2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点33化学电源学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点33化学电源学案

考点33　化学电源 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.常见化学电源 b c ‎2.银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值 b 一、碱性锌锰电池——一次电池 电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 特点：用途广泛 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；‎ 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 二、银锌纽扣电池——一次电池 电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点：放电平稳，电流大 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ 三、铅蓄电池——二次电池 电池组成：铅、二氧化铅、硫酸 特点：广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。‎ ‎1．放电时的反应 ‎(1)负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；‎ ‎(2)正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。‎ 总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。‎ ‎2．充电时的反应 ‎(1)阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；‎ ‎(2)阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；‎ 总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。‎ 四、镍氢电池——二次电池 电池组成：贮氢合金，泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点：寿命长、性能好，能量高 ‎1．放电时的反应 负极反应：MH－e－＋OH－===M＋H2O 正极反应：NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－‎ ‎2．充电时的反应 阴极反应：M＋H2O＋e－===MH＋OH－‎ 阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O 总反应：NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M 说明(1)MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢。‎ ‎(2)可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。‎ 五、氢氧燃料电池 电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气，氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液)‎ 特点：用于航天飞机、牵引车等。‎ 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 ‎【例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，电池反应方程式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，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2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)‎ 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，锌的质量减少6.5 g ‎【解析】　锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子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原理写出正极反应式知B正确。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池，已知总反应，根据化合价升降来判断正、负极，化合价升高的为负极，失去电子，发生氧化反应。‎ ‎【例2】　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PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，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，PbO2是正极 C．工作时负极上发生的反应式是Pb－2e－＋SO===PbSO4‎ D．工作时电解质的密度减小 ‎【解析】　Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　对于二次电源，要看清放电和充电的方向，放电方向是原电池反应，电极是正、负极；充电方向是电解反应，充电时电极是阴、阳极。‎ ‎【例3】　锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2[Zn(OH)4]2－。下列说法正确的是(　　)‎ A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－‎ D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)‎ ‎【解析】　A项，充电时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，故A项错误；B项，充电时，总反应为2[Zn(OH)4]2－===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大，故B项错误；C项，放电时，Zn作负极，失电子，电极反应为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－，故C项正确；D项，根据放电时的反应可得，在标况下消耗氧气22.4 L时电路通过4 mol电子，故D项错误。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变，引起电极反应的变化。‎ ‎【例4】　‎ 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如右。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电池工作时，CO向电极B移动 C．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO D．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O ‎【解析】　A项，H4―→O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；B项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；C项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。D项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误。‎ ‎【答案】　C ‎【提炼】　如果燃烧产物与电解质不反应，燃料电池反应方程式与燃料的燃烧反应相同；如果燃烧产物与电解质反应，则燃料电池反应方程式是两者加合。在写电极反应时，一般先写正极(O2)反应，O2在不同介质中的电极反应式：①在碱性、中性或弱酸性条件下正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；②在较强酸性条件下正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；③在熔融的金属氧化物中正极：O2＋4e－===2O2－；④在其他介质中的电极反应式，如：在熔融的碳酸盐中，正极反应物是O2和CO2时，正极电极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO。而负极反应则是总反应减去正极反应。‎ ‎【例5】　锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A．Zn电极是该电池的正极 B．Zn电极的电极反应：Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋‎ C．OH－向石墨电极移动 D．氧气在石墨电极上发生还原反应 ‎【解析】　A．氧气得电子发生还原反应，是正极，锌是负极，故A错误；B.锌作负极，碱性条件下，负极上电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===ZnO＋2H2O，故B错误；C.原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH－向Zn极移动，故C错误；D.氧气在正极，所以氧气在石墨电极上发生还原反应，所以D选项是正确的。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　新型化学电源主要运用原电池工作原理，首先要分析原电池的正、负极，在书写电极反应时必须考虑电解质溶液。‎