高中化学 第二章 第二节 第2课时 发展中的化学电源课后作业 新人教版必修2 6页

第2课时　发展中的化学电源 一、原电池工作原理的应用 ‎1．加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因 是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成________，加快了反应，使产生H2的速率加快。‎ ‎2．比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属为____极，活动性弱的金属为____极。例如有两种金属 A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电 池原理可知，金属活动性______。‎ ‎3．设计原电池 已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般________为负极材料(或在 负极上被______)，________(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。例如，利用Cu ‎＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的 电极反应式为：‎ 负极(Cu)：______________________(氧化反应)‎ 正极(C)：________________________(还原反应)‎ ‎4．化学电源 人们利用原电池原理，将______能直接转化为____能，制作了多种电池。如干电池、蓄 电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术 的发展中，电池发挥着重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小至电脑、‎ 电话、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。‎ 二、发展中的化学电源 ‎1．干电池 普通锌锰干电池 电池组成：____作负极；位于中央的顶盖带有__________作正极；电解质是______糊。‎ 负极反应为________________。‎ ‎2．充电电池 充电电池是一种____________。充电放电可循环进行，至一定周期后终止。最早也是使 用最广泛的是铅蓄电池，______是Pb，______是PbO2，电解质是________。‎ 封闭式体积小的充电电池——镍镉电池，负极是________，正极是__________，电解质 是__________。‎ 另外还有锂离子电池等。‎ ‎3．燃料电池 燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。如氢氧燃料电池，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________。‎ 燃料电池与干电池的主要区别在于________不是储存在电池内部，而是用外加的设备提 供______和________等，使反应连续进行。‎ 电池反应：2H2＋O2===2H2O ‎(1)电解质溶液为稀硫酸：‎ 负极：_____________________________________________________________，‎ 正极：_______________________________________________________________。‎ ‎(2)电解质溶液为KOH溶液：‎ 负极：________________________________________________________________‎ 正极：______________________________________________________________。‎ 知识点一　化学电源电极的判断及电极反应方程式的书写 ‎1．如下图，锌锰干电池在放电时总反应方程式可表示为Zn＋2MnO2＋2NH===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．Zn B．碳 C．MnO2和NH D．Zn2＋和NH3‎ ‎2．人造地球卫星用到一种高能电池——银锌蓄电池，其电池电极反应为Zn＋2OH－－2e ‎－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是(　　)‎ A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原 C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化 ‎3．2009年奔驰和宝马汽车公司推出锂电池混合动力车。该锂电池具有高能量、寿命长、‎ 可靠性高等优点，即使是在非常低的温度下作业也能有出色的表现。某种锂电池的总反 应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法不正确的是(　　)‎ A．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋‎ B．Li是正极，电极反应为Li＋e－===Li－‎ C．MnO2是正极，电极反应为MnO2＋e－===MnO D．锂电池是一种环保型电池 知识点二　燃料电池 ‎4．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装 置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　)‎ A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液中的氢氧根离子浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 ‎5．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进 入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池的负极反应为(　　)‎ A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋‎ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 练基础落实 ‎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 ‎2．日常所用干电池的电极分别为石墨棒(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，下列结论正确的 是(　　)‎ ‎①锌为正极，石墨为负极　②锌为负极，石墨为正极 ‎③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极 ‎④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器 A．①③ B．②③ C．③④ D．②④‎ ‎3．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 ‎4．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：‎ Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 下列结论正确的是(　　)‎ A．Pb为正极被氧化 B．SO只向PbO2极移动 C．电解质溶液密度不断减小 D．溶液的pH值不断减小 ‎5.‎ 根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如右图所示原电池，下列说法错误的是(　　)‎ A．X可以是银或石墨 B．Y是硫酸铜溶液 C．电子从铜电极经外电路流向X电极 D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag ‎6．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是(　　)‎ A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转 化 练方法技巧——化学电源中的计算技巧 ‎7．以锌片和铜片为两极、稀硫酸为电解液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下 列说法正确的是(　　)‎ A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol氢气 B．两极上溶解和析出的物质的质量相等 C．锌片溶解了‎1 g，铜片上析出‎1 g氢气 D．电解质溶液pH不变 ‎8．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧 化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2‎ 下列说法中，错误的是(　　)‎ A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为 MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－‎ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少‎6.5 g 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 答案 练综合拓展 ‎9．利用生活中或实验中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设 计一个原电池。请填写下列空白：‎ ‎(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。‎ ‎(2)实验原理：电极(______、______)、________、________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。‎ ‎(请在空格中填写所缺的实验用品)‎ ‎(3)实验装置(如右图)。‎ ‎(4)原电池设计及注意的问题：‎ ‎①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可 将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是 连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原 因是：在原电池中，由化学能转化为________，在耳机中又由________转化为声音这种 能量。‎ ‎②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应是 ‎________________________________________________________________________，‎ 发生了________反应。‎ ‎10．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学 技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播 站、飞机、轮船、电脑、收音机、照相机、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各 样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。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Ag2‎ O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) 放电 充电 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？______________。‎ 第2课时　发展中的化学电源 基础落实 一、‎ ‎1．原电池 ‎2．负　正　A>B ‎3．还原剂　氧化　氧化剂　Cu－2e－===Cu2＋　2Ag＋＋2e－===2Ag ‎4．化学　电 二、‎ ‎1．锌　铜帽的石墨棒　NH4Cl　Zn－2e－===Zn2＋‎ ‎2．二次电池　负极　正极　稀硫酸　Cd　NiO(OH)　KOH ‎3．H2　O2　H2O　反应物　燃料　氧化剂 ‎(1)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 对点训练 ‎1．C　2.B　3.B ‎4．D　[与一般原电池工作原理相似，电解质溶液中阴离子向负极移动。]‎ ‎5．C　[由题意可知，该电池实际上是氢氧燃料电池，以氧气(空气)为氧化剂与氢气发生氧化还原反应来产生电流，总反应式为2H2＋O2===2H2O，负极是氢气，发生氧化反应，正极是氧气，发生还原反应；该反应在酸性介质(磷酸为电解质)中进行，所以负极反应为H2－2e－===2H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C项正确，其余不正确。]‎ 课后作业 ‎1．B　[锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。]‎ ‎2．D　[由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。在外电路，电子从负极流向正极，故③不正确。长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出而腐蚀用电器。]‎ ‎3．B　[A项，a极通H2为负极，电极反应应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。]‎ ‎4．C　[根据方程式：‎ ＋O2＋2H2SO4===2SO4＋2H2O 原电池中失电子的物质为负极，所以Pb为负极，PbO2为正极。又因负极Pb－2e－===Pb2＋进入溶液，溶液中SO也向Pb极移动，生成难溶的PbSO4，所以电解质溶液密度不断减小。由于H＋的物质的量浓度不断减小，pH值不断增大。综上分析得出答案为C。]‎ ‎5．B　[从题给氧化还原反应方程式分析可知：铜被氧化，作原电池的负极，X为正极，电极材料是比铜不活泼的导体，A正确；Ag＋在X电极上被还原，则电解质溶液提供Ag＋，B项错误，D项正确；外电路中铜失去电子，流向X电极，C项正确。]‎ ‎6．C ‎7．A　[锌片、铜片和稀硫酸构成原电池时，锌为负极，铜为正极，负极锌片溶解，正极析出H2；根据电子守恒原理，溶解1 mol锌，就有2 mol电子转移，则析出的H2为1 mol，A项正确；溶解的锌和析出的H2物质的量相等，但质量不相等，B项不正确；溶解的锌和析出的H2质量比应为65∶2，C项不正确；H＋得电子变成H2，H2SO4被消耗，溶液pH变大，D项不正确。]‎ ‎8．C ‎9．(2)铁钉或铁条　铜片(其他合理答案也可)　烧杯　导线 ‎(4)①电能　电能　②负　Fe－2e－===Fe2＋‎ 氧化 解析　根据电池反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑可知，正极为不比铁活泼的金属或非金属导体。耳机发出声音是电能转化为声音。 由于铁为负极，应连接电流计的负极。‎ ‎10．(1)①Ag2O　Zn ‎②Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－‎ Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ ‎③增大 ‎(2)H2　H2－e－＋OH－===H2O NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－‎ 增大 ‎