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人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 化学电源教学设计
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这是一份人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 化学电源教学设计，共20页。
第二节 化学电源
1．了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。
2．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。
3．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。(重难点)
一 次 电 池、二 次 电 池
[基础·初探]
教材整理1 一次电池
1．碱性锌锰电池
(1)构造：
(2)组成：
正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。
(3)工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
2．银锌电池
(1)构造：
(2)组成：
负极：Zn；正极：Ag2O；电解质：KOH。
(3)工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
教材整理2 二次电池(以铅蓄电池为例)
1．构造
2．组成
负极：Pb；正极：PbO2；电解质：H2SO4溶液。
3．工作原理
(1)放电过程：
负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)；
正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===
PbSO4(s)＋2H2O(l)
总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充电过程：
阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；
总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
(3)铅蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
[探究·升华]
[思考探究]
H2是一种优质燃料，热值高。一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为卫星的电源。
问题思考：
(1)该电池属于一次电池还是二次电池？
【提示】 二次电池。
(2)该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？
【提示】 由H2→OH－知呈碱性。
(3)放电时的电极反应式如何书写？
【提示】 负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O
正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
(4)充电时的电极反应式如何书写？
【提示】 阴极：2H2O＋2e－===H2＋2OH－
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O
(5)电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？
【提示】 负极或阴极。
[认知升华]
1．二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时阴、阳电极上发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。
2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。
[题组·冲关]
题组1 一次电池的工作原理
1．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应式为：Zn＋
2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是( )
A．负极 被氧化 B．正极 被还原
C．负极 被还原 D．正极 被氧化
【解析】 一次电池中负极发生氧化反应(失电子)，正极发生还原反应(得电子)，由Ag2O→Ag可知Ag2O得电子发生还原反应。
【答案】 B
2．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列关于该电池的电极反应，正确的是( )
A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋
C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH
D．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
【解析】 在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。
【答案】 D
3．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应式为
______________________________________________________________。
(2)电池正极发生的电极反应为____________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是____________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_______________
______________________________________________________________。
【解析】 (1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。
(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)
(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。
【答案】 (1)Li Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成
SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应
题组2 二次电池的工作原理
4．一种充电电池放电时的电极反应为：
H2＋2OH－－2e－===2H2O；
NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。
当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )
A．H2O的还原 B．NiO(OH)的还原
C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化
【解析】 放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。
【答案】 D
5．关于铅蓄电池的说法中正确的是( )
A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)
【解析】 A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋
4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。
【答案】 B
燃 料 电 池
[基础·初探]
教材整理 氢氧燃料电池
1．构造
2．电池总反应：2H2＋O2===2H2O。
3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式
介质
负极反应式
正极反应式
酸性
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
2H2－4e－===4H＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
[探究·升华]
[思考探究]
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油]，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。
问题思考：
(1)该电池放电时发生的化学方程式如何书写？
【提示】 该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。
(2)该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？
【提示】 该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极失去电子发生氧化反应。
(3)固体电解质里的O2－的移动方向是怎样的？
【提示】 原电池中阴离子O2－向负极移动。
(4)向外电路释放电子的电极为哪一极？
【提示】 负极。原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。
(5)若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？
【提示】 C9H20＋74OH－－56e－===9CO＋47H2O。
[认知升华]
电极反应式的书写
1．根据装置图书写电极反应式
(1)确定原电池的正负极及放电的物质。
首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。
(2)书写电极反应式。
①负极反应：
规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H＋(或其他氧化产物)，注意：生成的物质是否与电解质溶液发生反应。
②正极反应：
规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2－。
(3)写出电池总反应方程式。
结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。
2．根据电池总反应式，写电极反应式
第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。
第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2－在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO形式存在。
第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。
[题组·冲关]
1．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
【解析】 图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
【答案】 A
2．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
【解析】 结合装置图此为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H＋为阳离子，向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2O→O2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2,3CO2→C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。
【答案】 B
3．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是( ) 【导学号：51182087】
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
【解析】 A．由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极经导线流向负极，A正确；B.原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，B正确；C.电解质溶液呈碱性，则负极电极方程式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C错误；D.当有4.48 L NO2(标准状况)即0.2 mol被处理时，转移电子为0.2 mol×(4－0)＝0.8 mol，D正确。
【答案】 C
4．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是( )
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．电池的总反应是2C4H10＋13O28CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O
【解析】 由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系，O2－不可能移向正极，A错；燃料电池不是在点燃的条件下发生的，B错误；丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D错误；O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C正确。
【答案】 C
5．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)
ΔH＝－632 kJ·mol－1。如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是( )
【导学号：51182088】
A．电极a为电池的正极
B．电极b上发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每通过4 mol电子，电池内部释放632 kJ热能
D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
【解析】 该电池属于燃料电池，通入燃料的为负极，通入空气或氧气的为正极，故电极a为电池的负极，故A错误；根据图示，电极b上发生的电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B错误；根据方程式，电路中每流过4 mol电子，有2 mol H2S发生反应，电池内部释放632 kJ的总能量，部分以电能的形式放出，部分以其他形式的能量放出，故C错误；17 g H2S的物质的量是0.5 mol,17 g H2S参与反应转移电子1 mol，所以有1 mol H＋ 经质子进入正极区。
【答案】 D
学业分层测评(二十一)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
【解析】 锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋
4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
【答案】 B
2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是( )
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl 溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
【解析】 Mg失去电子发生氧化反应，是电池的负极，电极反应为：Mg－2e－===Mg2＋，A、B项错误；MgAgCl电池能够被海水激活，改用KCl作电解质溶液也能够激活该电池，C项错误；MgAgCl电池可将化学能转化为电能用于海上应急照明供电，D项正确。
【答案】 D
3．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是( )
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋
C．放电时正极的反应：MnO＋e－===MnO2
D．电池放电时，产生高锰酸根离子
【解析】 Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===MnO。
【答案】 B
4．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)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋
2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
【解析】 由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol锌参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极锌开始流经外电路而流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)。所以外电路每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g。电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极。
【答案】 C
5．硼氢化钠(NaBH4)和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
【导学号：51182035】
A．电极a为正极，b为负极
B．放电时，Na＋从b极区移向a极区
C．电极b上发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－
D．每生成1 mol BO转移6 mol电子
【解析】 BH被氧化为BO，应为原电池的负极反应，正极H2O2得电子被还原生成OH－，所以a是负极，b是正极，A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，则电池放电时Na＋从a极区移向b极区，B错误；电极b上双氧水发生得到电子的还原反应，即发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－，C正确；BH被氧化为BO，应为原电池的负极反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，因此每生成1 mol BO转移8 mol 电子，D错误。
【答案】 C
6．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( )
A．1.8 mol B．3.6 mol
C．100 mol D．200 mol
【解析】 n(H2O)＝＝100 mol，由总反应方程式：2H2＋O2===2H2O，知每生成2 mol H2O转移电子4 mol，现得到100 mol H2O则转移电子200 mol。
【答案】 D
7．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O,7H2O＋O2＋14e－===14OH－。有关此电池的推断正确的是( )
A．通氧气的电极为负极
B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
D．电解质溶液中CO向正极移动
【解析】 原电池反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应，通氧气的电极为正极，A项错误；根据反应式可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2，B项正确；由电极反应式可知，放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减小，C项错误；负极周围的OH－参与电极反应，不断减少，水电离产生的
H＋就不断增加，CO向负极移动，D项错误。
【答案】 B
8．LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe
有关该电池的下列说法中，正确的是( )
A．LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1
B．该电池的总反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
【解析】 由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以LiAl在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。
【答案】 B
9．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是 ( )
A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．电池工作时，H＋由正极移向负极
D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入
【解析】 首先判断出通入甲醇的一极失去电子做负极，通入氧气的一极得到电子做正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项正确；电池工作时，H＋移向正极而不是移向负极，所以C项错误。
【答案】 C
10．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
根据上述反应式，完成下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式：_________________________________________。
(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。
【解析】 (1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。
【答案】 (1)C
(2)Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(3)减小 增大 不变
11．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：
(1)铅蓄电池的负极材料是________。
(2)工作时，正极反应为__________________________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。
(5)电流方向从________极流向________极。
【解析】 铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。
【答案】 (1)Pb
(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
(3)增大 (4)负 (5)正 负
12．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为__________________、_________________________________________________________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为_________、________________________________________________________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ ___________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：___________、_____________。
【解析】 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀，碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
【答案】 (1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
[能力提升]
13．科学家设想以N2和H2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，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，下列说法不正确的是( )
A．通入N2的电极发生的电极反应式为：N2 ＋ 6e－ ＋8H＋===2NH
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
【解析】 A．该电池的本质是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2 ＋6e－＋8H＋===2NH，正确；B.反应过程中，H＋不断消耗导致pH值变大，需要加入盐酸，正确；C.该装置是原电池装置，电流由正极通过外电路流向负极，即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极，错误；D.通入氢气的电极为负极，生成氯化铵，所以A是NH4Cl，正确。
【答案】 C
14．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应式为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4/6 L
【解析】 由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，A错误；放电过程中，H＋从负极区向正极区迁移，结合O2－形成H2O，C错误；每消耗1 mol O2则转移4 mol电子，由C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋计算出：转移4 mol电子则生成1 mol CO2，即标准状况下体积为22.4 L，D错误。
【答案】 B
15．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
【导学号：51182036】
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
【解析】 MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
【答案】 B
16．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：
溶解度/(g/100 g水)
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10－17
10－17
10－39
回答下列问题： 【导学号：51182037】
(1)该电池的正极反应式为________________________________________，
电池反应的离子方程式为________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·mol－1)
(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；滤渣的主要成分是MnO2、________和________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为________，其原理是________。
【解析】 (1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnOOH，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。
(2)电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－1，故通过电子的物质的量为≈0.001 6 mol，则理论上消耗Zn的质量为65 g·mol－1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。
(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶解度远远大于NH4Cl，因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成，加水处理后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等，欲从中得到较纯的MnO2，可采用在空气中加强热的方法，碳粉与O2反应生成CO2，MnOOH氧化为MnO2。
【答案】 (1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH]
(2)0.05
(3)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
第二节 化学电源
1．了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。
2．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。
3．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。(重难点)
一 次 电 池、二 次 电 池
[基础·初探]
教材整理1 一次电池
1．碱性锌锰电池
(1)构造：
(2)组成：
正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。
(3)工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
2．银锌电池
(1)构造：
(2)组成：
负极：Zn；正极：Ag2O；电解质：KOH。
(3)工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
教材整理2 二次电池(以铅蓄电池为例)
1．构造
2．组成
负极：Pb；正极：PbO2；电解质：H2SO4溶液。
3．工作原理
(1)放电过程：
负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)；
正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===
PbSO4(s)＋2H2O(l)
总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)充电过程：
阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；
总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
(3)铅蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
[探究·升华]
[思考探究]
H2是一种优质燃料，热值高。一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为卫星的电源。
问题思考：
(1)该电池属于一次电池还是二次电池？
【提示】 二次电池。
(2)该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？
【提示】 由H2→OH－知呈碱性。
(3)放电时的电极反应式如何书写？
【提示】 负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O
正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
(4)充电时的电极反应式如何书写？
【提示】 阴极：2H2O＋2e－===H2＋2OH－
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O
(5)电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？
【提示】 负极或阴极。
[认知升华]
1．二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时阴、阳电极上发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。
2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。
[题组·冲关]
题组1 一次电池的工作原理
1．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应式为：Zn＋
2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是( )
A．负极 被氧化 B．正极 被还原
C．负极 被还原 D．正极 被氧化
【解析】 一次电池中负极发生氧化反应(失电子)，正极发生还原反应(得电子)，由Ag2O→Ag可知Ag2O得电子发生还原反应。
【答案】 B
2．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列关于该电池的电极反应，正确的是( )
A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋
C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH
D．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
【解析】 在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。
【答案】 D
3．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应式为
______________________________________________________________。
(2)电池正极发生的电极反应为____________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是____________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_______________
______________________________________________________________。
【解析】 (1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。
(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)
(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。
【答案】 (1)Li Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成
SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应
题组2 二次电池的工作原理
4．一种充电电池放电时的电极反应为：
H2＋2OH－－2e－===2H2O；
NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。
当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )
A．H2O的还原 B．NiO(OH)的还原
C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化
【解析】 放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。
【答案】 D
5．关于铅蓄电池的说法中正确的是( )
A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)
【解析】 A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋
4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。
【答案】 B
燃 料 电 池
[基础·初探]
教材整理 氢氧燃料电池
1．构造
2．电池总反应：2H2＋O2===2H2O。
3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式
介质
负极反应式
正极反应式
酸性
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
2H2－4e－===4H＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
[探究·升华]
[思考探究]
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油]，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。
问题思考：
(1)该电池放电时发生的化学方程式如何书写？
【提示】 该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。
(2)该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？
【提示】 该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极失去电子发生氧化反应。
(3)固体电解质里的O2－的移动方向是怎样的？
【提示】 原电池中阴离子O2－向负极移动。
(4)向外电路释放电子的电极为哪一极？
【提示】 负极。原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。
(5)若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？
【提示】 C9H20＋74OH－－56e－===9CO＋47H2O。
[认知升华]
电极反应式的书写
1．根据装置图书写电极反应式
(1)确定原电池的正负极及放电的物质。
首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。
(2)书写电极反应式。
①负极反应：
规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H＋(或其他氧化产物)，注意：生成的物质是否与电解质溶液发生反应。
②正极反应：
规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2－。
(3)写出电池总反应方程式。
结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。
2．根据电池总反应式，写电极反应式
第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。
第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2－在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO形式存在。
第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。
[题组·冲关]
1．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
【解析】 图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
【答案】 A
2．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
【解析】 结合装置图此为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H＋为阳离子，向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2O→O2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2,3CO2→C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。
【答案】 B
3．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是( ) 【导学号：51182087】
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
【解析】 A．由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极经导线流向负极，A正确；B.原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，B正确；C.电解质溶液呈碱性，则负极电极方程式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C错误；D.当有4.48 L NO2(标准状况)即0.2 mol被处理时，转移电子为0.2 mol×(4－0)＝0.8 mol，D正确。
【答案】 C
4．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是( )
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．电池的总反应是2C4H10＋13O28CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O
【解析】 由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系，O2－不可能移向正极，A错；燃料电池不是在点燃的条件下发生的，B错误；丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D错误；O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C正确。
【答案】 C
5．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)
ΔH＝－632 kJ·mol－1。如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是( )
【导学号：51182088】
A．电极a为电池的正极
B．电极b上发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每通过4 mol电子，电池内部释放632 kJ热能
D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
【解析】 该电池属于燃料电池，通入燃料的为负极，通入空气或氧气的为正极，故电极a为电池的负极，故A错误；根据图示，电极b上发生的电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B错误；根据方程式，电路中每流过4 mol电子，有2 mol H2S发生反应，电池内部释放632 kJ的总能量，部分以电能的形式放出，部分以其他形式的能量放出，故C错误；17 g H2S的物质的量是0.5 mol,17 g H2S参与反应转移电子1 mol，所以有1 mol H＋ 经质子进入正极区。
【答案】 D
学业分层测评(二十一)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
【解析】 锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋
4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
【答案】 B
2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是( )
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl 溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
【解析】 Mg失去电子发生氧化反应，是电池的负极，电极反应为：Mg－2e－===Mg2＋，A、B项错误；MgAgCl电池能够被海水激活，改用KCl作电解质溶液也能够激活该电池，C项错误；MgAgCl电池可将化学能转化为电能用于海上应急照明供电，D项正确。
【答案】 D
3．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是( )
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋
C．放电时正极的反应：MnO＋e－===MnO2
D．电池放电时，产生高锰酸根离子
【解析】 Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===MnO。
【答案】 B
4．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)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋
2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
【解析】 由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol锌参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极锌开始流经外电路而流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)。所以外电路每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g。电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极。
【答案】 C
5．硼氢化钠(NaBH4)和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
【导学号：51182035】
A．电极a为正极，b为负极
B．放电时，Na＋从b极区移向a极区
C．电极b上发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－
D．每生成1 mol BO转移6 mol电子
【解析】 BH被氧化为BO，应为原电池的负极反应，正极H2O2得电子被还原生成OH－，所以a是负极，b是正极，A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，则电池放电时Na＋从a极区移向b极区，B错误；电极b上双氧水发生得到电子的还原反应，即发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－，C正确；BH被氧化为BO，应为原电池的负极反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，因此每生成1 mol BO转移8 mol 电子，D错误。
【答案】 C
6．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( )
A．1.8 mol B．3.6 mol
C．100 mol D．200 mol
【解析】 n(H2O)＝＝100 mol，由总反应方程式：2H2＋O2===2H2O，知每生成2 mol H2O转移电子4 mol，现得到100 mol H2O则转移电子200 mol。
【答案】 D
7．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O,7H2O＋O2＋14e－===14OH－。有关此电池的推断正确的是( )
A．通氧气的电极为负极
B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
D．电解质溶液中CO向正极移动
【解析】 原电池反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应，通氧气的电极为正极，A项错误；根据反应式可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2，B项正确；由电极反应式可知，放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减小，C项错误；负极周围的OH－参与电极反应，不断减少，水电离产生的
H＋就不断增加，CO向负极移动，D项错误。
【答案】 B
8．LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe
有关该电池的下列说法中，正确的是( )
A．LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1
B．该电池的总反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
【解析】 由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以LiAl在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。
【答案】 B
9．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是 ( )
A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．电池工作时，H＋由正极移向负极
D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入
【解析】 首先判断出通入甲醇的一极失去电子做负极，通入氧气的一极得到电子做正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项正确；电池工作时，H＋移向正极而不是移向负极，所以C项错误。
【答案】 C
10．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
根据上述反应式，完成下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式：_________________________________________。
(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。
【解析】 (1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。
【答案】 (1)C
(2)Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(3)减小 增大 不变
11．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：
(1)铅蓄电池的负极材料是________。
(2)工作时，正极反应为__________________________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。
(5)电流方向从________极流向________极。
【解析】 铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。
【答案】 (1)Pb
(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
(3)增大 (4)负 (5)正 负
12．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为__________________、_________________________________________________________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为_________、________________________________________________________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ ___________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：___________、_____________。
【解析】 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀，碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
【答案】 (1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
[能力提升]
13．科学家设想以N2和H2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，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，下列说法不正确的是( )
A．通入N2的电极发生的电极反应式为：N2 ＋ 6e－ ＋8H＋===2NH
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
【解析】 A．该电池的本质是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2 ＋6e－＋8H＋===2NH，正确；B.反应过程中，H＋不断消耗导致pH值变大，需要加入盐酸，正确；C.该装置是原电池装置，电流由正极通过外电路流向负极，即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极，错误；D.通入氢气的电极为负极，生成氯化铵，所以A是NH4Cl，正确。
【答案】 C
14．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应式为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4/6 L
【解析】 由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，A错误；放电过程中，H＋从负极区向正极区迁移，结合O2－形成H2O，C错误；每消耗1 mol O2则转移4 mol电子，由C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋计算出：转移4 mol电子则生成1 mol CO2，即标准状况下体积为22.4 L，D错误。
【答案】 B
15．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
【导学号：51182036】
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
【解析】 MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
【答案】 B
16．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：
溶解度/(g/100 g水)
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10－17
10－17
10－39
回答下列问题： 【导学号：51182037】
(1)该电池的正极反应式为________________________________________，
电池反应的离子方程式为________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·mol－1)
(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；滤渣的主要成分是MnO2、________和________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为________，其原理是________。
【解析】 (1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnOOH，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。
(2)电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－1，故通过电子的物质的量为≈0.001 6 mol，则理论上消耗Zn的质量为65 g·mol－1×0.001 6 mol×1/2≈0.05 g。
(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶解度远远大于NH4Cl，因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成，加水处理后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等，欲从中得到较纯的MnO2，可采用在空气中加强热的方法，碳粉与O2反应生成CO2，MnOOH氧化为MnO2。
【答案】 (1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH]
(2)0.05
(3)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
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