2019-2020年高中化學(xué) 第四章 第二節(jié) 化學(xué)電源學(xué)案 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 第四章 第二節(jié) 化學(xué)電源學(xué)案 新人教版選修4 　1.知道化學(xué)電源的分類方法?！?.熟悉幾種常見化學(xué)電源的組成和工作原理。 3．了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對環(huán)境的危害，設(shè)想其處理方法。 知識點(diǎn)一　化學(xué)電源 閱讀教材P74～P77，思考并填空。 一、化學(xué)電池 1．定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．分類 3．優(yōu)點(diǎn) 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(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。 4．判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn) (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(chǔ)存時(shí)間的長短。 二、幾種常見的化學(xué)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(fù)極：Zn；電解質(zhì)：KOH。 ③工作原理 負(fù)極反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池 ①構(gòu)造 ②組成 正極：Ag2O；負(fù)極：Zn；電解質(zhì)：KOH。 ③工作原理 負(fù)極反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應(yīng)：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(fù)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(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程。 ①放電過程 負(fù)極：Pb－2e－＋SO===PbSO4(氧化反應(yīng))； 正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(還原反應(yīng))； 總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbO4＋2H2O。 ②充電過程 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO_(還原反應(yīng))； 陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(氧化反應(yīng))； 總反應(yīng)：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(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根據(jù)反應(yīng)式判斷氧化銀是(　　) A．負(fù)極　被氧化 B．正極　被還原 C．負(fù)極　被還原 D．正極　被氧化 解析：選B。鋅銀電池放電時(shí)，Ag2O得到電子被還原為Ag，故Ag2O作電池的正極。 化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫 1．一般電極反應(yīng)式的書寫 2．復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫 3．給出電極反應(yīng)式書寫總反應(yīng)式 根據(jù)給出的兩個(gè)電極反應(yīng)式，寫出總反應(yīng)式時(shí)，首先要使兩個(gè)電極反應(yīng)式的得失電子相等，然后將兩式相加，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物質(zhì)即可。 　若原電池正、負(fù)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(yīng)時(shí)，要把后續(xù)反應(yīng)一并寫入電極反應(yīng)式中。若反應(yīng)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(yīng)后的物質(zhì)，如H2O、PbSO4。 　鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)： 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(fù)極為Fe B．電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)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(shí)，陽極反應(yīng)為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O [解析]　因?yàn)榉烹姇r(shí)的反應(yīng)中有氫氧化物生成，故電解質(zhì)溶液是堿性溶液，因?yàn)殍F的化合價(jià)升高，鎳的化合價(jià)降低，故鐵是負(fù)極，氧化鎳是正極，故A和B均正確；充電時(shí)的陰極反應(yīng)為Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，故此時(shí)陰極附近的pH增大，故C錯(cuò)誤；根據(jù)所給的放電時(shí)的電池反應(yīng)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(yīng)看電極反應(yīng)式，如該電池的負(fù)極反應(yīng)：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，OH－被消耗，故負(fù)極附近pH減小，正極反應(yīng)為Ni2O3＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，生成OH－，故正極附近pH變大；充電時(shí)同理分析，陽極反應(yīng)：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(shí)的注意事項(xiàng) (1)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子相等時(shí)相加，即得總反應(yīng)式。 (2)寫電極反應(yīng)式時(shí)，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中陰、陽離子要和電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的離子相對應(yīng)。在堿性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H＋；在酸性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－。 　　　　　化學(xué)電源工作原理 1．一種充電電池放電時(shí)的電極反應(yīng)為 H2＋2OH－－2e－===2H2O； NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。 當(dāng)為電池充電時(shí)，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應(yīng)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(shí)為原電池反應(yīng)，負(fù)極上失去電子，正極上得到電子；充電時(shí)為電解反應(yīng)，與外電源正極連接的電極為陽極，由放電時(shí)的電極反應(yīng)式知，陽極上發(fā)生的是Ni(OH)2的氧化反應(yīng)，D正確。 2．Mg－H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動(dòng) 解析：選C。在原電池中活潑金屬作負(fù)極，即Mg為負(fù)極，A錯(cuò)誤；通入H2O2的一極為正極，在反應(yīng)過程中發(fā)生還原反應(yīng)，B錯(cuò)誤；石墨電極的電極反應(yīng)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(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。 　　　　　電極方程式的書寫 3．在堿性鋅錳干電池中，已知?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì)，發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的電極反應(yīng)，正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋ B．負(fù)極反應(yīng)為Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋ C．正極反應(yīng)為2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH D．正極反應(yīng)為2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 解析：選D。在書寫堿性電池的電極反應(yīng)式時(shí)，方程式中不得出現(xiàn)H＋。在堿性電池中，負(fù)極的Zn失去電子形成的Zn2＋應(yīng)該與OH－結(jié)合為Zn(OH)2。 4．高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種強(qiáng)氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料。 (1)FeCl3與KClO在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)可制取K2FeO4，其反應(yīng)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(yīng)式為 ________________________________________________________________________， 該電池總反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)K2FeO4中Fe元素化合價(jià)為＋6價(jià)，F(xiàn)eCl3中Fe為＋3價(jià)，故需要氧化劑，而ClO－具有強(qiáng)氧化性可作氧化劑，反應(yīng)為2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。 (2)K2FeO4作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，＋6價(jià)鐵被還原為＋3價(jià)鐵，F(xiàn)e3＋與OH－反應(yīng)生成Fe(OH)3。Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 所以電極反應(yīng)式分別為 正極：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－， 負(fù)極：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2， 總反應(yīng)：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(diǎn)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(fù)極反應(yīng)：2H2－4e－===4H＋； 正極反應(yīng)：O2＋4e－＋4H＋===2H2O； 電池反應(yīng)：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(xué)家近年來研制出一種新型細(xì)菌燃料電池，利用細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進(jìn)入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電，電池的負(fù)極反應(yīng)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(fù)極，由于該電池用H3PO4作電解質(zhì)，故負(fù)極反應(yīng)式為H2－2e－===2H＋。 答案：H2－2e－===2H＋ 燃料電池的工作原理及其應(yīng)用 1．工作原理 (1)以H2、烴、醇、肼作燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，以空氣或O2作氧化劑在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，連續(xù)不斷地把燃料和氧化劑中的化學(xué)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(yīng)用實(shí)例 (1)氫氧燃料電池 電解質(zhì) 負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 總反應(yīng)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(dǎo)線相連的兩個(gè)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(yīng)式為 負(fù)極反應(yīng)：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O； 正極反應(yīng)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－； 總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。 ②丁烷燃料電池 一個(gè)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(dǎo)O2－。 該電池的電極反應(yīng)式為 負(fù)極反應(yīng)：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O； 正極反應(yīng)：13O2＋52e－===26O2－； 總反應(yīng)式：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O。 　(1)燃料電池的特點(diǎn) ①連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)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(yīng)。 ③工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除。 (2)燃料電池的優(yōu)點(diǎn) ①能量轉(zhuǎn)換率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，遠(yuǎn)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(fù)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(yīng)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(fù)極區(qū)遷移 C．電池負(fù)極的電極反應(yīng)為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O D．在電池反應(yīng)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(shí)，陽離子向正極移動(dòng)、陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以Na＋從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移，故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)元素化合價(jià)變化知，負(fù)極上BH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，故C正確；D.在電池反應(yīng)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(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)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(fù)極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O B．正極反應(yīng)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(xiàng)是正確的；結(jié)合A、B兩項(xiàng)知C項(xiàng)不正確；燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，遠(yuǎn)高于普通燃燒過程(能量轉(zhuǎn)換率僅30%多)，D項(xiàng)正確。 2．科學(xué)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(yīng)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(fù)極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________， 正極的電極反應(yīng)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(yīng)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(fù)極，根據(jù)甲醇中碳元素的化合價(jià)變化可推知1 mol 甲醇轉(zhuǎn)移6 mol電子，故寫出負(fù)極反應(yīng)為CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；正極反應(yīng)為O2＋6H＋＋6e－===3H2O。因?yàn)榧状嫉娜紵裏崾?26.5 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(yīng)。下列判斷正確的是(　　) A．有O2放電的a極為電池的負(fù)極 B．有H2放電的b極為電池的正極 C．a(chǎn)極對應(yīng)的電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．該電池的總反應(yīng)：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(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)在負(fù)極反應(yīng)，所以a為負(fù)極，電子通過外電路由a極流向b極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)殡娊赓|(zhì)顯酸性，所以b極上的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)沒有告知是標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)錯(cuò)誤；陽離子向正極移動(dòng)，所以H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極，D項(xiàng)正確。 重難易錯(cuò)提煉 1.二次電池的充電過程就是下一節(jié)要學(xué)習(xí)的電解過程，要記住充電時(shí)“正接正、負(fù)接負(fù)”。 2．燃料電池電極材料為鉑等惰性電極，正極反應(yīng)一般是氧氣發(fā)生的還原反應(yīng)。 3．原電池的正極本身一般不參與反應(yīng)，但鉛蓄電池正極材料二氧化鉛參與了正極反應(yīng)。 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(jī)溶劑(Li可與H2O發(fā)生反應(yīng))。 課后達(dá)標(biāo)檢測 [基礎(chǔ)鞏固] 1．對化學(xué)電源的敘述正確的是(　　) A．化學(xué)電源比火力發(fā)電對化學(xué)能的利用率高 B．化學(xué)電源所提供的電能居于人類社會(huì)現(xiàn)階段總耗電量的首位 C．化學(xué)電源均是安全、無污染的 D．化學(xué)電源即為充電電池 解析：選A。化學(xué)電源比火力發(fā)電對化學(xué)能的利用率高，故A正確；火力發(fā)電居于人類社會(huì)現(xiàn)階段總耗電量的首位，故B錯(cuò)誤；部分廢舊化學(xué)電源會(huì)引起重金屬污染，故C錯(cuò)誤；化學(xué)電源包括一次電池、充電電池、燃料電池等，故D錯(cuò)誤。 2．生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，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(yīng)是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4。下列有關(guān)鉛蓄電池的說法中錯(cuò)誤的是(　　) A．需要定期補(bǔ)充硫酸 B．工作時(shí)Pb是負(fù)極，PbO2是正極 C．工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb＋SO－2e－===PbSO4 D．工作時(shí)電解質(zhì)溶液的密度減小 解析：選A。鉛蓄電池在工作時(shí)相當(dāng)于原電池，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，所以Pb是負(fù)極，PbO2是正極；在工作時(shí)，負(fù)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(shí)消耗硫酸的量與充電時(shí)生成硫酸的量相等，不用定期補(bǔ)充H2SO4；放電時(shí)，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(bào)道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因?yàn)殇\電池容量更大，而且沒有鉛污染，其電極反應(yīng)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(jìn)入負(fù)極反應(yīng) B．電池中有1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)消耗的Zn為65 g C．正極發(fā)生氧化反應(yīng) D．電解質(zhì)溶液肯定不是強(qiáng)酸溶液 解析：選D。因電池反應(yīng)中有ZnO生成，故電解質(zhì)溶液不可能為強(qiáng)酸溶液，否則ZnO會(huì)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(cuò)誤的是(　　) A．燃料電池的負(fù)極反應(yīng)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(fù)極反應(yīng)為C2H5OH－12e－＋12OH－===2CO2↑＋9H2O D．堿性甲烷燃料電池的正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：選C。C項(xiàng)，電解質(zhì)為KOH，因此不可能生成二氧化碳，應(yīng)該生成CO，即負(fù)極反應(yīng)為C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 5．Harbermann等設(shè)計(jì)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(hù)可持續(xù)運(yùn)行5年，該電池的負(fù)極反應(yīng)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(yīng)，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(fù)極 C．該電池的總反應(yīng)式為S2－＋2O2===SO D．正極的電極反應(yīng)式為2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ 解析：選C。未標(biāo)明1.12 L氧氣所處的壓強(qiáng)和溫度，不能確定氧氣的物質(zhì)的量，A項(xiàng)錯(cuò)誤；質(zhì)子由負(fù)極移向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正極的電極反應(yīng)式為2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，D項(xiàng)錯(cuò)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?yàn)閮蓸O，以Na＋導(dǎo)電的β″－Al2O3陶瓷作固體電解質(zhì)，反應(yīng)式為2Na＋xSNa2Sx。以下說法正確的是(　　) A．放電時(shí)，鈉作正極，硫作負(fù)極 B．放電時(shí)，鈉極發(fā)生還原反應(yīng) C．充電時(shí)，鈉極與外接電源正極相連，硫極與外接電源負(fù)極相連 D．充電時(shí)硫電極發(fā)生的反應(yīng)為S－2e－===xS 解析：選D。放電時(shí)Na為活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；充電時(shí)，S失電子重新變?yōu)镾。 7．(xx湖北百所重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)流動(dòng)電池是一種新型電池，其主要特點(diǎn)是可以通過電解質(zhì)溶液的循環(huán)流動(dòng)，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(xué)新開發(fā)的一種流動(dòng)電池如圖所示，電池總反應(yīng)為Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極 B．該電池工作時(shí)，PbO2電極附近溶液的pH增大 C．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋ D．調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液的方法是補(bǔ)充CuSO4 解析：選D。A項(xiàng)，根據(jù)電池總反應(yīng)可得銅為負(fù)極，PbO2為正極，正確；B項(xiàng)，該電池工作時(shí)，PbO2電極上發(fā)生的反應(yīng)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(xiàng)，銅電極的電極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋，正確；D項(xiàng)，反應(yīng)生成了CuSO4，消耗了H2SO4，故應(yīng)補(bǔ)充H2SO4，錯(cuò)誤。 8．科學(xué)工作者為心臟病患者設(shè)計(jì)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(jìn)行工作的。該電池工作時(shí)，正極的電極反應(yīng)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(yīng)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D項(xiàng)正確。 9．科學(xué)家預(yù)言，燃料電池是21世紀(jì)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(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答以下問題： (1)配平電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)是________________________________________________________________________， 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是________________________________________________________________________。 (3)電解液中的H＋向______極移動(dòng)，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(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：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(diǎn)是甲醇燃料電池的輸出功率較低，但其主要優(yōu)點(diǎn)是______________。 解析：(1)根據(jù)得失電子守恒配平反應(yīng)方程式，注意CH3OH中的H顯＋1價(jià)，O顯－2價(jià)。(2)電極反應(yīng)的書寫應(yīng)注意電解質(zhì)溶液，本題給出的是酸性溶液。(3)由電極反應(yīng)可知，H＋在正極被消耗，在負(fù)極生成，所以H＋向正極移動(dòng)。 答案：(1)2　3　2　4　(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　(3)正　負(fù)　(4)對空氣無污染　(5)甲醇比H2廉價(jià) 10．某學(xué)校設(shè)計(jì)了一節(jié)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課，讓學(xué)生從廢舊干電池中回收碳棒、鋅皮、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物質(zhì)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)負(fù)極上的電極反應(yīng)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(yīng)的化學(xué)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xué)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(yīng)：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(fù)極反應(yīng)為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．消耗1 mol氧氣時(shí)轉(zhuǎn)移4 mol e－，H＋向負(fù)極移動(dòng) 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(huì)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(xiàng)說法正確；電池中C6H12O6在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B項(xiàng)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(dòng)，C項(xiàng)說法錯(cuò)誤；D項(xiàng)說法正確。 12．(xx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(fù)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(shí)，Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動(dòng) B．放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ C．通空氣時(shí)，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O D．整個(gè)反應(yīng)過程中，銅相當(dāng)于催化劑 解析：選B。根據(jù)放電時(shí)的反應(yīng)判斷鋰電極是負(fù)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(dòng)，故A正確。負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，故B錯(cuò)誤。據(jù)圖示和題干信息可知，通空氣時(shí)，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，放電時(shí)，負(fù)極生成銅，整個(gè)反應(yīng)過程中，銅相當(dāng)于催化劑，故C、D正確。 13．(xx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(yīng) B．鉑電極上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ C．該裝置工作時(shí)，電流由TiO2電極經(jīng)R流向鉑電極 D．該裝置工作時(shí)，TiO2電極附近溶液的pH變大 解析：選B。TiO2電極上發(fā)生反應(yīng)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，Pt電極上發(fā)生反應(yīng)4H＋＋4e－===2H2↑，A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)正確；TiO2電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，故電流由Pt電極經(jīng)R流向TiO2電極，C項(xiàng)錯(cuò)；TiO2電極上OH－放電后，水電離出的c(H＋)增大，pH變小，D項(xiàng)錯(cuò)。 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(fù)”)，電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)加入鋁的電極是________極(填“正”或“負(fù)”)，電極反應(yīng)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(yīng)方程式：3Cl2＋2Al===2AlCl3可知，鋁易失電子被氧化，為負(fù)極，但電解液為KOH溶液，故負(fù)極反應(yīng)為2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O，Cl2易得電子被還原，為正極，電極反應(yīng)為3Cl2＋6e－===6Cl－。在外電路中電子從負(fù)極(Al極)流出沿導(dǎo)線流向正極(Cl2極)。 答案：(1)正　3Cl2＋6e－===6Cl－ (2)負(fù)　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(yīng)為2Na＋xS===Na2Sx，正極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個(gè)作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，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(yīng)原理為2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl。放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)式為______________；充電時(shí)，__________(寫物質(zhì)名稱)電極接電源的負(fù)極，該電池的電解質(zhì)為__________________。 答案：(1)xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　導(dǎo)電(或作電解質(zhì))和隔離鈉與硫　4.5 (2)Fe2＋＋2e－===Fe　鈉　β－Al2O3