内容发布更新时间 : 2024/12/23 10:34:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第二节 化学电源

[目标要求] 1.了解依据原电池原理开发的技术产品——化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。

一、化学电池

化学电池是利用原电池原理，将化学能转化为电能的装置。 二、常用电池 1．一次电池 碱性锌锰电池 负极：Zn 电池结构 正极：MnO2 电解质溶液：KOH溶液 －2MnO2＋2e＋2H2O===2MnOOH＋正极 电极－2OH 反应 －－负极 Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋总反应式 Zn(OH)2 2.二次电池 铅蓄电池 负极：Pb 电池结构 正极：PbO2 电解质溶液：H2SO4溶液 2－＋PbO2(s)＋SO4(aq)＋4H(aq)＋正极 －2e===PbSO4(s)＋2H2O(l) 电极2－－反应 Pb(s)＋SO4(aq)－2e负极 ===PbSO4(s) Pb(s)＋PbO2(s)＋总反应式 2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)

知识点一 化学电池

1．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，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2

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

－－

MnO2＋2H2O＋2e===Mn(OH)2＋2OH

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，锌的质量理论上减少6.5 g 答案 C

解析 本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C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的原理写出正极反应式知B正确。

2．某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下说法不正确的是( )

－－

A．放电时负极反应式为Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2

2－－－

B．放电时正极反应式为FeO4＋4H2O＋3e===Fe(OH)3＋5OH C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．充电时阳极附近的溶液的碱性减弱

放电充电

锌银电池 负极：Zn 正极：Ag2O 电解质溶液：KOH溶液 Ag2O＋2e＋H2O===2Ag＋2OH Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 氢氧燃料电池 负极：H2 正极：O2 电解质：酸性电解质 O2＋4H＋4e===2H2O 2H2－4e===4H 2H2＋O2===2H2O －＋＋－－－－－答案 C

－－

解析 选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2；选项B，

2－－

根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO4＋4H2O＋3e===Fe(OH)3

－－

＋5OH；选项C，放电时，K2FeO4被还原；选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。

3．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

放电

PbO2＋Pb＋2H2SO4 使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2O充电

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，PbO2是正极

－2－

C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e＋SO4===PbSO4 D．工作时电解质的密度减小 答案 A

2＋

解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb，2＋2－

Pb与溶液中的SO4生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4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，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。

知识点二 燃料电池

2－

4．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。

下列判断正确的是( )

A．有O2参加反应的a极为电池的负极

－2－

B．b极的电极反应式为H2－2e＋O===H2O

－－

C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

高温

D．该电池的总反应式为2H2＋O2=====2H2O 答案 D

解析 因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该

1－＋－2－

极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H2－2e===2H，正极电极反应式为O2＋2e===O，则电池

2

高温

总反应式为2H2＋O2=====2H2O。

5．有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶

2－

体，它在高温下能传导O。以下判断错误的是( )

－2－

A．电池正极发生的反应：O2＋4e===2O

2－－

B．电池负极发生的反应：CH4＋4O－8e===CO2＋2H2O

2－

C．固体电解质里的O的移动方向：由正极流向负极

D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极) 答案 D

解析 因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所

－2－2－－

以正极反应式是O2＋4e===2O，负极反应式是CH4＋4O－8e===CO2＋2H2O。由上述电池的正、负极反应式可

2－2－

以看出：正极反应“源源不断”地产生O，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O供应，故电池内2－

O的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。

练基础落实 1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4

＋2H2O，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

2－

C．SO4只向PbO2处移动 D．电解质溶液的pH不断增大 答案 D

解析 由题给电极反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；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

2－－

路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO4和OH)移向Pb极，所以C不正确。

2．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为

－－

Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O

－－

Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH 总反应式为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag

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，Ag2O是正极

D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应 答案 C

解析 (1)根据电极反应式可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，

－

所以C正确；(2)负极(即Zn极)在反应时消耗OH，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；(3)发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，故B错误；(4)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。

3．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( )

－－－

①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e ②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－8e2－－－

===CO3＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH ④电池放电后，溶液的pH不断升高

A．①② B．①③ C．①④ D．③④ 答案 A

解析 CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4→CO2，严格地讲生成的CO2还与KOH反应生

－－2－

成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4－8e＋10OH===CO3＋7H2O,1 mol CH4参加

－－－

反应有8 mol e发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH。虽然正极产

－－

生OH，负极消耗OH，但从总反应式CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O可看出是消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH值不断下降，故①②正确，③④错误。

练方法技巧

＋2＋

4．锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn＋2MnO2＋2NH4===Zn＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，此电池放电时，在正极(碳棒)上发生反应的物质是( )

＋2＋

A．Zn B．碳 C．MnO2和NH4 D．Zn和NH3 答案 C

解析 根据原电池原理，锌为负极，碳棒为正极，锌应参加负极反应，而MnO2在反应中得到电子，应当在

＋

正极区发生反应，又由于NH4移向正极，在正极发生反应生成NH3。本题考查原电池电极反应式的书写，阳离子移动的方向。

5．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：

－－

负极：2H2＋4OH－4e===4H2O

－－

正极：O2＋2H2O＋4e===4OH

当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( ) A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol