高二化学人教版选择性必修一课件第四章第一节第2课时化学电源

第2课时　化学电源目录 1.电池的分类及优劣的判断标准(1)分类:原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类:一次电池、二次电池和 电池。(2)优点:它方便携带、易于维护，能量转化效率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等。 (3)判断电池优劣的主要标准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-1或(W·h)·L-1。②比功率:单位质量或单位体积输出功率的大小，单位是W·kg-1或W·L-1。③电池可储存时间的长短。燃料2.一次电池一次电池也叫 。放电后不可再充电的电池。碱性锌锰电池①电池构造负极反应物: ；正极反应物: ；电解质: 。②工作原理总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2。负极: ；正极: 。[微思考]　碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能?干电池锌粉二氧化锰氢氧化钾Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2MnO2+H2O+e-==MnO(OH)+OH-提示:比能量和可储存时间均有所提高，适用于大电流和连续放电。[题点多维训练]√题点(一)　化学电源1.下列说法不正确的是(　　)A.原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生B.铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重C.普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同D.燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电解析:原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，A错误；铅酸蓄电池的缺点是比能量低，十分笨重，对环境腐蚀性强，循环使用寿命短，B正确；碱性锌锰电池中负极反应更充分，比能量比普通锌锰电池高，C正确；燃料电池为一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电，D正确。√题点(二)　一次电池2.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A.电池工作时，MnO2发生氧化反应B.电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动C.环境温度过低，不利于电池放电D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023解析:MnO2转化为MnOOH，Mn由+4价降为+3价，MnO2作氧化剂，发生还原反应，A错误；原电池工作时阴离子向负极移动，B错误；温度较低时，反应速率会降低，C正确；MnO2转化为MnOOH，Mn由+4价降为+3价，每生成1 mol MnOOH，转移电子数为6.02×1023，D错误。3.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(如图所示)，电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。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Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2解析:根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K+向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应式可得该电极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2，D正确。√4.有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 (　　)A.图Ⅰ所示电池中，电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒B.图Ⅱ所示电池中，MnO2的作用是作氧化剂C.图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2+浓度始终不变D.图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被还原√解析:普通锌锰电池中，锌筒为负极，石墨电极为正极，电子由锌筒经外电路流向石墨电极，A错误；碱性锌锰电池中负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2，正极反应为MnO2+e-+H2O==MnO(OH)+OH-，MnO2作氧化剂，被还原，B正确；Fe为负极，Fe电极反应为Fe-2e-==Fe2+，Cu为正极，Cu电极反应为Cu2++2e-==Cu，该原电池工作过程中Cu2+浓度减小，C错误；锌银纽扣电池中Zn为负极，Zn是还原剂，在电池工作过程中被氧化，D错误。 1.二次电池又称 或 ，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。2.铅酸蓄电池铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。可充电电池蓄电池PbPbO2稀H2SO4 增大减小 3.锂离子电池一种锂离子电池的负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为钴酸锂(LiCoO2)，电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水)，电池反应原理如下:LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy当电池放电时:负极反应式: ；正极反应式: 。反应过程:放电时，Li+由石墨中脱嵌移向 极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，Li+从 晶体中脱嵌，由 极回到 极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。LixCy-xe-==xLi++CyLi1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2正钴酸锂正负应用化学高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。1.写出该电池放电时的负极反应式。提示:放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2。2.根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化?提示:放电时正极附近生成OH-，碱性增强，pH变大。3.给该电池充电时应该怎样连接电极? 提示:充电时该电池的正极接外接电源正极，负极接外接电源负极。[题点多维训练]√  √2.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li+xS8==8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 (　　)A.电池工作时，正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多解析:原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为2Li2S6+2Li++2e-==3Li2S4，故A正确；原电池工作时，转移0.02 mol电子时，消耗Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，故B正确；石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。√  |思维建模|二次电池充电时的电极连接(1)充电时的连接方法——正正负负(2)充电时的电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极 1.燃料电池燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。2.氢氧燃料电池(1)基本构造燃料氧化剂电能(2)工作原理H2-2e-==2H+H2-2e-+2OH-==2H2OO2+4e-+4H+==2H2OO2+4e-+2H2O==4OH-2H2+O2==2H2O3.燃料电池的优点(1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。(2)能量转换率高，有利于节约能源。(3)排放的废弃物少，绿色环保。[典例]　如图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O。下列说法不正确的是 (　　)A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B.正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-==CO2+6H+D.该电池提供1 mol e-，消耗氧气0.25 mol √|思维建模|燃料电池电极反应式的书写方法(1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法: 1.燃料电池能量转化效率高、环境污染少，运行质量高。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中能实现碳中和目标的是 (　　)A.甲醇　 B.天然气C.氢气D.一氧化碳解析:甲醇作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故A错误；天然气作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故B错误；氢燃料电池产物为水，有利于减少二氧化碳排放，能实现碳中和目标，故C正确；一氧化碳作酸性燃料电池的燃料时，会生成二氧化碳，不利于实现碳中和目标，故D错误。√[题点多维训练]2.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是 (　　)A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极B.a极的电极反应式:H2-2e-==2H+C.电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多解析:氢氧燃料电池工作时，通入氢气的一极a为电源的负极，电子由负极a经外电路流向正极b，a极发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-==2H+，故A、B正确；氢氧燃料电池中，H2在负极a上被氧化，O2在正极 b上被还原，总反应为氢气与氧气燃烧生成水，所以装置中电解质溶液体积增大，c(H2SO4)减小，故C错误；将H2改为等物质的量CH4，则转移电子数增大，所以O2的用量增多，故D正确。√3.(2025·青岛高二期中)以KOH溶液为离子导体，分别组成H2—O2、CH4—O2、CH3OH—O2清洁燃料电池。下列说法正确的是 (　　)A.放电过程中，K+均向负极移动B.CH3OH—O2燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+6OH-==CO2↑+5H2OC.消耗等质量燃料，H2—O2和CH4—O2燃料电池的理论放电量相等D.消耗1.5 mol O2时，理论上CH3OH—O2燃料电池消耗CH3OH的质量为32 g√  √ |思维建模|“放电”“充电”时电极反应式的正误判断(1)新型电池放电①若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应式的正误。②若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应式的正误。(2)新型电池充电①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。1.(2025·沈阳高二期中)我国科学家设计的“海泥电池”，既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)A.B电极为正极B.微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2C.B电极的电极反应式为HS-+2e-==S↓+H+D.质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动[题点多维训练]√ 2.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 (　　)A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移B.充电时，会发生反应Zn+2MnO2==ZnMn2O4C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH√解析:充电时Zn2+向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2+H2O+e-==MnOOH+OH-，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的量小于0.020 mol，D错误。 √ 123456789101113√12 一、选择题1.(2024·湖南卷)近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展，下列说法错误的是(　　)A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置1514解析:理想的新能源应具有可再生、无污染等特点，A正确；氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能，对氢气与氧气反应的能量进行利用，减小了直接燃烧的热量散失，产物无污染，故具有能量转化率高、清洁等优点，B正确；脱嵌是锂从电极材料中出来的过程，放电时，负极材料产生锂离子，则锂离子在负极脱嵌，则充电时，锂离子在阳极脱嵌，C正确；太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，D错误。√124567891011121332.(2025·兰州高二期末)我国高铁技术全球领先。CRH380B型动车组使用的是镍镉( Ni-Cd)可充电电池，它作为原电池时，发生的反应为Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2。由此推断，该电池负极材料是 (　　)A.Cd(OH)2 B.Cd C.Ni(OH)2D.NiO(OH)1514解析:镍-镉(Ni-Cd)可充电电池作为原电池时，Cd发生失电子的反应生成Cd(OH)2，NiO(OH)发生得电子还原反应生成Ni(OH)2，则Cd作负极，NiO(OH)作正极，故B正确。√12456789101112133 1514 √12456789101112133 1514解析:酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-==Zn2+，故D正确。√124567891011121335.Li-O2电池在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。电池反应为2Li+O2 Li2O2，放电时，下列说法不正确的是(　　)A.Li在负极失去电子B.O2在正极发生还原反应C.阳离子由正极移向负极D.化学能转化成电能1514解析:Li价态升高失电子作负极，故A正确；O2在正极得电子发生还原反应，故B正确；阳离子向正极移动，故C错误；放电时，原电池中化学能转化为电能，故D正确。√124567891011121336.根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为 (　　)A.CH3OH+O2-2e-==H2O+CO2+2H+B.O2+4H++4e-==2H2OC.CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+D.4OH--4e-==O2↑+2H2O1514解析:对于燃料电池，燃料作负极，则负极为甲醇放电生成CO2，结合电子转移、电荷守恒书写电极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+。√124567891012111337.(2025·南通高二期中)“乌铜走银”制作中的走银工序是将氧化变黑的银丝嵌入铜器表面已錾刻好的花纹内，再经揉黑工序，用手边焐边搓揉铜器，直到铜器表面变成乌黑、银丝变得光亮。下列有关“乌铜走银”的说法不正确的是 (　　)A.用铝丝代替银丝，铜器也会变黑B.走银工序中没有发生化学变化C.揉黑工序中发生了原电池反应D.反应的方程式为Cu+Ag2O==2Ag+CuO1514解析:Al比Cu活泼，氧化铝不能被铜还原为铝，故铜器不会变黑，故A错误；走银工序中银没有发生反应，故B正确；揉黑工序中发生了原电池反应，故C正确；电池反应为Cu+Ag2O==2Ag+CuO，故D正确。√124567891011121338.(2025·黄冈高二检测)有人提出了一种可完全生物降解的锌⁃钼(Zn⁃Mo)原电池，是实现生物可吸收电子药物的重要电源，结构如表所示。已知电池使用过程中在Zn表面形成一层ZnO薄膜，下列说法正确的是 (　　)A.Zn作原电池负极，其质量逐渐减小B.该电池在放电过程中，水凝胶的pH不变C.Zn表面发生的电极反应:Zn-2e-==Zn2+D.电路中转移0.02 mol电子时，理论上消耗0.02 mol O21514解析:Zn作负极，反应生成ZnO，电极质量增加，故A错误；该电池总反应为2Zn+O2==2ZnO，水凝胶的pH不变，故B正确；Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+H2O==ZnO+2H+，故C错误；1 mol氧气在反应中得4 mol电子，故电路中转移0.02 mol电子时，理论上消耗0.005 mol O2，故D错误。√12456789101112133 151412456789101112133 151412456789101112133√10.通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示，下列说法错误的是 (　　)A.a为电池的正极，发生还原反应B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+C.当电路中转移0.2 mol电子时，传感器内参加反应的HCHO为3.0 gD.传感器工作过程中，电解质溶液中硫酸的浓度减小1514解析:氧气得电子，a为正极，发生还原反应，A正确；b极是负极，发生失去电子的氧化反应，故电极反应为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+，B正确；负极电极方程式为HCHO+H2O-4e-==CO2+4H+，当电路中转移0.2 mol电子时，反应的甲醛物质的量=0.05 mol，质量0.05 mol×30 g·mol-1=1.5 g，C错误；传感器工作过程中，氧化还原反应生成水，电解质溶液中硫酸的浓度变小，D正确。1245678910111213311.(2025·丽江高二检测)我国科学院研究所发布的新型固态锂硫正极材料(2Li2S·CuI)，能量密度较高且成本较低。由这种材料制成的锂离子电池放电、充电时的工作原理如图所示，反应的化学方程式为3Li+S+CuS+LiI 2Li2S·CuI。下列说法错误的是(　　)A.放电时，a极为负极B.放电时，b极上的电极反应式:3Li++CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuIC.充电时，电子的流向:b极→外接电源的正极，外接电源的负极→a极D.充电时，每转移3 mol电子，a极增重21 g1514√12456789101112133解析:a极是活泼金属Li，作原电池的负极，b为正极，放电时a极发生Li-e-==Li+，正极发生3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI。由分析可知，a电极是Li，活泼金属失去电子发生氧化反应，放电时，为负极，A正确；放电时，b极上的电极反应式:3Li++S+CuS+LiI+3e-==2Li2S·CuI，B错误；充电时，原电池的负极接外加电源的负极，b极接外加电源的正极，电子的流向:b极→外接电源的正极，外接电源的负极→a极，C正确；充电时，a极发生Li++e-==Li，每转移3 mol电子，a极增重3 mol Li，质量为21 g，D正确。151412√124567891011133 1514 12456789101112133 1514√12456789101112133 15141245678910111213314.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是(　　)A.电池总反应为2C6H12O6+O2==2C6H12O7B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C.消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a1415√12456789101112133解析:由题图知，该电池的总反应为2C6H12O6+O2 ==2C6H12O7，A正确；b电极上发生转化:CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和质量不变，故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知当消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中，阳离子向正极迁移，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。141512456789101112133二、非选择题15.(12分)化学电池广泛应用在通讯、交通等方面。(1)常用的酸性锌锰干电池(构造如图所示)中的电解质糊状物由ZnCl2和NH4Cl混合而成。该电池的负极材料是　　 　　。电池工作时，电子流向_____　　　　(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2和NH4Cl混合糊状物中含有杂质Cu2+，会加速某电极的反应，其主要原因是________________________________________________　 。 1415解析:原电池的负极是发生氧化反应的一极:Zn-2e-==Zn2+；电池工作时，电子从负极流向正极；Zn与Cu2+发生氧化还原反应，生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快Zn的腐蚀；Zn(或锌)正极Zn与Cu2+反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率12456789101112133(2)铅酸蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为H2SO4溶液。电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O，放电时，电解质溶液中的阴离子移向　　(填“Pb”或“PbO2”)，正极附近溶液的酸性_____　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)，负极反应式为　 。 1415 Pb减弱