高中化學 第四章 第二節(jié) 化學電源學案 新人教版選修4

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化學電源 　1.知道化學電源的分類方法。　2.熟悉幾種常見化學電源的組成和工作原理。 3．了解化學電源廣泛的應用及廢舊電池對環(huán)境的危害，設(shè)想其處理方法。 知識點一　化學電源 閱讀教材P74～P77，思考并填空。 一、化學電池 1．定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．分類 3．優(yōu)點 能量轉(zhuǎn)化效率高，供能穩(wěn)定可靠，可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池及電池組，使用方便，易于維護，并可在各種環(huán)境下工作。 4．判斷電池優(yōu)劣的主要標準 (1)比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位(Wh)/kg或(Wh)/L。 (2)比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位W/kg或W/L。 (3)電池可儲存時間的長短。 二、幾種常見的化學電池 1．一次電池 (1)堿性鋅錳電池 ①構(gòu)造 ②組成 正極：MnO2；負極：Zn；電解質(zhì)：KOH。 ③工作原理 負極反應：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池 ①構(gòu)造 ②組成 正極：Ag2O；負極：Zn；電解質(zhì)：KOH。 ③工作原理 負極反應：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 2．二次電池(以鉛蓄電池為例) (1)構(gòu)造 (2)組成 正極：PbO2；負極：Pb；電解質(zhì)：H2SO4。 (3)工作原理 鉛蓄電池是最常見的二次電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程。 ①放電過程 負極：Pb－2e－＋SO===PbSO4(氧化反應)； 正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(還原反應)； 總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbO4＋2H2O。 ②充電過程 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO_(還原反應)； 陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(氧化反應)； 總反應：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 ③鉛蓄電池的充、放電過程 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 1．想一想，連一連。 a．干電池　　　　　　　　 ①一次電池 b．鉛蓄電池 ②二次電池 c．鋅錳電池 答案：a－①　b－②　c－① 2．人造衛(wèi)星用到的一種高能電池——鋅銀電池，其電極反應式為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根據(jù)反應式判斷氧化銀是(　　) A．負極　被氧化 B．正極　被還原 C．負極　被還原 D．正極　被氧化 解析：選B。鋅銀電池放電時，Ag2O得到電子被還原為Ag，故Ag2O作電池的正極。 化學電源電極反應式的書寫 1．一般電極反應式的書寫 2．復雜電極反應式的書寫 3．給出電極反應式書寫總反應式 根據(jù)給出的兩個電極反應式，寫出總反應式時，首先要使兩個電極反應式的得失電子相等，然后將兩式相加，消去反應物和生成物中相同的物質(zhì)即可。 　若原電池正、負兩極產(chǎn)生的陰、陽離子能與電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應時，要把后續(xù)反應一并寫入電極反應式中。若反應式同側(cè)出現(xiàn)不能共存的離子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO，要寫成反應后的物質(zhì)，如H2O、PbSO4。 　鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應： Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。 下列有關(guān)該電池的說法不正確的是(　　) A．電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為Fe B．電池放電時，負極反應為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2　 C．電池充電過程中，陰極附近溶液pH降低 D．電池充電時，陽極反應為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O [解析]　因為放電時的反應中有氫氧化物生成，故電解質(zhì)溶液是堿性溶液，因為鐵的化合價升高，鎳的化合價降低，故鐵是負極，氧化鎳是正極，故A和B均正確；充電時的陰極反應為Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，故此時陰極附近的pH增大，故C錯誤；根據(jù)所給的放電時的電池反應可推知D正確。 [答案]　C 　以例1分析，怎樣判斷電極附近溶液pH的變化？ 答案：判斷電極附近溶液pH的變化，主要應看電極反應式，如該電池的負極反應：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，OH－被消耗，故負極附近pH減小，正極反應為Ni2O3＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，生成OH－，故正極附近pH變大；充電時同理分析，陽極反應：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，陽極附近pH減小，陰極附近pH增大。 電極方程式書寫時的注意事項 (1)正、負兩極的電極反應式在得失電子相等時相加，即得總反應式。 (2)寫電極反應式時，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中陰、陽離子要和電極反應式中出現(xiàn)的離子相對應。在堿性電解質(zhì)中，電極反應式中不能出現(xiàn)H＋；在酸性電解質(zhì)中，電極反應式中不能出現(xiàn)OH－。 　　　　　化學電源工作原理 1．一種充電電池放電時的電極反應為 H2＋2OH－－2e－===2H2O； NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。 當為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是(　　) A．H2O的還原 B．NiOOH的還原 C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化 解析：選D。放電時為原電池反應，負極上失去電子，正極上得到電子；充電時為電解反應，與外電源正極連接的電極為陽極，由放電時的電極反應式知，陽極上發(fā)生的是Ni(OH)2的氧化反應，D正確。 2．Mg－H2O2電池可用于驅(qū)動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如圖所示。該電池工作時，下列說法正確的是(　　) A．Mg電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應 C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動 解析：選C。在原電池中活潑金屬作負極，即Mg為負極，A錯誤；通入H2O2的一極為正極，在反應過程中發(fā)生還原反應，B錯誤；石墨電極的電極反應式為H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，溶液pH增大，C正確；原電池中，電解質(zhì)溶液中的陰離子向負極移動，D錯誤。 　　　　　電極方程式的書寫 3．在堿性鋅錳干電池中，已知氫氧化鉀為電解質(zhì)，發(fā)生的電池總反應為Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的電極反應，正確的是(　　) A．負極反應為Zn－2e－===Zn2＋ B．負極反應為Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋ C．正極反應為2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH D．正極反應為2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 解析：選D。在書寫堿性電池的電極反應式時，方程式中不得出現(xiàn)H＋。在堿性電池中，負極的Zn失去電子形成的Zn2＋應該與OH－結(jié)合為Zn(OH)2。 4．高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。 (1)FeCl3與KClO在強堿性條件下反應可制取K2FeO4，其反應的離子方程式為________________________________________________________________________。 (2)與MnO2－Zn電池類似，K2FeO4－Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應式為 ________________________________________________________________________， 該電池總反應的離子方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)K2FeO4中Fe元素化合價為＋6價，F(xiàn)eCl3中Fe為＋3價，故需要氧化劑，而ClO－具有強氧化性可作氧化劑，反應為2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。 (2)K2FeO4作正極，發(fā)生還原反應，＋6價鐵被還原為＋3價鐵，F(xiàn)e3＋與OH－反應生成Fe(OH)3。Zn作負極，發(fā)生氧化反應：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 所以電極反應式分別為 正極：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－， 負極：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2， 總反應：2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。 答案：(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋5H2O＋3Cl－ (2)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－ 知識點二　燃料電池 閱讀教材P77～P78，思考并填空。 1．構(gòu)造(以酸性氫氧燃料電池為例) 2．工作原理 負極反應：2H2－4e－===4H＋； 正極反應：O2＋4e－＋4H＋===2H2O； 電池反應：2H2＋O2===2H2O。 1．判斷正誤 (1)氫氧燃料電池是綠色電池。(　　) (2)氫氧燃料電池能量利用率為100%。(　　) 答案：(1)√　(2) 2．科學家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機物轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電，電池的負極反應式為____________________。 解析：該燃料電池中H2失去電子，產(chǎn)生H＋，因此通H2的電極為負極，由于該電池用H3PO4作電解質(zhì)，故負極反應式為H2－2e－===2H＋。 答案：H2－2e－===2H＋ 燃料電池的工作原理及其應用 1．工作原理 (1)以H2、烴、醇、肼作燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應，以空氣或O2作氧化劑在正極上得到電子發(fā)生還原反應，連續(xù)不斷地把燃料和氧化劑中的化學能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)所用電極一般為惰性電極。 (3)所用電解質(zhì)為酸(或堿)、熔融氧化物(或熔融鹽)等。 2．應用實例 (1)氫氧燃料電池 電解質(zhì) 負極反應 正極反應 總反應式 酸性電 解質(zhì) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋ 4H＋=== 2H2O 2H2＋O2===2H2O 堿性電 解質(zhì) 2H2－4e－＋4OH－ ===4H2O O2＋4e－＋ 2H2O=== 4OH－ 2H2＋O2===2H2O (2)烴類燃料電池 ①CH4燃料電池 用導線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH4和O2，該電池的反應式為 負極反應：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O； 正極反應：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－； 總反應式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。 ②丁烷燃料電池 一個電極通入空氣，另一電極通入丁烷，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體，它在高溫下能傳導O2－。 該電池的電極反應式為 負極反應：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O； 正極反應：13O2＋52e－===26O2－； 總反應式：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O。 　(1)燃料電池的特點 ①連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能。 ②電極材料本身不參與氧化還原反應。 ③工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排除。 (2)燃料電池的優(yōu)點 ①能量轉(zhuǎn)換率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，遠高于普通燃燒過程。 ②污染小。 (3)通可燃物的一極為電池的負極，通O2的一極為燃料電池的正極。 　新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結(jié)構(gòu)如圖所示，該電池總反應方程式：NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，有關(guān)的說法不正確的是(　　) A．電極B為正極，納米MnO2層的作用是提高原電池的工作效率 B．放電過程中，Na＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移 C．電池負極的電極反應為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O D．在電池反應中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理論上流過電路中的電子為12 mol [解析]　A．根據(jù)圖知，B電極上H2O2得電子生成OH－，所以B電極是正極，MnO2是H2O2分解的催化劑，可以提高原電池的工作效率，故A正確；B.放電時，陽離子向正極移動、陰離子向負極移動，所以Na＋從負極區(qū)向正極區(qū)遷移，故B錯誤；C.根據(jù)元素化合價變化知，負極上BH失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正確；D.在電池反應中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，即物質(zhì)的量為6 mol，根據(jù)H2O2＋2e－===2OH－知，理論上流過電路中的電子為6 mol2＝12 mol，故D正確。 [答案]　B 　　　　　水溶液中的燃料電池 1．燃料電池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣反應，將此反應的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液。下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是(　　) A．負極反應式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O B．正極反應式為2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ C．隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變 D．甲烷燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率比甲烷燃燒的能量轉(zhuǎn)換率高 解析：選C。A、B兩項是正確的；結(jié)合A、B兩項知C項不正確；燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，遠高于普通燃燒過程(能量轉(zhuǎn)換率僅30%多)，D項正確。 2．科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池(甲醇的燃燒熱為ΔH＝－726.5 kJ/mol)。在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，則負極的電極反應式為________________________________________________________________________， 正極的電極反應式為________________________________________________________________________。 理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1 kJ，則該燃料電池的理論效率為________________________________________________________________________ (燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比)。 解析：在燃料電池中，通入氧氣的一極是正極，通入甲醇的一極是負極，根據(jù)甲醇中碳元素的化合價變化可推知1 mol 甲醇轉(zhuǎn)移6 mol電子，故寫出負極反應為CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；正極反應為O2＋6H＋＋6e－===3H2O。因為甲醇的燃燒熱是726.5 kJ/mol，故可求得該燃料電池的理論效率＝702.1 kJ726.5 kJ100%≈96.6%。 答案：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ O2＋6H＋＋6e－===3H2O　96.6% 　　　　　固體熔融態(tài)的燃料電池 3．固體氧化物燃料電池是由美國西屋公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯－氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示。其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是(　　) A．有O2放電的a極為電池的負極 B．有H2放電的b極為電池的正極 C．a(chǎn)極對應的電極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．該電池的總反應：2H2＋O22H2O 解析：選D。根據(jù)該電池的工作原理圖可知，被氧化的是H2，2H2－4e－＋2O2－===2H2O，b極為原電池的負極；被還原的是O2，O2＋4e－===2O2－，a極為原電池的正極；該電池的總反應為2H2＋O22H2O。 4．某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)如圖，電池總反應可表示為2H2＋O2===2H2O，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．電子通過外電路從b極流向a極 B．b極上的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極 解析：選D。a極通H2，H2失電子應在負極反應，所以a為負極，電子通過外電路由a極流向b極，A項錯誤；因為電解質(zhì)顯酸性，所以b極上的電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B項錯誤；C項沒有告知是標準狀況，轉(zhuǎn)移0.1 mol電子消耗H2的物質(zhì)的量是0.05 mol，但體積不一定是1.12 L，C項錯誤；陽離子向正極移動，所以H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極，D項正確。 重難易錯提煉 1.二次電池的充電過程就是下一節(jié)要學習的電解過程，要記住充電時“正接正、負接負”。 2．燃料電池電極材料為鉑等惰性電極，正極反應一般是氧氣發(fā)生的還原反應。 3．原電池的正極本身一般不參與反應，但鉛蓄電池正極材料二氧化鉛參與了正極反應。 4．原電池的電解質(zhì)溶液不一定是水溶液，如Li－I2電池的電解質(zhì)溶液是惰性非水有機溶劑(Li可與H2O發(fā)生反應)。 課后達標檢測 [基礎(chǔ)鞏固] 1．對化學電源的敘述正確的是(　　) A．化學電源比火力發(fā)電對化學能的利用率高 B．化學電源所提供的電能居于人類社會現(xiàn)階段總耗電量的首位 C．化學電源均是安全、無污染的 D．化學電源即為充電電池 解析：選A?；瘜W電源比火力發(fā)電對化學能的利用率高，故A正確；火力發(fā)電居于人類社會現(xiàn)階段總耗電量的首位，故B錯誤；部分廢舊化學電源會引起重金屬污染，故C錯誤；化學電源包括一次電池、充電電池、燃料電池等，故D錯誤。 2．生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛銻合金上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4。下列有關(guān)鉛蓄電池的說法中錯誤的是(　　) A．需要定期補充硫酸 B．工作時Pb是負極，PbO2是正極 C．工作時負極上發(fā)生的反應是Pb＋SO－2e－===PbSO4 D．工作時電解質(zhì)溶液的密度減小 解析：選A。鉛蓄電池在工作時相當于原電池，負極上發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應，所以Pb是負極，PbO2是正極；在工作時，負極上Pb失去電子生成Pb2＋，而Pb2＋又與溶液中的SO結(jié)合生成PbSO4沉淀；放電時消耗硫酸的量與充電時生成硫酸的量相等，不用定期補充H2SO4；放電時，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，溶液的密度也隨之減小。 3．據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有鉛污染，其電極反應式為2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅粒、空氣和電解質(zhì)溶液。則下列敘述中正確的是(　　) A．鋅為正極，空氣進入負極反應 B．電池中有1 mol電子轉(zhuǎn)移時消耗的Zn為65 g C．正極發(fā)生氧化反應 D．電解質(zhì)溶液肯定不是強酸溶液 解析：選D。因電池反應中有ZnO生成，故電解質(zhì)溶液不可能為強酸溶液，否則ZnO會溶解。 4．燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)溶液、燃料和氧化劑。此種電池的能量轉(zhuǎn)化率超過80%，產(chǎn)物污染小。下列有關(guān)燃料電池的說法錯誤的是(　　) A．燃料電池的負極反應物是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì) B．氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因之一是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用 C．乙醇燃料電池的電解質(zhì)常用KOH，該電池的負極反應為C2H5OH－12e－＋12OH－===2CO2↑＋9H2O D．堿性甲烷燃料電池的正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：選C。C項，電解質(zhì)為KOH，因此不可能生成二氧化碳，應該生成CO，即負極反應為C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O，故C項錯誤。 5．Harbermann等設(shè)計出利用Desulfovibrio desulfurcan 菌種生成的硫化物作為微生物燃料電池的電解質(zhì)，電池內(nèi)部有質(zhì)子通過，該系統(tǒng)不經(jīng)任何維護可持續(xù)運行5年，該電池的負極反應式為S2－＋4H2O－8e－===SO＋8H＋。有關(guān)該電池的下列說法中正確的是(　　) A．若有1.12 L氧氣參與反應，則一定有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移 B．質(zhì)子由正極移向負極 C．該電池的總反應式為S2－＋2O2===SO D．正極的電極反應式為2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ 解析：選C。未標明1.12 L氧氣所處的壓強和溫度，不能確定氧氣的物質(zhì)的量，A項錯誤；質(zhì)子由負極移向正極，B項錯誤；正極的電極反應式為2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，D項錯誤。 6．目前人們正在研究開發(fā)一種高能電池——鈉－硫電池，它是以熔融的鈉和硫為兩極，以Na＋導電的β″－Al2O3陶瓷作固體電解質(zhì)，反應式為2Na＋xSNa2Sx。以下說法正確的是(　　) A．放電時，鈉作正極，硫作負極 B．放電時，鈉極發(fā)生還原反應 C．充電時，鈉極與外接電源正極相連，硫極與外接電源負極相連 D．充電時硫電極發(fā)生的反應為S－2e－===xS 解析：選D。放電時Na為活潑金屬作負極，發(fā)生氧化反應；充電時，S失電子重新變?yōu)镾。 7．(2016湖北百所重點中學聯(lián)考)流動電池是一種新型電池，其主要特點是可以通過電解質(zhì)溶液的循環(huán)流動，在電池外部調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液，以保持電池內(nèi)部電極周圍溶液濃度的穩(wěn)定。北京化工大學新開發(fā)的一種流動電池如圖所示，電池總反應為Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)為負極，b為正極 B．該電池工作時，PbO2電極附近溶液的pH增大 C．a(chǎn)極的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋ D．調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液的方法是補充CuSO4 解析：選D。A項，根據(jù)電池總反應可得銅為負極，PbO2為正極，正確；B項，該電池工作時，PbO2電極上發(fā)生的反應為PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，消耗了溶液中的H＋，故溶液的pH增大，正確；C項，銅電極的電極反應為Cu－2e－===Cu2＋，正確；D項，反應生成了CuSO4，消耗了H2SO4，故應補充H2SO4，錯誤。 8．科學工作者為心臟病患者設(shè)計的心臟起搏器的電池是以Pt和Zn為電極材料，依靠人體體液中含有的一定濃度的溶解氧、H＋和Zn2＋進行工作的。該電池工作時，正極的電極反應式為(　　) A．Zn－2e－===Zn2＋ B．2H＋＋2e－===H2↑ C．4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D．O2＋4H＋＋4e－===2H2O 解析：選D。正極得電子，體液中溶解的氧易得電子而發(fā)生反應：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D項正確。 9．科學家預言，燃料電池是21世紀獲得電子的重要途徑。甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答以下問題： (1)配平電池放電時發(fā)生的化學反應方程式： CH3OH＋____O2―→____CO2＋____H2O。 (2)在硫酸電解液中，CH3OH失去電子，此電池的正極發(fā)生的反應是________________________________________________________________________， 負極發(fā)生的反應是________________________________________________________________________。 (3)電解液中的H＋向______極移動，向外電路釋放電子的電極是______極。 (4)比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，其次是__________________。 (5)甲醇燃料電池與氫氧燃料電池相比，其主要缺點是甲醇燃料電池的輸出功率較低，但其主要優(yōu)點是______________。 解析：(1)根據(jù)得失電子守恒配平反應方程式，注意CH3OH中的H顯＋1價，O顯－2價。(2)電極反應的書寫應注意電解質(zhì)溶液，本題給出的是酸性溶液。(3)由電極反應可知，H＋在正極被消耗，在負極生成，所以H＋向正極移動。 答案：(1)2　3　2　4　(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　(3)正　負　(4)對空氣無污染　(5)甲醇比H2廉價 10．某學校設(shè)計了一節(jié)實驗活動課，讓學生從廢舊干電池中回收碳棒、鋅皮、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物質(zhì)，整個實驗過程如下： (1)了解有關(guān)干電池的基本構(gòu)造和工作原理。如圖所示為干電池的基本構(gòu)造圖。干電池工作時負極上的電極反應式是______________________________，MnO2的作用是除去正極上產(chǎn)生的H2，本身生成Mn2O3，該反應的化學方程式是________________________________________________________________________。 (2)鋅皮和碳棒的回收：用鉗子和剪子剪開回收的干電池的鋅筒，將鋅皮和碳棒取出，并刷洗干凈，將電池內(nèi)的黑色粉末移入小燒杯中。 (3)氯化銨、氯化鋅的提取、檢驗和分離。 如何從黑色粉末中提取NH4Cl和ZnCl2晶體的混合物？寫出簡要的實驗步驟：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋ H2＋2MnO2===H2O＋Mn2O3 (3)將黑色粉末溶于水，然后過濾，對濾液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、烘干 [能力提升] 11．法國格勒諾布爾約瑟夫傅立葉大學的研究小組發(fā)明了第一塊可植入人體為人造器官提供電能的葡萄糖生物燃料電池，其基本原理是葡萄糖和氧氣在人體中酶的作用下發(fā)生反應：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性環(huán)境)。下列有關(guān)該電池的說法不正確的是(　　) A．該生物燃料電池不可以在高溫下工作 B．電池的負極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．消耗1 mol氧氣時轉(zhuǎn)移4 mol e－，H＋向負極移動 D．今后的研究方向是設(shè)法提高葡萄糖生物燃料電池的效率，從而使其在將來可以為任何可植入醫(yī)療設(shè)備提供電能 解析：選C。酶在高溫下會變性，失去催化活性，所以該生物燃料電池不可以在高溫下工作，A項說法正確；電池中C6H12O6在負極發(fā)生氧化反應，電極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B項說法正確；電解質(zhì)溶液中的陽離子移向原電池的正極，所以H＋向正極移動，C項說法錯誤；D項說法正確。 12．(2016衡水高二調(diào)研)近年來AIST正在研制一種“高容量、低成本”鋰－銅空氣燃料電池。該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現(xiàn)象”產(chǎn)生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列說法不正確的是(　　) A．放電時，Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動 B．放電時，負極的電極反應式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ C．通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O D．整個反應過程中，銅相當于催化劑 解析：選B。根據(jù)放電時的反應判斷鋰電極是負極，銅電極是正極。在電池內(nèi)部陽離子移向正極，即Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動，故A正確。負極發(fā)生失電子的氧化反應，故B錯誤。據(jù)圖示和題干信息可知，通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，放電時，負極生成銅，整個反應過程中，銅相當于催化劑，故C、D正確。 13．(2016溫州十校聯(lián)考)TiO2在光照射下可使水分解：2H2O2H2↑＋O2↑，該過程類似植物的光合作用。下圖是光照射下TiO2分解水的裝置示意圖。下列敘述正確的是(　　) A．該裝置中TiO2電極上發(fā)生還原反應 B．鉑電極上發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑ C．該裝置工作時，電流由TiO2電極經(jīng)R流向鉑電極 D．該裝置工作時，TiO2電極附近溶液的pH變大 解析：選B。TiO2電極上發(fā)生反應4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，Pt電極上發(fā)生反應4H＋＋4e－===2H2↑，A項錯，B項正確；TiO2電極上發(fā)生氧化反應，為負極，故電流由Pt電極經(jīng)R流向TiO2電極，C項錯；TiO2電極上OH－放電后，水電離出的c(H＋)增大，pH變小，D項錯。 14．氯鋁電池是一種新型的燃料電池，電解質(zhì)溶液是KOH溶液，試回答下列問題： (1)通入氯氣的電極是________極(填“正”或“負”)，電極反應式為________________________________________________________________________。 (2)加入鋁的電極是________極(填“正”或“負”)，電極反應式為________________________________________________________________________。 (3)在外電路電子從________極流向________極(填“Al”或“Cl2”)。 解析：根據(jù)Cl2和Al的反應方程式：3Cl2＋2Al===2AlCl3可知，鋁易失電子被氧化，為負極，但電解液為KOH溶液，故負極反應為2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O，Cl2易得電子被還原，為正極，電極反應為3Cl2＋6e－===6Cl－。在外電路中電子從負極(Al極)流出沿導線流向正極(Cl2極)。 答案：(1)正　3Cl2＋6e－===6Cl－ (2)負　2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O (3)Al　Cl2 15．科研、生產(chǎn)中常涉及鈉、硫及其化合物。 (1)圖A為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該電池的工作溫度為320 ℃左右，電池反應為2Na＋xS===Na2Sx，正極的電極反應式為________________________________________________________________________。 M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 與鉛蓄電池相比，當消耗相同質(zhì)量的負極活性物質(zhì)時，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的__________倍。 (2)熔融狀態(tài)下，鈉的單質(zhì)和FeCl2能組成可充電電池(裝置示意圖如圖B)，反應原理為2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl。放電時，電池的正極反應式為______________；充電時，__________(寫物質(zhì)名稱)電極接電源的負極，該電池的電解質(zhì)為__________________。 答案：(1)xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　導電(或作電解質(zhì))和隔離鈉與硫　4.5 (2)Fe2＋＋2e－===Fe　鈉　β－Al2O3