(经典)2019-2020高考化学 第6章(化学反应与能量)第2节 原电池 化学电源 考点(2)化学电源讲与练(含解

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，总反应为放电Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)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。

①酸性电解质溶液环境下正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

②碱性电解质溶液环境下正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下正极反应式：O2＋4e－===2O2－。

④熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下正极反应：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。

(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。

①氢氧燃料电池。

总反应均为2H2＋O2===2H2O碱性电解液：H2－2e－＋2OH－===2H2O酸性电解液：H2－2e－===2H＋固体或熔融：固体电解质在熔融状态传导O2－：H2－2e－＋O2－===H2O熔融碳酸盐：H2－2e－＋CO2－3===CO2＋H2O②甲醇、空气(含CO2)，与碳酸锂熔融盐燃料电池。

总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O负极：CH3OH－6e－＋3CO2－3===4CO2＋2H2O③甲烷、空气、KOH燃料电池：总反应：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O负极：CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2O④丁烷、空气燃料电池，其电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态能传导O2－。

总反应：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O负极：C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O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H2SO4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。

①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。

②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。

如Li－e－===Li＋(负极)。

③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LiMn2O4＋Li ＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。

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充电放电2NiOOH＋H2。

则下列说法正确的是( )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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．放电时，负极反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，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：C充电2．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＋＋VO2＋＋H2O放电VO＋2＋2H＋＋V2＋。

下列叙述正确的是( )A．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．充电时阳极附近溶液的酸性减弱D．充电时阳极反应式为VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O解析：放电时发生的反应为VO＋2＋2H＋＋V2＋===V3＋＋VO2＋＋H2O，阴离子移向负极，A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＋＋VO2＋＋H2O===VO＋2＋2H＋＋V2＋。

阳极反应为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2＋2H＋阳极附近溶液的酸性增强，C、D错误。

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( )A．a极为原电池的正极B．电池充电时，b极发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．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Li－e－===Li＋，A、C项错误；电池充电时，b极发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，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xLi＋Li1－x Mn2O 4放电充电LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为NiOOH＋MH放电充电M＋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．锂离子电池放电时Li＋向正极迁移B．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－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：LiMn2O4－xe－===Li1－x Mn2O4＋xLi＋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：NiOOH ＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，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，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。

某甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O＋3O2===2CO2＋4H2O，如图是该燃料电池的示意图。

下列说法错误的是( )A．a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：CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋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CH4O－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，正极反应式为O2＋4H＋＋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(N2H4)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( )A．b极发生氧化反应B．a极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC．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：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，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，MnO2可增强导电性B．电池负极区的电极反应：BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2OC．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 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6N A个解析：A项，电极B采用MnO2，为正极，H2O2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，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2O，正确；C项，放电时，钠离子向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数＝6 mol·L－1×1 L×2×N A/mol＝12N 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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－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：2H2O＋2e－===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2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，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。

该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。

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C．M－空气电池放电过程的正极反应式：4M n＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===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。