O2 的电极为正极：O 24e =2O2 ，产生的 O2 将向负极移动，A 项错。答案 A10.MFC(Microbial Fuel Cell)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。如图为污水(主要溶质为葡萄糖) 处理的实验装置，下
34、列有关该装置的说法正确的是( )A.为加快处理速度，装置需在高温环境中工作B.负极的电极反应式为 C6H12O66H 2O24e =6CO224H C.放电过程中，H 由正极向负极移动D.装置工作过程中，溶液的酸性逐渐增强解析 微生物不能在高温环境中存活，A 项错误。 H 在负极上产生，H 由负极向正极移动，C 项错误。负极产生的 H 与正极产生的 OH 恰好结合生成水，故溶液的酸性不会增强，D 项错误。答案 B11.如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是( )A.该系统中只存在 3 种形式的能量转化B.装置 Y 中负极的电极反应式为 O22H 2O4e =4OHC.装置 X
35、 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D.装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化解析 A 项，该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A 项错； B 项，装置 Y 为原电池，负极发生氧化反应，应是 H2 发生氧化反应，B 项错； C 项，装置 X 为电解池，其作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气) ，C 项正确；D 项，化学能与电能间不可能完全转化，D 项错。答案 C12.某原电池中，电解质溶液为 KOH(aq)，向负极通入 C2H4 或 Al(g)，向正极通入 O2 或 Cl2。试完成下列问题：
36、(1)当分别通入 C2H4 和 O2 时：正极反应：_；负极反应：_；电池总反应：_。(2)当分别通入少量 Al(g)和 Cl2 时：正极反应：_；负极反应：_；电池总反应：_。答案 (1)3O 26H 2O 12e =12OHC 2H416OH 12e =2CO 10H 2O23C 2H43O 24OH =2CO 4H 2O23(2)3Cl 26e =6Cl2Al(g)6e 8OH =2AlO 4H 2O 22Al(g)3Cl 28OH =2AlO 6Cl 4H 2O 213.设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另
37、一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了 Y2O3 的 ZrO2 晶体，它在高温下能传导 O2 。回答如下问题：(1)以丁烷代表汽油，写出这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式：_。(2)写出这个电池的正极发生的反应：_。负极发生的反应：_。固体电解质里的 O2 的移动方向是_ 。向外电路释放电子的电极是_。解析 由原电池原理知：负极失去的电子经导线转移到正极，根据电中性关系，内电路中，O 2 向负极移动。答案 (1)2C 4H1013O 2=8CO210H 2O(2)O24e =2O2 C 4H1013O 2 26e =4CO25H 2O 向负极移动 负极14.氢氧燃料电池是符合绿色化学
38、理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用 a、b 表示) 。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因是_。(4)该电池工作时，H 2 和 O2 连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH 2 2LiH= = = = = .LiHH 2O=LiOHH 2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知 LiH 固体密度为 0.82 gcm3 ，用锂吸收 224 L(标
39、准状况)H 2，生成的LiH 体积与被吸收的 H2 体积比值为_。由生成的 LiH 与 H2O 作用放出的 H2 用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。解析 (1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为 2H2O 2=2H2O，其中 H2 在负极失电子，即电子从 a 流向 b。(2) 负极为 H2 失电子生成 H ，但溶液为 KOH 溶液，故负极反应为 H22e 2OH =2H2O。(3)铂粉的接触面积大，可以增大电极单位面积吸附 H2、O 2 分子数，可以加快反应速率。(4)反应中 Li 从 0 价升至1 价，为还原剂，反应中 H2O 中的 H 从1 价
40、降至 0 价，为氧化剂。在反应中当吸收 10 mol H2 时，生成 20 mol LiH，V m103 L195.1210 3 L，则2080.82 8.7110 4 。反应中 20 mol LiH 可生成 20 V（LiH）V（H2） 195.1210 3 L224 Lmol H2，实际参加反应的 H2 为 20 mol80%16 mol，每 1 mol H2 生成 H2O 时，转移 2 mol 电子，故导线中通过电子的物质的量为 16 mol232 mol。答案 (1)化学能转变为电能 a 流向 b(2)H22e 2OH =2H2O(3)增大电极单位面积吸附 H2、O 2 分子数，加快反应速率(4)Li H 2O 8.7110 4 (或 ) 3211 148
