1、1第六章 化学反应与能量李仕才第 二 节 原 电 池 化 学 电 源 考点二 化学电源1一次电池2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为2Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H 2O(l) 放 电 充 电3燃料电池(1)总反应式的书写：燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，燃烧反应方程式即为燃料电池的总反应方程式，但不同电解质中反应终产物不同。(2)正极反应式的书写：正极反应的本质都是 O2放电得电子生成 O2 ，电解质溶液酸碱性不同，电极反应式不同。酸性电解质溶液环境下正极反应式：O24H 4e =2H2O。碱性电解质溶液环境下正极反
2、应式：O22H 2O4e =4OH 。固体电解质(高温下能传导 O2 )环境下正极反应式：O24e =2O2 。熔融碳酸盐(如：熔融 K2CO3)环境下正极反应：O22CO 24e =2CO 。23(3)负极反应式的书写：在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。氢氧燃料电池。总反应均为 2H2O 2=2H2O碱性电解液：H 22e 2OH =2H2O酸性电解液：H 22e =2H固体或熔融：固体电解质在熔融状态传导 O2 ：H22e O 2 =H2O熔融碳酸盐：H 22e CO =CO2H 2O233甲醇、空气(含 CO2)，与碳酸锂熔融盐燃料电池。总反应：2CH 3OH3O
3、 2=2CO24H 2O负极：CH 3OH6e 3CO =4CO22H 2O23甲烷、空气、KOH 燃料电池：总反应：CH 42O 22OH =CO 3H 2O23负极：CH 48e 10OH =CO 7H 2O23丁烷、空气燃料电池，其电解质是掺杂氧化钇(Y 2O3)的氧化锆(ZrO 2)晶体，在熔融状态能传导 O2 。总反应：2C 4H1013O 2=8CO210H 2O负极：C 4H1026e 13O 2 =4CO25H 2O判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( )2铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.2 mol 电子时，消耗的H2
4、SO4为 0.1 mol。( )3铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 mol 电子时，负极增加 4.8 g。( )4在化学电源中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( )5二次电池充电时，充电器的正极接二次电源的正极。( )1锂电池不能选用水作电解液。因为锂是比较活泼的金属，会和水发生反应。2可充电电池的放电反应和充电反应因反应条件不同不互为可逆反应；其中充电时的阴极反应式为“放电”时负极的逆反应，阳极反应式为“放电”时正极的逆反应。3充电电池充电时，电池的负极外接电源的负极，正极外接电源的正极。4化学电源的电池总反应一般较复杂，写电极反应式常用加减法。写出总反应，如
5、LiLiMn 2O4=Li2Mn2O4。写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如 Lie =Li (负极)。利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即 LiMn2O4Li e =Li2Mn2O4(正极)。4一、可充电电池1 “天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为 2Ni(OH)2 2NiOOHH 2。则下列说法正确的是( ) 充 电 放 电A放电时，NiOOH 发生氧化反应B充电时，a 电极的 pH 增大，K 移向 b 电极C充电时，a 电极的电极反应为 2H2O2e =H22OH
6、D放电时，负极反应为 NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH 解析：放电时，NiOOH 在正极上得电子变成 Ni(OH)2，发生还原反应，A 错误；充电时，a 电极作阴极，电极反应式为 2H2O2e =H22OH ，pH 增大，K 移向 a 电极，B 错误、C 正确；放电时，负极上 H2放电，D 错误。答案：C2全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，该电池性能优良，其电池总反应为V3 VO 2 H 2O VO 2H V 2 。下列叙述正确的是( ) 充 电 放 电 2A放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极B放电时每转移 0.5 mol 电子，负极有 0.5 mol V2 被氧化C充电时
7、阳极附近溶液的酸性减弱D充电时阳极反应式为 VO 2H e =VO2 H 2O 2解析：放电时发生的反应为 VO 2H V 2 =V3 VO 2 H 2O，阴离子移向负极，A 2错误；负极 V2 被氧化成 V3 ，每转移 0.5 mol 电子，负极有 0.5 mol V2 被氧化，B 正确；充电时的总反应为 V3 VO 2 H 2O=VO 2H V 2 。阳极反应为 VO2 H 2Oe =VO 22H 阳极附近溶液的酸性增强，C、D 错误。 25答案：B3锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池 10 倍的能量。如图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是( )Aa 极为原电池的正
8、极B电池充电时，b 极发生的反应为 O22H 2O4e =4OHC放电时，a 极锂的化合价未发生变化D充电时，溶液中 Li 由 b 极向 a 极迁移解析：根据题给装置图判断，a 电极为原电池的负极，电极反应为Lie =Li ，A、C 项错误；电池充电时，b 极发生的反应为4OH 4e =O22H 2O，B 项错误；充电时，阳离子移向电解池的阴极，D 项正确。答案：D4某充电宝锂离子电池的总反应为 xLiLi 1x Mn2O4 放 电 充 电LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为 NiOOHMH M 放 电 充 电Ni(OH)2(M 为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是( )A锂
9、离子电池放电时 Li 向正极迁移6B镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH C上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn 2O4xe =Li1x Mn2O4xLi 解析：电池工作时，阳离子(Li )向正极迁移，A 项正确；镍氢电池放电时，正极得电子，电极反应式：NiOOHH 2Oe =Ni(OH)2OH ，B 项正确；根据电池总反应知，左侧锂电池作电源给右侧电池充电，C 项正确；锂离子电池充电时，阴极的电极反应式为Li e =Li，D 项错误。答案：D二、燃料电池5甲醇燃料电池体积小巧，洁净环保、比能量高，已在便携式通
10、讯设备、汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为 2CH4O3O 2=2CO24H 2O，如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是( )Aa 是甲醇，b 是氧气B燃料电池将化学能转化为电能C质子从 M 电极区穿过交换膜移向 N 电极区D负极反应：CH 4O6e H 2O=CO26H 解析：由质子交换膜知，电解质溶液呈酸性，N 极上生成水，则 a 为氧气，N 为正极，M 为负极，负极反应式为 CH4O6e H 2O=CO26H ，正极反应式为O24H 4e =2H2O，b 是甲醇、c 是二氧化碳，质子从 M 电极区通过质子交换膜到 N 电极区，通过以上分析知，B、C、D 正确。答案：A6液体
11、燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N 2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH 溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )7Ab 极发生氧化反应Ba 极的反应式：N 2H44OH 4e =N24H 2OC放电时，电流从 a 极经过负载流向 b 极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜解析：在燃料电池中，氧气作为氧化剂在正极发生还原反应，故 A 项错误；燃料 N2H4为还原剂，在负极发生氧化反应，故 B 项正确；放电时，电流由正极(b 极)经外电路流向负极(a 极)，故 C 项错误；正极的电极反应式为：O 24e 2H 2O=4O
12、H ，OH 将透过交换膜在负极发生反应，应选择阴离子交换膜，故 D 项错误。答案：B7新型 NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(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 ，MnO 2既作电极材料又有催化作用
13、，错误；B 项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH 8OH 8e =BO 6H 2O，正确；C 项，放电时，钠离子向正极移动，错误；D 项， 4 28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 molL1 1 L2NA/mol12N A，错误。答案：B三、新型化学电源8近几年科学家发明的一种新型可控电池锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )A碳极发生的反应是 2H2O2e =H22OH B有机电解质和水溶液不可以互换区域C标准状况下产生 22.4 L 的氢气时，正极消耗锂的质量为 14 gD该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气解
14、析：根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，应该是正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H 2O2e =H2 2OH ，A 正确；由于金属 Li 可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B 正确；金属 Li 和水发生反应 2Li2H 2O=2LiOHH 2，标准状况下产生 22.4 L 的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为 14 g，C 错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供能源，D 正确。答案：C9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
15、。该类电池放电的总反应方程式为：4MnO 22nH 2O=4M(OH)n。9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 nO 22nH 2O4ne =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解析：本题考查电化学知识，意在考查考生运用原电池原理解决问题的能力。A 项，采用多孔电极可以增大电极与
16、电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极表面，正确；B 项，根据“已知”信息知铝的比能量比 Mg、Zn 的高，正确；C 项，M空气电池放电过程中，正极为氧气得到电子生成 OH ，错误；D 项，为了避免正极生成的 OH 移至负极，应选用阳离子交换膜，正确。答案：C10光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时 AgCl(s) Ag(s)Cl(AgCl)，= = = = =光 Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面，接着 Cl(AgCl)e =Cl (aq)，若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是( )10A光照时，电流由 X
17、流向 YB光照时，Pt 电极发生的反应为：2Cl 2e =Cl2C光照时，Cl 向 Pt 电极移动D光照时，电池总反应为：AgCl(s)Cu (aq) Ag(s)Cu 2 (aq)= = = = =光 Cl (aq)解析：该装置中氯原子在银电极上得电子发生还原反应，所以银作正极、铂作负极，光照时，电流从正极银 X 流向负极铂 Y；光照时，Pt 电极作负极，负极上亚铜离子失电子发生氧化反应，电极反应式为 Cu (aq)e =Cu2 (aq)；光照时，该装置是原电池，银作正极，铂作负极，电解质中氯离子向负极铂移动；光照时，正极上氯原子得电子发生还原反应，负极上亚铜离子失电子，所以电池反应式为 Ag
18、Cl(s)Cu (aq)Ag(s)Cu 2 (aq)Cl (aq)。= = = = =光 答案：B电极反应式书写的步骤和方法1 电极反应式书写的一般步骤112 电极反应式书写的一般方法(1)如果题目给出的是图示装置，先确定原电池的正负极上的反应物质，再根据正负极反应规律写电极反应。(2)如果题目给出的是总反应，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，写出较易写的电极反应，然后用总反应减去写出的电极反应即得另一极的电极反应。(3)对于可充电电池的反应，需清楚“充电” “放电”的方向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解原理。充电时的电极反应与放电时的电极反应过程
19、相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程，图示如下：(4)对于燃料电池，一般在正极上发生还原反应的物质都是 O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：12酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H 4e = 2H2O。碱性电解质溶液环境下电极反应式：O22H 2O4e = 4OH 。固体电解质(高温下能传导 O2 )环境下电极反应式：O24e = 2O2 。熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下电极反应式：O22CO 24e = 2CO 。23再根据电池总反应式减正极反应式写出电池的负极反应式。图示如下：1
20、硼化钒(VB 2)空气电池是目前储电能力最高的电池(如图所示)，电池总反应为4VB211O 2=4B2O32V 2O5，下列叙述错误的是( )A负极反应式为 4VB244OH 44e =2V2O54B 2O322H 2OB正极反应式为 11O244e 22H 2O=44OHCOH 由负极透过选择性透过膜向正极迁移D电子由硼化钒电极经负载流向电极 a解析：从电池的总反应看，通入空气的一极(电极 a)是电池的正极，电极反应式为O22H 2O4e =4OH 或 11O244e 22H 2O=44OH ，用电池的总反应减去式即可得负极反应式：4VB 244OH 44e =2V2O54B 2O322H
21、2O，故 A、B 项正确；电池工作时，13OH 应向负极迁移，C 项错误；电子由负极经外电路流向正极，即由硼化钒电极经负载流向电极 a，D 项正确。答案：C2纸电池是一种有广泛应用的“软电池” ，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是( )AZn 为负极，发生氧化反应B电池工作时，电子由 MnO2流向 ZnC正极反应：MnO 2e H 2O=MnO(OH)OH D电池总反应：Zn2MnO 22H 2O=Zn(OH)22MnO(OH)解析：纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰，Zn是活泼金属，作该
22、电池的负极，失去电子发生氧化反应，A 正确；电池工作时，电子由负极流向正极，即电子由 Zn 流向 MnO2，B 错误；类似于锌锰干电池，MnO 2在正极上得电子被还原生成 MnO(OH)，则正极的电极反应式为 MnO2H 2Oe =MnO(OH)OH ，C 正确；负极反应式为 Zn2OH 2e =Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为 Zn2MnO 22H 2O=Zn(OH)22MnO(OH)，D 正确。答案：B3高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为 KOH 溶液，该电池能长时间保持稳定的放电电压，放电时的总反应为：3Zn2K 2FeO48H 2O=3Z
23、n(OH)22Fe(OH) 34KOH，下列判断不正确的是( )A放电时，负极反应为 Zn2e 2OH =Zn(OH)2B充电时，阴极 pH 增大C放电时，若有 6 mol 电子转移，则正极有 10 mol OH 移向负极D充电时，阳极反应为 Fe(OH)35OH 3e =FeO 244H2O解析：根据放电时的总反应可知，高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子，电极反应为 Zn2e 2OH =Zn(OH)2，故 A 项正确；充电时阴极发生 Zn(OH)2得电子的还原反应，电极反应为 Zn(OH)22e =Zn2OH ，所以阴极 pH 增大，故 B 项正确；放电时正极反应为 FeO 4H 2O3e
24、 =Fe(OH)35OH ，每转移 6 mol e 产生 10 mol OH ，OH 移向负2414极与 Zn2 结合为 Zn(OH)2，故 C 项正确；充电时阳极发生氧化反应失去电子，故 D 项错误。答案：D4一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CH3CH2OH4e H 2O=CH3COOH4H 。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 CH3CH2OHO 2=CH3COOHH 2OD正极上发生的反应为 O24e 2H 2O= 4OH解析：原电池中
25、H 移向电池的正极，A 项错误；该原电池的总反应为CH3CH2OHO 2=CH3COOHH 2O，C 项正确；用 C 项的方程式进行判断，有 0.4 mol 的电子转移时，消耗的氧气为 0.1 mol，标准状况下为 2.24 L，B 项错误；酸性介质的原电池中不可能生成 OH ，D 项错误。答案：C5如图所示为以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是( )A该电池不能在高温下工作B电池的负极反应为 C6H12O66H 2O24e =6CO224H C放电过程中，电子从正极区向负极区每转移 1 mol，便有 1 mol H 从阳极室进入阴极室D微生物燃料电池具有高能
26、量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相溶性等优点，值得研究与推广解析：高温条件下微生物会死亡，电池不能正常工作，A 选项正确；电池的负极失电子，发生氧化反应，即葡萄糖失电子生成 CO2气体，B 选项正确；放电过程中，电子从负极区向正极区转移，C 选项错误；结合题给条件分析，D 选项正确。15答案：C6一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )A反应 CH4H 2O 3H2CO，每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子= = = = =催 化 剂 B电极 A 上 H2参与的电极反应为 H22OH 2e =2H2OC电池工作时，CO 向电极 B 移动23D电极 B 上发生的电极反应为 O22CO 24e =2CO23解析：A 选项，甲烷中的 C 为4 价，CO 中的 C 为2 价，每个碳原子失去 6 个电子，因此每消耗 1 mol 甲烷失去 6 mol 电子，错误；B 选项，熔融盐中没有 OH ，因此 OH 不能参与电极反应，电极反应式应为 H2CO2CO 4e =3CO2H 2O，错误；C 选项，CO23应向负极移动，即向电极 A 移动，错误；D 选项，电极 B 上 O2和 CO2得电子生成23CO ，正确。23答案：D
