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第2课时 化学电源(基础课)
第1章 化学反应与能量转化
第2节 化学能转化为电能——电池
1．通过搜集、观察生活中常见的化学电源，了解化学电源的分类及废旧电池的处理方法等。
2．通过设计简单的燃料电池分析、体会化学电源的工作原理，电极构成及简单的电极反应式书写与判断，构建认知模型。
学习任务
旧知
回顾
1．只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。
2．根据2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+设计原电池：
(1)电极反应分别是①负极：Cu－2e－===Cu2+；②正极：2Fe3+＋2e－===2Fe2+。
(2)根据电池反应设计装置图 或 。
旧知
回顾
3．常见化学电池
(1)干电池：属于 一次电池，如锌锰电池。
(2)充电电池：又称 二次电池，如铅蓄电池、锂离子电池。
(3)燃料电池：能量转换效率高、能长时间提供电能。
必备知识 自主预习
化学
电
一次
二次
燃料
重金属
二、常见化学电源
1．锌锰干电池
项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池
电极 ______作负极，______作正极
电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾
电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2+ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===
2MnOOH＋2OH－
电池
反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl
===2NH3＋ZnCl2
＋Mn2O3＋H2O Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH
锌筒
石墨
铅
二氧化铅
H2SO4
(3)原理
(4)特点：性能优良，造价低，可多次充放电；单位质量电池释放的电能少。
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4
3．氢氧燃料电池
(1)原理(电极反应及电池反应)。
项目 酸性燃料电池 碱性燃料电池
电极 石墨电极材料
电解质 磷酸等酸性溶液 KOH等碱性溶液
电极反应 负极 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池反应 2H2＋O2===2H2O
(2)特点：能量利用效率高、可连续使用和污染轻等。
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)手机、手提电脑使用的电池为一次电池。 ( )
(2)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池工作时，负极反应相同。 ( )
(3)铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。 ( )
(4)氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。 ( )
(5) 燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料和氧气分别在两极发生反应。 ( )
×
×
×
√
√
一种碳纳米管(里面储存有H2)二次电池的装置如图所示。
关键能力 情境探究
二次电池的工作原理
1．放电时的电极反应如何书写？
提示：负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O
正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
2．充电时的电极反应如何书写？
提示：阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
3．电池反应方程式如何书写？电池充电时，外接电源的负极连接二次电池的哪个电极？
提示： 阴极。
1．可充电电池的思维模型
充电时电极连接可简记：负接负，正接正。
2．可充电电池电极反应式的特点
放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆反应；
放电时正极反应式与充电时阳极反应式互为逆反应。
【例1】 为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l) ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
√
D [A项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。]
[母题发散]
(1)放电一段时间后，电池中的电解质溶液的浓度怎样变化？
(2)放电过程中正极区和负极区溶液的酸碱性怎样变化？
提示：(1)浓度增大。因为电池在放电过程中消耗水，导致溶液的浓度增大。
(2)根据电极反应式可以判断正极区溶液的碱性增强，负极区溶液的碱性减弱。
1．(双选)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法正确的是( )
√
√
2．一种锂硫电池的总反应为16Li＋S8 8Li2S，该电池的装置如图甲所示，充、放电过程中物质的转化关系如图乙所示。该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．放电时，M电极的电势比N电极的高
B．放电时，Li＋通过阳离子交换膜到达M电极附近
C．充电时，M极反应式为8Li2S－16e－===S8＋16Li＋
D．充电时，1 mol Li2S4转化为Li2S6电路中通过2 mol 电子
√
D [根据锂硫电池的总反应为16Li＋S8 8Li2S可知，放电时，Li元素化合价由0价变为＋1价，则Li所在的N电极是负极，S8所在M电极是正极，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极电极反应式为S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，充电时为电解池，阳极、阴极电极反应式与原电池正极、负极电极反应式正好相反，放电时，阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，充电时，阳离子移向阴极、阴离子移向阳极。放电时为原电池，N电极是负极，M电极是正极，
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-。
常见燃料电池的比较
1．该电池放电时的电池反应方程式如何书写？
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．若分别用KOH溶液和稀硫酸代替固体电解质，则放电时负极电极反应如何书写？
1．常见的四种典型燃料电池
名称 电解质 电极反应和总反应
氢氧
燃料
电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O
总反应：2H2＋O2===2H2O
H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极：2H2－4e－===4H＋
总反应：2H2＋O2===2H2O
名称 电解质 电极反应和总反应
甲烷
燃料
电池 KOH
甲醇
燃料
电池 KOH
名称 电解质 电极反应和总反应
肼燃
料电池 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O
2．燃料电池电极反应式的书写
正极
负极 通入的是燃料。书写步骤：确定还原剂(燃料)和氧化产物→ 确定转移电子数→据电荷守恒确定离子种类及系数→据原子守恒确定缺项物质种类及系数
【例2】 原电池是化学对人类的一项重大贡献。
(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是_____(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为___________________________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
a
减小
2CO＋O2===2CO2
1．硫化氢－空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合，已知：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ·mol-1，下列说法正确的是( )
A．电子从电极b流出，经负载流向电极a
B．当电极a的质量增加64 g时，电池内部释放632 kJ的热能
C．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．标准状况下，每11.2 L H2S参与反应，有1 mol H＋经固体电解质膜进入负极区
√
2．常用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作
原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．电子从左侧Pt电极经导线转移到右侧Pt电极
B．该电池工作时质子从左池经交换膜向右池迁移
C．负极反应式：CH3CH2OH－4e－＋4OH－===
CH3COOH＋3H2O
D．每消耗标准状况下2.24 L O2时理论上生成
0.1 mol CH3COOH
√
C [乙醇酸性燃料电池中，乙醇发生失电子的氧化反应生成醋酸，则乙醇所在铂电极为负极、O2所在的铂电极为正极，负极反应式为CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，O2所在的铂电极为正极、发生得电子的还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，放电时，电子由负极经导线流向正极，阳离子由负极通过交换膜移向正极。该原电池中左侧Pt电极为负极，右侧Pt电极为正极，放电时电子由负极经导线流向正极，即电子从左侧Pt电极经导线转移到右侧Pt电极，A正确；放电时阳离子由负极通过交换
3．书写甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式。
(1)酸性条件
总反应式：_______________________________________________；
正极反应式：_____________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________。
(2)碱性条件
总反应式：_______________________________________________；
正极反应式：_____________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
总反应式：_______________________________________________；
正极反应式：____________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
总反应式：_______________________________________________；
正极反应式：_____________________________________________；
负极反应式：_____________________________________________。
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2-
CH4＋4O2-－8e－===CO2＋2H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
1．化学电源分一次电池、二次电池、燃料电池。
2．二次电池充电时电极连接“负接负，正接正”。放电时负极反应式与充电时阴极反应式互为逆反应；放电时正极反应式与充电时阳极反应式互为逆反应。
3．燃料电池是燃料(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。燃料在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。
知识必备
1．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
学习效果 随堂评估
√
2
4
3
题号
1
C [锌锰干电池中碳棒并不参加反应，A项错；氢氧燃料电池是将化学能直接转变为电能，B项错；太阳能电池的主要材料是高纯度的单质硅，故D项错。]
5
2
4
3
题号
1
2．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种锌银电池，其电极材料分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列叙述正确的是( )
A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大
B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应
5
2
3
题号
1
4
√
C [根据电极反应可知Zn失电子被氧化，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，故C正确；负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。]
5
2
3
题号
1
4
3．氟离子电池是目前新型电池的一个重要研究方向。某全固态电解质的氟离子电池工作时的示意图如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．放电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应
B．充电时，a极接电源负极，b极接电源正极
C．放电时，a极电势比b极低
D．充电时，外电路每通过1 mol e－，
固体电解质中有1 mol F－移动向a极
5
2
3
题号
4
1
√
D [如图所示，放电时，a极上得到电子，发生还原反应，则a极为正极；b极上失去电子，发生氧化反应，则b极为负极，A错误；放电时，a极为正极，b极为负极，则充电时，a极接电源正极，b极接电源负极，B错误；放电时，a极为正极，b极为负极，则a极电势比b极高，C错误；充电时，a极为阳极，电极反应为Bi＋3F－－3e－===BF3，则外电路每通过 1 mol e－，固体电解质中有1 mol F－移动向a极，D正确。]
5
2
3
题号
4
1
5
2
4
3
题号
1
√
√
5
2
4
3
题号
1
5．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)甲烷燃料电池(NaOH溶液作电解质溶液)的负极反应为
______________________________________，正极反应为__________________________，放电过程中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
2
4
3
题号
1
5
2H2O＋4e－===4OH－
O2＋
减小
(2)某公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池示意图如图所示，下列有关说法正确的是_____(填字母)。
a．电池工作时，Na＋向负极移动
b．电子由电极2经外电路流向电极1
c．电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋
6H2O
d．电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋
4e－===2H2O
2
4
3
题号
1
5
c
2
4
3
题号
1
5
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( )
课时分层作业(五) 化学电源
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D [电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极沿导线流向正极，D正确。]
√
2．如图是一种新型锂电池原理示意图，有关叙述正确的是( )
A．a为电池正极
B．外电路中电流从a流向b
C．离子交换膜为阳离子交换膜
D．b电极处，O2失电子生成OH－
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
C [Li失电子，为电池负极，A项错误；电流方向与电子流动方向相反，故外电路中电流从b流向a，B项错误；由题图可知，Li＋可穿过离子交换膜，故为阳离子交换膜，C项正确；由题图可知，O2得电子生成OH－，D项错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
3．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有O2参加反应的电极a为电池的负极
B．电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2-===
H2O
C．电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－
===4OH－
D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水与氯化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是( )
A．该电池的正极为锌
B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023
D．电池正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
D [由电池总反应可知，二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B项错误；电子只能经外电路流动，电解液内电流的形成是阴、阳离子的定向移动，C项错误；电池负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用电池总反应减去负极反应得正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－，D项正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
5．流动电池是一种新型电池，其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。某大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是( )
A．a为负极，b为正极
B．该电池工作时，PbO2电极附近溶液的pH增大
C．a极的电极反应为Cu－2e－===Cu2+
D．调节电解质溶液的方法是补充CuSO4
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时，正极的电极反应是________________________________
_________________________________________________________；
电解液中H2SO4的浓度将变_____；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加______g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成______、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
＋2H2O
小
48
Pb
PbO2
对换
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
7．某课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN－NPs/N－CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有关说法中错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B．该电池的溶剂不能为水
C．放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动
D．放电时，每转移1 mol e－，Cu电极区质量减少39 g
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
D [以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂不能为水，故B正确；放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动，故C正确；放电时，铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，每转移1 mol e－，Cu电极区质量增加39 g，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
8．结合K2Cr2O7溶液，可利用微生物电化学技术实现将含乙醛的废水有效处理，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
A．该反应在高温下，反应速率加快
B．右侧电极为正极，发生还原反应
C．当有0.3 mol e－通过电解质溶液，
将有0.1 mol Cr(OH)3生成
D．左侧电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
√
BD [该反应是利用微生物电化学技术，微生物在高温下活性会降低，高温下，反应速率反而会减慢，A错误；右侧Cr元素的化合价降低，得到电子，故右侧电极为正极，发生还原反应，B正确；电子只能从负极沿外电路到达正极，不能通过电解质溶液，C错误；左侧是乙醛在微生物上失去电子被氧化成CO2，结合质量守恒定律，则电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
9．(1)锂水电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 。
①锂水电池放电时，OH－向____极移动。
②写出该电池放电时正极的电极反应：________________________。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
负
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料，其负极反应为_____________________________________。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
(3)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。
①电池的负极材料为_____，发生的电极反应为_______________。
②电池正极发生的电极反应为______________________________。
③组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是__________
_________________________________________________________。
题号
1
3
5
2
4
6
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7
9
10
Li
Li－e－===Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2
构成电池的电极材料Li能和氧气、水反应，且电解液SOCl2也与水反应
题号
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10．(1)过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂，在工业生产中有着重要的用途。据报道，以硼氢化合物NaBH4(B的化合价为＋3 价)和H2O2作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源。负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。该电池放电时正极的电极反应为______________________；以MnO2做正极材料，可能是因为________________________________
_____________________________________。
题号
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10
H2O2＋2e－===2OH－
除了作电极材料，MnO2还对电极
反应具有催化作用
(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2-离子(O2＋4e－===2O2－)。c电极为_______极，d电极上的电极反应为
______________________________________。
题号
1
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10
正
CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O
(3)某科研单位利用原电池原理，用SO2和O2来制备硫酸，装置如图所示，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。B极的电极反应为_______________________________；
溶液中H＋的移动方向由____极到____极；
电池总反应为___________________________。
题号
1
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10
B
A
2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
题号
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9
10课时分层作业(五) 化学电源
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( )
A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
2．如图是一种新型锂电池原理示意图，有关叙述正确的是( )
A．a为电池正极
B．外电路中电流从a流向b
C．离子交换膜为阳离子交换膜
D．b电极处，O2失电子生成OH－
3．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有O2参加反应的电极a为电池的负极
B．电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2-===H2O
C．电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O
4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水与氯化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是( )
A．该电池的正极为锌
B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023
D．电池正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
5．流动电池是一种新型电池，其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。某大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是( )
A．a为负极，b为正极
B．该电池工作时，PbO2电极附近溶液的pH增大
C．a极的电极反应为Cu－2e－===Cu2+
D．调节电解质溶液的方法是补充CuSO4
6．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋4H＋＋2PbSO4＋2H2O。
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时，正极的电极反应是__________________________________________
___________________________________________________________________；
电解液中H2SO4的浓度将变________________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
7．某课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN－NPs/N－CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有关说法中错误的是( )
A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B．该电池的溶剂不能为水
C．放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动
D．放电时，每转移1 mol e－，Cu电极区质量减少39 g
8．结合K2Cr2O7溶液，可利用微生物电化学技术实现将含乙醛的废水有效处理，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．该反应在高温下，反应速率加快
B．右侧电极为正极，发生还原反应
C．当有0.3 mol e－通过电解质溶液，将有0.1 mol Cr(OH)3生成
D．左侧电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋
9．(1)锂水电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 。
①锂水电池放电时，OH－向______________极移动。
②写出该电池放电时正极的电极反应：__________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料，其负极反应为____________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。
①电池的负极材料为_____________，发生的电极反应为___________________
____________________________________________________________________。
②电池正极发生的电极反应为__________________________________________
____________________________________________________________________。
③组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是____________________
____________________________________________________________________。
10．(1)过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂，在工业生产中有着重要的用途。据报道，以硼氢化合物NaBH4(B的化合价为＋3 价)和H2O2作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源。负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。该电池放电时正极的电极反应为______________________；以MnO2做正极材料，可能是因为________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2-离子(O2＋4e－===2O2－)。c电极为________极，d电极上的电极反应为____________________________________________________________________。
(3)某科研单位利用原电池原理，用SO2和O2来制备硫酸，装置如图所示，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。B极的电极反应为___________________________________________________________；
溶液中H＋的移动方向由__________极到______极；电池总反应为____________
___________________________________________________________________。课时分层作业(五)
1 2 3 4 5 6 7 8
D C D D D D BD
6．(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O 小 48 (2)Pb PbO2 对换
9．(1)①负 ②2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ (2)SO2＋2H2O－2e－===＋4H＋ (3)①Li Li－e－===Li＋ ②2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 ③构成电池的电极材料Li能和氧气、水反应，且电解液SOCl2也与水反应
10．(1)H2O2＋2e－===2OH－ 除了作电极材料，MnO2还对电极反应具有催化作用 (2)正 CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O (3)SO2＋2H2O－2e－===＋4H＋ B A 2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
1．D [电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极沿导线流向正极，D正确。]
2．C [Li失电子，为电池负极，A项错误；电流方向与电子流动方向相反，故外电路中电流从b流向a，B项错误；由题图可知，Li＋可穿过离子交换膜，故为阳离子交换膜，C项正确；由题图可知，O2得电子生成OH－，D项错误。]
3．D [因为电子从电极b流向电极a，所以电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；电极a为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极电极反应式为H2－2e－＋O2-===H2O，正极电极反应式为O2＋2e－===O2-，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。]
4．D [由电池总反应可知，二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B项错误；电子只能经外电路流动，电解液内电流的形成是阴、阳离子的定向移动，C项错误；电池负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用电池总反应减去负极反应得正极反应为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－，D项正确。]
5．D
7．D [以VN－NPs/N－CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂不能为水，故B正确；放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动，故C正确；放电时，铜电极区发生的电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，每转移1 mol e－，Cu电极区质量增加39 g，故D错误。]
8．BD [该反应是利用微生物电化学技术，微生物在高温下活性会降低，高温下，反应速率反而会减慢，A错误；右侧Cr元素的化合价降低，得到电子，故右侧电极为正极，发生还原反应，B正确；电子只能从负极沿外电路到达正极，不能通过电解质溶液，C错误；左侧是乙醛在微生物上失去电子被氧化成CO2，结合质量守恒定律，则电极反应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D正确。]
10．(1)NaBH4中氢为－1价，该物质具有较强还原性，而H2O2具有较强氧化性，故H2O2在正极发生得电子的还原反应；MnO2可催化H2O2的分解，此处以MnO2做正极可能具有催化正极反应的作用。(2)电流方向从正极流向负极，故c、d分别为正极、负极。燃料电池的负极为通入燃料的一极，甲烷失去电子，与正极迁移来的O2-结合生成H2O和CO2，故其电极反应为CH4－8e－＋4O2-===＋2H2O。(3)电池总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，可知硫酸在负极产生：SO2－2e－＋2H2O===＋4H＋，故B极为负极；H＋通过质子膜进入A极区，即由B极移向A极。
