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化学　必修 第二册(苏教)
第二课时　化学电源
　1．知道一次电池、二次电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点及在生活中的应用。2．能正确书写简单化学电源的电极反应式。3．了解研制新型电池的重要性。4．初步了解电解池概念及电解在物质制备中的应用。
一、化学电源
1．化学电源的分类
分类 特点 举例
一次电池 用过之后
二次电池 充电后能继续使用 银锌纽扣电池、 、镍氢电池
燃料电池 燃料和氧化剂由外部连续供给 、甲醇－空气燃料电池
2．常见化学电源的组成与反应原理
电池名称 电池组成 电池反应
锌锰干电池 锌、石墨棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===
银锌纽扣电池 锌、氧化银、氢氧化钾溶液 Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag
铅蓄电池 铅、二氧化铅、硫酸
镍氢电池 贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O(MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)
氢氧燃料电池 铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液
甲醇－空气燃料电池 钯碳/甲醇、铂－烧结镍/空气、氢氧化钾溶液 2CH3OH＋3O2＋4OH－===
二、电解池
1．概念
将 转化为 的装置。
2．电解的应用
　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(　　)
(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。(　　)
(3)充电电池可以无限制地反复充、放电。(　　)
(4)原电池放电和电解池充电互为可逆反应。(　　)
(5)电解饱和食盐水阳极产生Cl2。(　　)
(6)电解时电子的流向为电源负极→阴极→溶液→阳极→电源正极。(　　)
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。 [问题探究] 1．燃料电池在工作时燃烧吗？氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？若不同，请分别写出反应式。除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？ 提示：不燃烧，因为燃料电池的原料是在两极分 别发生氧化反应和还原反应，而不是直接进行得失电子的反应。不相同；酸性条件下正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，碱性条件下正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。负极反应物还可以是烃(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、水煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。 2．铅蓄电池的正、负极材料是什么？电解质溶液是什么？工作时正、负极质量有什么变化？ 提示：负极：Pb；正极：PbO2；电解质溶液：稀H2SO4。工作时正极由PbO2变为PbSO4，负极由Pb变为PbSO4，质量均增加。
知识点一　一次电池与二次电池
1．一次电池——锌锰干电池
(1)结构：锌锰干电池的锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的NH4Cl等作电解质。
(2)原理：锌锰干电池是一次电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
(3)电极反应
负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋
正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
2．二次电池
(1)二次电池又称充电电池。其能量的转化关系：化学能电能。
(2)常见的二次电池——铅蓄电池
①结构：负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。
②原理：放电后可以充电，使活性物质获得再生。
③电极反应
a．放电时
负极(Pb)：Pb＋SO－2e－===PbSO4
正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
b．充电时
阴极(Pb)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
阳极(PbO2)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
④应用：电压稳定，使用方便安全，常作汽车电瓶。
3．根据总反应写电极反应式的方法
根据总反应和电解质特点，写出较易写的电极反应式，然后用总反应减去该电极反应式，可得另一极的电极反应式。
＝－
如：银锌纽扣电池(KOH溶液)
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
负极(易写)反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
正极(复杂)反应＝总反应－负极反应式，得：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。
1．下列有关锌锰干电池的说法正确的是(　　)
A．锌外壳是负极，石墨棒是正极
B．在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C．电流从锌外壳流到石墨棒上
D．在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动
2．镍镉(Ni Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．放电时的正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．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pH不变
D．放电时，电解质溶液中的OH－向正极移动
知识点二　燃料电池
1．氢氧燃料电池
电极材料 铂碳 铂碳
电解质溶液 氢氧化钾溶液 稀硫酸
结构原理 示意图
电极反应 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
电池总反应 2H2＋O2===2H2O
2．燃料电池电极反应式的书写方法
(1)写出电池总反应。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。例如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，若电解质溶液不同，其电极反应有所不同，我们要熟记以下两种情况：
①酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)根据电池总反应和正极反应式写出电池的负极反应式。
3．对燃料电池的理解
(1)对反应本质的理解：燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。
(2)对反应方式的理解：燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料的燃烧反应，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。
(3)对反应程度的理解：燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是平稳的。
(4)对能量利用的理解：燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低，燃料电池的能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。
(5)对电极的理解：燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。
3．燃料电池是目前电池研究的热点之一。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极发生的电极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．电池总反应方程式为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．如图是甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是(　　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液pH保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
知识点三　电解在物质制备中的应用
1．电解原理图示
2．电解池的特征
(1)有外加电源。
(2)电解池的能量变化：电能→化学能。
(3)电解池的电极：①阳极(接电源正极)→氧化反应→化合价升高→失电子；②阴极(接电源负极)→还原反应→化合价降低→得电子。
(4)电解池的电子流向：负极→阴极，阳极→正极。
(5)电解池的离子流向：溶液中的阳离子→阴极，溶液中的阴离子→阳极。
3．电解池阴、阳极的判断方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接方式 与电源正极相连的电极 与电源负极相连的电极
电子或电流流动方向 电子流出，电流流入的电极 电子流入，电流流出的电极
离子迁移方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极
反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极
4．应用
(1)氯碱工业
①电解原理分析及电极反应：NaCl是强电解质，在溶液中完全电离，水也能部分电离，NaCl===Na＋＋Cl－、H2O??H＋＋OH－。放电能力：H＋>Na＋，Cl－>OH－，通直流电后，H＋、Na＋向阴极移动，H＋被还原成H2，Cl－、OH－向阳极移动，Cl－被氧化成Cl2。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
电解过程中阴极的H＋来自水的电离，同时剩余OH－，则生成NaOH，故电解饱和食盐水的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②由于阴极产物为H2、NaOH，阳极产物为Cl2，故工业上习惯把电解饱和食盐水叫作氯碱工业。
(2)制备活泼金属或非金属
通常用电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al等，Cl2等活泼非金属单质也可用电解法制备。如2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
5．下列关于电解饱和食盐水的说法正确的是(　　)
①电解产物为Cl2和Na　②电解过程中，碳棒一极产生黄绿色气体　③电解一段时间后，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色　④电解一段时间后，向铁钉附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
6．下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的氯化铝制取金属铝
B．电解熔融的氯化钠制取金属钠，阴极反应式为Na＋＋e－===Na
C．电解饱和食盐水制烧碱
D．电解熔融的氯化镁制取金属镁
本课总结
自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
随堂提升
1．某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，则该电池负极发生的反应是(　　)
A．CH3OH＋8OH－－6e－===6H2O＋CO
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2．汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　)
A．PbO2是电池的负极 B．Pb是电池的负极
C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液的酸性增强
3．我国科研人员研制出一种Li N2电池，电池反应为6Li＋N2===2Li3N，其放电过程为原电池工作原理，电池结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a极作正极
B．N2发生氧化反应
C．a极的电极反应式为Li－e－===Li＋
D．电池工作时，电子从a电极经导线流向b电极，再从b电极经电解质溶液流向a电极
4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一张薄层纸片(在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，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作用
C．当0．1 mol Zn完全溶解时，转移电子数为1．204×1024
D．该电池的正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
5．“碳呼吸”电池工作原理如图所示，电解质溶液为含C2O的盐溶液，电池总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，下列有关说法正确的是(　　)
A．Al作正极
B．C2O由正极向负极迁移
C．该装置将电能转化为化学能
D．每生成1 mol Al2(C2O4)3，需要消耗134．4 L CO2
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★
对点 化学电源的分类 新型化学电源的工作原理 燃料电池的原理 新型化学电源的工作原理 新型化学电源的工作原理 燃料电池的原理及相关计算 燃料电池的原理及相关计算
题号 8 9 10 11 12 13
难度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★
对点 锌锰干电池的原理 二次电池放电时的工作原理 新型燃料电池的工作原理 新型二次电池的工作原理 新型二次电池的工作原理 化学电源与物质生产结合的综合考查
[学习·理解]
1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是(　　)
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
2．锌－空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点(Zn与Al的化学性质相似)。下列有关说法错误的是(　　)
A．电池放电时Zn电极逐渐溶解
B．电池放电时化学能转化为电能
C．电子由石墨经导线流向Zn片
D．石墨为正极
3．LED产品的使用为城市增添色彩。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋
C．通入O2的电极为电池的正极
D．该装置将化学能最终转化为电能
4．可用于电动汽车的铝－空气电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是(　　)
A．两种情况下的正极反应式都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应式为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3
C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
5．手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　)
A．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO
B．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．电池内部产生的MnO向锂电极移动
D．钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多
6．科学家研制出一种乙醇电池，它用酸性溶液(H＋)作电解质溶液。电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列说法不正确的是(　　)
A．乙醇在电池的负极上参加反应
B．1 mol CH3CH2OH被氧化转移6 mol电子
C．在外电路中电子由负极经导线流向正极
D．随着反应的进行，正极附近溶液的酸性减弱
7．某研究所研制的氢氧燃料电池，可同时提供电和水。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列推断正确的是(　　)
A．正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
C．该电池供应36 g水，同时转移2 mol电子
D．负极反应为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2
[应用·实践]
8．(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如右。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是(　　)
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋
9．银锌电池是一种常见化学电源，其放电时的反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作原理示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
10．以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)具有广阔的应用前景，一种氧离子导电SOFC的工作原理如图所示(NH3在催化剂作用下先分解为N2和H2)。下列说法不正确的是(　　)
A．H2在负极放电
B．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
C．外电路转移6 mol e－，理论上生成4 mol H2O
D．O2－向负极移动
11．第二代钠离子电池是负极为镶嵌在硬碳中的钠、正极为锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}的一种新型二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，B极的电势高于A极
B．放电时，正极反应为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]
C．充电时，Na＋穿过离子交换膜在B极上得电子
D．充电时，A极接外加电源的正极
12．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较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。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时，正极发生________反应(填“氧化”或“还原”)；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为__________________________________。
(3)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
[创新·提高]
13．科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
(1)上述生产硫酸的总反应方程式为____________________，b是________极，b电极反应式为__________________________，生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)电极区域运动。
(2)该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是________(填字母)。
A．原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B．原电池装置一定需要2个活动性不同的金属电极
C．电极一定不能参加反应
D．氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H＋通过)的燃料电池的结构示意图如下：
质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，c电极为________(填“正极”或“负极”)，c电极的电极反应式为__________________________。
1化学　必修 第二册(苏教)
第二课时　化学电源
　1．知道一次电池、二次电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点及在生活中的应用。2．能正确书写简单化学电源的电极反应式。3．了解研制新型电池的重要性。4．初步了解电解池概念及电解在物质制备中的应用。
一、化学电源
1．化学电源的分类
分类 特点 举例
一次电池 用过之后不能复原 锌锰干电池
二次电池 充电后能继续使用 银锌纽扣电池、铅蓄电池、镍氢电池
燃料电池 燃料和氧化剂由外部连续供给 氢氧燃料电池、甲醇－空气燃料电池
2．常见化学电源的组成与反应原理
电池名称 电池组成 电池反应
锌锰干电池 锌、石墨棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
银锌纽扣电池 锌、氧化银、氢氧化钾溶液 Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag
铅蓄电池 铅、二氧化铅、硫酸 PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
镍氢电池 贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O(MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)
氢氧燃料电池 铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液 2H2＋O2===2H2O
甲醇－空气燃料电池 钯碳/甲醇、铂－烧结镍/空气、氢氧化钾溶液 2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
二、电解池
1．概念
将电能转化为化学能的装置。
2．电解的应用
　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(　　)
(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。(　　)
(3)充电电池可以无限制地反复充、放电。(　　)
(4)原电池放电和电解池充电互为可逆反应。(　　)
(5)电解饱和食盐水阳极产生Cl2。(　　)
(6)电解时电子的流向为电源负极→阴极→溶液→阳极→电源正极。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。 [问题探究] 1．燃料电池在工作时燃烧吗？氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？若不同，请分别写出反应式。除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？ 提示：不燃烧，因为燃料电池的原料是在两极分 别发生氧化反应和还原反应，而不是直接进行得失电子的反应。不相同；酸性条件下正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，碱性条件下正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。负极反应物还可以是烃(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、水煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。 2．铅蓄电池的正、负极材料是什么？电解质溶液是什么？工作时正、负极质量有什么变化？ 提示：负极：Pb；正极：PbO2；电解质溶液：稀H2SO4。工作时正极由PbO2变为PbSO4，负极由Pb变为PbSO4，质量均增加。
知识点一　一次电池与二次电池
1．一次电池——锌锰干电池
(1)结构：锌锰干电池的锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的NH4Cl等作电解质。
(2)原理：锌锰干电池是一次电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
(3)电极反应
负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋
正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
2．二次电池
(1)二次电池又称充电电池。其能量的转化关系：化学能电能。
(2)常见的二次电池——铅蓄电池
①结构：负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。
②原理：放电后可以充电，使活性物质获得再生。
③电极反应
a．放电时
负极(Pb)：Pb＋SO－2e－===PbSO4
正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
b．充电时
阴极(Pb)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
阳极(PbO2)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
④应用：电压稳定，使用方便安全，常作汽车电瓶。
3．根据总反应写电极反应式的方法
根据总反应和电解质特点，写出较易写的电极反应式，然后用总反应减去该电极反应式，可得另一极的电极反应式。
＝－
如：银锌纽扣电池(KOH溶液)
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
负极(易写)反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
正极(复杂)反应＝总反应－负极反应式，得：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。
1．下列有关锌锰干电池的说法正确的是(　　)
A．锌外壳是负极，石墨棒是正极
B．在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C．电流从锌外壳流到石墨棒上
D．在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动
答案：A
2．镍镉(Ni Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．放电时的正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
B．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pH不变
D．放电时，电解质溶液中的OH－向正极移动
答案：A
解析：根据题给总反应可知，放电时Cd的化合价升高，作负极，电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围溶液中OH－的浓度减小，pH减小，总反应减负极反应式可得正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，A正确，C错误；充电过程电能转化为化学能，B错误；放电时，电解质溶液中的OH－移向负极(Cd电极)，D错误。
知识点二　燃料电池
1．氢氧燃料电池
电极材料 铂碳 铂碳
电解质溶液 氢氧化钾溶液 稀硫酸
结构原理 示意图
电极反应 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
电池总反应 2H2＋O2===2H2O
2．燃料电池电极反应式的书写方法
(1)写出电池总反应。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。例如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，若电解质溶液不同，其电极反应有所不同，我们要熟记以下两种情况：
①酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)根据电池总反应和正极反应式写出电池的负极反应式。
3．对燃料电池的理解
(1)对反应本质的理解：燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。
(2)对反应方式的理解：燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料的燃烧反应，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。
(3)对反应程度的理解：燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是平稳的。
(4)对能量利用的理解：燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低，燃料电池的能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。
(5)对电极的理解：燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。
3．燃料电池是目前电池研究的热点之一。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极发生的电极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．电池总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
答案：B
解析：B项，b极通入O2，为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，不正确。
4．如图是甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是(　　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液pH保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
答案：C
解析：该电池的总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，因此溶液的碱性降低，C错误。
知识点三　电解在物质制备中的应用
1．电解原理图示
2．电解池的特征
(1)有外加电源。
(2)电解池的能量变化：电能→化学能。
(3)电解池的电极：①阳极(接电源正极)→氧化反应→化合价升高→失电子；②阴极(接电源负极)→还原反应→化合价降低→得电子。
(4)电解池的电子流向：负极→阴极，阳极→正极。
(5)电解池的离子流向：溶液中的阳离子→阴极，溶液中的阴离子→阳极。
3．电解池阴、阳极的判断方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接方式 与电源正极相连的电极 与电源负极相连的电极
电子或电流流动方向 电子流出，电流流入的电极 电子流入，电流流出的电极
离子迁移方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极
反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极
4．应用
(1)氯碱工业
①电解原理分析及电极反应：NaCl是强电解质，在溶液中完全电离，水也能部分电离，NaCl===Na＋＋Cl－、H2O??H＋＋OH－。放电能力：H＋>Na＋，Cl－>OH－，通直流电后，H＋、Na＋向阴极移动，H＋被还原成H2，Cl－、OH－向阳极移动，Cl－被氧化成Cl2。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
电解过程中阴极的H＋来自水的电离，同时剩余OH－，则生成NaOH，故电解饱和食盐水的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②由于阴极产物为H2、NaOH，阳极产物为Cl2，故工业上习惯把电解饱和食盐水叫作氯碱工业。
(2)制备活泼金属或非金属
通常用电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al等，Cl2等活泼非金属单质也可用电解法制备。如2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
5．下列关于电解饱和食盐水的说法正确的是(　　)
①电解产物为Cl2和Na　②电解过程中，碳棒一极产生黄绿色气体　③电解一段时间后，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色　④电解一段时间后，向铁钉附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
答案：D
解析：电解饱和食盐水生成NaOH、H2和Cl2，①错误；电解过程中，碳棒作阳极，阳极上Cl－发生失电子的氧化反应，产生黄绿色气体氯气，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液不会呈红色，②正确，③错误；电解过程中，铁钉作阴极，阴极上H＋发生还原反应，水电离产生的OH－浓度增加，碱性增强，在铁钉附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色，④正确。
6．下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的氯化铝制取金属铝
B．电解熔融的氯化钠制取金属钠，阴极反应式为Na＋＋e－===Na
C．电解饱和食盐水制烧碱
D．电解熔融的氯化镁制取金属镁
答案：A
本课总结
自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
随堂提升
1．某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，则该电池负极发生的反应是(　　)
A．CH3OH＋8OH－－6e－===6H2O＋CO
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案：C
2．汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　)
A．PbO2是电池的负极 B．Pb是电池的负极
C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液的酸性增强
答案：B
解析：PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以PbO2是电池的正极，故A、C错误；由于电池放电过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D错误。
3．我国科研人员研制出一种Li N2电池，电池反应为6Li＋N2===2Li3N，其放电过程为原电池工作原理，电池结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a极作正极
B．N2发生氧化反应
C．a极的电极反应式为Li－e－===Li＋
D．电池工作时，电子从a电极经导线流向b电极，再从b电极经电解质溶液流向a电极
答案：C
解析：该电池中锂易失电子作负极，碳为正极，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N。放电时Li→Li＋，Li的化合价升高，发生失电子的氧化反应，a极作负极，故A错误；放电时N2→Li3N，N的化合价降低，发生得电子的还原反应，故B错误；在电解质溶液中不存在电子的流动，故D错误。
4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一张薄层纸片(在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，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作用
C．当0．1 mol Zn完全溶解时，转移电子数为1．204×1024
D．该电池的正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
答案：D
解析：由电池总反应可知，Zn的化合价从0升高到＋2，失电子，发生氧化反应，作负极；Mn的化合价从＋4降低到＋3，得电子，发生还原反应，故MnO2作正极，起氧化剂作用，A、B错误。Zn的化合价从0升高到＋2，1 mol Zn失去2 mol电子，则0．1 mol Zn完全溶解失去0．2 mol电子，转移电子数为0．2 mol×6．02×1023 mol－1＝1．204×1023，C错误。
5．“碳呼吸”电池工作原理如图所示，电解质溶液为含C2O的盐溶液，电池总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，下列有关说法正确的是(　　)
A．Al作正极
B．C2O由正极向负极迁移
C．该装置将电能转化为化学能
D．每生成1 mol Al2(C2O4)3，需要消耗134．4 L CO2
答案：B
解析：根据电池总反应2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3可知，Al的化合价升高，被氧化，故Al作负极，C的化合价降低，被还原，故通CO2的一极为正极，A错误；原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，故C2O由正极向负极迁移，B正确；该装置是原电池，将化学能转化为电能，C错误；通过电池总反应2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3可知，每生成1 mol Al2(C2O4)3，需要消耗6 mol CO2，其在标准状况下的体积为6 mol×22．4 L/mol＝134．4 L，但题干未指明标准状况下，故无法求算消耗CO2的体积，D错误。
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★
对点 化学电源的分类 新型化学电源的工作原理 燃料电池的原理 新型化学电源的工作原理 新型化学电源的工作原理 燃料电池的原理及相关计算 燃料电池的原理及相关计算
题号 8 9 10 11 12 13
难度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★
对点 锌锰干电池的原理 二次电池放电时的工作原理 新型燃料电池的工作原理 新型二次电池的工作原理 新型二次电池的工作原理 化学电源与物质生产结合的综合考查
[学习·理解]
1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是(　　)
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
答案：A
2．锌－空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点(Zn与Al的化学性质相似)。下列有关说法错误的是(　　)
A．电池放电时Zn电极逐渐溶解
B．电池放电时化学能转化为电能
C．电子由石墨经导线流向Zn片
D．石墨为正极
答案：C
3．LED产品的使用为城市增添色彩。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋
C．通入O2的电极为电池的正极
D．该装置将化学能最终转化为电能
答案：C
解析：A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气；B项，a为负极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；D项，该装置的能量转换是化学能→电能→光能。
4．可用于电动汽车的铝－空气电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是(　　)
A．两种情况下的正极反应式都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应式为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3
C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
答案：A
解析：以NaOH溶液为电解质溶液时，Al作负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，故B错误；以NaOH溶液为电解质溶液时，电池总反应为4Al＋4OH－＋3O2===4AlO＋2H2O，OH－参加反应且生成水，所以溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电子从负极Al沿导线流向正极，故D错误。
5．手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　)
A．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO
B．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．电池内部产生的MnO向锂电极移动
D．钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多
答案：C
解析：由锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2可知Li失去电子，Li作负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，正极上MnO2得到电子，电极反应式为MnO2＋e－===MnO，故A、B错误；电池内部产生的MnO向负极即锂电极移动，故C正确；钠和锂为同主族元素，相同物质的量的Na和Li失电子数相同，Li的相对原子质量较小，则相同质量的钠作电极比锂失电子数少，提供的电能少，故D错误。
6．科学家研制出一种乙醇电池，它用酸性溶液(H＋)作电解质溶液。电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列说法不正确的是(　　)
A．乙醇在电池的负极上参加反应
B．1 mol CH3CH2OH被氧化转移6 mol电子
C．在外电路中电子由负极经导线流向正极
D．随着反应的进行，正极附近溶液的酸性减弱
答案：B
解析：乙醇在负极上失电子，发生氧化反应，A正确；乙醇中碳元素的平均化合价为－2，而氧化产物CO2中碳元素的化合价为＋4，所以反应中1 mol CH3CH2OH被氧化转移电子(4＋2)×2 mol＝12 mol，B错误；原电池中，电子由负极经导线流向正极，C正确；该乙醇燃料电池用酸性溶液(H＋)作电解质溶液，所以正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，随着反应的进行，H＋不断被消耗，且生成了水，正极附近溶液的酸性减弱，D正确。
7．某研究所研制的氢氧燃料电池，可同时提供电和水。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，则下列推断正确的是(　　)
A．正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
C．该电池供应36 g水，同时转移2 mol电子
D．负极反应为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2
答案：D
解析：放电时，负极反应为2H2－4e－＋2CO===2CO2＋2H2O，根据总反应式可知，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，A错误，D正确；该电池使用的电解质是熔融的K2CO3，在常温下无法工作，B错误；由反应可知，该电池供应36 g水，即生成2 mol H2O转移4 mol电子，C错误。
[应用·实践]
8．(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如右。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是(　　)
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋
答案：D
解析：酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，负极发生失电子的氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，A错误，D正确；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，B错误；MnO2发生得电子的还原反应，C错误。
9．银锌电池是一种常见化学电源，其放电时的反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作原理示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
答案：D
解析：根据方程式可知消耗水，氢氧根离子浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。
10．以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)具有广阔的应用前景，一种氧离子导电SOFC的工作原理如图所示(NH3在催化剂作用下先分解为N2和H2)。下列说法不正确的是(　　)
A．H2在负极放电
B．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
C．外电路转移6 mol e－，理论上生成4 mol H2O
D．O2－向负极移动
答案：C
解析：由题图可知，NH3在催化剂作用下先分解为N2和H2，H2在负极失电子生成H2O，故A正确；由题图可知，O2在正极得电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B正确；H2在负极失电子生成H2O，电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，外电路转移6 mol e－，理论上生成3 mol H2O，故C错误；原电池中阴离子向负极移动，则O2－向负极移动，故D正确。
11．第二代钠离子电池是负极为镶嵌在硬碳中的钠、正极为锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}的一种新型二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，B极的电势高于A极
B．放电时，正极反应为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]
C．充电时，Na＋穿过离子交换膜在B极上得电子
D．充电时，A极接外加电源的正极
答案：A
解析：由题图可知，放电时，B极是原电池负极，镶嵌在硬碳中的钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，电极反应式为Na－e－===Na＋，A极是正极，在钠离子作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应生成Na2Mn[Mn(CN)6]，电极反应式为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]，充电时，A极与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，B极为阴极。由分析可知，放电时，B极是原电池负极，A极是正极，原电池中正极电势高于负极，则A极的电势高于B极，故A错误。
12．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较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。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是________。
(2)放电时，正极发生________反应(填“氧化”或“还原”)；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为__________________________________。
(3)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
答案：(1)Zn
(2)还原　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
(3)正
解析：(3)放电时正极反应为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，反应中产生OH－，c(OH－)增大，所以正极附近溶液的碱性增强。
[创新·提高]
13．科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
(1)上述生产硫酸的总反应方程式为____________________，b是________极，b电极反应式为__________________________，生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)电极区域运动。
(2)该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是________(填字母)。
A．原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B．原电池装置一定需要2个活动性不同的金属电极
C．电极一定不能参加反应
D．氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H＋通过)的燃料电池的结构示意图如下：
质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，c电极为________(填“正极”或“负极”)，c电极的电极反应式为__________________________。
答案：(1)2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4　正　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　b　
(2)D　(3)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
解析：(1)根据装置图可知，a电极通入SO2，SO2发生失去电子的氧化反应，在b电极上通入O2，则生产硫酸的总反应方程式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4；b电极是正极，O2在酸性条件下得电子生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；原电池中阳离子向正极移动，则生产过程中H＋向b电极区域运动。
(2)原电池反应的过程中一定有电子发生转移，A错误；原电池装置不一定需要2个活动性不同的金属电极，例如燃料电池两极材料可以相同，此外，导电非金属石墨也可以做电极，B错误；原电池中电极可以参加反应，例如铜、锌、稀硫酸组成的原电池中，锌电极参加反应，C错误。
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