2017-2018學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 第二課時 化學電源學案 蘇教版選修4.doc

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第二課時　化學電源 ————————————————————————————————————— [課標要求] 1．知道化學電源的分類方法。 2．熟悉幾種常見化學電源和新型化學電源的組成。 3．了解常見化學電源和新型化學電源的工作原理，學會電極反應式的書寫。 4．知道化學電源的廣泛應用，及廢舊電池對環(huán)境的危害。 1.銀鋅鈕扣電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質溶液是KOH溶液；堿性鋅錳電池的負極是Zn，正極是MnO2，電解質溶液是KOH溶液。 2．鉛蓄電池是最常見的二次電池，正極是PbO2，負極是Pb，電解質溶液是H2SO4溶液。 3．氫氧燃料電池“兩類型”： (1)酸性電解質時：負極反應式：2H2－4e－===4H＋。 正極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)堿性電解質時：負極反應式：2H2＋4OH－－4e－===4H2O。 正極反應式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 化學電源概述及一次電池 1．化學電源概述 (1)化學電源的分類 化學電源 (2)各類電池的特點 ①一次電池：電池中發(fā)生氧化還原反應的物質大部分被消耗后就不能再使用。 ②二次電池：又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電，可多次重復使用。 ③燃料電池：利用燃料和氧化劑之間的氧化還原反應設計成電池，電極本身不參加反應，燃料和氧化劑不是全部儲藏在電池內，而是在工作時不斷從外界輸入，同時將產物不斷排出，因此，能連續(xù)不斷地提供電流。 (3)廢舊電池的回收 廢舊電池中含重金屬和酸堿等有害物質，應回收利用既減少污染，又節(jié)約資源。 2．一次電池 (1)銀鋅鈕扣電池 ①基本構造 ②工作原理 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O； 正極反應：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－； 電池反應：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。 (2)普通鋅錳干電池 ①基本構造 ②工作原理 負極反應：Zn－2e－===Zn2＋； 正極反應：2MnO2＋2e－＋2NH===Mn2O3＋2NH3＋H2O； 電池反應：Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。 (3)堿性鋅錳電池 ①基本構造 ②工作原理 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極反應：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－； 電池反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 ③性能優(yōu)點 堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性優(yōu)越，它的比能量大，能提供較大電流并連續(xù)放電。 [特別提醒]　判斷某電極發(fā)生反應的物質時，除考慮在該電極上得(或失)電子的物質外，還要考慮得(或失)電子后形成的新物質是否會和電解質溶液中的離子發(fā)生反應。 1．普通鋅錳干電池在放電時電池總反應方程式可以表示為Zn＋2MnO2＋2NH=== Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。在此電池放電時，正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是(　　) A．MnO2和NH　　　　 B．Zn2＋和NH C．Zn D．碳棒 解析：選A　在電池的正極上發(fā)生的是得電子的還原反應，是電池總反應中氧化劑發(fā)生的反應。由普通鋅錳干電池的總反應式可知，MnO2與NH發(fā)生的反應為正極反應。 2．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，電池總反應式為Zn (s)＋2MnO2 (s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH，下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應式為2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq) C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減少6.5 g 解析：選C　由所給的電池總反應式可知，電池工作時，每有1 mol Zn參加反應，則會有2 mol 電子從負極Zn經外電路流向正極，并在正極發(fā)生反應：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)。外電路每通過0.2 mol電子，Zn的質量減少6.5 g。 二次電池(鉛蓄電池) 1．基本構造 2．組成 負極：Pb，正極：PbO2，電解質：硫酸。 3．工作原理 (1)放電過程(原電池反應) 負極：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； 電池反應：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O。 (2)充電過程 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(發(fā)生還原反應)； 陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(發(fā)生氧化反應)； 總反應：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO。 4．鉛蓄電池的優(yōu)缺點 (1)優(yōu)點：性能優(yōu)良、價格低廉、安全可靠，可多次充放電；生產生活中使用廣泛。 (2)缺點：比能量低，廢棄電池污染環(huán)境。 已知鉛蓄電池的充、放電過程： Pb＋PbO2＋2H2SO4放電,充電2PbSO4＋2H2O。 (1)鉛蓄電池放電時，正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的？ 提示：鉛蓄電池放電時，正極反應式為PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，反應消耗H＋，故c(H＋)下降，pH升高。 (2)鉛蓄電池放電時，兩極發(fā)生什么反應？充電時兩極發(fā)生什么反應？據(jù)此，在充電時，怎樣連接電源的兩極？ 提示：放電時，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；充電時，陰極發(fā)生還原反應，陽極發(fā)生氧化反應；鉛蓄電池在充電時，負極接電源負極，正極接電源正極。 1．二次電池在充電時，正、負電極上發(fā)生的反應正好與放電時發(fā)生的反應相反，因而充電時，二次電池的正極應與充電電源的正極相連接，電池的負極應與充電電源的負極 相連接。 2．充電時發(fā)生的電極反應和總反應是放電時發(fā)生的反應的逆過程。 3．可充電電池復雜電極反應式的書寫方法 第一步：先標出放電(原電池)總反應式中變價元素的化合價，確定電子轉移的方向與數(shù)目，指出參與負極和正極反應的物質。 如鉛蓄電池中： 第二步：寫出一個比較容易書寫的電極反應式，書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液共存。如鉛蓄電池的負極反應式為Pb＋SO－2e－===PbSO4。 第三步：在電子守恒的基礎上，用總反應式減去寫出的電極反應式，即得另一極的反應式。如鉛蓄電池的正極反應式可用總反應式－負極反應式得到， 即Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO－(Pb＋SO－2e－)===2PbSO4＋2H2O－PbSO4， 整理得：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 1．鎳鎘(NiCd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行： Cd＋2NiOOH＋2H2O放電,充電Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 有關該電池的說法正確的是(　　) A．充電時陽極反應：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O B．充電過程是化學能轉化為電能的過程 C．放電時負極附近溶液的堿性變弱 D．放電時電解質溶液中的OH－向正極移動 解析：選AC　由總反應可知，放電時，負極Cd發(fā)生氧化反應：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，負極堿性變弱，C項正確；正極反應為2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，放電時，OH－由正極向負極移動，D項錯誤；充電時，電能轉化為化學能，B項錯誤；充電時陽極發(fā)生氧化反應，即為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A項正確。 2．2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是(　　) A．a為電池的正極 B．電池充電反應為LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化 D．放電時，溶液中Li＋從b向a遷移 解析：選C　鋰離子電池中，b電極為Li，放電時，Li失電子為負極，LiMn2O4得電子為正極，所以a為電池的正極，A正確；充電時，Li＋在陰極得電子，LiMn2O4在陽極失電子，電池充電反應為LiMn2O4===Li1－x Mn2O4＋xLi，B正確；放電時，a為正極，正極上Li1－x Mn2O4中錳元素得電子，所以鋰的化合價不變，C錯誤；放電時，溶液中陽離子向正極移動，即溶液中Li＋從b向a遷移，D正確。 燃料電池 1．氫氧燃料電池原理圖示 2．工作原理 通入可燃物(H2)的一極為電池的負極，通入O2的一極為電池的正極。 (1)酸性氫氧燃料電池(電解質為H2SO4) 負極反應：2H2－4e－===4H＋， 正極反應：O2＋4H＋＋4e－===2H2O， 總反應：2H2＋O2===2H2O。 (2)堿性氫氧燃料電池(電解質為KOH) 負極反應：2H2＋4OH－－4e－===4H2O， 正極反應：2H2O＋O2＋4e－===4OH－， 總反應：2H2＋O2===2H2O。 3．電池特點 (1)能量轉換率高，污染小。 (2)工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷進行反應，連續(xù)不斷地提供電能。 [特別提醒] (1)燃料電池的兩個電極與其他電池不同，電極材料本身不參與電極反應。 (2)酸性介質中的燃料電池(氧化劑為O2)的正極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 堿性介質中的燃料電池(氧化劑為O2)的正極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 1．用稀H2SO4作電解質溶液時，甲烷燃料電池的正、負極反應式如何書寫？并寫出總反應式。 提示：總反應式是甲烷燃燒的化學方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O，其中正極反應式為2O2＋8H＋＋8e－===4H2O。負極反應式為CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。 2．用KOH作電解質溶液時，甲烷燃料電池的總反應式與“1”中相同嗎？試分別寫出兩極的電極反應式。 提示：不相同；因為CO2與KOH溶液反應生成K2CO3，故總反應式為CH4＋2O2＋ 2OH－===CO＋3H2O，其中正極反應式為2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，負極反應式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。 有機燃料電池電極反應式書寫方法 電池的負極一定是可燃物，有機燃料中各元素的化合價變化遵循一般化合價規(guī)則，燃料失電子發(fā)生氧化反應，電池的正極多為氧氣或空氣得電子，發(fā)生還原反應，特別注意電解質溶液酸堿性不同的區(qū)別?？筛鶕?jù)電荷守恒來配平電極反應式。 如乙醇堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應式的書寫方法。 第一步：確定生成物。 乙醇燃燒生成CO2和H2O，其中CO2與KOH溶液反應生成K2CO3和H2O，故生成物為CO和H2O。 第二步：確定價態(tài)的變化及轉移電子數(shù)。 乙醇(C2H6O)中碳元素的化合價為－2，CO中碳元素的化合價為＋4，故1 mol乙醇完全反應失去2[4－(－2)]＝12 mol電子。 第三步：列出表達式。 第四步：確定電極反應式中各物質的化學計量數(shù)。 由碳原子守恒確定CO的化學計量數(shù)為2， 由電荷守恒確定OH－的化學計量數(shù)為16。 (注：失去12個電子，相當于帶12個單位正電荷) 再由氫原子守恒確定H2O的化學計量數(shù)為11， 故負極反應式為C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。 1．肼(N2H4)空氣燃料電池是一種環(huán)保型堿性燃料電池，電解質為20%～30%的KOH溶液，電池總反應式為N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列關于該電池工作時說法中正確的是(　　) A．溶液的pH保持不變 B．溶液中的陰離子向負極移動 C．正極的電極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．負極的電極反應式：N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2 解析：選BD　A項，因為有水生成，溶液的pH會減小，錯誤；B項，原電池中，溶液中的陰離子總是移向電池的負極，正確；C項，溶液介質為堿性，正極的電極反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯誤。 2.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示。關于該電池的敘述正確的是(　　) A．該電池能夠在高溫下工作 B．電池的負極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移 D．在電池反應中， 每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2氣體 L 解析：選B　A項，高溫條件下微生物會變性，錯誤；B項，負極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，正確；C項，原電池內部陽離子應向正極移動，錯誤；D項，消耗1 mol氧氣生成1 mol二氧化碳，標準狀況下體積是22.4 L，錯誤。 [三級訓練節(jié)節(jié)過關]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．在堿性鋅錳干電池中，已知氫氧化鉀為電解質，發(fā)生的電池反應為Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列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　該電池中，負極發(fā)生氧化反應：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正極發(fā)生還原反應：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－。A、B、C均錯誤。 2．可用于電動汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質溶液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是(　　) A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質溶液時，正極反應都為O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－ B．以NaOH溶液為電解質溶液時，負極反應為Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O C．以NaOH溶液為電解質溶液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極 解析：選AB　電解質溶液顯堿性或中性，該燃料電池的正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正確；以NaOH作電解質時，負極電極反應為Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B正確；將正、負極反應據(jù)電子守恒加和得出電池反應為4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，因消耗OH－同時生成H2O，溶液中c(OH－)減小，pH減小，C錯誤；原電池工作時，電子通過外電路從負極流向正極，D錯誤。 3．鎳氫電池是近年來開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產生鎘污染的鎳鎘電池。鎳氫電池的總反應式是H2＋2NiO(OH) 放電,充電2Ni(OH)2。根據(jù)此反應式判斷，下列敘述中正確的是(　　) A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大 B．電池放電時，鎳元素被氧化 C．電池充電時，氫元素被氧化 D．電池放電時，H2在負極放電 解析：選D　根據(jù)電池反應可看出放電時，H2在負極被氧化，NiO(OH)在正極被還原，而充電時則是氫元素被還原，鎳元素被氧化。 4．LiSOCl2電池可用于心臟起搏器，該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2，電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2，請回答下列問題： (1)電池的負極材料為________，發(fā)生的電極反應為____________________________。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為_____________________________________________。 (3)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行，原因是 ________________________________________________________________________。 解析：分析反應的化合價變化，可得Li為還原劑，SOCl2為氧化劑。先寫出簡單的負極反應式Li－e－===Li＋，再用總反應式減去負極反應式得正極反應式。 答案：(1)Li　Li－e－===Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 (3)Li能和氧氣、水反應，且SOCl2也與水反應 一、單項選擇題 1．下列有關電池的說法不正確的是(　　) A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池 B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 C．甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能 D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極 解析：選B　手機用電池是可充電電池，A正確；銅鋅原電池，Cu為正極，Zn為負極，外電路中電子由負極流向正極，B錯誤；燃料電池將化學能轉化為電能，C正確；鋅錳干電池，Zn為負極，D正確。 2．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可表示為2Ag＋Zn(OH)2,Ag2O＋Zn＋H2O，在此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質是(　　) A．Ag　　　　　　　　 B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn 解析：選D　電池放電時遵循原電池原理，其負極發(fā)生氧化反應，元素的化合價升高，負極材料為Zn。 3．鋰電池是新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應為Li＋MnO2===LiMnO2，下列說法正確的是(　　) A．鋰是正極，電極反應為Li－e－===Li＋ B．鋰是負極，電極反應為Li－e－===Li＋ C．鋰是負極，電極反應為MnO2＋e－===MnO D．鋰是負極，電極反應為Li－2e－===Li2＋ 解析：選B　在原電池中負極失去電子，被氧化，因此鋰作為負極，鋰只能生成Li＋。 4．鉛蓄電池是最常見的二次電池，其電池總反應可以表示為Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，下列說法不正確的是(　　) A．電池的電解液為酸性溶液，正極為PbO2、負極為Pb B．電池放電時，正極反應為PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O C．電池充電過程中，陽極附近溶液的pH升高 D．電池充電時，陰極反應為PbSO4＋2e－===Pb＋SO 解析：選C　A項，鉛蓄電池放電時，該裝置是原電池，其中Pb失電子發(fā)生氧化反應，所以Pb是負極，PbO2是正極，電解液為硫酸，正確；B項，放電時，正極上PbO2得電子和硫酸根離子反應生成硫酸鉛，正確；C項，電池充電時，陽極反應式為PbSO4＋2H2O===PbO2＋2e－＋SO＋4H＋，酸性增強，pH降低，錯誤；D項，正確。 5．最近，科學家研制出一種紙質電池，這種“軟電池”采用薄層紙片作為載體和傳導體，在一邊附著鋅，在另一邊附著二氧化錳。電池總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列說法不正確的是(　　) A．該電池Zn為負極，MnO2為正極 B．該電池的正極反應為MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－ C．導電時外電路電子由Zn流向MnO2，內電路電子由MnO2流向Zn D．電池工作時水分子和OH－都能通過薄層紙片 解析：選C　電池反應中Zn失電子、MnO2得電子，因此該電池負極為Zn，正極為MnO2。由電池總反應式減去負極反應式Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O即得正極反應式MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－。電子只能由Zn經外電路流向MnO2，而不能通過內電路。 二、不定項選擇題 6．MgH2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液，示意圖如下。該電池工作時，下列說法錯誤的是(　　) A．Mg電極是該電池的負極 B．溶液中Cl－向石墨電極移動 C．該裝置中電子從Mg電極流向石墨電極 D．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應 解析：選BD　MgH2O2電池中，Mg是活潑金屬，作電池負極，A項正確；在負極，Mg失去電子生成Mg2＋，并不斷進入溶液中，所以溶液中的陰離子不斷往負極(Mg)移動，B項錯誤；Mg失去的電子經由外電路轉移到石墨電極，C項正確；H2O2在石墨電極上得到電子被還原，發(fā)生還原反應，D項錯誤。 7．不久前，美國一個海軍航空站安裝了一臺250 kW的MCFC型燃料電池，該電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為600 ℃～700 ℃，所用燃料為H2，電解質為熔融的K2CO3，已知該電池的總反應為2H2＋O2===2H2O，負極反應為2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，則下列推斷中正確的是(　　) A．正極反應為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．該電池的電極沒有參加反應 C．電池供應1 mol水蒸氣，轉移的電子數(shù)為4 mol D．O2從正極通入，發(fā)生還原反應 解析：選BD　該電池為氫氧燃料電池，負極是H2發(fā)生氧化反應，正極是O2，發(fā)生還原反應，D項正確；燃料電池電極本身不參加反應，B項正確；由總反應式可知，電池供應1 mol水蒸氣，轉移的電子數(shù)為2 mol，C項錯誤；由總反應式減去負極反應式得正極反應式O2＋2CO2＋4e－===2CO，A項錯誤。 8．鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，下列說法中錯誤的是(　　) A．電池工作時，鋅失去電子，鋅是負極 B．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g C．電池負極的電極反應式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 D．電池工作時，電子由負極流向正極，溶液中OH－向正極移動，K＋、H＋向負極移動 解析：選D　A項，原電池工作時，負極失電子發(fā)生氧化反應，正確；B項，由Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH可知，65 g Zn反應轉移電子為2 mol，則6.5 g Zn反應轉移0.2 mol電子，正確；C項，負極失電子發(fā)生氧化反應，其電極反應式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正確；D項，電池工作時，電子由負極流向正極，溶液中K＋、H＋向正極移動，OH－向負極移動，錯誤。 三、非選擇題 9．航天飛機常采用新型燃料電池作為電能來源，燃料電池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物質與O2一起構成的電池裝置，它可直接將化學能轉化為電能。我國發(fā)射的“神舟五號”載人飛船是采用先進的甲烷電池為電能來源的，該電池以KOH溶液為電解質，其電池反應為CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。 (1)負極上的電極反應為__________________________________________________。 (2)消耗標準狀況下的5.6 L O2時，有________mol電子發(fā)生轉移。 (3)開始放電時，正極附近溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 解析：(1)根據(jù)電池知CH4－xe－―→CO，C元素的化合價由－4→＋4，則有CH4－ 8e－―→CO，由電荷守恒，左邊應配10個OH－，最后根據(jù)質量守恒得：CH4＋10OH－－ 8e－===CO＋7H2O。 (2)正極反應為2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，5.6 L O2的物質的量為0.25 mol，故得電子的物質的量為0.25 mol4＝1 mol。 (3)由于正極生成OH－，故其附近的pH增大。 答案：(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (2)1　(3)增大 10．(1)今有2H2＋O22H2O反應，構成燃料電池，負極通的應是________，正極通的應是________，電極反應式：負極為___________________________________， 正極為____________________________________________________________。 (2)若把KOH溶液改為稀H2SO4作電解質溶液，則電極反應式：負極為________________________________________________________________________， 正極為____________________________________________________________。 (3)如圖是某筆記本電腦用甲醇質子交換膜燃料電池的結構示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質子和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應，電池反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。則c電極是______(填“正極”或“負極”)。c電極上發(fā)生的電極反應________________________________________________________。 解析：(1)堿性條件下，負極反應為2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)稀H2SO4作電解質時，負極為2H2－4e－===4H＋，正極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)據(jù)圖知c電極流出電子，故為負極，CH3OH在負極失電子，電極反應為CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。 答案：(1)H2　O2　2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)負極　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ 一、單項選擇題 1．電池是人類生產和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關電池的敘述正確的是(　　) A．鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細 B．氫氧燃料電池可將熱能直接轉變?yōu)殡娔? C．氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化 D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 解析：選C　鋅錳干電池中鋅為負極，被氧化而損耗，碳棒不變，A錯誤；電池是將化學能直接轉變?yōu)殡娔?，B錯誤；氫氧燃料電池負極反應為H2－2e－===2H＋，C正確；太陽能電池采用硅材料制作，D錯誤。 2．下列電池工作時，O2在正極放電的是(　　) 解析：選B　鋅錳電池中，鋅在負極放電，MnO2在正極放電，A項錯誤；氫燃料電池中，氫氣在負極放電，氧氣在正極放電，B項正確；鉛蓄電池中，Pb在負極放電，PbO2在正極放電，C項錯誤；鎳鎘電池中，鎘(Cd)在負極放電，NiO(OH)在正極放電，D項錯誤。 3．通過NO傳感器可監(jiān)測NO的含量，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　) A．該裝置實現(xiàn)化學能向電能的轉化 B．該電池的總反應為2NO＋O2===2NO2 C．NiO電極的電極反應式：NO＋O2－－2e－===NO2 D．當有2.24 L的O2參與反應時，轉移了0.4 mol e－ 解析：選D　A項，裝置原理為原電池原理，是把化學能轉化成電能的裝置，正確；B項，根據(jù)裝置的工作原理，正極反應：O2＋4e－===2O2－，負極反應：2NO＋2O2－－4e－===2NO2，兩式相加得2NO＋O2===2NO2，正確；C項，由B項的分析知，正確；D項，沒有說明在標準狀況下，錯誤。 4．圖中是鎂次氯酸鈉電池，電池反應為Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg(OH)2↓，下列說法正確的是(　　) A．進料口A是次氯酸鈉溶液，出料口B主要成分是氯化鈉 B．惰性電極附近溶液的pH減小 C．鎂電極表面發(fā)生氧化反應：Mg－2e－＋2H2O===Mg(OH)2↓＋4H＋ D．Na＋向鎂電極方向移動，Mg(OH)2沉淀在兩電極之間產生 解析：選A　A項，鎂次氯酸鈉電池中，次氯酸鈉在正極得電子生成氯化鈉從出料口B排出；B項，惰性電極反應為ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，溶液pH增大；C項，因正極反應產生OH－，溶液呈堿性，不會生成H＋；D項，Na＋向正極(惰性電極)移動。 5．(江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關該電池的說法正確的是(　　) A．反應CH4＋H2O 3H2＋CO，每消耗1 mol CH4轉移12 mol電子 B．電極A上H2參與的電極反應為H2＋2OH－－2e－===2H2O C．電池工作時，CO向電極B移動 D．電極B上發(fā)生的電極反應為O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析：選D　A選項，甲烷中的C為－4價，一氧化碳中的C為＋2價，每個碳原子失去6個電子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol電子，錯誤；B選項，熔融鹽中沒有氫氧根離子，因此氫氧根離子不能參與電極反應，電極反應式應為H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，錯誤；C選項，碳酸根離子應向負極移動，即向電極A移動，錯誤；D選項，電極B上氧氣和二氧化碳得電子生成碳酸根離子，正確。 二、不定項選擇題 6．將兩個鉑電極放置在KOH溶液中，然后分別向兩極通入CH4和O2，即可產生電流，稱為甲烷燃料電池，下列敘述正確的是(　　) ①通入CH4的電極為正極；②正極的電極反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；③通入CH4的電極反應式是CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O；④負極的電極反應式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；⑤放電時溶液中的陽離子向負極移動；⑥放電時溶液中的陰離子向負極移動。 A．①③⑤　　　　　　 B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③ 解析：選B　據(jù)題意知，發(fā)生的反應為CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反應產生的CO2，處于KOH溶液中，又會轉化為CO，故④是正確的。②O2得電子被還原，作正極。⑥溶液中離子移動情況受溶液(原電池內電路)中電流方向影響，內電路電流方向是由負極流向正極，陽離子的運動方向與電流方向相同，故在溶液(原電池內電路)中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。 7.熔融碳酸鹽燃料電池，是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池，其電解質是熔融態(tài)碳酸鹽。如圖是用熔融碳酸鹽作電解質，氫氣和氧氣形成的燃料電池。下列說法不正確的是(　　) A．該電池放電時，負極的反應式為H2－2e－===2H＋ B．該電池中的CO由左邊移向右邊 C．該電池放電時，正極的反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO D．該電池放電時，當轉移4 mol電子時正極消耗1 mol O2和2 mol CO2 解析：選AB　A項，發(fā)生氧化反應的一極為負極，H2作還原劑，負極反應式：H2－ 2e－＋CO===H2O＋CO2，錯誤；B項， 電解質中陰離子移向負極，即CO從右邊移向左邊，陽離子從負極移向正極，錯誤；C項，O2在正極上得到電子，根據(jù)電池示意圖，O2＋4e－＋2CO2===2CO，正確；D項，根據(jù)C項分析，正確。 三、非選擇題 8．某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓，該電池的總反應3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 (1)放電時負極反應為___________________________________________________。 (2)充電時Fe(OH)3發(fā)生________反應。 (3)放電時電子由________極流向________極。 (4)放電時1 mol K2FeO4發(fā)生反應，轉移電子數(shù)是____。 解析：放電時鋅在負極發(fā)生氧化反應，因為電解質是堿，故負極反應是Zn－2e－＋ 2OH－===Zn(OH)2，電子由負極流出，通過外電路流向正極，每1 mol K2FeO4發(fā)生反應，轉移電子是3 mol，數(shù)目是1.8061024，充電時Fe(OH)3失去電子發(fā)生氧化反應。 答案：(1)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　(2)氧化 (3)負　正　(4)1.8061024 9.微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 根據(jù)上述反應式，完成下列題目。 (1)下列敘述正確的是________。 A．在使用過程中，電解質KOH被不斷消耗 B．使用過程中，電子由Ag2O極經外電路流向Zn極 C．Zn是負極，Ag2O是正極 D．Zn電極發(fā)生還原反應，Ag2O電極發(fā)生氧化反應 (2)寫出電池反應式：________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)使用時，負極區(qū)的pH________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，正極區(qū)的pH________，電解質溶液的pH__________。 解析：(1)將兩電極反應方程式相加得總反應方程式為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，使用過程中沒有消耗KOH，A項錯誤；Zn為負極，Ag2O為正極，電子在外電路中由Zn―→Ag2O，故B、D兩項錯誤，C項正確。(2)電池反應方程式為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。(3)由電極反應式知，使用時，負極區(qū)消耗OH－，造成pH減小，正極區(qū)生成OH－，造成pH增大；而電解質溶液的pH不變。 答案：(1)C　(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag (3)減小　增大　不變