高中化学选修四第四章化学电源知识点

第二节化学电源
一、电池分类及工作原理
1、化学电池定义：是指能将化学能转变为电能的装置。

2、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池。

3、化学电池的分类：一次电池、二次电池、燃料电池。

4、一次电池：
常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等.
5、二次电池：放电后可以再充电使活性物质再获得再生，可以多次重复使用，
又叫充电电池或蓄电池。

电极反应：铅蓄电池
放电：负极（铅）： Pb＋SO42- ＝PbSO4↓
正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋2e-＝PbSO4↓＋2H2O
充电：阴极：PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+
阳极：PbSO4＋2e-＝Pb＋
放电
两式可以写成一个可逆反应： PbO2＋Pb＋↓＋2H2O 6、燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池。

电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可
根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。

，负极发生氧化反
应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。

以氢
氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。

当电解质溶液呈酸性时：
负极：2H2－4e- =4H+ 正极：O2＋4 e- +4H+ =2H2O
当电解质溶液呈碱性时：
负极：2H2＋4OH-－4e-＝4H2O 正极：O2＋2H2O＋4 e-＝4OH-
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。

电极反应式为：
负极：CH4＋10OH-－8e-＝＋7H2O；
正极：4H2O＋2º2＋8e-＝8OH-。

电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
【习题一】
（2016•宜春校级一模）如图是日常生活中电动自行车的主要部件铅蓄电池结构示意图．有关说法不正确的是（ ）
A ．铅蓄电池属于二次电池
B ．实际使用过程中可以无限次充放电
C ．使用过程中负极发生氧化反应
D ．铅蓄电池体积大有污染还不是最理想的电池
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【分析】A ．铅蓄电池可以反复充电、放电；
B ．理论上可以无限次充放电；
C ．负极失电子发生氧化反应；
D ．铅离子于重金属离子会污染环境．
【解答】解：A ．铅蓄电池可以反复充电、放电，属于二次电池，故A 正确；
B ．铅蓄电池理论上可以无限次充放电，但是实际上是有使用寿命的，故B 错误；
C ．铅蓄电池中负极上金属铅失电子发生氧化反应生成硫酸铅，故C 正确；
D ．铅离子属于重金属离子会污染环境，而且铅蓄电池体积大，所以铅蓄电池不是最理想的电池，故D 正确。

故选：B 。

【习题二】
（2017•毕节市模拟）镍一镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10-15年．镍一镉电池的总反应为：
（OH ）+2HO 2Ni （OH ）2+Cd
（OH ）2．下列说法不正确的是（ ）
A ．该充电电池的阳极为Ni （OH ）2
B ．放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd+2OH--2e-═Cd （OH ）2
放电
C ．充电时，阳极反应为Ni （OH ）2（s ）+OH-（aq ）═NiOOH （s ）+H2O （I ）+e-
D ．电池工作时，负极区pH 增大，正极区pH 减小
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【专】电化学专题． 【分析】镍镉电池放电时的总反应为Cd+2NiO （OH ）+2H2O 2Ni （OH ）
2+d （OH ）2，放电时Cd 失电子，作负极，反应式为：Cd+2OH--2e-═Cd （OH ）2，NiO （OH ）得电子作正极，反应式为：NiOOH （s ）+H2O+e-=Ni （OH ）2（s ）+OH-，充电时阴阳极反应与负极、正极反应刚好相反，据此分析解答．
【解答】解：A 镍镉电池放电时的总反为Cd+2NiO （OH ）+2H2O 2Ni （OH ）2+Cd （OH ）2，所以该充电Ni （OH ）2失电子为电池的阳极，故A 正确；
B ．放电时，负极上Cd 失电子发生了氧化反应，反应为Cd+2OH--2e-═Cd （OH ）2，故B 正确；
C ．放电时正极反应为：NiOOH （s ）+H2O+e-=Ni （OH ）2（s ）+OH-，充电时阳极反应与正极反应相反，所以极反应为Ni （OH ）2（s ）+OH-（aq ）═NiOOH （s ）+H2O （I ）+e-，故C 正确；
D ．放电时Cd 失电子，作负极，反应式为：Cd+2OH--2e-═Cd （OH ）2，NiO （OH ）得电子作正极，反应式为：NiOOH （s ）+H2O+e-=Ni （OH ）2（s ）+OH-，所以负极区pH 减小，正极区pH 增大，故D 错误。

故选：D 。

【习题三】
（2017春•眉山期末）铅蓄电池是最常见的二次电池，电池总反应式为：Pb+PbO2+4H++2SO 2PbSO4+2H2O ，下列说法错误的是（ ）
A ．充电时，阴极反应式为：SO42-+4H++PbO2+2e-═PbSO4+2H2O
B ．充电时，两个电极的质量均减轻
C ．电池放电时，电解质溶液的pH 增大
D ．电池放电时，负极可能会发生副反应：Pb+H2SO4═PbSO4+H2↑
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【专题】电化学专题．
放电
充电 放电
放电
【分析】放电时，负极上Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-
+SO42-═PbSO4，正极上二氧化铅得电子发生还原反应，电极反应式为
PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O，充电时，阳极、阴极上电极反应式与正极、负极反应式相反，据此分析解答．
【解答】解：A．充电时，阴极电极反应式与原电池负极反应式相反，所以阴极反应式为PbSO4+2e-═Pb+SO42-，故A错误；
B．充电时，阴极电极反应式与原电池负极反应式相反，所以阴极反应式为PbSO4+2e-═Pb+SO42-，阳极电极反应式与原电池正极反应式相反，所以阳极反应式为PbSO4-2e-+2H2O═PbO2+SO42-+4H+，电极质量均减轻，故B正确；C．放电时，负极上Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+SO42-═PbSO4，正极上二氧化铅得电子发生还原反应，电极反应式为PbO2+SO42-
+4H++2e-=PbSO4+2H2O，电解质溶液的pH增大，故C正确；
D．铅和稀硫酸能发生反应，负极可能会发生副反应：Pb+H2SO4═PbSO4+H2↑，故D正确；
故选：A。

二、新型化学电池
1、特点：（1）具有能量转化率高等很多优点；
（2）其输出电压低，需要串联起来用；
（3）要连续不断地供给反应物，排除生成物，附属设备较多。

2、碱性氢氧燃料电池：
电池反应：负极：2H++4OH--4e-=4H2O
正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应：2H2+O2=2H2O
【习题四】
（2017秋•惠州期末）一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷（C2H6）和氧气，其中某一电极反应式为C2H6+18OH--14e-═2CO32-+12H2O．有关此电池的推断不正确的是（）
A．通入氧气的电极为正极
B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7：2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降
D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小
【考点】化学电源新型电池．
【专题】电化学专题．
【分析】乙烷燃料原电池中，负极发生氧化反应，C2H6+18OH--14e-═2CO32-+12H2O，正极发生还原反应，2H2O+O2+4e-=4OH-，根据电极反应式判断电解质溶液的变化以及参加反应物的物质的量之间的关系解答即可．
【解答】解：A．燃料乙烷失电子发生氧化反应，是负极，通入氧气的电极为正极，故A正确；
B．原电池中两极上转移的电子相等，当有28mol电子转移时，正极上消耗
7molO2，负极上消耗2molC2H6，正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为7：2，故B正确；
C．电池工作过程中，电池总反应为2C2H6+8OH-+7O2=4CO32-+10H2O，反应消耗OH-离子，溶液的pH值逐渐减小，故C正确；
D．放电时，正极发生还原反应，2H2O+O2+4e-=4OH-，正极区附近溶液的pH增大，故D错误；
故选：D。

【素材积累】
1、冬天是纯洁的。

冬天一来，世界变得雪白一片，白得毫无瑕疵，白雪松软软地铺摘大地上，好似为大地铺上了一层银色的地毯。

松树上压着厚厚的白雪，宛如慈爱的妈妈温柔地抱着自己的孩子。

白雪下的松枝还露出一点绿色，为这白茫茫的世界增添了一点不一样的色彩。

2、张家界的山真美啊！影影绰绰的群山像是一个睡意未醒的仙女，披着蝉翼般的薄纱，脉脉含情，凝眸不语，摘一座碧如翡翠的山上，还点缀着几朵淡紫、金黄、艳红、清兰的小花儿，把这山装扮得婀娜多姿。

这时，这山好似一位恬静羞涩的少女，随手扯过一片白云当纱巾，遮住了她那美丽的脸庞。