2018届一轮复习人教版化学电源学案(1) 7页

第六单元　化学反应与能量 第四课时　化学电源 考纲解读：‎ 了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ 考点一 常见化学电源的原理及电极反应式的书写 自主梳理：‎ ‎1．一次电池(以碱性锌锰电池为例)‎ 负极材料：Zn 电极反应：Zn＋2OH－—2e－===Zn(OH)2‎ 正极材料：碳棒 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2‎ ‎2．二次电池(以铅蓄电池为例)‎ ‎(1)放电时的反应：‎ ‎①负极反应：Pb(s) －2e－＋SO(aq)===PbSO4(s)。‎ ‎②正极反应：PbO2(s)＋ 2e－＋4H＋(aq)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎(2)充电时的反应：‎ ‎①阴极反应： PbSO4(s)＋2e－=== Pb(s) ＋SO(aq)。‎ ‎②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－ 2e－=== PbO2(s)＋ 4H＋＋SO(aq)。‎ ‎③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。‎ ‎(3)二次电池充电时的电极连接 ‎3．燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。‎ 介质 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 注：①燃料电池的电极不参加电极反应，外通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。‎ ‎②书写电极反应时，注意介质的参与反应。‎ ‎【深度思考】‎ ‎1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1以熔融Na2CO3为介质的H2燃料电池的负极反应为H2－2e－===2H＋。(　　)‎ ‎(2化学电源工作时，内电路介质中的阳离子一定向正极迁移。(　　)‎ ‎(3)二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生还原反应。(　　)‎ ‎【答案】(1)×　(2)√　(3)√‎ ‎2．以CO为燃料气，请分别写出电解质符合下列条件的正、负极的电极反应式和总反应式(填入表格中)。‎ ‎【答案】①O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋ 2CO＋O2===2CO2‎ ‎②O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2CO－4e－＋8OH－===2CO＋4H2O ‎ ‎2CO＋O2＋4OH－===2CO＋2H2O ‎③O2＋4e－===2O2－ 2CO－4e－＋2O2－===2CO2 2CO＋O2===2CO2‎ ‎④O2＋4e－＋2CO2===2CO 2CO－4e－＋2CO===4CO2 2CO＋O2===2CO2‎ 例1、比亚迪双模电动汽车使用的是高铁电池，其总反应为3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH3Zn＋2K2FeO4＋8H2O，下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，若有6 mol电子发生转移，则有2 mol K2FeO4被氧化 B．放电时，正极反应为FeO＋4H2O－3e－===Fe(OH)3＋5OH－‎ C．充电时，电池的负极与外接电源的负极相连 D．充电时，阴极附近溶液的pH变小 ‎【答案】C ‎【解析】由反应方程式可知，放电时，K2FeO4被还原，A项错误；放电时正极得电子，电极反应为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，B项错误；充电时，电池的负极与外接电源的负极相连，C项正确；充电时，阴极附近溶液的pH变大，D项错误。‎ ‎【发散类比1】某充电宝锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为NiOOH＋MHM＋Ni(OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是(　　) ‎ A．锂离子电池放电时，Li＋向正极迁移 B．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ C．如图表示用锂离子电池给镍氢电池充电 D．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4－xe－===Li1－xMn2O4＋xLi＋‎ ‎【答案】D ‎【解析】A项，锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以Li＋向正极迁移，故A正确；B项，放电时，正极发生还原反应，方程式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，故B正确；C项，题图表示用锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过程，故负极Li接M极发生M＋H＋＋e－===MH，故C正确；D项，锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li＋＋e－===Li，故D错误。‎ 例2、锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)‎ A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气‎22.4 L(标准状况)‎ ‎【答案】C ‎【解析】A项，充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，错误；B项，充电时，总反应方程式为2Zn(OH) 2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，所以电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋将与OH―结合生成Zn(OH)，正确；D项，O2～4e－，故电路中通过2 mol电子时，消耗氧气0.5 mol，在标准状况体积为‎11.2 L，错误。‎ ‎【发散类比2】（1）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_________________，该电池总反应的离子方程式为____________________。‎ ‎（2）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：‎ NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M 电池放电时，负极的电极反应式为__________________，充电时，阳极反应式为__________________。‎ ‎【答案】(1)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－‎ ‎(1)MH－e－＋OH－===M＋H2O Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O ‎【解析】(1)K2FeO4Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，FeO中＋6价铁元素被还原为Fe(OH)3中＋3价铁元素，其电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住Fe和Zn的存在形式分别是Fe(OH)3和Zn(OH)2。‎ ‎(2)负极实际上是稀土储氢合金吸附的H2失去电子生成H＋，H＋再与OH－结合生成H2O，所以负极的电极反应式为MH－e－＋OH－===M＋H2O。充电时阳极发生氧化反应，反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O。‎ ‎【归纳总结】化学电源中电极反应书写的思维模板 ‎(1)明确两极的反应物；‎ ‎(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；‎ ‎(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物；‎ ‎(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。‎ 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O ‎，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。‎ 考点二 特定新型电池的命题分析 特定装置的新型电池的命题点 ‎①两极的判断及电极反应式的书写与判断。‎ ‎②两极产物及反应类型判断。‎ ‎③电子、电流、离子的移动方向的判断。‎ ‎④电池总反应式的书写与判断。‎ ‎⑤转移电子及产物的计算。‎ 例3、微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　) ‎ A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O ‎【答案】A ‎【解析】图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。‎ ‎【发散类比3】可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．镁为负极材料 B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－‎ C．电子从镁极流出，经电解质流向正极 D．每生成1 mol MnF2时转移1 mol电子 ‎【答案】C ‎【解析】由电池反应知，镁作还原剂，发生氧化反应，镁极为负极，A项不符合题意；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，B项不符合题意；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项符合题意；锰元素由＋3价降至＋2价，D项不符合题意。‎ 例4、下图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是(　　)‎ A．该电池不能在高温下工作 B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋‎ C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1 mol，便有1 mol H＋从阳极室进入阴极室 D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广 ‎【答案】C ‎【解析】高温条件下微生物会死亡，该电池不能正常工作，A选项正确；电池的负极失电子，发生氧化反应，即葡萄糖失电子生成二氧化碳气体，B选项正确；放电过程中，电子从负极区向正极区转移，C选项错误；结合题给条件分析，D选项正确。‎ ‎【发散类比4】近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－‎ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 ‎【答案】B ‎【解析】放电时，负极反应为Li －e－===Li＋，Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A项正确；正极反应为Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－，B项错误；通空气时，铜被氧化为Cu2O：4Cu＋O2===2Cu2O，总反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，铜相当于催化剂，C、D正确。‎ ‎【归纳总结】特定装置的新型电池的分析思路 ‎①分析装置中提供的信息：如反应物或产物、介质粒子成分、交换膜的类型、离子移动方向、电极材料等。‎ ‎②分析两极反应原理及电极反应或总反应。‎ ‎③完成有关问题。‎