专题30 可充电电池 燃料电池.docx

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专题30可充电电池燃料电池

专题30可充电电池燃料电池

【基础回顾】 

　　化学电源是能够实际应用的原电池。

作为化学电源的电池有一次电池、二次电池和燃料电池等。

1、碱性锌锰干电池——一次电池 

　　总反应式：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

　　正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e-===2MnOOH＋2OH-； 

　　负极反应：

Zn＋2OH-－2e-===Zn（OH）2。

2、锌银电池——一次电池 

　　负极反应：

Zn＋2OH-－2e-===Zn（OH）2； 

　　正极反应：

Ag2O＋H2O＋2e-===2Ag＋2OH-； 

　　总反应式：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

3、二次电池（可充电电池） 

　　铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

（1）放电时的反应 

　　①负极反应：

Pb＋SO42-－2e-===PbSO4； 

　　②正极反应：

PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e-===PbSO4＋2H2O； 

　　③总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

（2）充电时的反应 

　　①阴极反应：

PbSO4＋2e-===Pb＋SO42-； 

　　②阳极反应：

PbSO4＋2H2O－2e-===PbO2＋4H＋＋SO42-； 

　　③总反应：

2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

4、燃料电池 

　　氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

【技能方法】 

可充电电池解题探密 

1、对可充电电池充电和放电两过程认识：

放电是原电池反应，充电是电解池反应 

2、对可充电电池电极极性和材料的判断：

　　判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电（原电池）总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。

　　若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。

3、对溶液中离子的移动方向判断：

　　放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极； 

　　充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

4、可充电电池充电时与电源的连接：

　　可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。

5、对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判断：

　　可根据电极反应式进行分析，放电（原电池）的负极及充电（电解池）的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化； 

　　放电（原电池）的正极及充电（电解池）的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。

6、可充电电池电极反应式的书写方法：

　　书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。

书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：

　　第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质； 

　　第二，写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）； 

　　第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

【基础达标】 

1．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能。

氢氧燃料电池的基本反应是：

X极：

1/2O2（g）＋H2O（l）＋2e-===2OH-；Y极：

H2（g）＋2OH-－2e-===2H2O（l）。

下列说法正确的是（　　） 

　A．X是正极　　　　　　B．Y是正极 

　C．Y极发生还原反应　　D．电子由X极移向Y极 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。

电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。

A．氧气得到电子，则X是正极，A正确；B．氢气失去电子，则Y是负极，B错误；C．Y极是负极，发生氧化反应，C错误；D．电子由负极Y极移向正极X极，D错误，答案选A。

考点：

考查原电池原理的应用 

2．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．铅蓄电池放电时，负极的质量逐渐减小 

　C．氢氧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】 

　　试题分析：

A．手机上用的锂离子电池可以充电，属于二次电池，A正确；B．铅蓄电池放电时，负极铅失去电子，转化为硫酸铅，电极的质量逐渐增大，B错误；C．氢氧燃料电池属于原电池，可把化学能转化为电能，C正确；D．锌是活泼的金属，锌锰干电池中，锌电极是负极，D正确，答案选B。

考点：

考查化学电源的有关判断 

3．氢氧燃料电池是一种能在航天飞机上使用的特殊电池，其反应原理示意图如图。

下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是（） 

　A．由于A、B两电极没有活动性差别，不能构成原电池 

　B．A电极是负极，电极上发生氧化反应 

　C．产物为无污染的水，属于环境友好的绿色电池 

　D．外电路中电流由B电极通过导线流向A电极 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

A．燃料电池中电极的活泼性可以是相同的，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，构成了原电池，A错误；B．A电极通入的是氢气，作负极，电极上发生氧化反应，B正确；C．氢氧燃料电池反应产物为无污染的水，属于环境友好的绿色电池，C正确；D．B电极是正极，则外电路中电流由B电极通过导线流向A电极，D正确，答案选A。

考点：

考查燃料电池的有关判断的知识。

4．一种充电电池放电时的电极反应为H2+2OH--2e-=2H2O；NiO（OH）+H2O+e-=Ni（OH）2+OH-当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（） 

　A．H2O的还原　　B．NiO（OH）的还原 

　C．H2的氧化　　D．Ni（OH）2的氧化 

【答案】D 

【解析】 

　　试题分析：

当为电池充电时相当于电解，与外电源正极连接的电极是阳极，失去电子，发生氧化反应，是放电时正极反应的逆反应，则发生的反应是Ni（OH）2的氧化，答案选D。

考点：

考查电化学原理的应用 

5．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：

。

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－＝NiO（OH）＋H2O 

　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 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

A.根据总反应方程式可知充电时阳极Ni（OH）2失去电子发生氧化反应变为NiO（OH），电极反应式是：

Ni（OH）2－e-＋OH-＝NiO（OH）＋H2O，正确。

B．充电过程是在电流的作用下在阳极、阴两极发生氧化还原反应的过程，就是电能转化为化学能的过程，错误。

C．放电时与负极连接的阴极附近c（OH-）增大，所以溶液的碱性增强。

D．放电时电解质溶液中的OH－向正电荷较多的阳极移动，错误。

考点：

考查镍镉（Ni－Cd）可充电电池工作原理的知识。

【能力提升】 

1．据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。

其电池反应为：

则下列说法错误的（　　） 

　A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极 

　B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大 

　C．放电时负极的电极反应为：

2CH3OH－12e-＋16OH-＝2CO32-+12H2O 

　D．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

A．放电时CH3OH参与反应的电极为负极，发生氧化反应，失去电子，错误。

B．充电时溶液中的氧气得到电子，发生还原反应产生OH-，电解质溶液的pH逐渐增大，正确。

C．放电时负极CH3OH失去电子变为CO2，CO2与溶液的OH-结合形成CO32-，所以的电极反应为：

2CH3OH－12e-＋16OH-＝2CO32-+12H2O，正确。

D．根据电池总反应方程式可知，每产生2molCH3OH，得到12mol电子，所以充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子，正确。

考点：

考查甲醇燃料电池的工作原理的知识。

2．液流电池是一种新的蓄电池，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点。

如图是一种锌溴液流电池，电解液为溴化锌的水溶液。

下列说法正确的是（　　） 

　A．充电时阳极的电极反应式：

Zn-2e-=Zn2+　 

　B．充电时电极a为外接电源的负极 

　C．放电时Br－向右侧电极移动 

　D．放电时左右两侧电解质储罐中的离子总浓度均增大 

【答案】D 

【解析】 

　　试题分析：

本题考查了蓄电池的工作原理。

如图是一种锌溴液流电池，电解液为溴化锌的水溶液，所以该电池的负极为锌，溴为原电池的正极，充电时阳极的电极反应式与正极的电极反应式相反，所以充电时阳极的电极反应式为2Br－-2e-===Br2，选项A不正确。

在充电时，原电池的正极连接电源的正极，是电解池的阳极，而原电池的负极连接电源的负极，所以充电时电极a为外接电源的正极，选项B不正确。

放电时为原电池，在原电池中间隔着一个阳离子交换膜，所以Br－不能向右侧电极移动，选项C不正确。

放电时左侧生成溴离子，右侧生成锌离子，所以放电时左右两侧电解质储罐中的离子总浓度均增大，选项D正确。

考点：

可充电池充放电时原理分析 

3．磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池之一，其基本组成及反应原理如下图所示。

下列说法不正确的是（　　） 

A．该系统中不只存在化学能和电能的相互转化 

B．在移位反应器中，反应

，若温度越高，则v（CO）越大 

C．改质器和移位反应器的作用是将CxHy转化为H2和CO2 

D．该电池正极的电极反应为O2＋4H＋—4e－===2H2O 

【答案】D 

【解析】 

　　试题分析：

A．该系统中不只存在化学能和电能的相互转化，还有热能等，A正确；B．在移位反应器中，反应

，正方应放热，升高温度平衡向逆反应方向进行，若温度越高，则v（CO）越大，B正确；C．根据示意图可判断改质器中将CxHy转化为H2和CO，在移位反应器中再将CO转化为CO2，C正确；D．正极氧气得到电子，所以该电池正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e-＝2H2O，D错误，答案选D。

考点：

考查原电池原理的应用 

4．铅蓄电池用途极广，电解液为30%H2SO4溶液，电池的总反应式可表示为：

下列有关叙述正确的是（双选）（） 

　A．放电时电解液的密度不断增大 

　B．放电时电子从Pb通过导线转移到PbO2 

　C．充电时Pb极与外电源的负极相连 

　D．充电时PbO2电极发生还原反应，Pb电极上发生氧化反应 

【答案】BC 

【解析】 

　　试题分析：

A、放电时电解液由硫酸转化为水，密度减小，错误；B、放电时，Pb为负极，PbO2为正极，则电子从负极流向正极，正确；C、充电时，硫酸铅发生还原反应得到Pb，所以Pb与电源的负极相连，正确；D、充电时，PbO2电极是PbSO4发生氧化反应得到PbO2，Pb电极上发生还原反应得到Pb，错误，答案选BC。

考点：

考查铅蓄电池的反应原理的应用 

5．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充放电池。

下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是（双选）（　　） 

　A．当有0.1mol电子转移时，a极产生标准状况下1.12LH2 

　B．左端装置中化学能转化为电能，右端装置中电能转化为化学能 

　C．c极上发生的电极反应是：

O2＋2H2O＋4e-===4OH- 

　D．d极上发生氧化反应，右端装置B中的H＋可以通过隔膜进入A 

【答案】AD 

【解析】 

　　试题分析：

左边是一个电解池，在a极生成H2，b极生成O2，右边形成一个氢氧燃料电池，c是正极，d是负极。

a极发生：

2H++2e-===H2↑，当有0.1mol电子转移时，产生0.005mol的气体，标准状况下1.12LH2，A对；左端装置是电解池，是电能转化为化学能，右端装置是原电池，是化学能转化为电能，B错；c极上发生的电极反应是：

O2＋4OH-＋4e-===2H2O，C错；d极是H2发生反应变为H+，H＋可以通过隔膜进入A，D对。

考点：

电解池的工作原理和原电池的工作原理。

【终极闯关】 

1．【宁夏银川唐徕回中2015届高三上学期期末考试】液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小,无需气体存储装置等优点.一种以肼（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作为电解质.下列关于该燃料电池的叙述不正确的是（　　） 

　A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 

　B．负极发生的电极反应式为N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O 

　C．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料,以提高电极反应物质在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分接触 

　D．该燃料电池持续放电时,K+从负极向正极迁移,因而离子交换膜需选用阳离子交换膜 

【答案】D 

【解析】 

　　试题分析：

A、根据装置图可知，通入空气的一极是正极，发生还原反应，通入肼的一极是负极，发生氧化反应，电流从正极流向负极，所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，正确；B、负极是肼失去电子生成氮气的反应，结合电解质溶液，所以电极反应式是N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O，正确；C、该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料,以提高电极反应物质在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分接触，加快反应速率，正确；D、原电池中，阳离子向正极移动，所以K+从负极向正极迁移，但右侧负极中结合氢氧根离子，正极产生氢氧根离子，所以氢氧根离子通过交换膜移动到负极，离子交换膜需选用阴离子交换膜，错误，答案选D。

考点：

考查原电池的反应原理 

2．【云南省弥勒市2015届学年高三市统测模拟测试

（一）】有一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。

该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2-可以在其中自由移动。

下列有关叙述正确的是（　　） 

　A．电极a的反应式为：

CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O 

　B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b 

　C．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极a流向电极b 

　D．当固体电解质中有1molO2-通过时，电子转移4mol 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

A、因为该电池为固体电解质，所以CH4与O2‾在电极a上发生失电子反应，配平后得电极方程式：

CH4+4O2‾—8e‾=CO2+2H2O，故A正确；B、电池内部阴离子由正极流向负极，所以O2‾由电极b流向电极a，故B错误；C、根据题目信息可知电池内电路中，通过O2‾移动导电，故C错误；D、O2‾带有2个负电荷，所以当固体电解质中有1molO2-通过时，电子转移2mol，故D错误。

考点：

本题考查原电池原理及应用。

3．【浙江省杭州地区七校2015届高三上学期期末模拟联考】利用反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。

下列说法不正确的是（　　） 

　A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 

　B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 

　C．电极A极反应式为:

2NH3-6e-=N2+6H+　 

　D．当有4.48LNO2（标准状况）被处理时，转移电子为0.8mol 

【答案】C 

【解析】 

　　试题分析：

A、根据所给的化学方程式判断，氨气发生氧化反应，所以电极A是负极，则电极B是正极，所以电流电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，正确；B、氨气失去电子生成氮气和氢离子，在碱性电解质溶液中，氢离子与移动来的氢氧根离子结合为水，所以该离子交换膜应允许氢氧根离子通过，所以是阴离子交换膜，正确；C、因为电解质溶液为碱性，所以氨气失去电子与氢氧根离子结合为水，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，错误；D、4.48L标准状况下的二氧化氮的物质的量是0.2mol，其N元素的化合价从+4价降低到0价，所以转移电子的物质的量是0.2mol×4=0.8mol，正确，答案选C。

考点：

考查原电池反应原理的应用 

4．【2015江苏化学】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（　　） 

　A．反应

每消耗1molCH4转移12mol电子 

　B．电极A上H2参与的电极反应为：

H2＋2OH-－2e-=2H2O 

　C．电池工作时，CO32-向电极B移动 

　D．电极B上发生的电极反应为：

O2＋2CO2＋4e-=2CO-2- 

【答案】D 

【解析】 

　　A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：

CO＋H2＋2CO32-－4e-=3CO2＋H2O，故B错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32-，故D正确。

【考点定位】考查原电池的工作原理和电极反应式书写。

5．【2014年高考浙江卷第11题】镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2+M＝NiOOH+MH已知：

6NiOOH+NH3+H2O+OH－=6Ni（OH）2+NO2－下列说法正确的是（　　） 

　A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：

NiOOH+H2O+e-=Ni（OH）2+OH- 

　B．充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移 

　C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O+M+e-=MH+OH-，H2O中的H被M还原 

　D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 

【答案】A 

【解析】 

　　镍氢电池中主要为KOH作电解液充电相当于是电解池，阳极失去电子发生氧化反应，阳极反应：

Ni（OH）2+OH-＝NiOOH+H2O+e-，阴极得到电子发生还原反应，即阴极反应：

M+H2O+e-＝MH+OH-，总反应：

M+Ni（OH）2＝MH+NiOOH；放电时相当于是原电池，正极得到电子发生还原反应，即正极反应式：

NiOOH+H2O+e-＝Ni（OH）2+OH-，负极失去电子发生氧化反应，即负极反应式：

MH+OH--e-＝M+H2O，总反应：

MH+NiOOH＝M+Ni（OH）2，以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，则A、正极的电极反应式为：

NiOOH+H2O+e－＝Ni（OH）2+OH-，故A正确；B、电解时阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以OH-离子从阴极向阳极迁移，故B错误；C、M+H2O+e-＝MH+OH-，H2O中的H电离出的H+得到电子被还原，不是被M还原，故C错误；D、由已知6NiOOH+NH3+H2O+OH-=6Ni（OH）2+NO2－可知NiOOH与NH3发生反应生成亚硝酸根，因此不能用氨水做电解质溶液，故D错误，答案选A。