2019年高中化学专题16化学电源难点大串讲学案新人教版选修4.doc

1、1专题 16 化学电源知识一 一次电池2【例 1】电子表和电子计算器的电源通常用微型银锌电池，其电极分别是 Ag2O 和 Zn，电解质溶液为 KOH 溶液，总反应式为 Ag2OH 2OZn= =Zn(OH)22Ag。下列说法正确的是( )A.Ag2O 是正极，Zn 是负极 B.Zn 是正极，Ag 2O 是负极C.工作时，电池负极区溶液 pH 增大 D.工作时，电子由 Ag2O 极经外电路流向 Zn 极【答案】A【变式】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(s)2MnO 2(s)2H 2O(l)=Zn(OH)2(s)

2、2MnOOH(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)2H 2O(l)2e =2MnOOH(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】C3【解析】由电池总反应式可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极。外电路中每通过 0.2 mol 电子，参加反应的锌理论上为 0.1 mol，即质量减少 6.5 g。2.锂锰电池具有高倍率放电性能且电压稳定，是常用的贮存性能优良的一次电池。其工作原理如图所示，Li 通过电解质迁移进入 MnO2晶格中，

3、生成 LiMnO2，以下说法错误的是( )A.a 极为电池的负极B.可以用水代替有机溶剂C.外电路中电子由 a 极流向 b 极D.b 极的电极反应式为 MnO2e Li =LiMnO2【答案】B知识二 二次电池4【例 2】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 Error!只向 PbO2处移动D.电解质溶液的密度不断减小【答案】D【变式】1.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石

4、墨烯的 S8材料，电池反应为 16Li xS8=8Li2Sx(2 x8)。下列说法错误的是( )A.电池工作时，正极可发生反应：2Li 2S62Li 2e =3Li2S4B.电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性D.电池充电时间越长，电池中 Li2S2的量越多【答案】D2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可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，下列叙述不正确的是( )5A.放电时负极反应为 Zn2e 2O

5、H =Zn(OH)2B.充电时阳极反应为 Fe(OH)33e 5OH =FeOError! 4H2OC.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，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成 OH ，碱性增强。知识三 燃料电池【例 3】写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。6(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_；正极反应式：

6、_；负极反应式：_。(3)碱性条件下的甲醇(CH 3OH)燃料电池总反应式：_；正极反应式：_；负极反应式：_。【答案】(1)CH42O 2=CO22H 2O2O28H 8e =4H2OCH48e 2H 2O=CO28H (2)CH42O 22OH =COError!3H 2O2O24H 2O8e =8OHCH410OH 8e =COError!7H 2O(3)2CH3OH3O 24OH =2COError!6H 2O3O26H 2O12e =12OH ；2CH3OH16OH 12e =2COError!12H 2O【解析】注意反应式的书写规范，切记粗心大意。【变式】1氢氧燃料电池已用于航天飞

7、机，它是以铂作电极，H 2SO4溶液作电解质溶液，正极反应为O24H 4e =2H2O，负极反应为 2H24e =4H 。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、环境友好的发电装置D.供电时的总反应为 2H2O 2=2H2O【答案】B72.将两个铂电极放置在 KOH 溶液中，然后分别向两极通入 CO 和 O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是( )通入 CO 的电极为正极；正极的电极反应式是 O22H 2O4e =4OH ；通入 CO 的电极反应式是 2COO 24e =2CO2；负极的电极反应式是 CO4OH 2e

8、=COError!2H 2O；放电时溶液中的阳离子向负极移动；放电时溶液中的阴离子向负极移动A. B.C. D.【答案】B【解析】据题意知，发生的反应为 2COO 2=2CO2，反应产生的 CO2处于 KOH 溶液中，又会转化为 COError!，正确，错误。O 2得 e 被还原，在正极反应， 错误，正确。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，错误，正确。3下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

9、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】 负 极 反 应 式 为 2CH3OH 12e 2H2O=2CO2 12H ， 正 极 反 应 式 为3O2 12e 12H =6H2O；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 1Error! mol0.25 mol。1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大8贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )A.原电池反应均

10、是自发的氧化还原反应B.氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化C.氢氧燃料电池是将热能转变为电能的装置D.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加【答案】A2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二次电池又叫蓄电池，它放电后可再充电使活性物获得再生D一次电池包括干电池和蓄电池【答案】C3锌锰干电池在放电时电池总反应方程式为Zn2MnO 22NHError!= =Zn2 Mn 2O32NH 3H 2O。在此电池放电时，正极 (碳棒)上发生反应的物质是( )A锌 B碳CMnO 2和 NHError! DZn 2 和 NH3【答

11、案】C【解析】 锌锰干电池放电时的电极反应式为：负极：Zn2e =Zn2 ，正极：2MnO22e 2NHError!= =Mn2O32NH 3H 2O，C 正确。4.MgAgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )A负极反应式为 Mg2e =Mg2B正极反应式为 Ag e =AgC电池放电时 Cl 由正极向负极迁移D负极会发生副反应 Mg2H 2O=Mg(OH)2H 29【答案】B【解析】 MgAgCl 电池的电极反应：负极 Mg2e =Mg2 ，正极2AgCl2e =2Ag2Cl ，A 项正确，B 项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，

12、C 项正确；Mg 是活泼金属，能和 H2O 发生反应生成 Mg(OH)2和H2，D 项正确。5科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为( )AH 22OH 2e =2H2OBO 24H 4e =2H2OCH 22e =2HDO 22H 2O4e =4OH【答案】C【解析】 该电池的特点：电解质溶液显酸性，故负极电极方程式中 H2失去电子生成H ，C 项正确。6.科学家成功研制了用于潜航器的镁过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是 ( )A电池的负极反应为 Mg2e =Mg2B电池工作时，H 向

13、负极移动C电池工作一段时间后，溶液的 pH 增大D电池总反应式为 MgH 2O22H =Mg2 2H 2O【答案】B7在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池反应为Zn2MnO 22H 2O=2MnOOHZn(OH) 2。下列该电池的电极反应正确的是( )A负极反应为 Zn2e =Zn2B负极反应为 Zn2H 2O2e =Zn(OH)22H C正极反应为 2MnO22H 2e =2MnOOHD正极反应为 2MnO22H 2O2e =2MnOOH2OH 10【答案】D【解析】该电池中，负极发生氧化反应：Zn2e 2OH =Zn(OH)2，正极发生还原反应：2MnO22e 2H 2O=

14、2MnOOH2OH 。A、B、C 均错误。8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：2H 24OH 4e =4H2O正极：O 22H 2O4e =4OH当得到 1.8 L 饮用水时，电池内转移的电子数约为( ) A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol【答案】D【解析】 n(H2O)Error!100 mol2H2O4e 2=2H2O 即每生成 1 mol H2O 则转移 2 mol e ，当生成 100 mol H2O 时，转移 200 mol e 。9乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在 200左右时供电

15、，电池总反应式为C2H5OH3O 2=2CO23H 2O，电池示意图，下列说法中正确的是( )A电池工作时，质子向电池的负极迁移B电池工作时，电流由 b 极沿导线流向 a 极Ca 极上发生的电极反应是 C2H5OH3H 2O12e =2CO212H Db 极上发生的电极反应是 2H2OO 24e =4OH【答案】B10.在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)2。下列该电池的电极反应,正确的是( )A.负极反应为 Zn-2e- Zn2+11B.负极反应为 Zn+2H2O-2e- Zn(OH)2+2H+C.正极反应为 2M

16、nO2+2H+2e- 2MnOOHD.正极反应为 2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-【答案】D【解析】在书写碱性电池的电极反应式时,电极反应式中不能出现 H+。在碱性电池中,负极Zn 失去电子形成的 Zn2+应该与 OH-结合生成 Zn(OH)2。11.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在 200 左右时供电,电池总反应式为 C2H5OH+3O22CO2+3H2O,电池示意图如下,下列说法中正确的是( )A.电池工作时,质子向电池的负极迁移B.电池工作时,电流由 b 极沿导线流向 a 极C.a 极上发生的电极反应是 C2H5OH+3H2O+12e- 2CO2+12H+D.b

17、极上发生的电极反应是 2H2O+O2+4e- 4OH-【答案】B12.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为 CH3CH2OH-4e-+H2O CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是( )A.检测时,电解质溶液中的 H+向负极移动B.若有 0.4 mol 电子转移,则在标准状况下消耗 4.48 L 氧气C.电池反应的化学方程式为 CH3CH2OH+O2 CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应为 O2+4e-+2H2O 4OH-【答案】C【解析】A 项,检测时,电解质溶液中的 H+移向正极;B 项,若反应中有 0.4mol 电子转移,则在标准状况下消耗的 O2体积为

18、2.24L;D 项,电解质溶液呈酸性,正极上发生的反应为12O2+4H+4e- 2H2O。13.Mg-AgCl 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg Mg2+2Ag+2Cl-。有关该电池的说法正确的是( )A.Mg 为电池的正极B.负极反应为 AgCl+e- Ag+Cl-C.不能被 KCl 溶液激活D.可用于海上应急照明供电【答案】D【解析】由电池总反应知 Mg 为负极,电极反应为 Mg-2e- Mg2+,正极反应为 AgCl+e-Ag+Cl-。海水中含大量电解质,所以可以被 KCl 溶液激活。可用于海上应急照明供电。14.镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛

19、的应用,它的充、放电反应如下:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2请回答下列问题:(1)上述反应式中左边物质的总能量 (填“大于” “小于”或“等于”)右边物质的总能量。 (2)放电时负极发生反应的物质是 ,正极的电极反应式为 。 (3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是 。【答案】(1)大于(2)Cd NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-(3)防止废旧电池中残留的镍、镉离子污染土壤和水源【解析】15.(1)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是 ZnCl2-NH4Cl 混合溶液。该电池的负极材料是 。电池工作时,电子流向 (填“正极

20、”或“负极”)。若 ZnCl2-NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是 。 13(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为 320 左右,电池反应为2Na+xS Na2Sx,正极的电极反应式为 。M( 由 Na2O 和 Al2O3制得)的两个作用是 。与铅蓄电池相比 ,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。 【答案】(1)Zn(或锌) 正极 锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀(2)xS+2e- 离子导电 (导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5【解析】(1)负极是失电子的一极,Zn 所失电子由负极经外电路流

21、向正极。锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)正极上是 S 得到电子发生还原反应: xS+2e-;要形成闭合回路,M 必须是能使离子在其中定向移动的,故 M 的两个作用是导电和隔膜;假设消耗的质量都是 207g,则铅蓄电池能提供的电子为 2mol,而钠硫电池提供的电子为mol,故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的 4.5 倍。16科学家预言，燃料电池将是 21 世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_。

22、(1) 此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_。(3)电解液中 H 向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。【答案】(1)2CH3OH3O 2=2CO24H 2O(2)3O212H 12e =6H2O142CH3OH2H 2O12e =2CO212H (3)正 负极 (4)对环境无污染【解析】17.(1)今有 2H2O 22H2O 的反应，构成燃料电池，则负极通入的气体应是_，正极通入的气体应是_，电极反应式分别为_、_。(2)如把 KOH 改为稀硫酸作电解质溶液，则电极反应式为_、_。上述(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的

23、pH 各有何变化？_。(3)如把 H2改为甲烷、KOH 作导电物质，则电极反应式为_。【答案】(1)H2 O2负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O(1)中溶液的 pH 变小，(2)中溶液的 pH 变大(3)负极：CH410OH8e=COError!7H2O正极：2O24H2O8e=8OH1518科学家预言，燃料电池将是 21 世纪获得电子的重要途径。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答如下问题： 已知电池放电时发生的化学反应方程式： 2CH

24、3OH3O 2=2CO24H 2O(1)在硫酸电解液中，CH 3OH 失去电子，此电池的正极发生的反应是_；负极发生的反应是_。(2)电解液中的 H 向_极移动；向外电路释放电子的电极是_极。(3)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是_。【答案】(1)电极方程式书写时注意电解质溶液，本题是酸性溶液。(2)由电极反应可知，H在正极被消耗，在负极生成，所以向正极移动。(3)燃料电池除能量转化率高外，还减少了大气污染。【解析】 (1)O24H4e=2H2OCH3OHH2O6e=CO26H(2)正 负(3)减少空气污染19某新型可充电

25、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 放电 3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH。16(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；(4)放电时 1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是_。【答案】(1)Zn2e 2OH =Zn(OH)2(2)氧化 (3)负 正(4)1.806102420LiSOCl 2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl 2=4LiClSSO 2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_；(2)电池正极发生的电极反应为_；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2，有 Na2SO3和 NaCl 生成。如果把少量水滴到 SOCl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。【答案】(1)Li Lie =Li(2)2SOCl24e =4Cl SSO 2(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成SOCl2H 2O=SO22HCl(4)因为构成电池的主要成分 Li 能和氧气、水反应，且 SOCl2也与水反应17