高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池学案及答案

一、化学电源的分类与优劣判断

1.分类：化学电源可以分为一次电池、二次电池和燃料电池等。

2. 优劣判断

（1）比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)/kg或(W·h)/L。

（2）比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W/kg或W/L。

（3）电池可储存时间的长短。

二、一次电池（干电池）

一次电池，也叫做干电池，放电后不可再充电。常见的一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。

1. 普通锌锰干电池

常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。

2. 碱性锌锰干电池

用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。

3. 纽扣式锌银电池

锌银扣式电池，以锌为负极,银的氧化物为正极,氢氧化钾（或钠）溶液为电解液的纽扣状微型原电池

三、二次电池

有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使活性物质获得再生，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。

1. 铅蓄电池

【答案】Pb +﹣2e- === PbSO4          PbO2 + 4H+ + + 2e- === PbSO4 + 2H2O

2. 锂离子电池

【答案】LiC6﹣xe-=== 6C+xLi+Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-=== LiCoO2

6C+xLi++xe-=== LiC6LiCoO2 - xe-=== Li1-xCoO2 + xLi+

三、燃料电池

燃料电池是一种连续地将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。

1．氢氧燃料电池

【答案】2H2- 4e- === 4H+2H2 +4OH- - 4e- === 4H2O

O2 + 4H+ +4e- === 2H2OO2 +2H2O + 4e- === 4OH-

题型一：一次电池的工作原理

【变1-2】（2021·湖北·高一期中）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)，下列说法错误的是

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

C．电池负极上发生氧化反应

D．外电路中每通过0.4mol电子，锌的质量理论上减小13.0g

【答案】B

题型二：二次电池的工作原理

【变2-2】（2021·全国·高二专题练习）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，下列叙述不正确的是

A．放电时负极反应为：Zn-2e- + 2OH- = Zn(OH)2

B．放电时正极发生氧化反应

C．放电时每转移2 mol电子，反应的锌是65 g

D．放电时化学能转化为电能

【答案】B

题型三：锂离子电池的工作原理

【变3】（2021·全国·高二期末）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列说法错误的是

A．电极a为电池的负极

B．外电路的电流方向是由电极b流向电极a

C．电极b上的反应式为：MnO2＋e-＋Li＋=LiMnO2

D．可用水代替电池中的混合有机溶剂

【答案】D

题型四：燃料电池的工作原理

【例5】（2021·广东化州·高三月考）酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工作原理如图所示，下列说法正确的是

A．电子从呼气的电极透过质子交换膜，流向通入的电极

B．负极的电极反应式为

C．该电池工作一段时间后，正极区溶液的减小

D．每消耗时，外电路就通过电子

【答案】B

题型五：化学电源的工作原理

【例6】（2021·黑龙江·青冈县第一中学校高二开学考试）下列四个常用电化学装置的叙述错误的是 

A．图 I所示电池中，电子从锌片流出

B．图 II所示干电池中石墨作负极

C．图 III所示电池为二次电池

D．图 IV所示电池中正极反应为：

【答案】B

【例8】（2021·河南南阳·高二期中）回答下列问题：

（1）已知可逆反应AsO+2I—+2H+=AsO+I2+H2O，某化学兴趣小组利用反应探究原电池原理并应用原电池原理制作多种电池：

电池工作时，盐桥中的阴离子向_______极移动(填C1或C2)；若向B池里滴加NaOH溶液，平衡向_______方向移动，此时C2极的电极反应式为_______。

（2）乙同学结合课本氢氧燃料电池知识将CH4设计成燃料电池，装置如图所示(a、b为多孔碳棒)其中_______ (填 A或B)处电极入口通甲烷。当消耗标况下甲烷33.6L时，假设能量转化率为90%，则导线中转移电子的物质的量_______mol。若将该燃料电池内部KOH溶液改为熔融的掺杂着氧化钇( Y2O3)的氧化锆( ZrO2 )晶体，在其内部可以传导O2-，电池的负极电极反应式：_______。

（3）丙同学查资料发现生物电池具有工作时不发热、不损坏电极等优点，不但可以节约大量金属，而且寿命比化学电源长得多，因此越来越受到人们的青睐。某生物电池用葡萄糖(C6H12O6)作原料，在酶的作用下被氧化为葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如下图所示。

a的电极反应式为_______。当有2molH+通过质子交换膜时，理论上电极a消耗葡萄糖的质量为_______g；该电池_______(填“能”或“不能”)在高温条件下使用。

【答案】

（1）C1逆反应AsO—2e—+ H2O = AsO+2H+

（2）A10.8CH4—8e—+4O2—=CO2+2H2O

（3）C6H12O6—2e—+ H2O=C6H12O7+2H+180不能

【题1】（2021·全国·高二专题练习）碱性锌锰干电池的总反应为：。下列关于该电池的说法中正确的是

A．Zn为负极，为正极 B．工作时电子由经由外电路流向Zn

C．工作时OH-移向正极 D．电池放电过程中，溶液的酸碱性一定不变

【答案】A

【题2】（2021·山东省济钢高级中学高二月考）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是

A．甲：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液的pH增大

B．乙：负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+

C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

【答案】B

【题3】（2021·河南平顶山·高三月考）HCOOH燃料电池的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的离子交换膜隔开。则下列说法错误的是

A．放电过程中需补充的物质A应为H2SO4

B．通入O2时发生反应4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

C．放电时K+由右向左通过离子交换膜

D．放电时负极的电极反应式为：HCOO-+2OH--2e-=+H2O

【答案】C

【题4】（2021·浙江丽水·高三月考）三元电池是电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LiNixCoyMnzO2。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2+6C(石墨)=Li1-aNixCoyMnzO2+LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是

A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜

B．放电时，电流由A经负载回到B

C．充电时，B为阴极，发生还原反应

D．放电时，负极反应式为：LiaC6-ae-=6C(石墨)+aLi+

【答案】D

【题5】（2021·全国·高三专题练习）风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列有关其说法不正确的是

A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富

B．铝储能电池是二次电池

C．放电时，从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面

D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能

【答案】D

【题6】（2021·全国·高三专题练习）铅蓄电池、镍镉碱性充电电池都是重要的二次电池。已知：

①铅蓄电池总的化学方程式为：，使用(放电)段时间后，其内阻明显增大，电压却几乎不变，此时只有充电才能继续使用；

②镍镉碱性充电电池放电时，正极反应为：，负极反应式：，使用(放电)到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也能继续使用；

回答下列问题：

(1)铅蓄电池负极板上覆盖的物质是_______(填名称)，充电时，PbSO4在_______ (填“阳极”、“阴极”或“两个电极”)上_______ (填“生成或除去”)。

(2)镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学方程式为_______。

(3)铅蓄电池和镍镉碱性充电电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是_______。

【答案】铅两个电极除去Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2＝Cd + 2NiOOH + 2H2O放电时，铅蓄电池中硫酸溶液浓度减小，故内阻明显增大，而镍镉碱性电池的电解质溶液浓度几乎不变，故内阻几乎不变

【题7】（2021·山东·济南一中高二期中）有人设想以和为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氨的新型燃料电池，装置如图所示。

（1）电池正极发生的反应式是_______

（2）A是_______(填名称)。

（3）和熔融可制作燃料电池，其原理见图，石墨Ⅰ为电池的_______极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为_______

【答案】

（1）N2+6e-+8H+=2NH

（2）氯化铵

（3）负NO2-e-+NO=N2O5

【题8】（2021·黑龙江·哈尔滨市第六中学校高一期末）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据表所示：

溶解度/(g/100g水)

回答下列问题：

(1)该电池的正极反应式为___________。

(2)维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn___________g．(已知Q=It，F=96500C/mol)

(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过___________分离回收。

(4)滤渣的主要成分是MnO2、___________和___________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是___________，其原理是___________。

【答案】MnO2＋e-＋H+=MnOOH0.05g加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH在空气中加热碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2

【练1】（2021·四川雅安·高二期末）下列电池不属于化学电池的是

A．碱性干电池 B．铅蓄电池 C．燃料电池 D．太阳能电池

【答案】D

【练2】（2021·全国·高二期末）新冠肺炎最明显的症状就是出现发热，体温枪能快速检测人体体温。该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如下图所示)，该电池的总反应式为：。下列关于该电池的说法正确的是

A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应

B．该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动

C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极

D．该电池的负极反应为：

【答案】D

【练3】（2021·福建福州·高二期中）甲醇燃料电池在碱性条件下的电池反应为2CH3OH＋3O2＋4OH-=2CO＋6H2O。则下列有关说法不正确的是

A．O2在正极参与反应

B．该电池使用一段时间后溶液pH变小

C．负极反应为：CH3OH-6e-＋8OH-=CO＋6H2O

D．每转移0.6 mol电子，则消耗氧气的体积为3.36L

【答案】D

【练4】（2021·河北·张家口市宣化第一中学高二期中）一种应用比较广泛的甲醇燃料电池，电解液是酸性溶液，其工作原理如图所示，下列说法正确的是

A．若有生成，则有从甲池通过交换膜进入乙池

B．N极电极反应为

C．甲池溶液增大，乙池溶液减小

D．Ｍ极为负极，发生还原反应

【答案】A

【练5】（2020·河南郑州·高二期中）铅蓄电池的总反应式为。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：

（1）放电时，正极的电极反应式是___________；电解液中浓度将变___________(填“大”或“小”)；电流方向从___________(填“正”或“负”，下同)极流向___________极。当外电路通过电子时，理论上负极板的质量增加___________g。

（2）在完全放电耗尽和时，若按如图所示连接，电解一段时间后，则在A电极上的电极反应式为___________，B电极上生成___________。

【答案】

（1）PbO2+2e-+4H++2SO=PbSO4+2H2O小正负48

（2）PbSO4+2e-=Pb+SOPbO2