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2022高考化学一轮复习 第六章 第19讲 原电池 化学电源课件PPT
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这是一份2022高考化学一轮复习 第六章 第19讲 原电池 化学电源课件PPT，共60页。
考点 1 原电池的工作原理及应用1．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是______________。
2．构成条件(1)有两个电极(大多数不同，也可能相同，如氢氧燃料电池等)；(2)有电解质(电解质通常是溶液，也可能是熔融状态或固体电解质)；(3)有闭合回路(首尾连接)；(4)有自发的氧化还原反应。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(2)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
教材必修2 P41的原电池图2－9如上图Ⅰ，教材选修4 P71的原电池图4－1如上图Ⅱ。图Ⅱ原电池比图Ⅰ 原电池有哪些优点？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：效率较高，电流衰减慢
(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生。( )(2)MgAl形成的原电池，Mg一定作负极。( )(3)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。( )(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。 ( )
(5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。( )(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )(7)锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生。( )
1．模型构建：以锌铜原电池为例构建原电池的认知模型
2．模型构建：原电池工作原理的思维模型
3．方法归纳：判断原电池正、负极的5种方法归纳与整合
题组一 原电池装置的判断1．下面装置中，能构成原电池的是________(填序号)。
2．如图是根据原电池原理设计的LED灯发光的装置：该装置中，存在怎样的能量转化过程？_________________________________________________________________________________________________________________________。
题组二 原电池工作原理3．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
解析：在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项符合题意。
5．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_______，溶液中的H＋向______极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________。
考点 2 原电池原理的应用1．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性______的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。2．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。3．用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的______而受到保护。
4．设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
(1)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液。( )(2)10 mL浓度为1 ml·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能加快反应速率但又不影响氢气生成量。( )(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。( )(4)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以自发进行，且放大量热，故可以设计成原电池。( )
1．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有 ( )A．与石墨棒相连 B．与铜板相连C．埋在潮湿、疏松的土壤中D．与锌板相连
2．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
解析：a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。
3．(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c
解析：把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综上所述可知活动性：d>a>b>c。
考点 3 化学电源一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用
1．碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。负极材料：_____。电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。正极材料：碳棒。电极反应：_________________________________________。
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
2．纽扣式锌银电池总反应：__________________________________。
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
电解质是_______。负极材料：____。电极反应：____________________________。正极材料：_______。电极反应：_________________________________。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
8Li－8e－===8Li＋
2．充电时——电解池阴极反应：________________________阳极反应：_______________________________________。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
1．结合教材选修4 P76表4－1，试从不同角度说明锂电池比锌锰电池性能更优异。____________________________________________________________________________________________________________________________提示：锂电池与锌锰电池相比优点有：①电压高，②比能量高，③工作温度范围大，④可贮存时间长。
2．根据教材选修4 P76铅蓄电池的工作原理，归纳可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：
(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁做电极材料。( )(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可贮存时间长。( )(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。( )(6)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 ml电子时，消耗0.1 ml H2SO4。( )
1．思维建模：解答燃料电池题目的思维模型
2．归纳整合：燃料电池的常用燃料及电解质(1)常用燃料：H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。(2)常用电解质①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
3．解答燃料电池题目的几个关键点(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
题组一 通过一次电池理解化学电源的工作原理1．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程中产生MnO(OH)。该电池的正极反应式为_______________________________________，电池总反应的离子方程式为___________________________________。
解析：根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极Zn失去电子生成Zn2＋，正极MnO2得到电子生成MnO(OH)，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循得失电子守恒的前提下，将两极反应式加合可得电池总反应的离子方程式。答案：MnO2＋e－＋H＋===MnO(OH)Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnO(OH)
题组二 通过铅蓄电池，理解二次电池的特点2．铅蓄电池放电的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，
(1)当K闭合时，Ⅰ为________池，a为________极，b为________极，Ⅱ为________池，c为________极，d为________极。此时a电极反应为____________________________________________，b电极反应为________________________________________________。c电极反应为________________________________________________，d电极的反应为______________________________________________。(2)根据d电极的反应，说明d电极区酸碱性的变化？_______________________________________________________________________________________________________________________。
(3)K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，c电极为电源的正极还是负极？_________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(3)K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，此时可以形成铅蓄电池，c电极是负极
题组三 通过氢氧燃料电池，理解燃料电池的工作原理及电极反应的书写3.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。(1)电极表面镀铂粉的作用是什么？____________________________________________________________。答案：(1)增大电极单位面积吸附氢气、氧气的分子数，加快电极反应速率
(2)写出该燃料电池的负极反应式____________________________________________________________________________________________，如果将KOH溶液改为熔融的氧化钙，写出该燃料电池的负极反应式。_______________________________________________________________________________________________________________________。答案：(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O H2－2e－＋O2－===H2O
4.如图为质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫，根据图示信息，写出图中电极b上发生的电极反应，若有17 g H2S参与反应，则有多少H＋经质子膜进入正极区？答案：电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。总反应式为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)17 g H2S即0.5 ml H2S，每0.5 ml H2S参与反应会消耗0.25 ml O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 ml H＋经质子膜进入正极区
四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解答这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等，其中，电极反应式的书写要求较高，难度较大。
2．已知总方程式，书写电极反应式的步骤与技巧(1)书写步骤①步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne－)。②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。③步骤三：写电极反应式。负极反应：还原剂－ne－―→氧化产物正极反应：氧化剂＋ne－―→还原产物
(2)书写技巧若某电极反应式较复杂时，可先写出较简单的电极反应式，用总反应式减去较简单的电极反应式，即可得出较复杂的电极反应式。
[考能突破练]1．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________________________________________，发生的电极反应为__________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为________________________________。
解析：分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。答案：(1)锂 4Li－4e－===4Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，试书写该电池的电极反应式：负极：_____________________________________________________；正极：_____________________________________________________。答案：Mg－2e－===Mg2＋ 2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
3．铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；负极：____________________________________________________；正极：____________________________________________________。答案：4Al－12e－===4Al3＋ 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为：Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋C6(x<1)；负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________。答案：LixC6－xe－===xLi＋＋C6Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
5．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 ml·L－1的KOH溶液。写出放电时的正、负极电极反应式：负极：_____________________________________________________；正极：_____________________________________________________。
答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
6．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：____________________________________________________；正极：____________________________________________________；总反应式：________________________________________________。(2)碱性介质(如KOH)负极：___________________________________________________；正极：___________________________________________________；总反应式：_______________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________；总反应式：__________________________________________________。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________；总反应式：__________________________________________________。
1.原电池实质的2个方面(1)反应本质：氧化还原反应；(2)能量转化：化学能转化为电能。2.原电池中应注意的3个“方向” (1)外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极；(2)电池内部离子移动方向：阴离子移向负极，阳离子移向正极； (3)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋移向正极，Cl－移向负极。
3.原电池电极判断的6种方法(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
2．(2020·高考全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
3．(2019·高考全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。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．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：A对：该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件。B错：该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋。C对：右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应。D对：原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动。
下列说法错误的是( )A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
解析：A对：三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高。B对：二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)。C对：二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)。D错：二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动。
6．(2019·高考全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示： 负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 ml电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
答案：Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
考点 1 原电池的工作原理及应用1．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是______________。
2．构成条件(1)有两个电极(大多数不同，也可能相同，如氢氧燃料电池等)；(2)有电解质(电解质通常是溶液，也可能是熔融状态或固体电解质)；(3)有闭合回路(首尾连接)；(4)有自发的氧化还原反应。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(2)盐桥的组成和作用①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
教材必修2 P41的原电池图2－9如上图Ⅰ，教材选修4 P71的原电池图4－1如上图Ⅱ。图Ⅱ原电池比图Ⅰ 原电池有哪些优点？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：效率较高，电流衰减慢
(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生。( )(2)MgAl形成的原电池，Mg一定作负极。( )(3)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。( )(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。 ( )
(5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。( )(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )(7)锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生。( )
1．模型构建：以锌铜原电池为例构建原电池的认知模型
2．模型构建：原电池工作原理的思维模型
3．方法归纳：判断原电池正、负极的5种方法归纳与整合
题组一 原电池装置的判断1．下面装置中，能构成原电池的是________(填序号)。
2．如图是根据原电池原理设计的LED灯发光的装置：该装置中，存在怎样的能量转化过程？_________________________________________________________________________________________________________________________。
题组二 原电池工作原理3．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
解析：在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项符合题意。
5．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_______，溶液中的H＋向______极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________。
考点 2 原电池原理的应用1．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性______的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。2．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。3．用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的______而受到保护。
4．设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
(1)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液。( )(2)10 mL浓度为1 ml·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能加快反应速率但又不影响氢气生成量。( )(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。( )(4)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以自发进行，且放大量热，故可以设计成原电池。( )
1．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有 ( )A．与石墨棒相连 B．与铜板相连C．埋在潮湿、疏松的土壤中D．与锌板相连
2．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
解析：a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。
3．(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c
解析：把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综上所述可知活动性：d>a>b>c。
考点 3 化学电源一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用
1．碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。负极材料：_____。电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。正极材料：碳棒。电极反应：_________________________________________。
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
2．纽扣式锌银电池总反应：__________________________________。
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
电解质是_______。负极材料：____。电极反应：____________________________。正极材料：_______。电极反应：_________________________________。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
8Li－8e－===8Li＋
2．充电时——电解池阴极反应：________________________阳极反应：_______________________________________。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
1．结合教材选修4 P76表4－1，试从不同角度说明锂电池比锌锰电池性能更优异。____________________________________________________________________________________________________________________________提示：锂电池与锌锰电池相比优点有：①电压高，②比能量高，③工作温度范围大，④可贮存时间长。
2．根据教材选修4 P76铅蓄电池的工作原理，归纳可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：
(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。( )(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。( )(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁做电极材料。( )(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可贮存时间长。( )(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。( )(6)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 ml电子时，消耗0.1 ml H2SO4。( )
1．思维建模：解答燃料电池题目的思维模型
2．归纳整合：燃料电池的常用燃料及电解质(1)常用燃料：H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。(2)常用电解质①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
3．解答燃料电池题目的几个关键点(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
题组一 通过一次电池理解化学电源的工作原理1．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程中产生MnO(OH)。该电池的正极反应式为_______________________________________，电池总反应的离子方程式为___________________________________。
解析：根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极Zn失去电子生成Zn2＋，正极MnO2得到电子生成MnO(OH)，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循得失电子守恒的前提下，将两极反应式加合可得电池总反应的离子方程式。答案：MnO2＋e－＋H＋===MnO(OH)Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnO(OH)
题组二 通过铅蓄电池，理解二次电池的特点2．铅蓄电池放电的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，
(1)当K闭合时，Ⅰ为________池，a为________极，b为________极，Ⅱ为________池，c为________极，d为________极。此时a电极反应为____________________________________________，b电极反应为________________________________________________。c电极反应为________________________________________________，d电极的反应为______________________________________________。(2)根据d电极的反应，说明d电极区酸碱性的变化？_______________________________________________________________________________________________________________________。
(3)K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，c电极为电源的正极还是负极？_________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(3)K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，此时可以形成铅蓄电池，c电极是负极
题组三 通过氢氧燃料电池，理解燃料电池的工作原理及电极反应的书写3.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。(1)电极表面镀铂粉的作用是什么？____________________________________________________________。答案：(1)增大电极单位面积吸附氢气、氧气的分子数，加快电极反应速率
(2)写出该燃料电池的负极反应式____________________________________________________________________________________________，如果将KOH溶液改为熔融的氧化钙，写出该燃料电池的负极反应式。_______________________________________________________________________________________________________________________。答案：(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O H2－2e－＋O2－===H2O
4.如图为质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫，根据图示信息，写出图中电极b上发生的电极反应，若有17 g H2S参与反应，则有多少H＋经质子膜进入正极区？答案：电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。总反应式为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)17 g H2S即0.5 ml H2S，每0.5 ml H2S参与反应会消耗0.25 ml O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 ml H＋经质子膜进入正极区
四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解答这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等，其中，电极反应式的书写要求较高，难度较大。
2．已知总方程式，书写电极反应式的步骤与技巧(1)书写步骤①步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne－)。②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。③步骤三：写电极反应式。负极反应：还原剂－ne－―→氧化产物正极反应：氧化剂＋ne－―→还原产物
(2)书写技巧若某电极反应式较复杂时，可先写出较简单的电极反应式，用总反应式减去较简单的电极反应式，即可得出较复杂的电极反应式。
[考能突破练]1．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________________________________________，发生的电极反应为__________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为________________________________。
解析：分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。答案：(1)锂 4Li－4e－===4Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
2．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，试书写该电池的电极反应式：负极：_____________________________________________________；正极：_____________________________________________________。答案：Mg－2e－===Mg2＋ 2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
3．铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；负极：____________________________________________________；正极：____________________________________________________。答案：4Al－12e－===4Al3＋ 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为：Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋C6(x<1)；负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________。答案：LixC6－xe－===xLi＋＋C6Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
5．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 ml·L－1的KOH溶液。写出放电时的正、负极电极反应式：负极：_____________________________________________________；正极：_____________________________________________________。
答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
6．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：____________________________________________________；正极：____________________________________________________；总反应式：________________________________________________。(2)碱性介质(如KOH)负极：___________________________________________________；正极：___________________________________________________；总反应式：_______________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________；总反应式：__________________________________________________。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极：______________________________________________________；正极：______________________________________________________；总反应式：__________________________________________________。
1.原电池实质的2个方面(1)反应本质：氧化还原反应；(2)能量转化：化学能转化为电能。2.原电池中应注意的3个“方向” (1)外电路中电子移动方向：负极→正极，电流方向：正极→负极；(2)电池内部离子移动方向：阴离子移向负极，阳离子移向正极； (3)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋移向正极，Cl－移向负极。
3.原电池电极判断的6种方法(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。
2．(2020·高考全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
3．(2019·高考全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。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．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：A对：该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件。B错：该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋。C对：右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应。D对：原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动。
下列说法错误的是( )A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
解析：A对：三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高。B对：二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)。C对：二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)。D错：二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动。
6．(2019·高考全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示： 负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 ml电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
答案：Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
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