高中化学 第四章 第二节 化学电源 化学电源课时作业 新人教版选修4

第二节　化学电源[目标要求]　1.了解依据原电池原理开发的技术产品——化学电池。

2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。

3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。

一、化学电池化学电池是利用原电池原理，将化学能转化为电能的装置。

二、常用电池1．一次电池碱性锌锰电池锌银电池电池结构负极：Zn 正极：MnO 2电解质溶液：KOH 溶液负极：Zn正极：Ag 2O电解质溶液：KOH 溶液正极2MnO 2＋2e －＋2H 2O===2MnOOH ＋2O H －Ag 2O ＋2e －＋H 2O===2Ag ＋2OH －电极反应负极Zn －2e －＋2OH －===Zn(OH)2Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2总反应式Zn ＋2MnO 2＋2H 2O===2MnOOH ＋Zn(OH)2Zn ＋Ag 2O ＋H 2O===Zn(OH)2＋2Ag2.二次电池铅蓄电池氢氧燃料电池电池结构负极：Pb 正极：PbO 2电解质溶液：H 2SO 4溶液负极：H 2正极：O 2电解质：酸性电解质正极PbO 2(s)＋SO (aq)＋4H ＋(aq)2－4＋2e －===PbSO 4(s)＋2H 2O(l)O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O 电极反应负极Pb(s)＋SO (aq)2－4－2e －===PbSO 4(s)2H 2－4e －===4H ＋总反应式Pb(s)＋PbO 2(s)＋2H 2SO 4(aq)===2PbSO 4(s)＋2H 2O(l)2H 2＋O 2===2H 2O 知识点一　化学电池1．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn ＋MnO 2＋H 2O===ZnO ＋Mn(OH)2下列说法中，错误的是( )A ．电池工作时，锌失去电子B ．电池正极的电极反应式为MnO 2＋2H 2O ＋2e －===Mn(OH)2＋2OH －C ．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D ．外电路中每通过0.2 mol 电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案　C解析　本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A 正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C 错误；由电子守恒知D 项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B 正确。

2．某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。

该电池的总反应式为3Zn ＋2K 2FeO 4＋8H 2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH ，以下说法不正确的是( )放电充电A ．放电时负极反应式为Zn －2e －＋2OH －===Zn(OH)2B ．放电时正极反应式为FeO ＋4H 2O ＋3e －===Fe(OH)3＋5OH －2－4C ．放电时每转移3 mol 电子，正极有1 mol K 2FeO 4被氧化D ．充电时阳极附近的溶液的碱性减弱答案　C解析　选项A ，放电时，在碱性条件下，Zn 失去电子为电池的负极：Zn －2e －＋2OH －===Zn(OH)2；选项B ，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO ＋4H 2O ＋3e －===Fe(OH)3＋5OH －；选项C ，放电时，2－4K 2FeO 4被还原；选项D ，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH －，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。

3．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO 4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO 4＋2H 2O PbO 2＋Pb ＋2H 2SO 4放电充电下列对铅蓄电池的说法错误的是( )A ．需要定期补充硫酸B ．工作时铅是负极，PbO 2是正极C ．工作时负极上发生的反应是Pb －2e －＋SO ===PbSO 42－4D ．工作时电解质的密度减小答案　A解析　铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb 是负极，PbO 2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb 2＋，Pb 2＋与溶液中的SO 生成PbSO 4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生2－4成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO 4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H 2SO 4不用补充；放电时，H 2SO 4被消耗，溶液中的H 2SO 4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。

知识点二　燃料电池4．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O 2－)在其间通过。

该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a 、b 均不参与电极反应。

下列判断正确的是( )A ．有O 2参加反应的a 极为电池的负极B ．b 极的电极反应式为H 2－2e －＋O 2－===H 2OC ．a 极对应的电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －D ．该电池的总反应式为2H 2＋O 22H 2O=====高温 答案　D解析　因为电子从b 电极流向a 电极，所以b 电极为负极，H 2在该极发生氧化反应；a 电极为正极，O 2在该极发生还原反应。

由此推断该原电池的负极反应式为H 2－2e －===2H ＋，正极电极反应式为O 2＋2e －===O 2－，则电池总反应式为2H 2＋O 22H 2O 。

12=====高温 5．有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。

”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。

有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y 2O 3的ZrO 2晶体，它在高温下能传导O 2－。

以下判断错误的是( )A ．电池正极发生的反应：O 2＋4e －===2O 2－B ．电池负极发生的反应：CH 4＋4O 2－－8e －===CO 2＋2H 2OC ．固体电解质里的O 2－的移动方向：由正极流向负极D ．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)答案　D解析　因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。

所以正极反应式是O 2＋4e －===2O 2－，负极反应式是CH 4＋4O 2－－8e －===CO 2＋2H 2O 。

由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O 2－，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O 2－供应，故电池内O 2－的移动方向是由正极流向负极。

电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D 错误。

练基础落实1．铅蓄电池的两极分别为Pb 、PbO 2，电解质溶液为H 2SO 4，工作时的电池反应式为Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O ，下列结论正确的是( )A ．Pb 为正极被氧化B ．溶液的pH 不断减小C ．SO 只向PbO 2处移动D ．电解质溶液的pH 不断增大2－4答案　D解析　由题给电极反应式可以看出H 2SO 4不断被消耗，故pH 不断增大，所以B 不正确，D 正确；由Pb 元素化合价的变化，可以看出Pb 是负极，所以A 不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb 极流向PbO 2极；内电路中，负电荷(SO 和OH －)移向Pb 极，所以C 不正确。

2－42．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag 2O 和Zn ，电解质溶液为KOH 溶液，电极反应式为Zn ＋2OH －－2e －===ZnO ＋H 2OAg 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －总反应式为Ag 2O ＋Zn===ZnO ＋2Ag根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )A ．在使用过程中，电池负极区溶液的pH 增大B ．在使用过程中，电子由Ag 2O 经外电路流向Zn 极C ．Zn 是负极，Ag 2O 是正极D ．Zn 极发生还原反应，Ag 2O 极发生氧化反应答案　C解析　(1)根据电极反应式可知Zn 失电子被氧化而溶解，Ag 2O 得电子被还原，故Zn 是负极，Ag 2O 是正极，所以C 正确；(2)负极(即Zn 极)在反应时消耗OH －，则负极区溶液的pH 应减小，故A 错误；(3)发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn 极经外电路到Ag 2O 极，故B 错误；(4)在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D 错误。

3．有人设计出利用CH 4和O 2的反应，用铂电极在KOH 溶液中构成原电池。

电池的总反应类似于CH 4在O 2中燃烧，则下列说法正确的是( )①每消耗1 mol CH 4可以向外电路提供8 mol e －　②负极上CH 4失去电子，电极反应式为CH 4＋10OH －－8e －===CO ＋7H 2O ③负极上是O 2获得电子，电极反应式为2－3O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －　④电池放电后，溶液的pH 不断升高 A ．①②B ．①③C ．①④D ．③④答案　A解析　CH 4在铂电极上发生类似于CH 4在O 2中燃烧的反应，即CH 4→CO 2，严格地讲生成的CO 2还与KOH 反应生成K 2CO 3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH 4－8e －＋10OH －===CO ＋7H 2O,1 mol CH 4参加反应有8 mol e －发生转移，O 2在正极上发2－3生反应，获得电子，电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －。

虽然正极产生OH －，负极消耗OH －，但从总反应式CH 4＋2O 2＋2KOH===K 2CO 3＋3H 2O 可看出是消耗了KOH ，所以电池放电时溶液的pH 值不断下降，故①②正确，③④错误。

练方法技巧4．锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn ＋2MnO 2＋2NH ===Zn 2＋＋Mn 2O 3＋2NH 3＋H 2O ，此电池放电时，在正极(碳棒)上发生反应的＋4物质是( )A ．ZnB ．碳C ．MnO 2和NHD ．Zn 2＋和NH 3＋4答案　C解析　根据原电池原理，锌为负极，碳棒为正极，锌应参加负极反应，而MnO 2在反应中得到电子，应当在正极区发生反应，又由于NH 移向正极，在正极发生反应生成NH 3。

＋4本题考查原电池电极反应式的书写，阳离子移动的方向。

5．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：负极：2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O正极：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －当得到1.8 L 饮用水时，电池内转移的电子数约为( ) A ．1.8 molB ．3.6 molC ．100 molD ．200 mol答案　D解析　n (H 2O)＝＝100 mol1.8×103 g18 g·mol －12H 2＋O4e －2===2H 2O即每生成1 mol H 2O 则转移2 mol e －，当生成100 mol H 2O 时，转移200 mol e －。