【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第二册--6.3.2 化学电源 讲义

第三单元  化学能与电能的转化

第2课时 化学电源

知识点01  化学电源

1．概念及分类

（1）利用原电池原理，将________直接转化为________。化学电源的能量转化率比燃料燃烧________。

（2）化学电源有________电池、________电池和________电池等。

________电池用过之后不能复原，________电池充电后能继续使用。

2．常见的化学电源

（1）一次电池：锌锰干电池。

（2）二次电池：银锌纽扣电池、铅蓄电池、镍氢电池、锂电池等。

（3）燃料电池：氢氧燃料电池、甲醇-空气燃料电池等。

3．燃料电池

（1）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率______、能量转化率_____。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。

（2）氢氧燃料电池：

在负极上发生氧化反应的是______，在正极上发生还原反应的是______，产物是_______。

（3）以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：

负极：_______________________________ (________反应)；

正极：________________________________(________反应)；

电池反应：____________________。

【即学即练1】下列有关电池的说法不正确的是(　　)

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

【即学即练2】已知空气－锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，据此判断，锌片是(　　)

A．正极，被还原 B．正极，被氧化

C．负极，被还原 D．负极，被氧化

知识点02  电解和电解池

1．电解池

电解池是将____能转化为__________能的装置。

电解池中，与直流电源正极相连的电极为__________，与负极相连的电极为__________。

2．电解在物质制备中的应用

（1）电解水制取氢气和氧气：______________________________

（2）电解饱和食盐水：________________________________________

（3）冶炼Na、Mg、Al等活泼金属（写出相应的化学方程式）

①冶炼金属钠：________________________________________

②冶炼金属镁：________________________________________

③冶炼金属铝：________________________________________

（4）电解氧化铝的电极反应式：

阴极：______________________________   阳极：______________________________

【即学即练3】下列关于电解池说法正确的是(　　)

A．电源的负极就是阴极

B．与直流电源正极相连的是电解池的阴极

C．与直流电源负极相连的电极上发生还原反应

D．阳极上发生还原反应

考法01  原电池电极反应式的书写方法

1．原电池电极反应式书写要点

（1）正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。

（2）确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。

（3）在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。

2．电极反应式的书写方法

（1）负极反应式的书写

先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。

（2）正极反应式的书写

①首先判断在正极发生反应的物质

当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；

当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。

②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。

【典例1】有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。

(1)负极材料是________，电极反应为______________________________________。

(2)正极材料是________，电极反应为______________________________________。

题组A  基础过关练

1．对化学电源的叙述正确的是(　　)

A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高

B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位

C．化学电源均是安全、无污染的

D．化学电源即为可充电电池

2．下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)

A．氢氧燃料电池   B．锌锰电池      C．镍镉电池    D．铅蓄电池

3．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是(　　)

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取出洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用

4．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（    ）

A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细

B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能

C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化

D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

5．下列说法正确的是(　　)

A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池

B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池

C．化学电池的反应基础是氧化还原反应

D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2

6．下列有关电池叙述，正确的是(　　)

A．水果电池是高效环保的家用电池

B．锌锰干电池是一种常用的二次电池

C．锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极

D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄

7．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2 PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是(　　)

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO－2e－=PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

8．如图所示装置中，属于电解池的是(　　)

9．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－=Zn2＋，2NH＋2e－=2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是(　　)

A．干电池内发生的是氧化还原反应

B．锌为负极，碳为正极

C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极

D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器

10．氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题：

(1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。

(2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。

(3)电子从________(填“Al”或“Cl”)极流向________极(填“正”或“负”)。

(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_______NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。

题组B  能力提升练

1．据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn＋O2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是(　　)

A．锌为正极，空气进入负极反应

B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋

C．正极发生氧化反应

D．电解液为强酸

2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　)

A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极反应是O2＋4OH－－4e－=2H2O

C．总反应方程式为2H2＋O2=2H2O

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

3．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2=LiMnO2，下列说法正确的是(　　)

A．Li是正极，电极反应为Li－e－= Li＋

B．Li是负极，电极反应为Li－e－= Li＋

C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－= MnO

D．Li是负极，电极反应为Li－2e－= Li2＋

4．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是(　　)

A．该电池工作时电能转化为化学能

B．该电池中电极a是正极

C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D．该电池的总反应：2H2＋O2= 2H2O

5．燃料电池是一种将化学反应产生的能量直接转换成电能的装置。某研究性学习小组在一次活动中，参照下图组装实验装置，以外面缠绕棉花的碳棒为电极，电解质溶液用 0.5 mol·L－1  Na2SO4 溶液，电源用3～6 V直流电源，发光二极管起辉电压为1.7 V，电流为0.6 mA。

(1)在碳棒电极外面缠绕棉花的作用是________________________。

(2)按下开关S1，半分钟后两碳棒上产生明显的气泡，此时碳棒C1为________极，装置中发生的总反应的化学方程式为____________________________________________。

(3)断开开关S1，按下开关S2，可观察到的明显现象为________；碳棒C2为________极，其电极反应式为________________________________________________________。

题组C  培优拔尖练

1．可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(　　)

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的碱性保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

2．燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是

x极：O2(气)＋2H2O(液)＋4e－===4OH－

y极：H2(气)＋2OH－－2e－===2H2O(液)

回答下列问题：

(1)x是________极，发生________反应。(填“氧化”或“还原”，下同)

(2)y是________极，发生________反应。

总反应方程式为_______________________________。

(3)若反应后得到5.4 g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为________。

3．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。请根据题中提供的信息，回答下列问题：

(1)电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。

①工作时电流从________极流向________极(填“Ag2O”或“Zn”)。

②电极反应式：正极_________________，负极：___________________。

③工作时电池正极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2＋NiO(OH)Ni(OH)2。

电池放电时，负极是______，负极的电极反应式为_________________，正极的电极反应式为___________________，正极附近溶液的pH如何变化？________。

4．Zn­MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2­NH4Cl混合溶液。

(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。

(2)若ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_________________ ________________________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。

A．NaOH        B．Zn        C．Fe      D．NH3·H2O