（选必1）4.1.2 化学电源 （学案）

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4.1.2  化学电源（学案）


1．能写出电极反应和电池反应的方程式。
2．了解常见化学电池的种类及其工作原理。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。


1．写出电极反应和电池反应的方程式。


构成原电池的条件________________________________________________


知识点一、化学电源
1、电极方程式的书写
一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：
1．准确判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。此时，其电极反应式为：负极：Cu-2e- ==Cu2+ 正极：2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O
又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH—-6e-==2AlO2-+4H2O 正极：6H2O+6e-==3H2+6OH-
2．高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+ 正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。
3．牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。
4．不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。
碱性锌锰电池  
构成：负极是________，正极是_____________，电解质是KOH
负极：_____________________正极：_____________________
总反应式：_______________________________
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应
负极：_____________________；正极：___________________________
总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
②镍一镉碱性蓄电池
负极：________________________________；
正极：________________________________________________
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
(3)燃料电池

电池	电极反应	酸性电解质	碱性电解质
		H→H+，C→CO2，水提供氧	H→H2O，C→CO32-，OH—提供氧
氢氧燃料电池	负极
	正极
	总反应
甲烷燃料电池	负极
	正极
	总反应
甲醇燃料电池	负极
	正极
	总反应
乙醇燃料电池	负极
	正极
	总反应

电池	电极反应	熔融碳酸盐电解质	固体氧化物电解质
		H→H2O，C→CO2，CO32—提供氧	H→H2O，C→CO2，O2—提供氧
氢氧燃料电池	负极
	正极
	总反应
甲烷燃料电池	负极
	正极
	总反应
甲醇燃料电池	负极
	正极
	总反应
乙醇燃料电池	负极
	正极
	总反应

除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
知识点二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：

类型	析氢腐蚀	吸氧腐蚀
条件	水膜酸性较强(pH≤4.3)	水膜酸性很弱或呈中性
电极反应	负极	Fe－2e－===Fe2＋
	正极	2H＋＋2e－===H2↑	O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式	Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑	2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系	吸氧腐蚀更普遍

【练习】1．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（　　）


A．该电池中电极b是正极，发生还原反应        
B．外电路中电流由电极a通过导线流向电极b        
C．该电池的总反应为2H2O═2H2+O2        
D．该电池工作时电能转化为化学能
【练习】2．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构如图，电池总反应可表示为：2H2+O2═2H2O，下列有关说法正确的是（　　）


A．H+由b极通过固体酸电解质传递到a极        
B．b极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣        
C．每转移2mol电子，消耗4g的H2        
D．H2O是正极的产物
【练习】3．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（　　）


A．该电池工作时电能转化为化学能        
B．该电池中电极b是负极        
C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a        
D．该电池是绿色环保电池
【练习】4．如图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是（　　）


A．该电池不能在高温下工作        
B．电池的负极反应为C6H12O6+6H2O﹣24e﹣═6CO2↑+24H+        
C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1mol，便有1mol H+从阳极室进入阴极室        
D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料较广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广
【练习】5．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构图，电池总反应可表示为：2H2+O2═2H2O，下列有关说法正确的是（　　）


A．电子通过外电路从a极流向b极        
B．b极上的电极反应式为：O2+4e﹣+2H2O═4OH﹣        
C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2        
D．H+由b极通过固体酸电解质传递到a极
【练习】6．一种新型燃料电池以二氧化硫和空气为原料，工作原理如图所示，下列说法不正确的是（　　）


A．电路中每通过1mol电子，有1mol H+从a电极迁移到b电极        
B．该电池实现了制备硫酸、发电、环保三位一体的结合        
C．该电池工作时，b极附近pH逐渐降低        
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2：1
【练习】7．某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，其电池构造如图所示。下列说法正确的是（　　）


A．供电时的总反应为：2H2+O2
H2O        
B．多孔金属a作负极，是电子流入的极        
C．电池工作时，电解质溶液中OH﹣移向a极        
D．正极的电极反应为：O2+4e﹣+4H+═2H2O
【练习】8．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流，此装置称为甲烷燃料电池。下列叙述中正确的是（　　）
①通入CH4的电极为正极；
②正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣；
③放电时溶液中的阳离子向正极移动；
④负极的电极反应式为：CH4+10OH﹣﹣8e﹣═CO32﹣+7H2O；
⑤电子迁移方向：通入CH4的铂电极→通入O2的铂电极→电解质溶液→通入CH4的铂电极
A．①③⑤        B．②③④        C．②④⑤        D．①②③


1．铅蓄电池是机动车上常用的化学电源，其两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O．下列结论正确的是（　　）
A．Pb为负极，总质量减少        
B．正极电极反应：PbO2+2e﹣+4H++SO42﹣═PbSO4+2H2O        
C．充电时，电解质溶液浓度不断减小        
D．放电时，溶液的pH不断减小
2．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH+H2O﹣4e﹣═CH3COOH+4H+．下列有关说法不正确的是（　　）
A．检测时，电解质溶液中的H+向正极移动        
B．正极上发生的反应为：O2+4H++4e﹣═2H2O        
C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2═CH3COOH+H2O        
D．若有0.4mol电子转移，则消耗4.48L氧气
3．在第十三届阿布扎比国际防务展上，采用先进的氢燃料电池系统的无人机，创造了该级别270分钟续航的新世界记录。下列有关氢燃料电池的说法正确的是（　　）


A．通入氧气的电极发生氧化反应        
B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动        
C．正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣        
D．放电过程中碱性电解液的浓度不断增大
4．利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成燃料电池。下列说法错误的是（　　）
A．通入O2一极发生还原反应        
B．负极的电极反应式为：CH4﹣8e﹣+8OH﹣═CO2+6H2O        
C．该电池总反应为：CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O        
D．KOH溶液需要定期补充
5．氢氧燃料电池已用于航天飞机，其工作原理如图所示。关于该燃料电池说法不正确的是（　　）


A．该装置可将电能转化为化学能        
B．供电时的总反应为：2H2+O2═2H2O        
C．H2在负极发生氧化反应        
D．电子从a电极经外电路流向b电极
6．下列关于甲烷﹣空气碱性燃料电池的说法不正确的是（　　）


A．通入甲烷的一极发生的是氧化反应        
B．外电路中电子由正极通过导线流向负极        
C．该电池中通入空气的一极是正极        
D．该电池的总反应：CH4+2O2+2KOH═3H2O+K2CO3
7．乙醇作为可再生能源比化石能源具有较大的优势，如图为乙醇燃料电池，该电池的总反应方程式为C2H5OH+3O2═2CO2+3H2O．下列关于该电池叙述错误的是（　　）


A．a极与用电器的正极相接        
B．该装置将化学能转化为电能        
C．负极反应式：C2H5OH﹣4e﹣+3H2O═2CO2+12H+        
D．该装置的电解质溶液呈酸性
8．铅蓄电池是全球使用最广泛的化学电源，具有工作电压平稳、单体电池容量大、使用温度广等优点，已知其工作时的方程式为Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）═2PbSO4（s）+2H2O（l），下列有关铅蓄电池说法正确的是（　　）
A．铅蓄电池使用完后可以随意丢弃        
B．铅蓄电池工作时，负极质量会减少        
C．每生成2mol H2O，有1mol PbO2被氧化        
D．工作一段时间后，电解质溶液中的c（H+）减小
9．氢氧燃料电池的构造如图所示。下列说法正确的是（　　）


A．a是电池正极        
B．电池工作时，H2在电池内部燃烧        
C．b电极的电极反应为O2+4e﹣+4H+═2H2O        
D．电子由a沿导线流向b，再由b通过电解质溶液流回a
【课前复习答案】能自发进行的氧化还原反应发生；活泼性不同的两电极；形成闭合回路
【知识点填空答案】
Zn；MnO2；Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-；Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2；Pb－2e－＋SO42－=PbSO4；PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－=PbSO4＋2H2O；Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－

H2+2e-=2H+	2H++2OH-=2H2O
O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
2H2+O2=2H2O	2H2+O2=2H2O
CH4-8e-+2H2O=8H++CO2	CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O
O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
CH4+2O2=CO2+2H2O	CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2	CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O	2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
C2H5OH-12e-+3H2O=12H++2CO2	C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
O2+4H++4e-=2H2O	O2+2H2O+4e-=4OH-
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O	C2H5OH-+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O

H2+CO32—2e-=H2O+CO2	H2+O2—2e-=H2O
O2+4e-+2CO2=2CO32-	O2+4e-=2O2-
2H2+O2=2H2O	2H2+O2=2H2O
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2	CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-	O2+4e-=2O2-
CH4+2O2=CO2+2H2O	CH4+2O2=CO2+2H2O
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2	CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-	O2+4e-=2O2-
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O	2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
C2H5OH+6CO32—12e-=3H2O+7CO2	C2H5OH+6O2—12e-=3H2O+2CO2
O2+4e-+2CO2=2CO32-	O2+4e-=2O2-
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O	C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O

【练习答案】ADDCACCB
【检测反馈答案】BDCBABCDC