第2课时发展中的化学电源
一、原电池工作原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成________，加快了反应，使产生H2的速率加快。
2．比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属为____极，活动性弱的金属为____极。例如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性______。
3．设计原电池
已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般________为负极材料(或在负极上被______)，________(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。例如，利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的电极反应式为：
负极(Cu)：______________________(氧化反应)
正极(C)：________________________(还原反应)
4．化学电源
人们利用原电池原理，将______能直接转化为____能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小至电脑、电话、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。
二、发展中的化学电源
1．干电池
普通锌锰干电池
电池组成：____作负极；位于中央的顶盖带有__________作正极；电解质是______糊。负极反应为________________。
2．充电电池
充电电池是一种____________。充电放电可循环进行，至一定周期后终止。最早也是使用最广泛的是铅蓄电池，______是Pb，______是PbO2，电解质是________。封闭式体积小的充电电池——镍镉电池，负极是________，正极是__________，电解质是__________。
另外还有锂离子电池等。
3．燃料电池
燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。如氢氧燃料电池，在负极上发生氧化反应的是________，在正极上发生还原反应的是________，产物是________。
燃料电池与干电池的主要区别在于________不是储存在电池内部，而是用外加的设备提供______和________等，使反应连续进行。
电池反应：2H2＋O2===2H2O
(1)电解质溶液为稀硫酸：
负极：_____________________________________________________________，
正极：_______________________________________________________________。
(2)电解质溶液为KOH溶液：
负极：________________________________________________________________
正极：______________________________________________________________。
知识点一化学电源电极的判断及电极反应方程式的书写
1．如下图，锌锰干电池在放电时总反应方程式可表示为Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是()
A．ZnB．碳
C．MnO2和NHD．Zn2＋和NH3
2．人造地球卫星用到一种高能电池——银锌蓄电池，其电池电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是()
A．负极，并被氧化B．正极，并被还原
C．负极，并被还原D．正极，并被氧化
3．2009年奔驰和宝马汽车公司推出锂电池混合动力车。该锂电池具有高能量、寿命长、可靠性高等优点，即使是在非常低的温度下作业也能有出色的表现。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法不正确的是()
A．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是正极，电极反应为Li＋e－===Li－
C．MnO2是正极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
D．锂电池是一种环保型电池
知识点二燃料电池
4．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液中的氢氧根离子浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
5．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池的负极反应为()
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
练基础落实
1．下列有关电池的说法不正确的是()
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
2．日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为：Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是()
①锌为正极，石墨为负极②锌为负极，石墨为正极
③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极
④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
A．①③B．②③C．③④D．②④
3．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是()
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
4．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
下列结论正确的是()
A．Pb为正极被氧化
B．SO只向PbO2极移动
C．电解质溶液密度不断减小
D．溶液的pH值不断减小
5.
根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如右图所示原电池，下列说法错误的是()
A．X可以是银或石墨
B．Y是硫酸铜溶液
C．电子从铜电极经外电路流向X电极
D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
6．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
练方法技巧——化学电源中的计算技巧7．以锌片和铜片为两极、稀硫酸为电解液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是()
A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1mol氢气
B．两极上溶解和析出的物质的质量相等
C．锌片溶解了1g，铜片上析出1g氢气
D．电解质溶液pH不变
8．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。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===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
MnO2＋2H2O＋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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 练综合拓展
9．利用生活中或实验中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：
(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)实验原理：电极(______、______)、________、________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。(请在空格中填写所缺的实验用品)
(3)实验装置(如右图)。
(4)原电池设计及注意的问题：
①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为________，在耳机中又由________转化为声音这种能量。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应是________________________________________________________________________，
发生了________反应。
10．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船、电脑、收音机、照相机、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：
(1)电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。
①工作时电流从________极流向________极(填“Ag2O”或“Zn”)。
②电极反应式：正极______________________________________________，
负极：_______________________________________________________________。
③工作时电池正极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2＋NiO(OH)Ni(OH)2。电池放电时，负极是____________，负极的电极反应式为_________，正极的电极反应式为___________，正极附近溶液的pH如何变化？______________。第2课时发展中的化学电源
基础落实
一、
1．原电池
2．负正A>B
3．还原剂氧化氧化剂Cu－2e－===Cu2＋2Ag＋＋2e－===2Ag
4．化学电
二、
1．锌铜帽的石墨棒NH4ClZn－2e－===Zn2＋
2．二次电池负极正极稀硫酸CdNiO(OH)KOH
3．H2O2H2O反应物燃料氧化剂
(1)2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－
对点训练
1．C2.B3.B
4．D[与一般原电池工作原理相似，电解质溶液中阴离子向负极移动。]
5．C[由题意可知，该电池实际上是氢氧燃料电池，以氧气(空气)为氧化剂与氢气发生氧化还原反应来产生电流，总反应式为2H2＋O2===2H2O，负极是氢气，发生氧化反应，正极是氧气，发生还原反应；该反应在酸性介质(磷酸为电解质)中进行，所以负极反应为H2－2e－===2H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C项正确，其余不正确。]
课后作业
1．B[锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。]
2．D[由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出错对。在外电路，电子从负极流向正极，故不正确。长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出而腐蚀用电器。]
3．B[A项，a极通H2为负极，电极反应应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。]
4．C[根据方程式：
＋O2＋2H2SO4===2SO4＋2H2O
原电池中失电子的物质为负极，所以Pb为负极，PbO2为正极。又因负极Pb－2e－===Pb2＋进入溶液，溶液中SO也向Pb极移动，生成难溶的PbSO4，所以电解质溶液密度不断减小。由于H＋的物质的量浓度不断减小，pH值不断增大。综上分析得出答案为C。]
5．B[从题给氧化还原反应方程式分析可知：铜被氧化，作原电池的负极，X为正极，电极材料是比铜不活泼的导体，A正确；Ag＋在X电极上被还原，则电解质溶液提供Ag＋，B项错误，D项正确；外电路中铜失去电子，流向X电极，C项正确。]
6．C
7．A[锌片、铜片和稀硫酸构成原电池时，锌为负极，铜为正极，负极锌片溶解，正极析出H2；根据电子守恒原理，溶解1mol锌，就有2mol电子转移，则析出的H2为1mol，A项正确；溶解的锌和析出的H2物质的量相等，但质量不相等，B项不正确；溶解的锌和析出的H2质量比应为652，C项不正确；H＋得电子变成H2，H2SO4被消耗，溶液pH变大，D项不正确。]
8．C
9．(2)铁钉或铁条铜片(其他合理答案也可)烧杯导线
(4)①电能电能②负Fe－2e－===Fe2＋
氧化
解析根据电池反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑可知，正极为不比铁活泼的金属或非金属导体。耳机发出声音是电能转化为声音。由于铁为负极，应连接电流计的负极。
10．(1)①Ag2OZn
②Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
③增大
(2)H2H2－e－＋OH－===H2O
NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－
增大
放电
充电
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