原电池和化学电源复习学案

化学能与电能
一、原电池
1、概念：
2、工作原理：
3、构成条件：
4、规律
①负极：电子，价，吸引离子；
正极：电子，价，吸引离子。

②正、负极的判断：
a、
b、
c、
d、
e、
③闭合回路的形成
④负极失电子总数=正极得电子总数
⑤原电池电极反应式书写一般规律：
总→改→简→减→反
5、设计原电池
已知总反应Cu＋2H＋＋H2O2=Cu2＋＋2H2O
二、常见的化学电源
1、一次电池
①酸性锌锰电池：
Zn+2MnO2＋2NH4Cl=ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3＋H2O ②碱性锌锰电池
Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnO(OH)
③锌银电池
Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2
④其他碱性金属电池
Fe＋NiO2＋2H2O=Ni(OH)2＋Fe(OH)2
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)2＋4KOH Cd＋2NiO(OH)＋2H2O=Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
由②③④可归纳总结一般碱性金属电池电极反应式书写规律：
负极：M－ne－＋nOH－=M(OH)n
正极：总反应—负极
⑤锂电池
a、Li＋FePO4=LiFePO4
b、Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4
c、0.45Li＋Li0.55C O O2=LiC O O2
d、0.5Li＋Li0.35NiO2=Li0.85NiO2
由⑤可归纳总结一般锂电池电极反应式书写规律：负极：nLi－ne－=nLi＋
正极：总反应—负极
2、二次电池
①铅蓄电池：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
放电
充电
二次电池四个电极一般规律：
负极： 电子，价 ，吸引 离子； 正极： 电子，价 ，吸引 离子 阴极：吸引 离子， 电子，价 ； 阳极：吸引 离子， 电子，价 。

②镍镉电池： Cd ＋2NiO(OH)＋2H 2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
③高铁电池：
3Zn ＋2K 2FeO 4＋8H 2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)2＋
4KOH
3、燃料电池
①氢氧燃料电池： a 、总反应：2H 2＋O 22O
b 、总反应：2H 2＋O 22O
②甲烷燃料电池 a 、总反应：CH 4＋2O 2CO 2＋2H 2O
b 、总反应：CH 4＋2O 2＋2KOH K 2CO 3＋3H 2O
③乙醇燃料电池 a 、酸性溶液
b 、碱性溶液
④肼（N 2H 4）燃料电池 a 、酸性溶液
b 、碱性溶液
⑤熔融金属氧化物燃料电池：
CH 4＋2O 2
CO 2＋2H 2O
⑥熔融碳酸盐燃料电池： 正极通入O 2和CO 2 2CO ＋O 2
2CO 2
⑦熔融硝酸盐（NaNO 3）燃料电池： 石墨电极I 通入O 2和N 2O 5 石墨电极Ⅱ通入NO 2 总反应：
燃料电池电极反应式书写一般规律：
a 、所有燃料电池正极反应均为O 2参与的反应
b 、
酸性：
电解质溶液 碱（中）性：
固体氧化物传导O 2－
：
CO 32－
： 正极 熔融盐传导
NO 3－：
质子交换膜：
(由CO 32－
导电)
熔融Li 2CO 3 (由O 2－
导电)
熔融Y 2O 3、ZrO 2
KOH
H 2SO 4
KOH
H 2SO 4 放电 充电 放电 充电
【典型例题】
1、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag 2O 和Zn ，电解质溶液为KOH 溶液，总反应式为Ag 2O+Zn+H 2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是 A ．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B ．负极发生反应是Zn+2OH ―
―2e －
=Zn(OH)2 C ．工作时，负极区溶液PH 减小，正极区PH 增大
D ．溶液中OH ―
向正极移动，K +、H +向负极移动
2、（11福建）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是 （ ） A ．水既是氧化剂又是溶剂 B ．放电时正极上有氢气生成
C ．放电时OH －向正极移动
D ．总反应为：2Li ＋2H 2O=2LiOH ＋H 2↑
3、（10安徽）某固体酸燃料电池以CaHSO 4固体为电解质传递H +，其基本结构见下图，电池总反应可表示为： 2H 2 + O 2 == 2H 2O ，下列有关说法正确的是 （ ） A ．电子通过外电路从b 极流向a 极
B ．b 极上的电极反应式为：O 2 +2H 2O + 4e －
== 4OH －
C ．每转移0.1mol 电子，消耗1.12L 的H 2
D ．H +由a 极通过固体酸电解质传递到b 极
4、（08江苏）镍镉（Ni －Cd ）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H 2O
Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2。

有关该电池的说法正确的是
A ．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e —
+ OH －
= NiOOH + H 2O
B ．充电过程是化学能转化为电能的过程
C ．放电时负极附近溶液的碱性不变
D ．放电时电解质溶液中的OH －
向正极移动
5．（2008广东卷）LiFePO 4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。

电池反应为：
FePO 4+Li LiFePO 4，电池的正极材料是LiFePO 4，负极材料是石墨，含Li +导电固体为电解质。

下列有
关LiFePO 4电池说法正确的是
A ．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B ．放电时电池内部Li +向负极移动.
C ．充电过程中，电池正极材料的质量减少 D
．放电时电池正极反应为：FePO 4+Li ++e -=LiFePO 4
6．（2007天津理综）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。

锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO 2），
充电时LiCoO 2中Li 被氧化，Li ＋
迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C 6）中，以LiC 6表示。

电池反应为
CoO 2 + LiC 6
LiCoO 2 + C 6，下列说法正确的是
A ．充电时，电池的负极反应为 LiC 6 － e －
= Li + + C 6
B ．放电时，电池的正极反应为 CoO 2 + Li ＋
+ e －
= LiCoO 2 C ．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质 D ．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低
[2013高考∙全国Ⅱ卷∙11]“ZEBRA ”蓄电池的结构如右图所示，电极材料 多孔Ni/NiCl 2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于 该电池的叙述错误．．
的是 A ．电池反应中有NaCl 生成 B ．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C ．正极反应式为：NiCl 2+2e —
＝Ni+2Cl —
D ．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
放电
充电
放电 充电
NaAlCl 多孔Ni/NiCl
[2015高考∙全国I 卷∙11]微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列
有关微生物电池的说法错误的是（ ） A ．正极反应中有CO 2生成 B ．微生物促进了反应中电子的转移 C ．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D ．电池总反应为C 6H 12O 6+6O 2=6CO 2+6H 2O （14全国2·12）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（ ）
A ．a 为电池的正极
B ．电池充电反应为LiMn 2O 4
Li 1-x Mn 2O 4+xLi
C ．放电时，a 极锂的化合价发生变化
D ．放电时，溶液中Li ＋
从b 向a 迁移
【难题】[2013高考∙全国Ⅰ卷∙28] (15分) 二甲醚(CH 3OCH 3)是无色气体，可作为一种新型能源。

由合成气(组成为H 2、CO 和少量的CO 2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应： (i)CO(g)+2H 2(g)＝CH 3OH(g) △H 1＝－90.1kJ·mol －
1
(ii)CO 2(g)+3H 2(g)＝CH 3OH(g)+H 2O(g) △H 2＝－49.0kJ·mol －
1
水煤气变换反应：(iii)CO(g)+H 2O(g)＝CO 2(g)+H 2(g) △H 3＝－41.1kJ·mol －
1
二甲醚合成反应： (iv)2CH 3OH(g)＝CH 3OCH 3(g)+H 2O(g) △H 4＝－24.5kJ·mol －
1 回答下列问题：
(2)分析二甲醚合成反应(iv)对于CO 转化率的影响 。

(3)由H 2和CO 直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 。

根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 。

(4)有研究者在催化剂(含Cu －Zn －Al －O 和Al 2O 3)、压强
为5.0 MPa 的条件下，由H 2和CO 直接制备二甲醚，结果如下图所示。

其中CO 转化率随温度升高而降低的原因是 。

(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量
密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg —
1)。

若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应
为 ，一个二甲醚分子经
过电化学氧化，可以产生 个电子的电量；该电池的理论输出电压为1.20 V ，能量密度E ＝
(列式计算。

能量密度＝电池输出电能/燃料质量，l kW·h ＝
3.6×106J)。

[答案] (2)消耗甲醇，促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移，CO 转化率增大；生成的H 2O ，通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO
(3)2CO(g)＋4H 2(g)===CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g)
ΔH ＝－204.7 kJ·mol －
1 该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO 和H 2转化率增大，CH 3OCH 3产率增加。

压强升高使CO 和H 2浓度增加，反应速率增大
(4)反应放热，温度升高，平衡左移 (5)CH 3OCH 3＋3H 2O －12e －
===2CO 2＋12H ＋
12 1.20 V ×1000 g 46 g ·mol －1×12×96 500 C ·mol
－1
1 kg ÷(3.6×106 J ·kW －1·h －1)＝8.39 kW·h·kg －
1
t /
90807060504030 260 270 280 290 300 310 320 转化率或者产率/%。