1、1 新情境激趣引航据悉，科学家已研制出一种具有革命性的手机电池，这种电池只需 10 秒钟便可完成充电过程。新电池的充电速度是传统电池的 100倍，两到三年内这种新电池便可用在手机、笔记本电脑、数码摄像机上。此外，同样的技术也可大大缩短电动汽车的充电时间，能够与传统汽车的加油时间不相上下，进而可扫除绿色环保汽车面临的一个最大障碍。科学家还说：“充放电时间以秒而不是以小时计算的电池可能为新的技术应用打开一扇门，同时也将改变人们的生活方式。”此处，这项技术也可用于研制新一代体积更小、重量更轻的电池，让手机和笔记本电池的个头只有一张信用卡大小。当一个人的心脏跳动过慢时，医生会建议他安装一个心脏起搏器，
2、借助化学反应产生的电流来延长生命。该用什么材料制作这样的电池呢？经过科学家的长期研究，发明的这种电池叫做锂电池。那除了这种电池外，还有其他的一些电池。让我们一起走进教材第二节：化学电源，了解化学电源的多样性吧！2 新知识预习探索目标定位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。新知预习1化学电池(1)化学电池是将化学能变成电能的装置。(2)化学电池的分类化学电池一次电池普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池铅蓄电池燃料电池氢氧燃料电池(3)化学电池的
3、优点化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。(4)判断电池优劣的主要标准比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位(Wh)/kg(或 Wh)/L。比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的多少，单位W/kg 或 W/L。电池的可储存时间的长短。(5)化学电池回收利用：废旧电池中含重金属和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。2一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。(1)碱性锌锰电池与银锌电池比较：种类特点 碱性锌锰电池银
4、锌电池负极：锌负极：Zn正极：MnO2正极：Ag2O基本构造电解质：KOH电解质：KOH负极反应Zn2OH2e=Zn(OH)2 Zn2OH2e=Zn(OH)2正极反应2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH工作原理总反应Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag性能与适用范围比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电(2)锂电池：基本组成：负极：Li，正极：MnO2、CuO、FeS2 等，电解质：非水溶剂。特点：比能量高、电压高、工作温度宽，
5、可储存时间长。3二次电池(以铅蓄电池为例)(1)基本构造：(2)组成：负极：Pb，正极：PbO2，电解质：H2SO4 溶液。(3)工作原理：放电过程(原电池原理)：负极：Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)；正极：PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。充电过程：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO24(aq)(发生还原反应)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)(发生氧化反应)；总反应：2PbSO4(
6、s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。铅 蓄 电 池 的 充、放 电 过 程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。(4)铅蓄电池的优缺点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。4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：2H24e=4H；正极反应：O24H4e=2H2O；总反应：2H2O2=2H2O。(3)特点：能量转换率高(超过 80%)。排放废弃物少(污染小)，运行时噪音低。被誉为“绿色”发电站。预习思
7、考(1)二次电池充电、放电时两级发生的反应相同吗？(2)化学电源电极反应遵循最基本的规律是什么？(3)二次电池的充电过程和放电过程有何本质区别？蓄电池经过多次充电和放电使用后，需要给蓄电池补充硫酸吗？提示：(1)不相同。电池放电时，负极发生氧化反应，充电时，作阴极发生还原反应；放电时，正极发生还原反应，充电时，作阳极发生氧化反应。(2)无论什么电池，电极反应规律都是负极失电子被氧化，正极得电子被还原；两极间得失电子守恒。(3)从能量转换角度考虑。充电过程是电能转化成化学能，放电过程是化学能转化成电能。蓄电池在充电和放电过程中发热，电解质溶液中的水分会不断损失，使硫酸浓度增大，需要补充蒸馏水。自
8、测诊断1下列说法错误的是()A依据原电池的原理设计出了化学电源B原电池是化学电源的雏形C判断一种电池的优劣主要是看其负极的活泼性D氧化还原反应所释放的化学能是化学电源的能量来源【答案】C2(双选)下列有关化学电池的说法中正确的是()A化学电池只能将化学能转化为电能B化学电池的反应基础是氧化还原反应C可以根据比能量、比功率来判断电池的优劣D一次电池包括干电池和蓄电池【答案】BC【解析】蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)，故 A 项错误；化学电池是原电池原理的应用，其反应基础是氧化还原反应，故 B 项正确；判断电池优劣的标准；比能量、比功率、电池的可储存时间
9、长短，故 C 项正确；干电池又称不可充电电池，不可重复使用，而蓄电池可重复使用，属于二次电池，故 D 项错误。3锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为 Zn(s)2MnO22NH4=Zn2Mn2O3(s)2NH3H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()AZn B碳CMnO2 和 NH4 DZn2和 NH3【解析】C4氢镍电池是近年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。氢镍电池的总反应是 H22NiO(OH)2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述正确的是()A电池放电时，电池负极周围溶液的 pH 不断增大B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被氧
10、化D电池放电时，H2 在负极放电【答案】D5判断正误(1)废旧电池中含汞、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)锌银电池中负极是锌，工作时发生还原反应。()(3)镍镉电池工作原理是 Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2，所以电解质可以是硫酸。()(4)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。()(5)氢氧燃料电池工作时，发出淡蓝色火焰。()(6)干电池的负极材料是 Zn，正极材料是 MnO2。()(7)铅蓄电池放电时，电解液的密度增大。()(8)铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加。()(9)铅蓄电池充电时，负极与
11、电源的正极相接，正极与电源的负极相接。()(10)氢氧燃料电池的电极方程式书写，与电解质溶液的酸碱性无关。()3 新课堂互动探究知识点一化学电池教材解读化学电池是将化学能变成电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。1一次电池和二次电池一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。例如，普通锌锰电池和碱性锌锰电池等都是干电池。二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用。2碱性锌锰电池简介(1)
12、构造碱性锌锰电池构造的概况如图(2)工作原理(化学反应)负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH氢氧化氧锰 2OH3铅蓄电池(1)构造铅蓄电池由两组栅状板交替排列而成，正极板上覆盖有 PbO2，负极板上覆盖有 Pb，电解质溶液是 H2SO4 溶液，如右图所示。(2)铅蓄电池放电和充电时的反应原理。放电电极的反应负极：Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)正极：PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)充电电极反应阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO24(aq)(还原反应)阳极：Pb
13、SO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)(氧化反应)充电、放电总反应Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)特别提示电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。铅蓄电池充电时，铅板(铅蓄电池负极)与直流电源负极相连，二氧化铅板(铅蓄电池正极)与直流电源正极相连，在电解过程中，上述电极反应都逆向进行，其充电示意图如图所示。4氢氧燃料电池(1)氢氧燃料电池的构造如下图所示，以 H2 为燃料，O2 为氧化剂，铂作电极，使用酸性或碱性电解质，在负极室通入 H2，在正极室通入 O2，即组成氢氧燃料电池。氢氧燃料
14、电池工作原理(2)氢氧燃料电池的反应原理电解质溶液电极名称发生反应电极反应总反应负极氧化反应H22e=2H稀硫酸正极还原反应12O22H2e=H2O负极氧化反应H22e2OH=2H2ONaOH溶液正极还原反应12O22eH2O=2OHH212O2=H2O(3)氢氧燃料电池的特点在工作时不断从外界输入氧化剂和还原剂，同时将电极反应产物不断排出电池，使电池连续不断地提供电能；能量转化率很高，可持续使用；产物不污染环境。(4)常见燃料电池的比较名称电解质电极反应(正极通 O2)总反应甲烷燃料电池KOH正极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO23 7H2OCH42O22KOH=K
15、2CO33H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O26H2O12e=12OH负极：2CH3OH16OH12e=2CO23 12H2O2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O氢燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：2H24OH4e=4H2O2H2O2=2H2O(5)有机燃料电池电极反应式书写注意事项电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气，得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。例如：甲烷在碱性介质(KOH 溶液)中燃烧电池负极反应式的书写方法：第一步：
16、确定生成物。甲烷燃烧生成 CO2 和 H2O，而 CO2 与 KOH 溶液反应生成 K2CO3和 H2O，故生成物为 CO23 和 H2O。第二步：确定价态的变化及转移电子数。甲烷(CH4)中碳元素的化合价为4，CO23 中碳元素的化合价为4，故 1 mol 甲烷完全反应失去 8 mol 电子。第三步：列出表达式。CH4 OH8e CO23 H2O第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。由碳原子守恒确定 CO23 的化学计量数为 1，由电荷守恒确定 OH的化学计量数为 10(注：失去 8 个电子相当于带 8 个单位正电荷)，再由氢原子守恒确定 H2O 的化学计量数为 7。故负极反应式为 C
17、H410OH8e=CO23 7H2O典例精析例 1(双选)如下图所示为一种纽扣式微型电池，其电极分别为Ag2O 和 Zn，电解质溶液是 KOH 溶液，俗称锌银电池，该电池在放电时的总反应式为：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是()A放电时 Zn 为负极，Ag2O 为正极B放电时正极附近溶液的 pH 升高C放电时负极附近溶液的 pH 升高D溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动【解析】由总反应式可以看出 Zn 的化合价由 02，发生氧化反应，故 Zn 为负极，Ag 的化合价由10，发生还原反应，故 Ag2O为正极，A 项正确；Zn2结合
18、OH，使负极 pH 降低，而正极产生 OH(Ag2OH2O2e=2Ag2OH)，pH 升高，故 B 项正确，C 项错误；正极上聚集电子，电子带负电荷，吸引带正电荷的阳离子，即阳离子移向正极，阴离子移向负极，故 D 项错误。【答案】AB例 2 镉镍可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知镉镍电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiO(OH)2H2OCd(OH)22Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=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放电时电解质溶液的 OH向正极移动【解析】
19、二次电池放电时是原电池，其充电和放电时的电极反应相反。由总反应可知，放电时，负极 Cd 发生氧化反应：Cd2e2OH=Cd(OH)2，负极碱性变弱，C 项错误；正极反应为 2NiO(OH)2e2H2O=2Ni(OH)22OH，放电时，OH由正极向负极移动(内电路)，D 项错误；充电时，电能转化为化学能，B 项错误；充电时阳极发生氧化反应，即 Ni(OH)2OHe=NiO(OH)H2O，A 项正确。【答案】A例 3 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
20、：C2H5OH3H2O12e=2CO212H下列说法不正确的是()AC1 极为电池负极，C2 极为电池正极BC2 极的电极反应式为 O24H4e=2H2OC该生物燃料电池的总反应式为 C2H5OH3O2=2CO23H2OD电子由 C2 极经外电路导线流向 C1 极【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：O24H4e=2H2O，由此可得，电池总反应式为：C2H5OH3O2=2CO23H2O，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
21、跟踪练习1下列关于铅蓄电池的说法正确的是()A在放电时，正极发生的反应是 Pb(s)SO24(aq)=PbSO4(s)2eB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)SO24(aq)【答案】B【解析】铅蓄电池的总反应式为：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。放 电 时，负 极 上：Pb(s)2e SO 24(aq)=PbSO4(s)，正 极 上：PbO2(s)2e 4H(aq)SO 24(aq)=PbSO4(s)2H2O(l)，故 A 项错误，B 项正确。从总反应式
22、可以看出，充电时，H2SO4 的浓度不断增大，故 C 项错误。充电时，阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子，D 项错误。2高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述正确的是()A充电时阳极反应为 Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时 OH向阳极移动C放电时每转移 3 mol e正极有 1 mol K2FeO4 被氧化D充电时，电源的正极应与电池的 Zn(OH)2 极相连【答案】B【解析】A 项，通过总反应可以判断该反应为放电时负极发生的反应；
23、B 项，充电时阴离子向阳极移动；C 项，正极得电子，化合价降低，被还原；D 项，充电时，电源的正极应与电池正极相连，即应与原电池的 Zn 极相连。3飞船上使用的氢氧燃料电池的两个电极均由多孔活性炭制成。通入的气体由空隙中逸出，并在电极表面放电，总反应式为：2H2O2=2H2O。(1)以 KOH 溶液为电解质溶液构成燃料电池，则负极通入_，电极反应式为_，正极通入_，电极反应式为_。(2)若把 KOH 溶液改为稀 H2SO4 作电解质溶液，则电极反应为：负极：_，正极：_。(1)和(2)的电解质溶液不同，反应进行后，其溶液的 pH 有何变化？_。(3)若把 H2 改为 CH4，KOH 作电解质，
24、则电极反应为：负极：_，正极：_。H22H24OH4e=4H2OO2O22H2O4e=4OH2H24e=4HO24H4e=2H2O(1)中 pH 变小，(2)中 pH 变大CH410OH8e=CO23 7H2O2O24H2O8e=8OH【解析】(1)根据电池总反应式可知：H2 在反应中被氧化，O2被还原，又因为是碱性溶液，不可能有 H参加或生成，故负极反应为：2H24e4OH=4H2O，正极反应为：O22H2O4e=4OH。(2)若将电解质溶液换成酸性溶液，此时不可能有 OH参加反应或生成，故负极反应为：2H24e=4H，正极反应为：O24H4e=2H2O。由于(1)在碱性条件下反应，KOH
25、量不变，但工作时水增多，故溶液变稀，pH 变小，而(2)在酸性条件下反应，H2SO4 不变，工作时水增多，溶液变稀，pH 变大。(3)若把 H2 改为 CH4，用 KOH 作电解质，依据以上分析可知电极反应产物不会有 CO2 放出，会和 OH继续反应生成 CO23，即总反应为 CH42OH2O2=CO23 3H2O，正极反应仍是 2O24H2O8e=8OH，然后用总反应减去正极反应即得负极反应。知识点二化学电源电极反应式的书写教材解读1根据装置书写电极反应式首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。(1)先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。(2)书写电极反应式(3
26、)正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2给出总反应式，写电极反应式各类电极反应式的一般书写步骤为列出物质，标电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。以 2H2O2=2H2O 为例，当电解质溶液为 KOH 溶液时的负极反应式的书写步骤：(1)根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为 H2，转移电子数为 4e：2H24e=4H。(2)根据电解质溶液的酸碱性，用 H或 OH或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2H24e4OH=4H2O注意：电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不出现 H。(3)利用元素守恒验证，即得 2H24e4OH=4H2O。3可充电电池电
27、极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。4给出电极反应式书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意若反应式同侧出现不能共存的离子，如 H和OH、Pb2和 SO24，要写成反应后的物质，如 H2O、PbSO4。特别提示书写电极反应式要遵循的三原则原电池两电极上分别发生
28、氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循三个守恒：质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的用离子符号表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。典例精析例 4 有一种电池，它的一个电极材料是 NiO2(在碱中 NiO2 氧化性比 O2 更强，还原产物是2 价的镍的化合物)，另一电极是铁，电解质溶液是 21%的氢氧化钾溶液。下列对电池的叙述和有关反应正确的是()A此电池不用密封B铁是负极，放电时，铁失电子变成能自由移动的 Fe2，负极反应是：Fe2e=Fe2C放电时，正极反应为：NiO22e=Ni22O
29、2D放电时的总反应为：FeNiO22H2O=Fe(OH)2Ni(OH)2【解析】因电池的电解质溶液是 KOH 溶液，应防止与空气接触，否则 KOH 会与空气中的 CO2 发生反应生成 K2CO3，所以 A 错误。在 KOH 溶液中，负极反应的产物是 Fe(OH)2：Fe2e2OH=Fe(OH)2，正极反应为 NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH，因此B、C 选项是错误的。【答案】D【点拨】电极反应式书写的三个注意点(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。(2)在酸性溶液中，可发生消耗 H和产生 H的反应，不可能发生消耗 OH和产生 OH的反应，同理在碱性溶液中，可发生消
30、耗 OH和产生 OH的反应，不可能发生消耗 H和产生 H的反应。(3)计算有机物被氧化时，电子转移的物质的量，根据 O2和配平的化学方程式更简洁。例 5 一种充电电池放电时的电极反应为：H22OH2e=2H2O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH。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()AH2O 的还原 BNiO(OH)的还原CH2 的氧化DNi(OH)2 的氧化【解析】先由电池放电时的得失电子情况判断出正、负极反应，然后根据电池充电与放电时的电极反应关系进行分析。由题中给出的电极反应可判断出，该电池放电时，H2 是还原剂被氧化、NiO(OH)是氧化剂被还原。则充电时
31、H2 是还原产物、NiO(OH)是氧化产物，与正极相连的是阳极，发生氧化反应，故 D 项正确。【答案】D跟踪练习4一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OH(g)O2(g)2e=H2O(l)CO2(g)2H(aq)BO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)6eH2O=CO2(g)6H(aq)DO2(g)2H2O(l)4e=4OH【答案】C5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
32、碳和水，氧气在电极上的反应是 O24H4e=2H2O。下列叙述中不正确的是()A负极的反应式为 CH3OHH2O6e=CO26HB电池的总反应式是 2CH3OH3O2=2CO24H2OC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【答案】C长话短说重点记忆1记住判断电池优劣的两个标准：比能量和比功率。2掌握 3 类电池：一次电池、二次电池和燃料电池。(1)碱性锌锰电池的负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质溶液是 KOH。(2)铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是 PbO2，负极是 Pb，电解质溶液是 H2SO4 溶液。(3)氢氧燃料电池两类
33、型：酸性电解质时：负极反应式：2H24e=4H；正极反应式：O24H4e=2H2O。碱性电解质时：负极反应式：2H24OH4e=4H2O；正极反应式：2H2OO24e=4OH。3书写燃料电池电极反应式的三步骤第一步，先写出燃料燃烧时的化学方程式；第二步，再写出燃料电池正极反应式，根据电解质的酸碱情况，写出相应产物；第三步，用燃料电池的总反应式减去正极反应式，得到负极反应式。4 新思维随堂自测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【答案】B【解析】铜锌原
34、电池中，电子从锌电极流向铜电极，B 项错误。2下列电池工作时，O2 在正极放电的是()【答案】B【解析】锌锰干电池的正极为二氧化锰得电子，A 错误；燃料电池正极为氧气得电子，B 正确；铅蓄电池正极为二氧化铅得电子，C错误；镍镉电池的正极为 NiO(OH)得电子，D 错误。3铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是()A电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3、负极为 FeB电池放电时，负极反应为 Fe2OH2e=Fe(OH)2C电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低D电池充电时，阳极反应为 2Ni(
35、OH)22OH2e=Ni2O33H2O【答案】C【解析】A 项，由电池反应可知，Ni2O3Ni(OH)2，Ni 的化合价由3 价2 价，化合价降低，发生还原反应，故 Ni2O3为正极，FeFe(OH)2，Fe 的化合价由 0 价2 价，化合价升高，发生氧化反应，故 Fe 为负极，正确；B 项，负极发生氧化反应，Fe2OH2e=Fe(OH)2，正确；C 项，阴极发生还原反应，Fe(OH)22e=Fe2OH，c(OH)增大，溶液的 pH 增大，故错误；D 项，阳极发生氧化反应，电极反应为 2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O，正确。4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
36、反应为：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。下列该电池的电极反应，正确的是()A负极反应为 Zn2e=Zn2B负极反应为 Zn2H2O2e=Zn(OH)22HC正极反应为 2MnO22H2e=2MnOOHD正极反应为 2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH【答案】D【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。5氢氧燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它是以铂作电极，KOH 溶液作电解液，总反应为：2H2O2=2H2O，正极反应为：O22H2O4e=4OH。下列叙述不正确的
37、是()AH2 通入负极区BO2 通入正极区C负极反应为 2H24OH4e=4H2OD正极发生氧化反应【答案】D【解析】因为该电池以 KOH 溶液为介质，则负极反应产生的 H不能稳定存在，应写成 H2O 的形式：2H24e4OH=4H2O，C正确。D 项，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。6铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，电池总反应式为 PbPbO24H2SO242PbSO42H2O请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时，正极的电极反应式是_；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。PbO2SO24
38、 4H2e=PbSO42H2O小48(2)在完全放电耗尽 PbO2 和 Pb 时，若按右图连接，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_。PbPbO2对换【解析】(1)放电时为原电池，正极为 PbO2，其电极反应式为：PbO24HSO24 2e=PbSO42H2O。从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4 不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由 PbSO242e=PbSO4可知，当外电路通过 1 mol e时，理论上负极板由 0.5 mol Pb 变为 0.5 mol PbSO4，即质量增加 96 gmol10.5 mol48 g。(2)当完
39、全放电耗尽 PbO2和 Pb 时，两极均变为 PbSO4，再按图中通电电解时，A 极板发生反应：PbSO42e=PbSO24，B 极板发生反应：PbSO42H2O2e=PbO24HSO24。此时铅蓄电池的正、负极的极性将对换。7燃料电池是利用燃料(如 CO、H2、CH4 等)与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷(CH4)燃料电池的填空：(1)甲烷与氧气反应的化学方程式为_。(2)已知燃料电池的总反应式为 CH42O22KOH=K2CO33H2O，电池中有一极的电极反应式为 CH410OH8e=CO23 7H2O，这个电极是燃料电池的_(
40、填“正极”或“负极”)，另一个电极上的电极反应式为_。(3)随着电池不断放电，电解质溶液的碱性_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率_(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷燃烧的能量利用率。CH42O2=CO22H2O负极2O24H2O8e=8OH减小大于【解析】燃料电池和原电池一样，氧化还原反应中的还原剂作为负极，反应为 CH410OH8e=CO23 7H2O；氧化剂作为正极，电极反应式为 2O24H2O8e=8OH；由电池反应式可知反应过程中消耗氢氧化钾，因此，随着电池不断放电，电解质溶液的碱性将减弱；燃料电池的能量利用率(80%)比燃料燃烧的利用率(
41、30%)高。5 新视点名师讲座原电池的有关计算与原电池有关的计算常将原电池原理、物质的量、物理电学等知识联系起来，是理综试题的结合点，也是考试命题的热点。1电化学计算的核心守恒法电化学的本质是氧化还原反应，在氧化还原反应中得失电子守恒，故守恒思想贯穿电化学的始终，利用它能够简化解题过程，从而快速准确地解答题目。2常用到的物理电学公式(1)欧姆定律：IUR(2)功率公式：PUI(3)电功公式：QWPtUItU2tR I2Rt典例精析例 1 右图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 左右，电池反应为 2NaxS=Na2Sx，正极的电极反应为_。M(由Na2O 和 Al2O3 制得)
42、的两个作用是_。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的_倍。xS2e=S2x(或 2NaxS2e=Na2Sx)导电(或作电解质)；隔离钠与硫4.5【解析】首先标化合价，S 化合价降低 2 得 Na2Sx2，S 为正极得2 个电子，xS2e=S2x；此电池提供 2 mol 电子，消耗 2 mol Na，即 46 g，铅蓄电池负极为 Pb，提供 2 mol 电子，消耗 1 mol Pb，即 207 g，所以当消耗相同质量的负极物质时，钠硫电池放电是铅蓄电池的207464.5 倍。例 2 锌锰干电池是普遍使用的化学电源，其中含有 MnO2、NH4Cl、ZnC
43、l2 等的糊状物。以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。一节干电池的电动势和内电阻分别为 E1.5 V，r0.25，它对外供电时效率 75%。干电池的工作原理是 Zn2MnO22NH4=Zn2Mn2O32NH3H2O。(1)试写出干电池放电时的电极反应式：正 极 _；负 极_。干电池用久了就会变软，其原因是_。(2)正极反应中，前后经历了下列两个反应：2NH4 2e=2NH3H2；2MnO2H2=Mn2O3H2O。如果正极反应没有 MnO2 的参与，干电池将难以持续稳定工作。试说明理由。(3)在通电 10 min 的时间内参加反应的 MnO2 质量约为多少？2MnO22NH4 2e=Mn2O32N
44、H3H2OZn2e=Zn2锌筒变薄，有水产生正极反应中间产物 H2 附着于石墨上，增加电池内阻。0.813 g【解析】(3)依据题意：I2RI2Rr75%，解得 R0.75，I ERr1.5 A。通电 10 min 消耗的电量为 QIt1.5 A1060 s900 C。转移电子的物质的量为 n(e)900 C1.61019 C6.021023 mol19.34103 mol，消耗的 MnO2 的质量为 9.34103 mol87 gmol10.813 g。例 3(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。银片上发生的电极反应：_。(2)若该电池中两电极的总质量为 60 g
45、，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为 47 g，试计算：产生氢气的体积(标准状况)；转移的电子数。(已知 NA6.021023 mol1)2H2e=H2 4.48 L 2.4081023【解析】(1)在本题给定的原电池中，活泼金属锌易失电子作电池的负极，金属银不活泼，在正极上得电子的为溶液中的 H。(2)该原电池的总反应为 Zn2H=Zn2H2，锌片与银片两电极减少的质量，实际上是锌失电子消耗的质量，设产生的氢气体积为 x，Zn2H=Zn2H265 g 22.4 L60 g47 g13 g xx13 g22.4 L65 g4.48 L反应消耗的锌为 13 g65 gmol10.20 mol，故转移的电子数为0.20 mol26.021023 mol12.4081023。