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第四章电化学基础第二节化学电源第四章电化学基础1．了解常见化学电源的种类及其工作原理。2.熟练书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。3．知道废弃电池对环境的危害，设想处理废旧电池的办法。化学电池1．化学电池的分类(1)一次电池：又叫干电池，消耗到一定程度就不能再使用。(2)二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再使活性物质再生。(3)燃料电池：一种连续地将的化学能直接转换成电能的化学电池。活性物质充电燃料和氧化剂2．电池优劣的判断标准(1)比能量：或所能输出电能的多少；(2)比功率：或所能输出功率的大小；(3)电池的可储存时间的长短。3．化学电池的回收利用废旧电池中含和酸碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康有很大危害。如果把它当成一种资源，加以回收利用，既可减少污染，又可节约资源。单位质量单位体积单位质量单位体积重金属正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)化学电池是将电能转变成化学能的装置(2)化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等语句描述正误阐释错因或列举反例(3)化学电池供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小的电池及电池组，使用方便，易于维护(4)废旧电池可以随意丢弃答案：(1)×化学电池是将化学能转变成电能的装置(2)√(3)√(4)×废旧电池中含有重金属和酸碱等污染环境的物质，不可随意丢弃1．废电池必须进行集中处理的首要原因是()A．利用电池外壳的金属材料B．防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D．回收其中的石墨电极解析：选B。废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。2．电池在生产、生活中应用越来越广泛。下列说法错误的是()A．化学电池有一次电池、二次电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电B．铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位质量的电极材料释放的电能大C．燃料电池具有能量转换率高、可连续使用和污染轻等优点D．锂电池是一种高能电池，体积小、质量轻、比能量大解析：选B。A项，化学电池有一次电池、二次电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电反复使用，正确；B项，铅蓄电池应用广泛，主要优点是电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，缺点是笨重、单位质量的电极材料释放的电能小，废弃电池污染环境，错误；C项，任何可燃性燃料，只要把燃料失去电子的氧化反应和氧化剂得到电子的还原反应分开进行，都可以设计成燃料电池，燃料电池具有能量转化率高、可连续使用和污染轻等优点，正确；D项，锂的相对原子质量为7，每产生1mol电子，消耗金属的质量只有7g，所以相同质量时提供的能量要比其他电池大得多，故锂电池是一种高能电池，具有体积小、质量轻、比能量大的优点，正确。一次电池和二次电池1．一次电池碱性锌锰电池锌银电池基本构造负极：；正极：负极：；正极：电解质：KOH负极反应ZnZnMnO2Ag2OZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2碱性锌锰电池锌银电池正极反应总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－2.二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池。电池结构负极：，正极：电解质溶液：H2SO4溶液放电反应负极正极充电反应阴极阳极总反应Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋SO2－4(aq)＋4H＋(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)PbPbO2正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料(2)铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加语句描述正误阐释错因或列举反例(3)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(4)锂碘电池的电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极做该电池的负极(5)碱性锌锰电池比普通锌锰电池的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电答案：(1)√(2)×铅蓄电池在放电过程中，正、负极质量都增加(3)×放电反应和充电反应的反应条件不相同(4)×锂元素的化合价升高，失电子，锂电极做该电池的负极(5)√训练一一次电池1．锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()A．ZnB．碳C．MnO2和NH＋4D．Zn2＋和NH3解析：选C。Zn在负极上被氧化，MnO2和NH＋4在正极上反应得到Mn2O3、NH3和H2O。要注意题中问的是正极上发生反应的物质，不要考虑成被还原的物质。2．(2019·宜昌高二检测)锂电池是新型高能电池，它以质量轻、比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为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是()A．锂是正极，电极反应为Li－e－===Li＋B．锂是负极，电极反应为Li－e－===Li＋C．锂是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO－2D．锂是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋解析：选B。在原电池中负极失去电子，被氧化，因此锂做负极；锂位于第ⅠA族，只能生成Li＋。训练二二次电池3．(2019·张家界高二检测)下列关于铅蓄电池的说法中正确的是()A．放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)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PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)解析：选B。A项中电池放电时正极发生还原反应，电极反应为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；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。4．镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电充电Cd(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法正确的是()A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2OB．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－向正极移动解析：选A。充电时阳极发生氧化反应，即为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，A项正确；充电时，电能转化为化学能，B项错误；由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，负极附近溶液的碱性减弱，C项错误；放电时，正极反应为2NiO(OH)＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，电解质溶液中的OH－由正极向负极移动(内电路)，D项错误。分析二次电池问题的方法思路(1)根据所给电池反应的方程式，分析化合价的变化，确定正、负极及其反应。化合价升高的物质，做负极发生氧化反应；化合价降低的物质，做正极发生还原反应。(2)结合电解质溶液的环境，先写出负极反应的电极反应式，再用总反应方程式减去负极反应式即得正极反应式。书写时要注意质量守恒、电荷守恒的灵活应用。(3)充电时，电池的负极要发生还原反应，负极反应逆向书写即为阴极反应；电池的正极要发生氧化反应，正极反应逆向书写即为阳极反应。(4)根据电极反应式，综合分析离子的移动方向以及电解质溶液的变化。燃料电池1．氢氧燃料电池(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应正极反应总反应2H2＋O2===2H2O2H2－4e－===4H＋2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2.燃料电池的特点(1)连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身不参与氧化还原反应。(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。3．燃料电池的优点(1)能量转换率高(超过80%)。(2)排放废弃物少，运行时噪音低。1．燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属或一种金属与一种能导电的非金属吗？答案：不一定，如氢氧燃料电池的正、负极均为Pt。2．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？答案：负极反应物还可以是烃(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。1．某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是()A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C．该燃料电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2OD．消耗2.24LH2(标准状况)时，有0.1mol电子转移解析：选D。在氢氧燃料电池中，H2在负极上反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；O2在正极上反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；其总反应式为2H2＋O2===2H2O。工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变，但其浓度减小，A、B、C项正确。消耗2.24LH2(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2mol，D项错误。2．科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。以下判断错误的是()A．电池正极发生的反应：O2＋4e－===2O2－B．电池负极发生的反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OC．固体电解质里的O2－的移动方向：由正极移向负极D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)解析：选D。因为放电时，电池正极发生还原反应，元素化合价降低，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以正极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极反应式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2－，而负极反应“持续不断”地消耗O2－，故电池内O2－的移动方向是由正极移向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流向正极，所以D错误。3．以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是()A．b电极为负极，发生氧化反应B．a电极发生的反应为N2＋8H＋＋6e－===2NH＋4C．A溶液中所含溶质为NH4ClD．当反应消耗1molN2时，则消耗的H2为67.2L解析：选D。A.N2＋3H22NH3，反应中氢元素的化合价升高，H2失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，故说法正确；B.a电极做正极，电解质溶液是盐酸，因此电极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH＋4，故说法正确；C.根据B选项的分析，A溶液中所含溶质为NH4Cl，故说法正确；D.没有说明外界条件，故说法错误。书写燃料电池电极反应式的一般步骤(以氢氧化钾溶液为电解液的甲烷燃料电池为例)(1)写出甲烷燃烧的化学方程式：CH4＋2O2=====点燃CO2＋2H2O。(2)根据反应方程式给元素标化合价，CH4被氧化，氧化产物是CO2，升高8价，转移电子数为8e－：CH4－8e－―→CO2－3(电极反应式写离子方程式)。