第07讲化学电池学生高一化学精品讲义苏教必修第二册.docx
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第07讲化学电池学生高一化学精品讲义苏教必修第二册
第07讲化学电池
知识导航
知识精讲
一、一次电池(锌锰干电池)
放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行),属于一次电池。
常见的锌锰干电池的构造如图所示。
其中,石墨棒作正极,氯化铵糊作电解质溶液,锌筒作负极。
在使用过程中,电子由锌筒(负极)流向石墨棒(正极),锌逐渐消耗,二氧化锰不断被还原,电池电压逐渐降低,最后失效。
总反应
Zn+2MnO2+2===Zn2++2MnO(OH)+2NH3↑
负极
Zn﹣2e-===Zn2+
正极
2MnO2+2+2e-===2MnO(OH)+2NH3↑
二、二次电池
有些电池放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电(化学能转化为电能)与充电(电能转化为化学能)的循环,这种充电电池属于二次电池。
常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等,目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。
1.铅酸蓄电池
工作原理
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
放电
总反应
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O
负极
正极
2.锂离子电池
以钻酸锂-石墨锂电池为例:
工作原理
Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C
放电
总反应
Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+6C
负极
正极
三、燃料电池
燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置,具有清洁、安全、高效等特点。
燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。
1.氢氧燃料电池
电解质
H2SO4溶液
KOH溶液
总反应
2H2+O2===2H2O
负极
反应式
正极
反应式
2.甲烷燃料电池
甲烷电池
H2SO4作电解质
KOH作电解质
负极反应式
正极反应式
总反应式
经典例题
题型一:
化学电池的分类及特点
【例1】下列电池不属于化学电池的是
A.碱性干电池B.铅蓄电池C.燃料电池D.太阳能电池
【变1】下列化学电池属于高效、环境友好电池的是
A.镍镉电池B.锌锰电池
C.铅蓄电池D.氢氧燃料电池
题型二:
一次电池
【变2】碱性锌锰电池的总反应为:
。
下列关于该电池的说法中正确的是
A.Zn为负极,为正极
B.工作时KOH没有发挥作用
C.工作时电子由经外电路流向Zn
D.Zn发生还原反应,发生氧化反应
【例4】锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
下列说法错误的是
A.电极a为电池的负极
B.外电路的电流方向是由电极b流向电极a
C.电极b上的反应式为:
MnO2+e-+Li+=LiMnO2
D.可用水代替电池中的混合有机溶剂
题型三:
二次电池
【变5】目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示,根据图示回答下列问题:
(1)铅蓄电池的负极是___________,铅蓄电池的正极是___________。
(2)铅蓄电池的总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,则负极发生___________(填“氧化”或“还原”)反应,由___________生成___________;正极发生___________(填“氧化”或“还原”)反应,由___________生成___________。
(3)电解质溶液是H2SO4,那么在铅蓄电池中H+向___________(填“正”或“负”)极移动,向___________(填“正”或“负”)极移动。
【变6】锂/氟化碳电池稳定性很高。
电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液,总反应为,放电产物沉积在正极,工作原理如图所示:
下列说法正确的是
A.外电路电子由b流向a
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解质溶液可用的乙醇溶液代替
D.正极的电极反应式为
题型四:
燃料电池
【变7】燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,某氢氧燃料电池的构造示意图如下,该电池工作时,下列说法正确的是
A.O2在b电极上发生氧化反应
B.电解质溶液中OH-向正极移动
C.该装置实现了电能到化学能的转化
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【例8】用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图:
(1)电极c的电极反应式为_______。
(2)若线路中转移2mol电子,则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为_______。
题型五:
化学电池的工作原理
【例9】下列四个常用电化学装置的叙述错误的是
A.图I所示电池中,电子从锌片流出
B.图II所示干电池中石墨作负极
C.图III所示电池为二次电池
D.图IV所示电池中正极反应为:
【变9】下列有关装置的说法正确的是
A.装置I中为原电池的负极
B.装置IV工作时,电子由锌通过导线流向碳棒
C.装置III可构成原电池
D.装置II为一次电池
【变10】电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。
(1)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中电池反应可表示为:
5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl
①该电池的负极反应式为___________;
②在电池中,Na+不断移动到“水”电池的___________极(填“正”或“负”);
③外电路每通过4mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是___________;
(2)中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。
二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时,b口通入的物质为___________;
②该电池负极的电极反应式为___________;
③工作一段时间后,当9.2g二甲醚完全反应生成CO2时,有___________个电子转移。
提分特训
【题1】新冠肺炎最明显的症状就是出现发热,体温枪能快速检测人体体温。
该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如下图所示),该电池的总反应式为:
。
下列关于该电池的说法正确的是
A.Ag2O电极作正极,发生氧化反应
B.该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动
C.电池工作时,电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极
D.该电池的负极反应为:
【题2】下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。
下列有关说法中正确的是
A.铅蓄电池在放电时,其负极是铅电极
B.氢氧燃料电池中,所在电极发生的反应为
C.氢氧燃料电池中,通入的一极为负极
D.铅蓄电池放电后,极质量减小
【题3】铅酸蓄电池、镍镉碱性电池都是重要的二次电池。
已知镍镉碱性电池放电时,正极反应为:
,负极反应为:
。
下列有关说法不正确的是
A.铅酸蓄电池放电时,在两个电极上生成
B.若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电,则电极与Cd电极相连接且两电极附近的pH值均增大
C.镍镉碱性电池在充电时的反应为
D.放电一段时间后镍镉碱性电池内变大
【题4】某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见图,下列有关说法错误的是
A.H+在固体酸膜中由a极流向b极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.电池总反应可表示为:
2H2+O2=2H2O
D.电路中每转移1mol电子,b极消耗16gO2
【题5】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3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述正确的是
A.放电时正极附近溶液的pH减小
B.充电时阳极反应为:
Fe(OH)3-3e-+5OH-=+4H2O
C.放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化
D.放电时负极反应为:
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
【题6】磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池,电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C,其原理如图所示,下列说法正确的是
A.放电时,石墨电极的电势更高
B.充电时,Li+移向磷酸铁锂电极
C.充电时,磷酸铁锂电极应与电源正极相连
D.放电时,正极反应式为M1-xFexPO4+e-+Li+=LiFexPO4+(1-x)M
【题7】酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据表所示:
溶解度/(g/100g水)
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为___________。
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zn___________g.(已知Q=It,F=96500C/mol)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过___________分离回收。
(4)滤渣的主要成分是MnO2、___________和___________,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法是___________,其原理是___________。
提分作业
【练1】下列电池工作时能量转化形式与其它三个不同的是
A.锌锰碱性电池B.硅太阳能电池
C.铅蓄电池D.银锌纽扣电池
【练2】碱性锌锰干电池的总反应为:
。
下列关于该电池的说法中正确的是
A.Zn为负极,为正极B.工作时电子由经由外电路流向Zn
C.工作时OH-移向正极D.电池放电过程中,溶液的酸碱性一定不变
【练3】下列有关化学电池装置的叙述中,不正确的是
图Ⅰ碱性锌锰电池
图Ⅱ铅-硫酸蓄电池
图Ⅲ原电池
图Ⅳ银锌纽扣电池
A.图Ⅰ所示电池工作时,锌粉失电子
B.图Ⅱ所示电池放电过程中,电解质溶液中的移向极
C.图Ⅱ所示装置工作过程中,电解质溶液的质量增大
D.图Ⅳ所示电池中,是氧化剂,电池工作过程中被还原为
【练4】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列说法中不正确的是
A.工作时,正极上发生反应的物质是Ag2O
B.负极发生的反应是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
C.工作时,负极区溶液c(OH-)减小
D.溶液中OH-向正极移动,K+、H+向负极移动
【练5】氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如图。
下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极a是正极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池的总反应:
2H2+O2=2H2O
【练6】
(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图,根据电子运动方向,
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