资源简介

1.2.2化学电源
基础巩固
1.常见的一次电池
(1)普通锌锰电池
①组成：正极为　　　　　，负极为　　　，电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2混合液。
②电极反应：负极：　　　　　　　　　　，正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③电池总反应：　　　　　　　　　　　　　　　　　
④特点：制作简单，价格便宜，存放时间短，放电后电压下降较快。
(2)碱性锌锰电池
①碱性锌锰电池的负极是　　　　　，正极是　　　　　　　　，电解质是　　　　　　溶液。
②电极反应：
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　；正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③电池总反应：　　　　　　　　　　　　　　　　　。
④优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电(电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会胀气或漏液)。
2.铅蓄电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解液是H2SO4溶液，如图所示。
铅蓄电池的构造
(1)放电时的反应——原电池原理
①负极：　 。
②正极：　 。
③总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
(2)充电时的反应——电解原理
①阴极：　 。
②阳极：　 。
铅蓄电池的反应原理：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。
(3)优点：电压稳定、使用方便、安全可靠和价格低廉；
缺点：比能量低、笨重。
3.锂离子电池
负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)；电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。
放电时，负极反应为　 。
正极反应为　 。
总反应为　 。
优点：质量小、体积小、便于储存和输出能量大。
燃料电池
①概念
燃料电池是利用　　　和　　　　之间发生的　　　　　　　，将　　　　　　　　　　　的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂　　　全部　　　　　　　，而是在工作时　　　　　　　，同时将电极反应产物　　　　　　，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。燃料电池的能量转化率高(超过80%)，普通的电池只有30%，有利于节约能源。
②氢氧燃料电池
(1)结构(如图所示)
氢氧燃料电池工作原理示意图
(2)工作原理
电解质溶液为酸性时：
负极(Pt)电极反应：　　　　　　　
正极(Pt)电极反应：　　　　　　　
电池总反应：　　　　　　　
根基训练
1.化学电源在生产、生活中应用十分广泛。下列属于一次电池的是（ ）
A手机电池 B锌锰干电池 C可充电磷酸铁锂电池 D铅蓄电池
A.A B.B C.C D.D
2.下列有关电池的叙述不正确的是( )
A.水果电池是方便实用的家用电池
B.铅蓄电池是一种常用的二次电池
C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D.锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
3.人造地球卫星上使用的一种高能电池（银锌蓄电池），放电时的电极反应式为，据此判断氧化银是( )
A.正极，被还原 B.负极，被氧化 C.正极，被氧化 D.负极，被还原
4.汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，该电池在放电时的总反应为：，下列有关说法正确的是( )
A.Pb作正极，发生还原反应 B.作正极，发生氧化反应
C.Pb作负极，发生氧化反应 D.作负极，发生还原反应
5.下列有关电池的叙述正确的是( )
A.氢氧燃料电池属于环境友好电池，能量转化率可达100%
B.锌锰干电池是一种常用的二次电池
C.锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄
D.铅蓄电池负极是，正极是Pb
6.银锌纽扣电池如图，电池反应式为：，下列说法正确的是( )
A.锌作正极
B.负极发生还原反应
C.负极的电极方程式为：
D.电池工作时，电流从经导线流向Zn
7.下列有关燃料电池的说法正确的是( )
A.燃料电池清洁、高效，能量转化率可达到
B.氢氧燃料电池工作时氧气在正极被氧化
C.燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供
D.燃料电池主要是将电能转化成化学能
8.下列说法正确的是( )
A.镍氢电池、锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B.化学电池的反应基础是氧化还原反应
C.燃料电池是一种高效但是会严重污染环境的新型电池
D.铅蓄电池放电的时候正极是，负极是
9.下列电池工作时，在正极得电子的是( )
A B C D
锌锰干电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池
A.A B.B C.C D.D
10．下列关于四个常用电化学装置的叙述错误的是( )
A.图I所示水果电池中，电子从锌片流出
B.图II所示干电池中，石墨作正极
C.图III的铅酸蓄电池为二次电池
D.图IV中氢氧燃料电池的负极反应式为
D.图Ⅳ所示电池中正极反应为：
拔高提升
1.镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。电解质溶液为KOH溶液，电池反应为。下列有关镍镉电池的说法正确的是( )
A.充电过程是化学能转化为电能的过程
B.充电时阳极反应为
C.放电时电池内部向正极移动
D.充电时与直流电源正极相连的电极上发生转化为NiO（OH）的反应
2.科研人员设计的一种微生物脱盐电池的装置如图所示，下列说法正确的是( )
A.该装置工作时，电能转化为化学能
B.负极反应为
C.该装置可以在高温下工作
D.X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜
3.如图所示是几种常见的化学电源示意图。下列有关说法不正确的是( )
A.上图中的电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后，锌筒变软
C.铅蓄电池工作过程中，每通过，负极质量减轻207 g
D.碱性氢氧燃料电池负极反应式为
4.微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是( )
A.电子从b流出，经外电路流向a
B.HS—在硫氧化菌作用下转化为的反应是：
C.该电池在高温下进行效率更高
D.若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45mol通过质子交换膜
5.氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点，可用于燃料电池汽车。下列有关氢-氧燃料电池的说法错误的是( )
A.输送氢气时采用多孔碳载镍，多孔的优点是为了提高气体表面吸附量
B.“电池”能将燃料电池产生的多余电能转化为化学能暂时储存起来
C.电池工作时，外电路中流过0.2mol电子，理论上消耗1.6g
D.放电过程中电解液的浓度不断增大
6.利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B.负极区，在氢化酶作用下发生反应
C.正极区，固氮酶为催化剂，发生还原反应生成
D.电池工作时质子通过交换膜由正极区向负极区移动
7.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.电路中的电子从负极经外电路到正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路
B.通入的电极发生反应：
C.电池放电后，电解质溶液中的物质的量浓度减小
D.a处通入氢气，b处通氧气，该装置将化学能最终转化为电能
8.以废旧铅酸蓄电池中的含铅废料和为原料制备高纯，从而实现铅的再生利用。在此过程中涉及以下反应（参与其中）：
①
②
向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象。以下关于该过程的说法错误的是( )
A.
B.为该反应的催化剂
C.与反应生成的化学方程式为
D.通过这种再生利用方案，大大降低了废旧电池中铅泄漏的风险，有助于环境保护和生态安全
9.科学家最近发明了一种电池，电解质为，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域（a>b），结构示意图如下。下列说法不正确的是( )
A.M区域电解质为KOH
B.放电时，Al电极的反应式为
C.R区域的电解质浓度逐渐减小
D.每消耗，电路中转移
10.按要求回答下列问题。
（1）是电池（如图）的正极活性物质，电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应：。该反应可认为分两步进行：第1步为，则第2步正极的电极反应式：_______。
（2）用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（）已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中的反应原理如图所示。
①作负极的物质是____（填化学式）。
②正极的电极反应式是____。
（3）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X为___极，Y极的电极反应式为___。
②Y极生成1 mol 时，____mol 移向_______（填“X”或“Y”）极。
（4）可作为燃料使用，用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图所示。
电池总反应式为，则电极c是______（填“正极”或“负极”），c极的电极反应式为______。若线路中转移，则上述燃料电池消耗的在标准状况下的体积为______L。
答案以及解析
基础巩固
(1)石墨电极　锌筒　Zn-2e-Zn2+ 2MnO2+2N+2e-2NH3+H2O+Mn2O3
Zn+2MnO2+2NH4ClZnCl2+2NH3↑+H2O+Mn2O3
(2)Zn　MnO2　KOH Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 2MnO2+2e-+2H2O2MnOOH+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
(1)①(氧化反应)　
②(还原反应)　
(2)①(还原反应)
②(氧化反应)
3.LixCy-xe-xLi++Cy Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
4.①燃料　氧化剂　氧化还原反应　化学能直接转化为电能　不是　储藏在电池内　不断从外界输入 不断排出电池
②2H2-4e-4H+ O2+4e-+4H+2H2O 2H2+O22H2O
根基训练
1.答案：B
解析：一次电池，又称为干电池，是一种不可重复利用的电池，锌锰干电池属于一次电池，手机电池，可充电磷酸铁锂电池，铅蓄电池属于二次电池，答案选B
2.答案：A
解析：水果电池只能用来说明原电池原理，不能作为稳定的电源使用，不是方便实用的家用电池，A项错误；铅蓄电池是一种常用的二次电池，B项正确；氢氧燃料电池的产物为水，故是一种高效、无污染的原电池，C项正确；锌锰干电池是一次电池，工作一段时间后，锌失电子，不断溶解，外壳逐渐变薄，D项正确。
3.答案：A
解析：电极反应中银元素的化合价由+1价降低为0价，被还原，所以氧化银为正极，故选A。
4.答案：C
解析：该电池中Pb发生失电子的氧化反应生成，发生得电子的还原反应生成，则Pb电极作负极，电极作正极，故选：C。
5.答案：C
解析：C燃料电池转化率不可能为，A项错误；锌锰干电池是一种常用的一次电池，B项错误；锌锰干电池工作过程中，负极反应为，锌外壳不断被腐蚀而逐渐变薄，C项正确；铅蓄电池负极是，正极是，D项错误。
6.答案：D
解析：A.在反应中，Zn的化合价升高，则Zn作还原剂，发生氧化反应，故Zn作负极，A错误；
B.负极发生氧化反应，B错误；
C.负极的电极方程式为，C错误；
D.作正极，故电池工作时，电流从经导线流向Zn，D正确；
故选D。
7.答案：C
解析：A.燃料电池放电时，只有一部分能量转化为电能，所以能量转化率不是100%，故A错误；
B.氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原，氢气在负极被氧化，故B错误；
C.燃料电池的电极本身不包含活性物质，燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，故C正确；
D.燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故D错误；
故选C。
8.答案：B
解析：A.镍氢电池、锂离子电池为二次电池，碱性锌锰干电池为一次电池，选项A错误；
B.化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的转移，实质为氧化还原反应，选项B正确；
C.燃料电池如氢氧燃料电池高效，但没有污染，选项C错误；
D.铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极，被还原，为原电池的正极，选项D错误；
答案选B。
9.答案：C
解析：锌锰干电池中，不参与反应，A错误；铅蓄电池中，不参与反应，B错误；氢氧燃料电池的总反应是，正极是得电子发生还原反应，C正确；镍镉电池中，不参与反应，D错误。
10．答案：D
解析：A.图I水果电池中，锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，电子由负极流向正极，A正确；
B.图II为酸性锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，B正确；
C.图III为铅蓄电池，铅作负极，二氧化铅作正极，是二次电池，是可充电的电池，C正确；
D.图IV为氢氧燃料电池，氢气作负极失电子，氧气作正极得电子，氧气得电子生成氧离子，氧离子在水溶液中不能稳定存在，要找氢结合，而电解质溶液呈酸性，因此正极电极反应式为，D错误；
故选D。
拔高提升
1.答案：D
解析：充电过程是将电能转化为化学能的过程，A项错误；充电时，该装置是电解池，阳极上电极反应式为，B项错误；放电时，电解质溶液中氢氧根离子向负极移动，C项错误；充电时与直流电源正极相连的是阳极，而阳极上电极反应式为，发生转化为NiO（OH）的反应，D项正确。
2.答案：B
解析：该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，故A错误；由题图可知，负极发生失电子的氧化反应，电极反应式为，故B正确；高温能使微生物蛋白质变性，所以该装置不能在高温下工作，故C错误；原电池内电路中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，所以Y为阳离子交换膜，X为阴离子交换膜，故D错误。
3.答案：C
解析：在干电池的使用过程中，Zn为负极，失去电子被氧化，因此锌筒被消耗会慢慢变软，B正确；铅蓄电池工作时负极的电极反应式为，每通过消耗1 mol Pb，同时生成，附着在负极上，因此每通过，负极质量增加96 g，C错误；碱性氢氧燃料电池，通入的一极作负极，失去电子，负极的电极反应式为，D正确。
4.答案：B
解析：A.由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；
B.由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为，故B正确；
C.微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故C错误；
D.由分析可知，正极的电极反应式为，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误；
故选B。
5.答案：D
解析：多孔电极材料表面积大、吸附性强，能增大反应物接触面积，A正确；
汽车行驶过程中，燃料电池产生的电能转化为动能，当汽车处于怠速等过程中，“电池”能将燃料电池产生的多余电能以化学能形式暂时储存起来，B正确；
正极电极反应式为，32gmol，理论上，外电路中流过0.2mol电子，消耗1.6g，C正确；
放电过程中不断地生成水，电解液的浓度减小，D错误。
6.答案：D
解析：A.由分析可知，利用生物燃料电池在室温下就能合成氨，不需要高温、高压和催化剂，同时还能将化学能转化为电能，A正确；
B.由分析可知，原电池左侧为负极区，氢气在氢化酶的作用下发生氧化反应生成氢离子，反应式为，B正确；
C.由分析可知，在正极区得电子和氢离子反应发生还原反应生成，C正确；
D.根据图知，负极区生成氢离子、正极区消耗氢离子，所以负极区生成的透过质子交换膜进入正极区，D错误；
故答案为：D。
7.答案：C
解析：A.原电池工作时，电子从负极经外电路到正极，但不能进入溶液中，溶液中阴阳离子定向移动形成闭合回路，故A错误；
B.通入的电极为正极，则正极电极反应式为，故B错误；
C.该原电池总反应为，生成的水使溶液中的浓度减小，故C正确；
D.b是原电池正极、a是负极，则a处通入氢气，b处通氧气，但该装置将化学能最终转化为光能，故D错误；
故选C。
8.答案：B
解析：A.根据反应①，化合价降低，故铁的化合价升高，，故A正确；
B.向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象。说明反应结束后溶液中无，即是中间产物，不是催化剂，故B错误；
C.将反应①和反应②相加，消去中间产物，可得，故C正确；
D.通过这种再生利用方案，实现了废旧电池中铅的重复利用，大大降低了废旧电池中铅泄漏的风险，有助于环境保护和生态安全，故D正确；
故选B。
9.答案：C
解析：由图可知，，Al元素化合价升高，Al作负极，其电极反应式为，消耗，阳离子（）向正极移动，作正极，其电极反应式为，消耗和，阴离子（）向负极移动，则x是阳离子交换膜，y是阴离子交换膜，M区为KOH，R区为，N区为，A、B正确；R区域与不断进入，则电解质浓度逐渐增大，C错误；由正极电极反应式可知，消耗0.1 mol ，电路中转移0.2 mol ，D正确。
10.答案：（1）
(2)①Fe;②
（3）①正；；②2；X
（4）负极；；11.2
解析：（1）正极发生得电子的还原反应，由电池放电总反应式和第1步反应的化学方程式可知，第2步正极发生的是转化为Fe和的反应，由电荷守恒可得第2步正极的电极反应式。
（2）①由题给图示可知，0价Fe发生失电子的氧化反应，故Fe作负极。②由题给图示可知，在疏松、能导电的层上发生得电子的还原反应，生成，故正极的电极反应式是。
（3）①X极发生的转化是，发生得电子的还原反应，故X极是正极，Y极是负极，在Y极上发生失电子的氧化反应，Y极的反应式为。
（4）由题给图示可知，c极发生失电子的氧化反应，故c极是负极，由电池总反应知，在负极上发生失电子的氧化反应，同时参与电极反应，负极生成的产物是和；由电池总反应知，线路中转移2 mol 时，消耗0.5 mol ，其在标准状况下体积为11.2 L。

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