第25講-化學電源(學生版)

第25講第25講化學電源知識導航知識導航知識精講知識精講一、化學電源的分類與優(yōu)劣判斷1.分類：化學電源可以分為一次電池、二次電池和燃料電池等。2.優(yōu)劣判斷（1）比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)/kg或(W·h)/L。（2）比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W/kg或W/L。（3）電池可儲存時間的長短。二、一次電池（干電池）一次電池，也叫做干電池，放電后不可再充電。常見的一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。1.普通鋅錳干電池常見的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負極。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進行），屬于一次電池。總反應(yīng)Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH3負極Zn﹣2e-=Zn2+正極2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH2.堿性鋅錳干電池用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。總反應(yīng)Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2負極Zn+2OH-﹣2e-Zn(OH)2正極2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-3.紐扣式鋅銀電池鋅銀扣式電池，以鋅為負極,銀的氧化物為正極,氫氧化鉀（或鈉）溶液為電解液的紐扣狀微型原電池總反應(yīng)Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag負極Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-三、二次電池有些電池放電時所進行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進行，使活性物質(zhì)獲得再生，從而實現(xiàn)放電（化學能轉(zhuǎn)化為電能）與充電（電能轉(zhuǎn)化為化學能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池，也叫充電電池或蓄電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛蓄電池。1.鉛蓄電池工作原理Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O放電總反應(yīng)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O負極正極充電總反應(yīng)2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H++2SO陰極PbSO4＋2e－Pb＋SO陽極PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋SO2.鋰離子電池工作原理Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C放電總反應(yīng)Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C負極正極充電總反應(yīng)LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6陰極陽極三、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達到80%以上。1．氫氧燃料電池電解質(zhì)H2SO4溶液KOH溶液總反應(yīng)2H2+O2=2H2O負極反應(yīng)式正極反應(yīng)式經(jīng)典例題經(jīng)典例題題型一：一次電池的工作原理【變1-2】（2021·湖北·高一期中）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)，下列說法錯誤的是A．電池工作時，鋅失去電子B．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極C．電池負極上發(fā)生氧化反應(yīng)D．外電路中每通過0.4mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小13.0g題型二：二次電池的工作原理【變2-2】（2021·全國·高二專題練習）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，下列敘述不正確的是A．放電時負極反應(yīng)為：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B．放電時正極發(fā)生氧化反應(yīng)C．放電時每轉(zhuǎn)移2mol電子，反應(yīng)的鋅是65gD．放電時化學能轉(zhuǎn)化為電能題型三：鋰離子電池的工作原理【變3】（2021·全國·高二期末）鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列說法錯誤的是A．電極a為電池的負極B．外電路的電流方向是由電極b流向電極aC．電極b上的反應(yīng)式為：MnO2＋e-＋Li＋=LiMnO2D．可用水代替電池中的混合有機溶劑題型四：燃料電池的工作原理【例5】（2021·廣東化州·高三月考）酒駕行為危害社會安全，交警部門常用酸性燃料電池酒精檢測儀對此進行檢測。該檢測儀的工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．電子從呼氣的電極透過質(zhì)子交換膜，流向通入的電極B．負極的電極反應(yīng)式為C．該電池工作一段時間后，正極區(qū)溶液的減小D．每消耗時，外電路就通過電子題型五：化學電源的工作原理【例6】（2021·黑龍江·青岡縣第一中學校高二開學考試）下列四個常用電化學裝置的敘述錯誤的是

A．圖I所示電池中，電子從鋅片流出B．圖II所示干電池中石墨作負極C．圖III所示電池為二次電池D．圖IV所示電池中正極反應(yīng)為：【例8】（2021·河南南陽·高二期中）回答下列問題：（1）已知可逆反應(yīng)AsO+2I—+2H+=AsO+I2+H2O，某化學興趣小組利用反應(yīng)探究原電池原理并應(yīng)用原電池原理制作多種電池：電池工作時，鹽橋中的陰離子向_______極移動(填C1或C2)；若向B池里滴加NaOH溶液，平衡向_______方向移動，此時C2極的電極反應(yīng)式為_______。（2）乙同學結(jié)合課本氫氧燃料電池知識將CH4設(shè)計成燃料電池，裝置如圖所示(a、b為多孔碳棒)其中_______(填A(yù)或B)處電極入口通甲烷。當消耗標況下甲烷33.6L時，假設(shè)能量轉(zhuǎn)化率為90%，則導線中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量_______mol。若將該燃料電池內(nèi)部KOH溶液改為熔融的摻雜著氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在其內(nèi)部可以傳導O2-，電池的負極電極反應(yīng)式：_______。（3）丙同學查資料發(fā)現(xiàn)生物電池具有工作時不發(fā)熱、不損壞電極等優(yōu)點，不但可以節(jié)約大量金屬，而且壽命比化學電源長得多，因此越來越受到人們的青睞。某生物電池用葡萄糖(C6H12O6)作原料，在酶的作用下被氧化為葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如下圖所示。a的電極反應(yīng)式為_______。當有2molH+通過質(zhì)子交換膜時，理論上電極a消耗葡萄糖的質(zhì)量為_______g；該電池_______(填“能”或“不能”)在高溫條件下使用。提分特訓提分特訓【題1】（2021·全國·高二專題練習）堿性鋅錳干電池的總反應(yīng)為：。下列關(guān)于該電池的說法中正確的是A．Zn為負極，為正極 B．工作時電子由經(jīng)由外電路流向ZnC．工作時OH-移向正極 D．電池放電過程中，溶液的酸堿性一定不變【題2】（2021·山東省濟鋼高級中學高二月考）化學電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法不正確的是A．甲：Zn2+向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液的pH增大B．乙：負極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+C．丙：鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄D．?。菏褂靡欢螘r間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導電能力下降【題3】（2021·河南平頂山·高三月考）HCOOH燃料電池的裝置如圖所示，兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過的離子交換膜隔開。則下列說法錯誤的是A．放電過程中需補充的物質(zhì)A應(yīng)為H2SO4B．通入O2時發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OC．放電時K+由右向左通過離子交換膜D．放電時負極的電極反應(yīng)式為：HCOO-+2OH--2e-=+H2O【題4】（2021·浙江麗水·高三月考）三元電池是電動汽車的新能源，其正極材料可表示為LiNixCoyMnzO2。充電時電池總反應(yīng)為LiNixCoyMnzO2+6C(石墨)=Li1-aNixCoyMnzO2+LiaC6，其電池工作原理如圖所示，兩極之間有一個允許特定的離子X通過的隔膜。下列說法正確的是A．允許離子X通過的隔膜屬于陰離子交換膜B．放電時，電流由A經(jīng)負載回到BC．充電時，B為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)D．放電時，負極反應(yīng)式為：LiaC6-ae-=6C(石墨)+aLi+【題5】（2021·全國·高三專題練習）風力發(fā)電輸出功率的波動性導致其直接并網(wǎng)會對電網(wǎng)帶來不良影響，需要連接儲能電池裝置，通過儲能電池對電能的存儲、匯集，再集中供電來提高并網(wǎng)性能，下圖是水系鋁離子儲能電池工作機理，下列有關(guān)其說法不正確的是A．單位質(zhì)量的鋁放出的電量高，并且價格低廉，儲量豐富B．鋁儲能電池是二次電池C．放電時，從正極材料的空隙中脫出進入電解液，再以單質(zhì)鋁的形式沉積負極材料表面D．該電池中金屬鋁電極易形成致密的氧化鋁鈍化膜，阻斷鋁離子的傳輸從而降低電池效能【題6】（2021·全國·高三專題練習）鉛蓄電池、鎳鎘堿性充電電池都是重要的二次電池。已知：①鉛蓄電池總的化學方程式為：，使用(放電)段時間后，其內(nèi)阻明顯增大，電壓卻幾乎不變，此時只有充電才能繼續(xù)使用；②鎳鎘堿性充電電池放電時，正極反應(yīng)為：，負極反應(yīng)式：，使用(放電)到后期，當電壓明顯下降時，其內(nèi)阻卻幾乎不變，此時充電后也能繼續(xù)使用；回答下列問題：(1)鉛蓄電池負極板上覆蓋的物質(zhì)是_______(填名稱)，充電時，PbSO4在_______(填“陽極”、“陰極”或“兩個電極”)上_______(填“生成或除去”)。(2)鎳鎘堿性充電電池在充電時的總反應(yīng)的化學方程式為_______。(3)鉛蓄電池和鎳鎘堿性充電電池使用一段時間后，一個內(nèi)阻明顯增大，而另一個內(nèi)阻卻幾乎不變的主要原因可能是_______?！绢}7】（2021·山東·濟南一中高二期中）有人設(shè)想以和為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氨的新型燃料電池，裝置如圖所示。（1）電池正極發(fā)生的反應(yīng)式是_______（2）A是_______(填名稱)。（3）和熔融可制作燃料電池，其原理見圖，石墨Ⅰ為電池的_______極；該電池在使用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為_______【題8】（2021·黑龍江·哈爾濱市第六中學校高一期末）酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)表所示：溶解度/(g/100g水)溫度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614回答下列問題：(1)該電池的正極反應(yīng)式為___________。(2)維持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zn___________g．(已知Q=It，F(xiàn)=96500C/mol)(3)廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過___________分離回收。(4)濾渣的主要成分是MnO2、___________和___________，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是___________，其原理是___________。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】（2021·四川雅安·高二期末）下列電池不屬于化學電池的是A．堿性干電池 B．鉛蓄電池 C．燃料電池 D．太陽能電池【練2】（2021·全國·高二期末）新冠肺炎最明顯的癥狀就是出現(xiàn)發(fā)熱，體溫槍能快速檢測人體體溫。該體溫槍所用的電池為一種銀鋅電池(如下圖所示)，該電池的總反應(yīng)式為：。下列關(guān)于該電池的說法正確的是A．Ag2O電極作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．該電池放電時溶液中的K+向Zn電極移動C．電池工作時，電流從Ag2O電極經(jīng)過隔板流向Zn電極D．該電池的負極反應(yīng)為：【練3】（2021·福建福州·高二期中）甲醇燃料電池在堿性條件下的電池反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4OH-=2CO＋6H2O。則下列有關(guān)說法不正確的是A．O2在正極參與反應(yīng)B．該電池使用一段時間后溶液pH變小C．負極反應(yīng)為：CH3OH-6e-＋8OH-=CO＋6H2OD．每轉(zhuǎn)移0.6mol電子，則消耗氧氣的體積為3.36L【練4】（2021·河北·張家口市宣化第一中學高二期中）一種應(yīng)用比較廣泛的甲醇燃料電池，電解液是酸性溶液，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．若有生成，則有從甲池通過交換膜進入乙池B．N極電極反應(yīng)為C．甲池溶液增大，乙池溶液