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第2课时　化学电源
课标定向　
　　1.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。(宏观辨识与微观探析)
　　2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如新型电池的开发等。(科学态度与社会责任)
教学建议 情境导入
通过生活中常用的锌锰干电池、铅蓄电池、锂离子电池等认识一次、二次电池的原理、电极反应方程式的书写、电解质溶液的变化等;通过自行制作一个简单的燃料电池活动等认识燃料电池的工作原理、注意事项及生活中的应用等。 2024北京冬奥会后,再次刮起“氢能源旋风”“性能稳定,动力足,上坡不费劲”,北京冬奥赛区氢能汽车得到高度评价,从此,氢能产业的发展将进入快车道,氢燃料电池汽车也将正式进入全球几大经济体的重点发展规划。
学习任务一:化学电源初步认识　基础理解
【教材认知】
1.自制简易电池
(1)简易电池组装
利用铜片、锌片或铝片、强碱溶液、白醋(或橙子)等材料均可制造简易电池。
(2)水果电池的发电原理
金属片的电化学活性不同, 的金属能置换水果中的酸性物质的氢离子,理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关。
2.化学电池的分类及其特点
3.化学电池的优点
具有 高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。
[闪问]　二次电池的反应是可逆反应吗
【针对训练】
1.下列生活中的常见电池,属于一次电池的是(　　)
A.锌锰干电池　　 B.镍镉电池
C.锂离子电池 D.铅蓄电池
2.下列电池不属于二次电池的是(　　)
A B C D
手机用锂电池 电动汽车用电池 铅蓄电池 锌锰干电池
3.发明创造为人类文明进步作出了巨大贡献。下列装置工作时,涉及的能量转化主要是化学能与电能之间的转化的是(　　)
A.新型太阳能路灯 B.“长征五号”遥四运载火箭发射 C.铅蓄电池 D.煤气灶
学习任务二:常见化学电源及工作原理　基础理解
【教材认知】
1.一次电池
锌锰干电池:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
[闪问]　教材“锌锰干电池”电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH),则电池工作时负极电极反应式是什么
提示:负极:Zn-2e-===Zn2+
2.二次电池
(1)银锌纽扣电池
总反应 方程式 Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag
负极反应 方程式
正极反应 方程式
(2)铅蓄电池
①结构示意图
②工作原理
[闪问]　铅蓄电池放电时,负极、正极的质量如何变化
(3)镍氢电池
总反应 方程式 NiO(OH)+MHNiO+M+H2O
负极反应式 MH+OH--e-===M+H2O
正极反应式
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池
种类 酸性 碱性
负极反应式
正极反应式
电池总 反应方程式 2H2+O2===2H2O
(2)碱性甲醇燃料电池
总反应方程式 2CH3OH+3O2+4OH-===2C+6H2O
负极反应式 2CH3OH-12e-+16OH-===2C+12H2O
正极反应式
[小试身手]有人设计以铂和锌为电极材料的电池,植入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是 锌 ,电极反应式为 2Zn-4e-===2Zn2+ 。
(2)正极材料是 铂 ,电极反应式为 O2+2H2O+4e-===4OH- 。
【思考讨论】
1.思考:(1)碱性锌锰干电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2,则其正极反应式是什么
(2)镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,负极反应式是什么
2.辨析:燃料电池当以氢气为燃料时,产物为水;以甲烷为燃料时,产物为水和二氧化碳,通氢气和甲烷等可燃性气体的一极为电池的什么极 氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液,两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化
【核心总结】
1.几种电池的特点
名称 干电池(一次电池) 充电电池(二次电池) 燃料电池
特点 ①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,不能再使用 ②电解质溶液为胶状,不流动 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充放电,重复使用 ①电极本身不包含活性物质,只是一个催化转换元件 ②工作时,燃料和氧化剂由外部连续地供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出
举例 普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等 铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
2.“6”步突破燃料电池负极反应式的书写
(1)依据电解质溶液确定产物
(2)配平除“H”“O”元素之外的其他元素
(3)确定得失电子数目
(4)用“H+”(或OH-或C或O2-)配平电荷守恒
(5)补“H2O”配平“H”元素守恒
(6)最后用“O”检查是否正确。
3.熟记“2”种环境正极反应式的书写
(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-===2H2O;
(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-。
提醒:电极反应中转移的电子数必须要与总反应方程式中转移的电子数相同。
【针对训练】
1.下列有关锌锰干电池的说法正确的是(　　)
A.锌外壳是负极,石墨棒是正极材料
B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C.电流从锌流到石墨棒上
D.在电池内部阳离子从石墨棒向锌片移动
2.铅蓄电池历史悠久,至今仍在多领域发挥着重要作用。下列说法正确的是(　　)
A.该电池是二次电池,充电和放电互为可逆反应
B.放电时,负极的电极反应式是Pb-2e-===Pb2+
C.充电时,铅蓄电池负极应连接外接电源的负极
D.放电时,每转移1 mol电子时正极质量增加64 g
3.(2024·武汉高一检测)某燃料电池装置如图所示,则有关该电池的说法不正确的是(　　)
A.根据电子移动方向,可知a极为电池的负极
B.该电池的总反应可表示为2H2+O2===2H2O
C.b极发生的电极反应:O2+4e-+2H2O===4OH-
D.溶液中OH-由a极向b极移动
4.(前沿科技)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源,该电池以金属锂和钢板为电极材料。以LiOH为电解质溶液,使用时加入水即可放电。
该电池的负极材料是什么 OH-的移动方向 如何书写反应的总方程式
学习任务三:电解(选考要求)　 基础理解
【教材认知】
1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.电解池:把电能转变为化学能的装置。
3.电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式:
4.电解饱和食盐水
(1)电极反应:阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:2H++2e-===H2↑
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
(3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。
5.电镀铜或电解精炼铜
项目 电镀(Fe上镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极 材料 铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极 反应 Cu-2e-===Cu2+ Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ Ni-2e-===Ni2+
阴极 电极材料 铁 纯铜
电极反应 Cu2++2e-===Cu
电解质溶液 CuSO4溶液
注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉在电解池底部形成阳极泥
6.电解冶炼钠(电解熔融NaCl)
(1)电极反应:
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:2Na++2e-===2Na
(2)总反应方程式: 2NaCl(熔融)2Na+ Cl2↑
【思考讨论】
1.思考:电解Al2O3制取铝时加入冰晶石的作用是什么
2.质疑:电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3吗
【针对训练】
1.下列关于电解池及其应用的说法正确的是(　　)
A.电解池是将化学能转化为电能的装置
B.电解氧化铝在阴极得到氧气
C.电解NaCl溶液可以冶炼金属钠
D.电解反应都是氧化还原反应
2.为迎接江苏省中学生实验操作大赛,某校化学研究性学习小组在研究用石墨电极电解氯化铜溶液时,查阅资料得知,CuC显黄色,氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;浓度分别为0.01 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.10 mol·L-1、0.50 mol·L-1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和,对比发现,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
(1)阳极上的气体呈 黄绿 色,检验该气体可用 湿润的淀粉碘化钾试纸 。
(2)写出电解的离子方程式: Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑ 。
(3)实验中,装置的阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色,原因是 铜离子浓度减小 。
(4)取出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验探究此浅蓝色固体:
取此固体溶于盐酸中,若溶液变为蓝色,说明是氢氧化铜 。
(5)为什么要设计连接后面的装置 吸收氯气,防止污染空气 。
学情检测·素养达标
1.下列关于四种装置的叙述不正确的是(　　)
A.电池Ⅰ:铜表面产生气泡
B.电池Ⅱ:是充电电池,属于二次电池
C.电池Ⅲ:外电路中电流由电极a通过导线流向电极b
D.电池Ⅳ:锌筒作负极,被氧化
2.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A.镁片为正极
B.食盐水为电解质溶液
C.电池工作时镁片逐渐被消耗
D.电池工作时实现了化学能向电能的转化
3.(2024·南京高一检测)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池,其结构如图所示。放电时的电池反应:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。下列说法中,正确的是(　　)
A.Pb作电池的负极
B.PbO2作电池的负极
C.PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液酸性增强
4.(2024·北京西城区高一检测)甲烷燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.a极为正极
B.K+从b极经溶液流向a极
C.工作一段时间后,b极附近的pH会减小
D.a极的电极反应为CH4+10OH--8e-===C+7H2O
【补偿训练】化学电源在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示),锌锰干电池的负极材料是 锌 ,负极发生的电极反应式为 Zn-2e-===Zn2+ 。
若反应消耗16.25 g负极材料,则电池中转移电子的物质的量为 0.5 mol。
(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池的电池总反应式可以表示为Cd+2NiO(OH) +2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水,但能溶于酸,以下说法正确的是 BD 。
A.NiO(OH)作负极
B.Cd作负极
C.此电池是一次电池
D.放电时化学能转变为电能第2课时　化学电源
课标定向　
　　1.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。(宏观辨识与微观探析)
　　2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如新型电池的开发等。(科学态度与社会责任)
教学建议 情境导入
通过生活中常用的锌锰干电池、铅蓄电池、锂离子电池等认识一次、二次电池的原理、电极反应方程式的书写、电解质溶液的变化等;通过自行制作一个简单的燃料电池活动等认识燃料电池的工作原理、注意事项及生活中的应用等。 2024北京冬奥会后,再次刮起“氢能源旋风”“性能稳定,动力足,上坡不费劲”,北京冬奥赛区氢能汽车得到高度评价,从此,氢能产业的发展将进入快车道,氢燃料电池汽车也将正式进入全球几大经济体的重点发展规划。
学习任务一:化学电源初步认识　基础理解
【教材认知】
1.自制简易电池
(1)简易电池组装
利用铜片、锌片或铝片、强碱溶液、白醋(或橙子)等材料均可制造简易电池。
(2)水果电池的发电原理
金属片的电化学活性不同,更活泼的金属能置换水果中的酸性物质的氢离子,理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关。
2.化学电池的分类及其特点
3.化学电池的优点
具有能量转换效率高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。
[闪问]　二次电池的反应是可逆反应吗
提示:条件不同,不是可逆反应。
【针对训练】
1.下列生活中的常见电池,属于一次电池的是(　　)
A.锌锰干电池　　 B.镍镉电池
C.锂离子电池 D.铅蓄电池
【解析】选A。普通锌锰干电池为一次电池,不能充电而重复使用,选项A符合;镍镉电池为可充电电池,为二次电池,选项B不符合;锂离子电池为可充电电池,为二次电池,选项C不符合;铅蓄电池为可充电电池,为二次电池,选项D不符合。
2.下列电池不属于二次电池的是(　　)
A B C D
手机用锂电池 电动汽车用电池 铅蓄电池 锌锰干电池
【解析】选D。手机用锂电池,可充电,属于二次电池,A不选;电动汽车用电池,可充电,属于二次电池,B不选;铅蓄电池,可充电,属于二次电池,C不选;锌锰干电池不可充电,属于一次电池,D选。
3.发明创造为人类文明进步作出了巨大贡献。下列装置工作时,涉及的能量转化主要是化学能与电能之间的转化的是(　　)
A.新型太阳能路灯 B.“长征五号”遥四运载火箭发射 C.铅蓄电池 D.煤气灶
【解析】选C。太阳能路灯涉及的能量转化是太阳能转化为电能,A项不符合题意;火箭发射涉及的能量转化主要是化学能转化为动能,B项不符合题意;铅蓄电池是一种二次电池,使用电池时化学能转化为电能,充电时电能转化为化学能,C项符合题意;煤气灶使用时,涉及的能量转化主要是化学能转化为热能,D项不符合题意。
学习任务二:常见化学电源及工作原理　基础理解
【教材认知】
1.一次电池
锌锰干电池:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
[闪问]　教材“锌锰干电池”电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH),则电池工作时负极电极反应式是什么
提示:负极:Zn-2e-===Zn2+
2.二次电池
(1)银锌纽扣电池
总反应 方程式 Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag
负极反应 方程式 Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
正极反应 方程式 Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-
(2)铅蓄电池
①结构示意图
②工作原理
[闪问]　铅蓄电池放电时,负极、正极的质量如何变化
提示:铅、氧化铅均转变成硫酸铅,故质量均增加。
(3)镍氢电池
总反应 方程式 NiO(OH)+MHNiO+M+H2O
负极反应式 MH+OH--e-===M+H2O
正极反应式 NiO(OH)+e-===NiO+OH-
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2-4e-===4H+ 2H2+4OH--4e-===4H2O
正极反应式 O2+4e-+4H+===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH-
电池总 反应方程式 2H2+O2===2H2O
(2)碱性甲醇燃料电池
总反应方程式 2CH3OH+3O2+4OH-===2C+6H2O
负极反应式 2CH3OH-12e-+16OH-===2C+12H2O
正极反应式 3O2+12e-+6H2O===12OH-
[小试身手]有人设计以铂和锌为电极材料的电池,植入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是　锌　,电极反应式为　2Zn-4e-===2Zn2+　。
(2)正极材料是　铂　,电极反应式为　O2+2H2O+4e-===4OH-　。
【解析】以铂和锌为电极材料的电池,植入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源,正极是铂,负极是锌,电解质溶液是人体血液,工作时,负极锌被氧化,血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2+4e-+2H2O===4OH-;负极的反应为2Zn-4e-===2Zn2+。
【思考讨论】
1.思考:(1)碱性锌锰干电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2,则其正极反应式是什么
提示:MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-。
(2)镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,负极反应式是什么
提示:Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2。
2.辨析:燃料电池当以氢气为燃料时,产物为水;以甲烷为燃料时,产物为水和二氧化碳,通氢气和甲烷等可燃性气体的一极为电池的什么极 氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液,两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化
提示:氢气和甲烷发生氧化反应,故该极为负极;以氢气为燃料时,产物为水,故碱性环境中pH减小,酸性环境中pH增大。
【核心总结】
1.几种电池的特点
名称 干电池(一次电池) 充电电池(二次电池) 燃料电池
特点 ①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,不能再使用 ②电解质溶液为胶状,不流动 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充放电,重复使用 ①电极本身不包含活性物质,只是一个催化转换元件 ②工作时,燃料和氧化剂由外部连续地供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出
举例 普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等 铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
2.“6”步突破燃料电池负极反应式的书写
(1)依据电解质溶液确定产物
(2)配平除“H”“O”元素之外的其他元素
(3)确定得失电子数目
(4)用“H+”(或OH-或C或O2-)配平电荷守恒
(5)补“H2O”配平“H”元素守恒
(6)最后用“O”检查是否正确。
3.熟记“2”种环境正极反应式的书写
(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-===2H2O;
(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-。
提醒:电极反应中转移的电子数必须要与总反应方程式中转移的电子数相同。
【针对训练】
1.下列有关锌锰干电池的说法正确的是(　　)
A.锌外壳是负极,石墨棒是正极材料
B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C.电流从锌流到石墨棒上
D.在电池内部阳离子从石墨棒向锌片移动
【解析】选A。A项,在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨棒是正极,故正确;B项,在外电路中电子从锌外壳流向石墨棒,故错误;C项,电流的方向与电子的流向相反,应从石墨棒流向锌,故错误;D项,电池内部,阳离子向正极石墨棒移动,故错误。
2.铅蓄电池历史悠久,至今仍在多领域发挥着重要作用。下列说法正确的是(　　)
A.该电池是二次电池,充电和放电互为可逆反应
B.放电时,负极的电极反应式是Pb-2e-===Pb2+
C.充电时,铅蓄电池负极应连接外接电源的负极
D.放电时,每转移1 mol电子时正极质量增加64 g
【解析】选C。放电时,负极上Pb失电子发生氧化反应,电极反应式为Pb-2e-+ S=== PbSO4,正极上二氧化铅得电子发生还原反应,电极反应式为PbO2+S +4H++2e-===PbSO4+2H2O,充电时,阳极上电极反应式与正极相反,阴极上电极反应式与负极相反。A.铅蓄电池为二次电池,但是充放电反应条件不同,不属于可逆反应,A错误;B.放电时,负极的电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4,B错误;C.充电时,电解池的阴极连接外接电源的负极,即铅蓄电池的负极连接外接电源负极,C正确;D.正极电极反应式为PbO2+S+4H++2e-===PbSO4+2H2O,每转移1 mol电子,正极质量增加32 g,D错误。
3.(2024·武汉高一检测)某燃料电池装置如图所示,则有关该电池的说法不正确的是(　　)
A.根据电子移动方向,可知a极为电池的负极
B.该电池的总反应可表示为2H2+O2===2H2O
C.b极发生的电极反应:O2+4e-+2H2O===4OH-
D.溶液中OH-由a极向b极移动
【解析】选D。电子从a极流出,经外电路,流入b极,则a极失去电子,发生氧化反应,为负极,故A正确;负极上氢气失去电子,电极方程式为H2+2OH--2e-===2H2O,正极上是氧气得电子的还原反应:O2+4e-+2H2O===4OH-,该电池的总反应可表示为2H2+O2===2H2O,故B、C正确;溶液中的阴离子由正极向负极移动,即OH-由b极向a极移动,故D错误。
4.(前沿科技)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源,该电池以金属锂和钢板为电极材料。以LiOH为电解质溶液,使用时加入水即可放电。
该电池的负极材料是什么 OH-的移动方向 如何书写反应的总方程式
提示:该电池的负极是锂,氧化剂水在正极上得到电子生成氢气,电解质是LiOH,OH-向负极移动,总方程式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑。
学习任务三:电解(选考要求)　 基础理解
【教材认知】
1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.电解池:把电能转变为化学能的装置。
3.电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式:Cu2++2Cl-Cl2↑+Cu
4.电解饱和食盐水
(1)电极反应:阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:2H++2e-===H2↑
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
(3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。
5.电镀铜或电解精炼铜
项目 电镀(Fe上镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极 材料 铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极 反应 Cu-2e-===Cu2+ Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ Ni-2e-===Ni2+
阴极 电极材料 铁 纯铜
电极反应 Cu2++2e-===Cu
电解质溶液 CuSO4溶液
注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉在电解池底部形成阳极泥
6.电解冶炼钠(电解熔融NaCl)
(1)电极反应:
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:2Na++2e-===2Na
(2)总反应方程式: 2NaCl(熔融)2Na+ Cl2↑
【思考讨论】
1.思考:电解Al2O3制取铝时加入冰晶石的作用是什么
提示:降低氧化铝的熔点。
2.质疑:电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3吗
提示:不可以,MgO熔点高,熔融需要能量高;AlCl3是共价化合物,熔融时不导电。
【针对训练】
1.下列关于电解池及其应用的说法正确的是(　　)
A.电解池是将化学能转化为电能的装置
B.电解氧化铝在阴极得到氧气
C.电解NaCl溶液可以冶炼金属钠
D.电解反应都是氧化还原反应
【解析】选D。电解池是将电能转化为化学能的装置,故A错误;电解Al2O3时,在阴极得到铝,在阳极得到氧气,故B错误;电解熔融的NaCl可制备金属Na,故C错误。
2.为迎接江苏省中学生实验操作大赛,某校化学研究性学习小组在研究用石墨电极电解氯化铜溶液时,查阅资料得知,CuC显黄色,氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;浓度分别为0.01 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.10 mol·L-1、0.50 mol·L-1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和,对比发现,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
(1)阳极上的气体呈　黄绿　色,检验该气体可用　湿润的淀粉碘化钾试纸　。
【解析】(1)惰性电极电解氯化铜溶液,阳极上氯离子放电生成氯气,氯气呈黄绿色,氯气具有强氧化性,能把碘离子氧化为单质碘,因此检验该气体可用湿润的淀粉碘化钾试纸。
(2)写出电解的离子方程式:　 Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑　。
【解析】(2)惰性电极电解氯化铜溶液,生成氯气和铜,电解的离子方程式为Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑。
(3)实验中,装置的阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色,原因是　铜离子浓度减小　。
【解析】(3)由于实验中阴极上铜离子放电,铜离子浓度减小,因此装置的阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色。
(4)取出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验探究此浅蓝色固体:
取此固体溶于盐酸中,若溶液变为蓝色,说明是氢氧化铜　。
【解析】(4)阴极上电极反应式为Cu2++2e-===Cu,当铜离子放电完毕后,氢离子放电,2H++2e-===H2↑,致使该电极附近呈碱性,因此有氢氧化铜生成,即浅蓝色固体是氢氧化铜,由于铜不溶于盐酸,所以实验方案为取此固体溶于盐酸中,若溶液变为蓝色,说明是氢氧化铜。
(5)为什么要设计连接后面的装置 　 吸收氯气,防止污染空气　。
【解析】(5)由于氯气有毒,需要尾气处理,所以要设计连接后面的装置吸收氯气,防止污染空气。
学情检测·素养达标
1.下列关于四种装置的叙述不正确的是(　　)
A.电池Ⅰ:铜表面产生气泡
B.电池Ⅱ:是充电电池,属于二次电池
C.电池Ⅲ:外电路中电流由电极a通过导线流向电极b
D.电池Ⅳ:锌筒作负极,被氧化
【解析】选C。A.锌-铜-稀硫酸原电池中铜为正极,H+在铜片表面被还原,产生气泡,故A正确;B.铅蓄电池是最早使用的充电电池,属于二次电池,故B正确;C.氢氧燃料电池中通入氢气的电极为负极,原电池工作时,电子由负极经外电路流向正极,即电子由a经外电路流向电极b,则电流由电极b通过导线流向电极a,故C错误;D.干电池中Zn易失电子发生氧化反应而作负极,生成的锌离子进入电解质溶液,故D正确。
2.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A.镁片为正极
B.食盐水为电解质溶液
C.电池工作时镁片逐渐被消耗
D.电池工作时实现了化学能向电能的转化
【解析】选A。A.从电池反应看,Mg由0价升高到+2价,则镁片失电子,作负极,A错误;B.食盐水中含有Na+和Cl-,具有导电性,可作为电解质溶液,B正确;C.电池工作时,镁片不断失电子生成Mg2+进入溶液,所以镁片逐渐被消耗,C正确;D.电池工作时,通过发生化学反应产生电流,从而实现化学能向电能的转化,D正确。
3.(2024·南京高一检测)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池,其结构如图所示。放电时的电池反应:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。下列说法中,正确的是(　　)
A.Pb作电池的负极
B.PbO2作电池的负极
C.PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液酸性增强
【解析】选A。由放电时总反应可知,Pb由0价升高为+2价,失电子作负极,电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4,PbO2作电池的正极,电极反应式为PbO2+2e-+ 4H++S===PbSO4+2H2O,据此作答。Pb由0价升高为+2价,失电子作负极,故A正确;PbO2作电池的正极,故B错误;PbO2得电子,作氧化剂,被还原,故C错误;电池放电时,消耗硫酸,溶液酸性减弱,故D错误。
4.(2024·北京西城区高一检测)甲烷燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.a极为正极
B.K+从b极经溶液流向a极
C.工作一段时间后,b极附近的pH会减小
D.a极的电极反应为CH4+10OH--8e-===C+7H2O
【解析】选D。燃料电池中,燃料发生氧化反应,即通入甲烷的a电极为负极,故A错误;甲烷碱性燃料电池中,a电极为负极、b为正极,K+从a极经溶液流向b极,故B错误;b极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,b极附近碱性增强,pH增大,故C错误;a电极为负极,负极反应式为CH4+10OH--8e-===C+7H2O,故D正确。
【补偿训练】化学电源在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示),锌锰干电池的负极材料是　锌　,负极发生的电极反应式为　Zn-2e-===Zn2+　。
若反应消耗16.25 g负极材料,则电池中转移电子的物质的量为　0.5　mol。
【解析】(1)锌锰干电池中的负极是Zn,发生氧化反应,失去电子生成锌离子,电极反应式是Zn-2e-===Zn2+;16.25 g Zn的物质的量是=0.25 mol,1 mol Zn失去2 mol电子,所以电池中转移电子的物质的量是0.5 mol。
(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池的电池总反应式可以表示为Cd+2NiO(OH) +2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水,但能溶于酸,以下说法正确的是　BD　。
A.NiO(OH)作负极
B.Cd作负极
C.此电池是一次电池
D.放电时化学能转变为电能
【解析】(2)由电池反应可知,Cd元素化合价由0→+2,化合价升高被氧化,Cd作电池负极,A错误,B正确;此电池可以充放电,因此是二次电池,C错误;放电时化学能转变为电能,D正确。
课时巩固训练,请使用　“课时过程性评价 七”

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