还剩7页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池第二课时导学案及答案
展开
这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池第二课时导学案及答案，共10页。
1．了解化学电源的种类及其工作原理。
2．了解化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。
3．能正确书写各类电池的电极反应式。
图说考点
必备基础——自学·尝试
[新知预习]
一、化学电池
1．化学电池是将________能变成________能的装置。
2．化学电池的分类
化学
电池
二、常见的化学电池
1．一次电池(以碱性锌锰电池为例)
(1)组成：
正极：________；负极：________；
电解质：________。
(2)工作原理：
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：
________________________________________________________________________。
总反应：
________________________________________________________________________。
2．二次电池(以铅酸蓄电池为例)
(1)组成：
正极：________；负极：________；
电解质：________。
(2)工作原理：
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程，电极反应式如下：
①放电
负极：_________________________________________________________；
正极：___________________________________________________________；
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
②充电
阴极：____________________________________________________________(还原反应)；
阳极：___________________________________________________(氧化反应)。
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
③铅酸蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO4放电,充电2PbSO4＋2H2O。
3．燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)
(1)基本构造：
(2)工作原理：
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：
________________________________________________________________________；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
三、化学电池的使用
1．化学电池的优点
(1)化学电池的能量转换效率______，供能稳定可靠。
(2)可以制成各种形状和________、不同________和________的电池及电池组。
(3)使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。
2．判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出________的多少，单位(W·h)·kg－1(或W·h)·L－1。
(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出________的多少，单位W·kg－1或W·L－1。
(3)电池的可储存时间的________。
3．化学电池回收利用：废旧电池中含________和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)碱性锌锰电池工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极。( )
(2)锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，则其负极电极反应式为
Zn－2e－===Zn2＋。( )
(3)铅酸蓄电池充电时PbO2在阳极上生成。( )
(4)燃料电池中通入燃料的一极为正极。( )
(5)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。( )
(6)废旧电池中含有汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。( )
2．下列有关化学电源的描述正确的是( )
①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生 ②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生 ③任何电池都是依据原电池的原理制造的 ④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 ⑤比能量与比功率，是判断电池优劣的主要标准
A．①②③④⑤ B．①②④⑤
C．③④⑤D．①②③⑤
3．碱性锌锰电池(结构如图)是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为===＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是( )
A．MnO(OH)中Mn元素化合价为＋3
B．正极参与反应的物质为MnO2和H2O
C．负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
D．金属外壳起到容器作用，不参与反应
4．下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是( )
A．放电时，正极发生的电极反应是
e－===SO4
B.放电时，该电池的负极材料是铅板
C．充电时，电池中硫酸的浓度不断减小
D．充电时，阳极发生的反应是
===
5．写出甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式。
(1)酸性条件
燃料电池总反应式：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)碱性条件
燃料电池总反应式：
===＋3H2O①
燃料电池正极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
燃料电池总反应式：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
正极电极反应式：
===②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
核心素养——探究·分享
提升点一 二次电池分析
例1已知某镍镉(NiCd)电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电总反应为Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应：
Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
状元随笔 二次电池，放电时是原电池、充电时是电解池，要看清题目中充电和放电过程的方向。放电时，电极是正、负极，充电时两电极是阴、阳极。
[提升1] 生产铅酸蓄电池时，在两极板铅、锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应为2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)。下列对铅酸蓄电池的说法中错误的是( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应为
(aq)－2e－===PbSO4(s)
D．放电时电解质溶液的密度减小
状元随笔 一般二次电池，先分析放电的过程，根据化合价的变化找到正极负极发生反应的物质，结合电解质溶液可写出正负极电极反应。
关键能力
解答二次电池相关问题的方法
在解答二次电池类题时，若给出电池总反应，相关问题的分析可按如下方法进行。
1．电极极性及两极反应物的判断：首先根据放电总反应式标出电子转移的方向和数目，则放电时失去电子的物质为负极反应物，其所在电极为负极，得到电子的物质为正极反应物，其所在电极为正极；然后根据充电反应是放电反应的逆过程，可判断充电时的阳极(阴极)即为放电时的正极(负极)。
2．电极反应的书写：根据放电总反应写出放电时正、负极的电极反应；正、负极电极反应的逆过程即为充电时的阳、阴极电极反应。
3．溶液中离子移动方向：放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
4．pH变化规律：消耗OH－(H＋)的电极周围，溶液的pH减小(增大)，生成OH－(H＋)的电极周围，溶液的pH增大(减小)。若总反应消耗OH－(H＋)，则电解质溶液的pH减小(增大)；若总反应生成OH－(H＋)，则电解质溶液的pH增大(减小)；若总反应既不消耗也不生成OH－(H＋)，则电解质溶液的pH变化情况由溶液的酸碱性及是否有水生成而定。
状元随笔 电池在充电时，正极接电源正极，负极接电源负极，即“正接正，负接负”。
提升点二 燃料电池
例2 甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是( )
A．负极反应为
===＋7H2O
B．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．随着不断放电，电解质溶液的碱性不变
D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃料的能量利用率大
状元随笔 燃料电池中通燃料的一极为负极，书写电极反应时，要考虑电解质溶液的酸碱性。
[提升2] 生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如下图所示。已知C1极的电极反应式为：
C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
下列说法不正确的是( )
A．C1极为电池负极，C2极为电池正极
B．C2极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．该生物燃料电池的总反应式为
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
D．电子由C2极经外电路导线流向C1极
状元随笔 电池的总反应可由正、负电极的电极反应在得失电子守恒的情况下相加得到。
关键能力
(1)明确燃料电池的正负极均为惰性电极，一般具有很强的催化活性，但不参与反应。
(2)正极反应的书写
正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为O2－，即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，其正极反应的书写分以下几种情况：
①在酸性溶液中，生成的O2－与H＋结合生成水，其电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
②在碱性及中性溶液中，O2－与水结合生成OH－，其电极反应为
O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
③在熔融碳酸盐中，O2－与不能结合，只能与CO2结合生成，其电极反应为
===。
注意：燃料电池的正极反应本质都是O2＋4e－===2O2－，在不同电解质环境中，其正极反应的书写形式有所不同。因此在书写正极反应时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
(3)负极反应的书写
燃料电池的负极通入的一定是燃料。若负极通入含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为＋4价碳的化合物，其中在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液中生成；若负极通入含有氢元素的化合物，则最终都有H2O生成。
燃料电池的总反应－正极反应＝负极反应，注意将两个反应相减时，要消去正极的反应物O2。
素养形成——自测·自评
1.(双选)如图为大功率Al－H2O2动力电池装置，下列说法正确的是( )
A．H2O2在碳电极上发生还原反应
B．碳电极附近溶液的pH减小
C．溶液中OH－向负极移动
D．负极反应式为Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3
2．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是( )
A．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触
B．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
C．负极发生的电极反应为
N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
D．该燃料电池持续放电时，OH－从正极向负极迁移，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在一定温度下供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中错误的是( )
A．电池工作时，质子向电池的正极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是
C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是
4H＋＋O2＋4e－===2H2O
4．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，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
根据上述反应式，完成下列填空：
(1)下列叙述正确的是________。
A．在使用过程中，电解质溶液中的KOH被不断消耗，pH减小
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________。
练后感悟
电极反应式书写的三个步骤
1．列物质标得失
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应物和产物，找出得失电子的数量。
2．看环境配守恒
电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等，并加以配平。
3．两式加验总式
两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。
第2课时 化学电源
必备基础
新知预习
一、
1．化学 电
2．一次 二次 燃料
二、
1．(1)MnO2 Zn KOH
(2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－ ===
2．(1)PbO2 Pb 稀H2SO4溶液 ===PbSO4 ===PbSO4＋2H2O
②======
3．(2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
三、
1．(1)较高 (2)大小 容量 电压
2．(1)电能 (2)功率 (3)长短
3．重金属
即学即练
1．答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√
2．解析：一次电池中电解质溶液为胶状，无法流动，故也叫做干电池，干电池中发生氧化还原反应的活性物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了，①正确；二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，②正确；部分电池(如太阳能电池)不是依据原电池的原理制造的，③错误；化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池，④正确；比能量与比功率越大，则电池单位质量或单位体积所能输出的电能越大或者输出功率越大，比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准，⑤正确。
答案：B
3．解析：MnO(OH)中O元素化合价为－2，H元素化合价为＋1，故Mn元素的化合价为＋3，A项正确；正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项错误；金属外壳起到容器作用，可保护内部物质，不参与反应，D项正确。
答案：C
4．解析：铅酸蓄电池充放电总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4放电,充电2PbSO4＋2H2O。放电时Pb作负极，电极反应为===PbSO4，正极反应为===PbSO4＋2H2O。 充电时，电池中H2SO4的浓度不断增大，阳极上PbSO4失去电子发生氧化反应。
答案：B
5．答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
===＋7H2O
(3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
－8e－===5CO2＋2H2O
核心素养
例1 解析：充电时，阳极上电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时，电能转化为化学能，故B错误；放电时，负极上电极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，故D错误。
答案：A
提升1 解析：铅酸蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的Pb是负极，发生还原反应的PbO2是正极。工作时，负极Pb失电子生成Pb2＋，Pb2＋再与溶液中结合生成PbSO4沉淀。从反应方程式中看出放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸的量相等，且硫酸难挥发，故不需要补充硫酸。放电时消耗硫酸并生成了水，电解质溶液的密度减小。
答案：A
例2 解析：因甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，故该电池反应是===＋3H2O。从总反应可以看出，反应消耗OH－，故电解质溶液的碱性减弱，C项错误。在KOH溶液中，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，通入甲烷的一极为负极，其电极反应为===＋7H2O，A、B项均正确。根据能量转化规律，甲烷燃烧时产生的热能不可能全部转化为功，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大很多，D项正确。
答案：C
提升2 解析：据题意可知，C1极失去电子，作该燃料电池的负极，C2极作电池的正极，故A项正确；由于电解质溶液是稀硫酸，因此C2极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，由此可得，电池总反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故B、C项均正确；电子是由负极(C1极)经外电路流向正极(C2极)的，故D项错误。
答案：D
素养形成
1．解析：该电池中，碳作正极，电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，其中H2O2得电子发生还原反应，生成OH－，碳电极附近溶液的pH增大，A项正确，B项错误；Al作负极，放电时电解质溶液中阴离子向负极移动，所以OH－通过离子交换膜从碳电极移向Al电极，C项正确；Al易失电子，作负极，电极反应式为===，D项错误。
答案：AC
2．解析：电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，A项正确；原电池中电子由负极经过导线流向正极，N2H4在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，即电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极，B项错误；由装置图可以看出，通入N2H4的电极为负极，发生氧化反应N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，C项正确；该燃料电池持续放电时，正极上O2发生反应生成OH－，而负极反应消耗OH－，故OH－从正极向负极移动，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜，D项正确。
答案：B
3．解析：a极上发生的是失电子的氧化反应，电极反应是C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C项错误。
答案：C
4．解析：(1)在使用过程中，负极消耗OH－，pH减小，正极生成OH－，pH增大，电解质溶液中KOH的量不变，pH不变，A项错；电子流向是由Zn极经外电路流向Ag2O极，B项错；Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，C项对，D项错。
(2)将正负两极反应式相加可得总反应式。
答案：(1)C
(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(3)减小 增大 不变
1．了解化学电源的种类及其工作原理。
2．了解化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。
3．能正确书写各类电池的电极反应式。
图说考点
必备基础——自学·尝试
[新知预习]
一、化学电池
1．化学电池是将________能变成________能的装置。
2．化学电池的分类
化学
电池
二、常见的化学电池
1．一次电池(以碱性锌锰电池为例)
(1)组成：
正极：________；负极：________；
电解质：________。
(2)工作原理：
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：
________________________________________________________________________。
总反应：
________________________________________________________________________。
2．二次电池(以铅酸蓄电池为例)
(1)组成：
正极：________；负极：________；
电解质：________。
(2)工作原理：
铅酸蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程，电极反应式如下：
①放电
负极：_________________________________________________________；
正极：___________________________________________________________；
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
②充电
阴极：____________________________________________________________(还原反应)；
阳极：___________________________________________________(氧化反应)。
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
③铅酸蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO4放电,充电2PbSO4＋2H2O。
3．燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)
(1)基本构造：
(2)工作原理：
负极反应：
________________________________________________________________________；
正极反应：
________________________________________________________________________；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
三、化学电池的使用
1．化学电池的优点
(1)化学电池的能量转换效率______，供能稳定可靠。
(2)可以制成各种形状和________、不同________和________的电池及电池组。
(3)使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。
2．判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出________的多少，单位(W·h)·kg－1(或W·h)·L－1。
(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出________的多少，单位W·kg－1或W·L－1。
(3)电池的可储存时间的________。
3．化学电池回收利用：废旧电池中含________和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)碱性锌锰电池工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极。( )
(2)锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，则其负极电极反应式为
Zn－2e－===Zn2＋。( )
(3)铅酸蓄电池充电时PbO2在阳极上生成。( )
(4)燃料电池中通入燃料的一极为正极。( )
(5)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。( )
(6)废旧电池中含有汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。( )
2．下列有关化学电源的描述正确的是( )
①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生 ②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生 ③任何电池都是依据原电池的原理制造的 ④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 ⑤比能量与比功率，是判断电池优劣的主要标准
A．①②③④⑤ B．①②④⑤
C．③④⑤D．①②③⑤
3．碱性锌锰电池(结构如图)是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为===＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是( )
A．MnO(OH)中Mn元素化合价为＋3
B．正极参与反应的物质为MnO2和H2O
C．负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
D．金属外壳起到容器作用，不参与反应
4．下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是( )
A．放电时，正极发生的电极反应是
e－===SO4
B.放电时，该电池的负极材料是铅板
C．充电时，电池中硫酸的浓度不断减小
D．充电时，阳极发生的反应是
===
5．写出甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式。
(1)酸性条件
燃料电池总反应式：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)碱性条件
燃料电池总反应式：
===＋3H2O①
燃料电池正极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
燃料电池总反应式：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
正极电极反应式：
===②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
核心素养——探究·分享
提升点一 二次电池分析
例1已知某镍镉(NiCd)电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电总反应为Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应：
Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
状元随笔 二次电池，放电时是原电池、充电时是电解池，要看清题目中充电和放电过程的方向。放电时，电极是正、负极，充电时两电极是阴、阳极。
[提升1] 生产铅酸蓄电池时，在两极板铅、锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应为2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)。下列对铅酸蓄电池的说法中错误的是( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应为
(aq)－2e－===PbSO4(s)
D．放电时电解质溶液的密度减小
状元随笔 一般二次电池，先分析放电的过程，根据化合价的变化找到正极负极发生反应的物质，结合电解质溶液可写出正负极电极反应。
关键能力
解答二次电池相关问题的方法
在解答二次电池类题时，若给出电池总反应，相关问题的分析可按如下方法进行。
1．电极极性及两极反应物的判断：首先根据放电总反应式标出电子转移的方向和数目，则放电时失去电子的物质为负极反应物，其所在电极为负极，得到电子的物质为正极反应物，其所在电极为正极；然后根据充电反应是放电反应的逆过程，可判断充电时的阳极(阴极)即为放电时的正极(负极)。
2．电极反应的书写：根据放电总反应写出放电时正、负极的电极反应；正、负极电极反应的逆过程即为充电时的阳、阴极电极反应。
3．溶液中离子移动方向：放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
4．pH变化规律：消耗OH－(H＋)的电极周围，溶液的pH减小(增大)，生成OH－(H＋)的电极周围，溶液的pH增大(减小)。若总反应消耗OH－(H＋)，则电解质溶液的pH减小(增大)；若总反应生成OH－(H＋)，则电解质溶液的pH增大(减小)；若总反应既不消耗也不生成OH－(H＋)，则电解质溶液的pH变化情况由溶液的酸碱性及是否有水生成而定。
状元随笔 电池在充电时，正极接电源正极，负极接电源负极，即“正接正，负接负”。
提升点二 燃料电池
例2 甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是( )
A．负极反应为
===＋7H2O
B．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．随着不断放电，电解质溶液的碱性不变
D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃料的能量利用率大
状元随笔 燃料电池中通燃料的一极为负极，书写电极反应时，要考虑电解质溶液的酸碱性。
[提升2] 生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如下图所示。已知C1极的电极反应式为：
C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
下列说法不正确的是( )
A．C1极为电池负极，C2极为电池正极
B．C2极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．该生物燃料电池的总反应式为
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
D．电子由C2极经外电路导线流向C1极
状元随笔 电池的总反应可由正、负电极的电极反应在得失电子守恒的情况下相加得到。
关键能力
(1)明确燃料电池的正负极均为惰性电极，一般具有很强的催化活性，但不参与反应。
(2)正极反应的书写
正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为O2－，即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，其正极反应的书写分以下几种情况：
①在酸性溶液中，生成的O2－与H＋结合生成水，其电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
②在碱性及中性溶液中，O2－与水结合生成OH－，其电极反应为
O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
③在熔融碳酸盐中，O2－与不能结合，只能与CO2结合生成，其电极反应为
===。
注意：燃料电池的正极反应本质都是O2＋4e－===2O2－，在不同电解质环境中，其正极反应的书写形式有所不同。因此在书写正极反应时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
(3)负极反应的书写
燃料电池的负极通入的一定是燃料。若负极通入含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为＋4价碳的化合物，其中在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液中生成；若负极通入含有氢元素的化合物，则最终都有H2O生成。
燃料电池的总反应－正极反应＝负极反应，注意将两个反应相减时，要消去正极的反应物O2。
素养形成——自测·自评
1.(双选)如图为大功率Al－H2O2动力电池装置，下列说法正确的是( )
A．H2O2在碳电极上发生还原反应
B．碳电极附近溶液的pH减小
C．溶液中OH－向负极移动
D．负极反应式为Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3
2．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是( )
A．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触
B．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
C．负极发生的电极反应为
N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
D．该燃料电池持续放电时，OH－从正极向负极迁移，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在一定温度下供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中错误的是( )
A．电池工作时，质子向电池的正极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是
C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是
4H＋＋O2＋4e－===2H2O
4．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，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
根据上述反应式，完成下列填空：
(1)下列叙述正确的是________。
A．在使用过程中，电解质溶液中的KOH被不断消耗，pH减小
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________。
练后感悟
电极反应式书写的三个步骤
1．列物质标得失
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应物和产物，找出得失电子的数量。
2．看环境配守恒
电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等，并加以配平。
3．两式加验总式
两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。
第2课时 化学电源
必备基础
新知预习
一、
1．化学 电
2．一次 二次 燃料
二、
1．(1)MnO2 Zn KOH
(2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－ ===
2．(1)PbO2 Pb 稀H2SO4溶液 ===PbSO4 ===PbSO4＋2H2O
②======
3．(2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
三、
1．(1)较高 (2)大小 容量 电压
2．(1)电能 (2)功率 (3)长短
3．重金属
即学即练
1．答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√
2．解析：一次电池中电解质溶液为胶状，无法流动，故也叫做干电池，干电池中发生氧化还原反应的活性物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了，①正确；二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，②正确；部分电池(如太阳能电池)不是依据原电池的原理制造的，③错误；化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池，④正确；比能量与比功率越大，则电池单位质量或单位体积所能输出的电能越大或者输出功率越大，比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准，⑤正确。
答案：B
3．解析：MnO(OH)中O元素化合价为－2，H元素化合价为＋1，故Mn元素的化合价为＋3，A项正确；正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项错误；金属外壳起到容器作用，可保护内部物质，不参与反应，D项正确。
答案：C
4．解析：铅酸蓄电池充放电总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4放电,充电2PbSO4＋2H2O。放电时Pb作负极，电极反应为===PbSO4，正极反应为===PbSO4＋2H2O。 充电时，电池中H2SO4的浓度不断增大，阳极上PbSO4失去电子发生氧化反应。
答案：B
5．答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
===＋7H2O
(3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
－8e－===5CO2＋2H2O
核心素养
例1 解析：充电时，阳极上电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时，电能转化为化学能，故B错误；放电时，负极上电极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，故D错误。
答案：A
提升1 解析：铅酸蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的Pb是负极，发生还原反应的PbO2是正极。工作时，负极Pb失电子生成Pb2＋，Pb2＋再与溶液中结合生成PbSO4沉淀。从反应方程式中看出放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸的量相等，且硫酸难挥发，故不需要补充硫酸。放电时消耗硫酸并生成了水，电解质溶液的密度减小。
答案：A
例2 解析：因甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，故该电池反应是===＋3H2O。从总反应可以看出，反应消耗OH－，故电解质溶液的碱性减弱，C项错误。在KOH溶液中，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，通入甲烷的一极为负极，其电极反应为===＋7H2O，A、B项均正确。根据能量转化规律，甲烷燃烧时产生的热能不可能全部转化为功，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大很多，D项正确。
答案：C
提升2 解析：据题意可知，C1极失去电子，作该燃料电池的负极，C2极作电池的正极，故A项正确；由于电解质溶液是稀硫酸，因此C2极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，由此可得，电池总反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故B、C项均正确；电子是由负极(C1极)经外电路流向正极(C2极)的，故D项错误。
答案：D
素养形成
1．解析：该电池中，碳作正极，电极反应式为H2O2＋2e－===2OH－，其中H2O2得电子发生还原反应，生成OH－，碳电极附近溶液的pH增大，A项正确，B项错误；Al作负极，放电时电解质溶液中阴离子向负极移动，所以OH－通过离子交换膜从碳电极移向Al电极，C项正确；Al易失电子，作负极，电极反应式为===，D项错误。
答案：AC
2．解析：电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，A项正确；原电池中电子由负极经过导线流向正极，N2H4在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，即电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极，B项错误；由装置图可以看出，通入N2H4的电极为负极，发生氧化反应N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，C项正确；该燃料电池持续放电时，正极上O2发生反应生成OH－，而负极反应消耗OH－，故OH－从正极向负极移动，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜，D项正确。
答案：B
3．解析：a极上发生的是失电子的氧化反应，电极反应是C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，C项错误。
答案：C
4．解析：(1)在使用过程中，负极消耗OH－，pH减小，正极生成OH－，pH增大，电解质溶液中KOH的量不变，pH不变，A项错；电子流向是由Zn极经外电路流向Ag2O极，B项错；Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，C项对，D项错。
(2)将正负两极反应式相加可得总反应式。
答案：(1)C
(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(3)减小 增大 不变
相关学案
高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池优秀学案及答案： 这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1<a href="/hx/tb_c4002434_t4/?tag_id=42" target="_blank">第四章 化学反应与电能第一节 原电池优秀学案及答案</a>，共5页。学案主要包含了原电池的工作原理，化学电源等内容，欢迎下载使用。
高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第一课时导学案及答案： 这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第一课时导学案及答案，共12页。
人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案： 这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案，文件包含思维导图人教版高中化学选修一《412化学电源》同步学习思维导图+学练解析版docx、思维导图人教版高中化学选修一《412化学电源》同步学习思维导图+学练学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共29页， 欢迎下载使用。
