【學(xué)海導(dǎo)航】高中化學(xué)第一輪總復(fù)習(xí) 第9章 第29講 化學(xué)電源課件 新課標(biāo)（湖南專）

第29講化學(xué)電源考點(diǎn)1二次電池的原理與特點(diǎn)可充電電池是高考常考知識點(diǎn)，二次電池首先需要判斷什么情況下是原電池，什么情況下是電解池。二次電池充電時是電解池，放電時是原電池。充電和放電是在兩種不同的條件下發(fā)生的，充電是在外接電源條件下發(fā)生的非自發(fā)氧化還原反應(yīng)，放電是在無外接電源條件下發(fā)生的自發(fā)氧化還原反應(yīng)。例1

鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，有關(guān)該電池的說法正確的是()A．充電時陽極反應(yīng)：Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2OB．充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C．放電時負(fù)極附近溶液的堿性不變D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動放電充電D【解析】

本題是考查常見的鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池的工作原理。由充電時方程式中的Cd和Ni的化合價的變化可知，充電時Ni(OH)2作陽極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應(yīng)式為：Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O；Cd(OH)2作陰極，Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-；充電的過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時，Cd作負(fù)極，Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2，Cd周圍的c(OH-)下降，OH-向負(fù)極移動?？键c(diǎn)2燃料電池的原理與特點(diǎn)1．燃料電池的特點(diǎn)燃料電池是利用燃燒反應(yīng)或與之類似的反應(yīng)具有能量變化大的特點(diǎn)而設(shè)計和電池。它具有高效無污染的特點(diǎn)正成為新能源研究的重點(diǎn)。燃料電池的工作原理具有如下特點(diǎn)：(1)兩電極可能相同，電極不參加反應(yīng)。電極的作用是催化轉(zhuǎn)換，作用很關(guān)鍵，原理很復(fù)雜。(2)氧氣等氧化劑總是在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。(3)燃料電池的電解質(zhì)可能是酸性、堿性和熔融的鹽或氧化物。(4)燃料電池總反應(yīng)式的條件都不能寫“點(diǎn)燃”，通常條件不寫。2．有氧氣參加的燃料電池正極反應(yīng)式的書寫(1)酸性條件(如硫酸)O2+4H++4e-===2H2O。(2)堿性條件(如KOH溶液)O2+2H2O+4e-===4OH-。(3)熔融的鹽(如K2CO3并在通O2的一極通CO2)O2+CO2+4e-===CO(4)熔融的氧化物(有O2-遷移)O2+4e-===2O2-若已知燃料電池總反應(yīng)和正極反應(yīng)式，將很容易書寫負(fù)極反應(yīng)式。例2(2011·淮陰中學(xué)學(xué)情檢測)日本茨城大學(xué)研制了一種新型的質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池(DDFC)，該電池有較高的安全性。電池總反應(yīng)為：CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O，電池示意如圖，下列說法不正確的是()A．a(chǎn)極為電池的負(fù)極B．電池工作時電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極C．電池正極的電極反應(yīng)為：4H++O2+4e-===2H2OD．電池工作時，1mol二甲醚被氧化時就有6mol電子轉(zhuǎn)移D【解析】

由電池總反應(yīng)式可知：二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極反應(yīng)物，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，為正極反應(yīng)物，所以a為負(fù)極，b為正極；工作時，電子由a極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到b極，電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極；負(fù)極反應(yīng)為：CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+，正極反應(yīng)為：4H++O2+4e-===2H2O；電池工作時，1mol二甲醚被氧化時就有12mol電子轉(zhuǎn)移?？键c(diǎn)3原電池的pH變化1．在原電池工作時，由于負(fù)極金屬失去電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，正極附近的陽離子得到電子從溶液中析出，可能會引起溶液pH的變化。(1)當(dāng)負(fù)極產(chǎn)生的金屬離子結(jié)合溶液中的OH-時，電極附近的溶液pH降低。當(dāng)正極O2得電子時結(jié)合溶液中的水時，生成OH-使溶液中的pH增大。(2)電池工作時整個溶液pH的變化必須從總反應(yīng)式來分析。當(dāng)電解液中酸被消耗時，溶液pH增大，當(dāng)電解質(zhì)溶液中堿被消耗時，溶液pH減小。例3可用于電動汽汽車的鋁-空空氣燃料電池池，通常以NaCl溶液液或NaOH溶液為電解解質(zhì)，鋁合金金為負(fù)極，空空氣電極為正正極。下列說說法正確的是是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液液為電解質(zhì)時時，正極反應(yīng)應(yīng)都為O2+2H2O+4e-===4OH-B．以NaOH溶液為電電解質(zhì)時，負(fù)負(fù)極反應(yīng)為：：Al+3OH--3e-===Al(OH)3↓C．以以NaOH溶液液為電電解質(zhì)質(zhì)時，，電池池在工工作過過程中中電解解質(zhì)的的pH保持持不變變D．電電池工工作時時，電電子通通過外外電路路從正正極流流向負(fù)負(fù)極A為：Al+4OH--3e-===+2H2O，B錯；該電池在堿性條件下消耗了堿，反應(yīng)式為4Al+3O2+4OH-===4+2H2O，溶液pH降低，C錯；電池工作【解析】

以考查電極反應(yīng)式的正誤判斷和書寫的形式出現(xiàn)，屬于中等難度。電解質(zhì)溶液顯堿性或4e-===4OH-，A對；鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過量的堿反應(yīng)生成偏鋁酸根，因此負(fù)極反應(yīng)時，電子從負(fù)極出來經(jīng)過外電路流到正極，D錯。中性，該燃料電極的正極發(fā)生反應(yīng)為：O2+2H2O+原電池池及(1)若題目給出的是圖示裝置，先分析原電池的正極，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律寫電極反應(yīng)式。(2)根據(jù)化合價變化數(shù)寫出兩極的電子得失守恒式。(3)最后根據(jù)電極附近的環(huán)境添加相應(yīng)物質(zhì)配平反應(yīng)式，也可以利用總反應(yīng)式減去一個電極反應(yīng)式得另一電極反應(yīng)式。注意：電極反應(yīng)式均為離子方程式，注意物質(zhì)是否能拆為離子形式。1.(2011·新課標(biāo)標(biāo)全國國卷)鐵鎳蓄蓄電池池又稱稱愛迪迪生電電池，，放電電時的的總反反應(yīng)為為：Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有有關(guān)該該電池池的說說法不不正確確的是是()A．電電池的的電解解液為為堿性性溶液液，正正極為為Ni2O3，負(fù)極極為FeB．電電池放放電時時，負(fù)負(fù)極反反應(yīng)為為Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2C．電電池充充電過過程中中，陰陰極附附近溶溶液的的pH降低低D．電電池充充電時時，陽陽極反反應(yīng)為為2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2OC【解析析】解答本本題時時應(yīng)注注意電電池放放電時時為原原電池池，失失去電電子的的為負(fù)負(fù)極反反應(yīng)；；充電電時為為電解解池，，失去去電子子的為為陽極極反應(yīng)應(yīng)。選項具體分析結(jié)論A可充電電池中活潑金屬失去電子，為負(fù)極，得到電子的Ni2O3為正極，因為放電時電極產(chǎn)物為氫氧化物，可以判斷電解液為堿性溶液。正確B放電時，負(fù)極鐵失去2個電子，生成Fe2+，因為電解液為堿性溶液，所以電極反應(yīng)為：Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2正確C充電時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-，所以電極附近pH增大錯誤D電池充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為Ni2O3，反應(yīng)方程式為：2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O正確2.(2011·海南卷卷)一種充充電電電池放放電時時的電電極反反應(yīng)為為：H2+2OH--2e-===2H2O，NiO(OH)+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-，當(dāng)為為電池池充電電時，，與外外電源源正極極連接接的電電極上上發(fā)生生的反反應(yīng)是是()A．．H2O的的還還原原B．．NiO(OH)的的還還原原C．．H2的氧氧化化D．．Ni(OH)2的氧氧化化D【解析】

由題意知，電池總反應(yīng)為H2+2NiO(OH)Ni(OH)2。可充電電池在充電時，實際上起一個電解池的作用，與外電源正極連接的電極是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，與放電時的正極反應(yīng)相反，可知Ni(OH)2在反應(yīng)中失電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。放電充電3.(2010··江江蘇蘇卷卷)下圖圖是是一一種種航航天天器器能能量量儲儲存存系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理示示意意圖A．．該該系系統(tǒng)統(tǒng)中中只只存存在在3種種形形式式的的能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化B．裝置置Y中負(fù)負(fù)極的電電極反應(yīng)應(yīng)式為：：O2+2H2O+4e-===4OH-C．裝置置X能實實現(xiàn)燃料料電池的的燃料和和氧化劑劑再生D．裝置置X、Y形成的的子系統(tǒng)統(tǒng)能實現(xiàn)現(xiàn)物質(zhì)的的零排放放，并能能實現(xiàn)化化學(xué)能與與電能間間的完全全轉(zhuǎn)化3.(2010·江蘇蘇卷)下圖是一一種航天天器能量量儲存系系統(tǒng)原理理示意圖圖。下列列說法正正確的是是()C【解析】】本題主要要考查的的是電化化學(xué)知識識。A項，在該該裝置系系統(tǒng)中，，有四種種能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的關(guān)關(guān)系，即太陽能能、電能能、化學(xué)學(xué)能和機(jī)機(jī)械能之之間的相相互轉(zhuǎn)化化；B項，裝置置Y為氫氧燃燃料電池池，負(fù)極極電極反反應(yīng)為H2-2e-+2OH-===2H2O；C項，相當(dāng)當(dāng)于用光光能電解解水，產(chǎn)產(chǎn)生H2和O2，實現(xiàn)燃燃料(H2)和氧化劑劑(O2)的再生；；D項，在反反應(yīng)過程程中，有有能量的的損耗和和熱效應(yīng)應(yīng)的產(chǎn)生生，不可可能實現(xiàn)現(xiàn)化學(xué)能能和電能能的完全全轉(zhuǎn)化。。綜上分分析可知知，本題題選C項。A．閉合合K時，，鈉離子子從右到到左通過過離子交交換膜B．閉合合K時，，負(fù)極反反應(yīng)為3NaBr--2e-===NaBr3+2Na+4.(2012·湖南師大附中高三月考)下圖裝置(Ⅰ)是一種可充電電池的示意圖，裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖。裝置(Ⅰ)的離子交換膜只允許Na+通過。已知充、放電的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr，當(dāng)閉合開關(guān)K時，X極附近溶液先變紅色。下列說法正確的是()放電充電4.(2012·湖南師大附中高三月考)下圖裝置(Ⅰ)是一種可充電電池的示意圖，裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖。裝置(Ⅰ)的離子交換膜只允許Na+通過。已知充、放電的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr，當(dāng)閉合開關(guān)K時，X極附近溶液先變紅色。下列說法正確的是()放電充電C．閉合合K時，，X電極極的電極極反應(yīng)式式為2Cl--2e-===Cl2↑D．閉合合K時，，當(dāng)有0.1molNa+通過過離子交交換膜，，X電極極上析出出標(biāo)準(zhǔn)狀狀況下氣氣體1.12LC5.一種燃料料電池中中發(fā)生的的化學(xué)反反應(yīng)為：：在酸性性溶液中中甲醇與與氧氣作作用生成成水和二二氧化碳碳。該電電池負(fù)極極發(fā)生的的反應(yīng)是是()A．CH3OH(l)+O2(g)===H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-B．O2(g)+4H+(aq)+4e-===2H2O(l)C．CH3OH(l)+H2O(l)===CO2(g)+6H+(aq)+6e-D．O2(g)+2H2O(l)+4e-===4OH-C【解析】】甲醇與氧氧氣反應(yīng)應(yīng)的氧化化還原反反應(yīng)方程程式為：：2CH3OH+3O2―→2CO2+4H2O，化合價價升高的的元素為為甲醇中中的C元素，所所以在負(fù)負(fù)極上甲甲醇失去去電子而而放電，，在該極極上的電電極反應(yīng)應(yīng)式為：：CH3OH(l)+H2O(l)===CO2(g)+6H+(aq)+6e-。6.(2011·長沙沙市一中中高三月月考)固體氧化化物燃料料電池(SOFC)以以固體氧氧化物作作為電解解質(zhì)。其其工作原原理如下下圖所示示，下列列關(guān)于固固體燃料料電池的的有關(guān)說說法正確確的是(A．電極極b為電電池負(fù)極極，電極極反應(yīng)式式為O2+4e-===4O2-B．固體體氧化物物的作用用是讓電電子在電電池內(nèi)通通過C．若H2作為燃料料氣，則則接觸面面上發(fā)生生的反應(yīng)應(yīng)為H2+2OH--4e-===2H++H2OD．若C2H4作為燃料料氣，則則接觸面面上發(fā)生生的反應(yīng)應(yīng)為C2H4+6O2--12e-==