高中化学 第1章 第3节 第2课时 化学电源对点训练 鲁科版选修4

第2课时 化学电源[目标要求] 1.了解常见化学电源的种类。

2.掌握常见化学电源的工作原理。

一、化学电源1．根据原电池的反应原理，人们设计和生产了多种化学电源，包括一次电池、可充电电池和燃料电池等。

可充电电池也称为二次电池。

可充电电池放电时是一个原电池，充电时是一个电解池。

锂电池是一种高能电池。

2．目前常见的一次锌锰干电池分为酸性和碱性两种。

碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它单位质量所输出的电能多，能提供较大电流并连续放电。

碱性锌锰电池的负极是锌粉，正极是二氧化锰和石墨，电解质溶液是KOH 溶液。

其电极反应为：负极：Zn ＋2OH －―→ZnO ＋H2O ＋2e －，正极：MnO2＋2H2O ＋2e －―→Mn(OH)2＋2OH －，总反应为：Zn ＋MnO2＋H2O===ZnO ＋Mn(OH)2。

3．铅蓄电池是常见的二次电池。

它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb ，电解质溶液是30%H2SO4溶液。

放电时电极反应：负极：Pb ＋SO2－4―→PbSO4＋2e －，正极：PbO2＋4H ＋＋SO2－4＋2e －―→PbSO4＋2H2O ，放电时总反应式：Pb ＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 。

铅蓄电池充电时电极反应：阴极：PbSO4＋2e －―→Pb ＋SO2－4，阳极：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H ＋＋SO2－4＋2e －，充电时总反应式：2PbSO4＋2H2O===Pb ＋PbO2＋2H2SO4。

可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个反应表示为：Pb ＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 。

4．氢氧燃料电池正极通入O2，负极通入H2。

其电极反应为负极：2H2＋4OH －―→4H2O ＋4e －，正极：O2＋4e －＋2H2O―→4OH －，总反应：2H2＋O2===2H2O 。

燃料电池的能量转换效率远高于普通燃料的燃烧的能量转换效率。

二、废旧电池的危害及处理1．危害废弃电池中的重金属和酸碱等有害物质会造成土壤和水污染，会对生态环境和人体健康造成很大危害。

2．回收利用(1)回收重金属；(2)回收填充材料；(3)对无用物质集中进行无害处理。

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 放电充电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．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2PbSO4＋2H2O PbO2＋Pb ＋2H2SO4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C ．工作时负极上发生的反应是Pb ＋SO2－4―→PbSO4＋2e －D ．工作时电解质的密度减小答案 A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Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO2－4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。

3．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＋8H2O 3Zn(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 ＋2OH －―→Zn(OH)2＋2e －B ．放电时正极反应式为FeO2－4＋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 ．充电时阳极附近溶液的碱性减弱答案 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 ＋2OH －―→Zn(OH)2＋2e －；选项B ，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FeO2－4＋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 －，导致阳极附近溶液的碱性减弱。

知识点二 燃料电池4.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：放电充电 放电充电负极：2H2＋4OH －―→4H2O ＋4e －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 molB ．3.6 molC ．100 molD ．200 mol答案 D解析 n(H2O)＝1.8×103 g 18 g·mol －1＝100 mol 2H2＋O4e －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 －。

5．将两个铂电极插入KOH 溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即可构成CH4燃料电池。

已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH4＋10OH －―→CO 2－3＋7H2O ＋8e －；通入O2的另一极，其电极反应式是：O2＋2H2O ＋4e －―→4OH －，该电池放电时，下列有关叙述中，不正确的是( )A ．通入CH4的电极为负极B ．正极发生氧化反应C ．燃料电池工作时溶液中的阴离子向负极移动D ．该电池使用一段时间后应补充KOH答案 B解析 根据原电池的工作原理和题给电极反应式可知：CH4在负极上被氧化，O2在正极上被还原，在内电路阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。

由于反应过程中消耗KOH 生成K2CO3，故该燃料电池工作一段时间应补充KOH 。

6．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(O2－)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B ．b 极的电极反应式为H2＋O2－―→H2O ＋2e －C ．a 极对应的电极反应式为O2＋2H2O ＋4e －―→4OH －D ．该电池的总反应式为2H2＋O2=====高温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在该极发生还原反应。

由此推断该原电池的负极反应式为H2―→2H ＋＋2e－，正极电极反应式为12O2＋2e －―→O2－，则电池总反应式为2H2＋O2=====高温2H2O 。

练基础落实1．下列对碱性锌锰电池的叙述不正确的是()A．Zn是正极，MnO2是负极B．电解质是KOH溶液C．Zn发生氧化反应，MnO2发生还原反应D．它的能量和储存时间比普通锌锰电池高答案 A解析Zn化合价升高，发生氧化反应，是负极，MnO2发生还原反应，是正极。

2．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4只向PbO2处移动C．SO2－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，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负4和OH－)移向Pb极，所以C不正确。

电荷(SO2－3．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是()A．锌为正极，空气进入负极反应B．负极反应为Zn＋2OH－―→ZnO＋H2O＋2e－C．正极发生氧化反应D．电解液可以是强酸也可以是强碱答案 B解析2Zn＋O2===2ZnO，Zn失电子，O2得电子，即Zn为原电池负极，O2在正极上反应，故B正确；若电解液为强酸，ZnO则不能存在，故D不正确。

4．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。

该电池负极发生的反应是()A．CH3OH(g)＋O2(g)―→H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)＋2e－B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l)C．CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－―→4OH－(aq)答案 C解析电能来源于化学能，CH3OH与O2的反应即为该电池的总反应：2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)。

酸性溶液中，正极上O2发生还原反应，即O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l)，电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式为CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－。

5．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．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极答案 B解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质是把化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。

练方法技巧6．燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。

则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是()3＋7H2O＋8e－A．负极反应式为：CH4＋10OH－―→CO2－B．负极反应式为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－C．随着反应进行，电解质溶液碱性不变D．该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同，反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 答案 A解析本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。