人教版高中化学选修四 42 化学电源 学案文档格式.docx

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2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2。

2．银锌电池

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

（二）二次电池（以铅蓄电池为例）

1．构造

2．组成

　　　　　。

3．工作原理

（1）放电过程：

Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）（氧化反应）；

PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）

（2）充电过程：

阴极：

PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO

（aq）；

阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

（3）铅蓄电池的充、放电过程：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

互动探究

[思考探究]

H2是一种优质燃料，热值高。

一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H2＋2NiO（OH）

2Ni（OH）2，它具有比能量多等优点，常作为卫星的电源。

问题思考：

（1）该电池属于一次电池还是二次电池？

（2）该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？

（3）放电时的电极反应式如何书写？

（4）充电时的电极反应式如何书写？

（5）电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？

归纳总结

1．二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时阴、阳电极上发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。

2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。

即时训练

题组1　一次电池的工作原理

1．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应式为：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

根据反应式判断氧化银是（　　）

A．负极　被氧化　　　B．正极　被还原

C．负极　被还原D．正极　被氧化

2．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应：

下列关于该电池的电极反应，正确的是（　　）

A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋

B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn（OH）2＋2H＋

C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH

D．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

题组2　二次电池的工作原理

3．一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

4．关于铅蓄电池的说法中正确的是（　　）

A．在放电时，正极发生的反应是：

（aq）===PbSO4（s）＋2e－

B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时，阳极发生的反应是：

（aq）

二．燃料电池

氢氧燃料电池

2．电池总反应：

2H2＋O2===2H2O。

3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式

介质

负极反应式

正极反应式

酸性

2H2－4e－===4H＋

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

中性

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

碱性

2H2－4e－＋4OH－===4H2O

设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。

最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷（C9H20）代表汽油]，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。

（1）该电池放电时发生的化学方程式如何书写？

（2）该电池的正极反应如何书写？

负极发生什么反应？

（3）固体电解质里的O2－的移动方向是怎样的？

（4）向外电路释放电子的电极为哪一极？

（5）若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？

电极反应式的书写

1．根据装置图书写电极反应式

（1）确定原电池的正负极及放电的物质。

首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。

（2）书写电极反应式。

①负极反应：

规律：

活泼金属或H2（或其他还原剂）失去电子生成金属阳离子或H＋（或其他氧化产物），注意：

生成的物质是否与电解质溶液发生反应。

②正极反应：

阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2－。

（3）写出电池总反应方程式。

结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。

2．根据电池总反应式，写电极反应式

第一步：

找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。

第二步：

利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2－在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；

＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO

形式存在。

第三步：

验证，将两个半反应相加，得总反应式。

总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。

1．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CO2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C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O

2．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。

下列说法正确的是（　　）

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1molO2，有44gCO2被还原

D．a电极的反应：

3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

3．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

4．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；

电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。

下列对该燃料电池说法正确的是（　　）

A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极

B．电池的总反应是2C4H10＋13O2

8CO2＋10H2O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为：

O2＋4e－===2O2－

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O

5．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。

反应为：

2H2S（g）＋O2（g）===S2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－632kJ·

mol－1。

如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。

A．电极a为电池的正极

B．电极b上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电路中每通过4mol电子，电池内部释放632kJ热能

D．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区

参考答案

一．

（一）

1．

（2）MnO2　Zn　KOH

2．

（2）Zn　Ag2O　KOH

（二）

2．Pb　PbO2　H2SO4溶液

（1）二次电池。

（2）由H2→OH－知呈碱性。

（3）负极：

H2＋2OH－－2e－===2H2O

2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－

（4）阴极：

2H2O＋2e－===H2＋2OH－

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiO（OH）＋2H2O

（5）负极或阴极。

1．

【解析】　一次电池中负极发生氧化反应（失电子），正极发生还原反应（得电子），由Ag2O→Ag可知Ag2O得电子发生还原反应。

【答案】　B

2．

【解析】　在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。

在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn（OH）2。

【答案】　D

3．

【解析】　放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；

充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni（OH）2的氧化反应，D正确。

4．

【解析】　A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应：

PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O；

C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；

D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。

二．

（1）该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。

（2）该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极失去电子发生氧化反应。

（3）原电池中阴离子O2－向负极移动。

（4）负极。

原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。

（5）C9H20＋74OH－－56e－===9CO

＋47H2O。

1．

【解析】　图示所给出的是原电池装置。

A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。

B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。

C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。

D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。

【答案】　A

2．

【解析】　结合装置图此为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；

b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H＋为阳离子，向a极（阴极）区移动，B项正确；

右侧H2O→O2发生的是氧化反应，每生成1molO2，转移4mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2,3CO2→C3H8O，转移18mol电子，故生成1molO2消耗2/3molCO2，C项错误；

a电极发生的是还原反应：

3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。

3．

【解析】　A．由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极经导线流向负极，A正确；

B.原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，B正确；

C.电解质溶液呈碱性，则负极电极方程式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C错误；

D.当有4.48LNO2（标准状况）即0.2mol被处理时，转移电子为0.2mol×

（4－0）＝0.8mol，D正确。

【答案】　C

【解析】　由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系，O2－不可能移向正极，A错；

燃料电池不是在点燃的条件下发生的，B错误；

丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D错误；

O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C正确。

5．

【解析】　该电池属于燃料电池，通入燃料的为负极，通入空气或氧气的为正极，故电极a为电池的负极，故A错误；

根据图示，电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B错误；

根据方程式，电路中每流过4mol电子，有2molH2S发生反应，电池内部释放632kJ的总能量，部分以电能的形式放出，部分以其他形式的能量放出，故C错误；

17gH2S的物质的量是0.5mol，17gH2S参与反应转移电子1mol，所以有1molH＋经质子进入正极区。