考點19化學電源【核心考點梳理】一、化學電源1．概念：化學電源是將化學能變成電能的裝置。2．分類3．判斷電池優(yōu)劣的主要標準(1)比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位(W·h)/kg或(W·h)/L。(2)比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位W/kg或W/L。(3)電池的可儲存時間的長短。二、一次電池1．一次電池：隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原反應的物質(zhì)逐漸被消耗，當這些物質(zhì)被消耗到一定程度時，電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。2．堿性鋅錳電池：(1)構(gòu)造(2)組成正極：MnO2；負極：Zn；電解質(zhì)：KOH。(3)工作原理負極反應式：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正極反應式：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnO(OH)＋2OH－；總反應反應式：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2。三、二次電池鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其放電反應和充電反應表示如下：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。(1)負極是Pb，正極是PbO2，電解質(zhì)溶液是稀硫酸。(2)放電反應原理①負極反應式是Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；②正極反應式是PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O；③放電過程中，負極質(zhì)量的變化是增大，電解質(zhì)溶液pH的變化是增大。(3)充電反應原理①陰極(發(fā)生還原反應)反應式是PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；②陽極(發(fā)生氧化反應)反應式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；③充電時，鉛酸蓄電池正極與直流電源正極相連，負極與直流電源負極相連。四、燃料電池1．氫氧燃料電池用Pt作電極，不斷充入燃料(H2)和氧化劑(O2)，分別在兩極發(fā)生氧化反應和還原反應，電池總反應式是2H2＋O2=2H2O。2．氫氧燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應介質(zhì)負極反應式正極反應式酸性2H2－4e－=4H＋O2＋4H＋＋4e－=2H2O中性2H2－4e－=4H＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－堿性2H2－4e－＋4OH－=4H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－3．燃料電池的燃料除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體。若用導線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入甲醇(CH3OH)和氧氣，發(fā)生原電池反應。在負極發(fā)生氧化反應的是CH3OH，其最終產(chǎn)物是H2O、COeq\o\al(2－,3)，負極反應式是2CH3OH－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋12H2O；正極反應式是3O2＋6H2O＋12e－=12OH－；總反應式是2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O?！竞诵臍w納】1．充電電池充電、放電的原理(1)充電電池是既能將化學能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，又能將電能轉(zhuǎn)化為化學能(充電)的一類特殊電池。需要注意的是充電和放電的反應不互為逆反應。(2)充、放電時各電極上發(fā)生的反應(3)充、放電電池電極反應式的書寫充電時陰極(或陽極)的電極反應式與該電池放電時負極(或正極)的電極反應剛好相反。例如，鉛酸蓄電池充電、放電的過程如圖所示。注意：書寫鉛酸蓄電池電極反應式時一定要考慮電解質(zhì)溶液，放電時兩極生成的Pb2＋和電解質(zhì)溶液中的SOeq\o\al(2－,4)不能共存，Pb2＋與SOeq\o\al(2－,4)結(jié)合生成PbSO4沉淀，因此將負極反應式寫成Pb－2e－=Pb2＋是錯誤的，應寫成Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4。2．有機燃料電池電極反應式的書寫方法電池的負極一定是可燃物，有機燃料中各元素的化合價變化遵循一般化合價規(guī)則，燃料失電子發(fā)生氧化反應，電池的正極多為氧氣或空氣得電子，發(fā)生還原反應，特別注意電解質(zhì)溶液酸堿性不同的區(qū)別。可根據(jù)電荷守恒來配平電極反應式。如乙醇堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應式的書寫方法。第一步：確定生成物。乙醇燃燒生成CO2和H2O，其中CO2與KOH溶液反應生成K2CO3和H2O，故生成物為K2CO3和H2O。第二步：確定價態(tài)的變化及轉(zhuǎn)移電子數(shù)。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合價為－2，COeq\o\al(2－,3)中碳元素的化合價為＋4，故1mol乙醇完全反應失去2mol×[4－(－2)]＝12mol電子。第三步：列出表達式。C2H5OH＋eq\x()OH－－12e－→eq\x()COeq\o\al(2－,3)＋eq\x()H2O。第四步：確定電極反應式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)。由碳原子守恒確定COeq\o\al(2－,3)的化學計量數(shù)為2，由電荷守恒確定OH－的化學計量數(shù)為16。(注：失去12個電子，相當于帶12個單位正電荷)再由氫原子守恒確定H2O的化學計量數(shù)為11，故負極反應式為C2H5OH＋16OH－－12e－=2COeq\o\al(2－,3)＋11H2O?！颈貍渲R基礎(chǔ)練】1．（2022·四川成都·高二期中）下列有關(guān)電池的說法錯誤的是A．廢棄電池中含有重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，不能隨意丟棄B．化學電池可以將化學能全部轉(zhuǎn)化成電能C．日常生活中用的手機電池是二次電池D．燃料電池無需將燃料貯存在電池內(nèi)部2．（2022·四川成都·高二期中）某甲烷燃料電池的構(gòu)造如下圖所示，a、b為電極，C、D為選擇性離子交換膜，只允許一種離子通過。下列說法正確的是A．電子由a沿導線流向b，再由b通過電解質(zhì)溶液流回aB．a(chǎn)電極的電極反應式為：C．出口Y中的質(zhì)量分數(shù)小于D．b是電池正極3．（2022·河南·高二階段練習）直接硼氫化物()燃料電池(DBFC)具有理論電池電壓高和能量密度大等特點，其工作原理如圖所示。下列敘述正確的是A．電極N為負極，電極R為正極，箭頭方向為電流移動方向B．交換膜為質(zhì)子交換膜，放電時陽離子向電池的正極定向移動C．放電時，電極N上的電極反應式為D．電極R通入，電池放電一段時間后，電極R附近溶液的pH升高4．（2022·河南·高二階段練習）氫能源是綠色能源。我國科學家研究的使用g—C3N4作為光催化劑進行光催化轉(zhuǎn)化H2O制備氫能源裝置的原理示意圖如圖(h+為帶正電荷的空穴)，對該裝置的下列說法中錯誤的是A．該裝置工作時將光能最后轉(zhuǎn)化為化學能B．VB端發(fā)生的反應是2H2O+4h+=O2↑+4H++4hC．該裝置工作時CB端每得到2mol電子生成22.4L氫氣D．總反應式為2H2O2H2↑+O2↑5．（2022·河南·高二階段練習）鋰氟化碳電池廣泛應用于電腦主板、芯片電源、植入式醫(yī)療設(shè)備和軍工航天等領(lǐng)域，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．a(chǎn)極的電勢高于b極B．有機溶液可以換成水溶液C．當外電路中通過2mol電子時，a極質(zhì)量減輕14gD．負極的電極反應式為CFx+xe-=C+xF-6．（2022·河北保定·高二期末）某新型燃料電池利用民用燃氣為燃料，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是A．通入空氣的電極為該電池的正極B．電池工作時，電子由b極經(jīng)電解質(zhì)流向a極C．CO在b極的反應式為CO-2e-+O2-=CO2D．相同狀況下a極消耗1L，理論上b極消耗2L燃料7．（2022·河北邯鄲·高二期末）微生物電池具有高效、清潔、環(huán)保等優(yōu)點。某微生物電池工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是A．a(chǎn)極為該電池的負極B．b極的電極反應式為C．放電過程中a極附近pH降低D．當外電路通過時，理論上溶液中會有通過質(zhì)子交換膜移向b極8．（2022·浙江湖州·高二期末）下列關(guān)于化學電源的說法不正確的是A．判斷一種電池的優(yōu)劣或者是否適合某種用途，主要看它的比能量或比功率B．堿性鋅錳電池中，鋅作負極，溶解轉(zhuǎn)化為，作正極，轉(zhuǎn)化為C．鉛酸蓄電池正極板上覆蓋有，負極板上覆蓋有，電解質(zhì)溶液為稀硫酸D．燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源【關(guān)鍵能力提升練】9．（2022·廣東茂名·高二期末）鋰-氟化碳(氟氣與碳生成的夾層化合物)電池在質(zhì)量比能量、體積比能量、工作溫度范圍等方面具有明顯優(yōu)勢而應用廣泛。電解液為丙烯碳酸酯的溶液，總反應為，放電產(chǎn)物LiF易沉積，工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．電池工作時，電子流動方向：電極a→負載→電極b→陽離子交換膜→電極aB．負極反應式為：C．為了提高電池放電性能，在電解液中添加合適的試劑溶解沉積在b極區(qū)的LiFD．電池工作一段時間，a極區(qū)的電解液質(zhì)量增大10．（2022·重慶·高二期末）為了應對氣候變化，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”等莊嚴的目標承諾。我國科學家發(fā)明了一種新型Zn?CO2電池，裝置如圖所示(雙極膜的陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH?，并分別通過陽膜和陰膜)。下列說法不正確的是A．放電時，電極a為負極，發(fā)生還原反應B．放電時，電流由b極流向a極C．多孔鈀納米材料增大CO2接觸面積，加快反應速率D．放電時，b極的電極反應為CO2+2H++2e-=HCOOH11．（2021·全國·高二課時練習）現(xiàn)有一微型原電池，含有Fe-C，用于處理廢水中的HCOOH，通入空氣后生成，并與HCOOH反應生成，以下說法錯誤的是A．負極：Fe-2e-=Fe2+B．正極：C．若不通入則可能有氫氣生成D．HCOOH處理廢液生成二氧化碳的方程式為：HCOOH+H2O2=CO2↑+2H2O12．（2021·全國·高二課時練習）直接碳燃料電池(DCFC)是一種以固體碳(煤、石墨、活性炭等)為原料的燃料電池，是一種具有現(xiàn)實意義的節(jié)能減排新技術(shù)，如圖是一種DCFC的結(jié)構(gòu)示意圖。下列有關(guān)法不正確的是A．負極的電極反應為：C－4e－+2CO=3CO2B．若電子由電極a沿導線經(jīng)負載流向電極b，則入口A加入的物質(zhì)為固體碳C．DCFC與煤直接燃燒發(fā)電能量的利用率相同D．放電過程中放出標準狀況下CO211.2L時轉(zhuǎn)移2mol電子13．（2021·全國·高二課時練習）氨不僅應用于化肥生產(chǎn)，也可以應用于能源領(lǐng)域，與氫氧燃料電池比，氨氧燃料電池有其獨特優(yōu)勢，某研究小組設(shè)計的氨氧燃料電池裝置如圖，下列有關(guān)說法不正確的是A．電極2為正極，發(fā)生還原反應B．電極1的電極反應式為：2NH3-6e-=N2↑+6H+C．放電過程中溶液中的OH-朝負極移動D．氨相比于氫氣的重要的優(yōu)勢是氨易液化，運輸儲存方便14．（2021·江蘇無錫·高二期末）實驗室利用原電池原理吸收制備少量硫酸(如圖所示)。下列有關(guān)說法正確的是A．放電過程中可實現(xiàn)化學能全部轉(zhuǎn)化為電能B．電子從a電極流出，經(jīng)電解質(zhì)流向b電極C．有1mol參加反應時，通過質(zhì)子交換膜的為4molD．a(chǎn)電極上的電極反應式為15．（2022·四川成都·高二期末）原電池原理在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用。(1)食品保鮮常用的“雙吸劑”是由還原鐵粉、生石灰、氯化鈉、炭粉按一定比例組成的混合物，可同時吸收水和氧氣?！半p吸劑”中CaO的主要作用是___________；在吸收氧氣的過程中形成了原電池，則炭粉上發(fā)生的電極反應式為___________。(2)電化學氣敏傳感器可用于監(jiān)測大氣環(huán)境中的SO2含量，其工作原理如圖所示，電極a、b均為惰性電極。電極b是___________極(填“正”或“負”)，請寫出負極的電極反應式___________，放電時向___________極(填“a”或“b”)遷移。(3)鉛蓄電池是一種廣泛使用的二次電池，其放電時的反應方程式為：，則其正極的電極反應式為___________，當電路中通過2mol電子時負極質(zhì)量增加___________g。16．（2021·天津·靜海一中高二階段練習）電極反應式的書寫。(1)圖中若A為NH3，B為O2，C為HNO3，則負極的電極反應式為________________。(2)堿性鋅錳干電池比普通鋅錳電池的使用壽命長且性能高電池反應為：，其中正極電極反應式為_____。(3)肼(N2H4)-空氣燃料電池是一種環(huán)保型堿性燃料電池，電解質(zhì)為20%～30%的KOH溶液，其負極的電極反應式為_______，放電過程中溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)(4)甲醇也可以通過微生物電催化反應合成，裝置如圖所示。石墨電極上的電極反應式為________。17．（2021·江蘇·蘇州市相城區(qū)陸慕高級中學高二階段練習）回答下列問題：(1)據(jù)文獻報道，科學家利用氮化鎵材料與銅組成如圖所示的人工光合系統(tǒng)裝置，成功地以CO2和H2O為原料合成了CH4。①寫出銅電極表面的電極反應式___________。②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量___________(選填“鹽酸”或“硫酸”)。(2)某負載二次鎳氫電池放電時的工作原理如圖所示，其中隔膜為___________(填“陰”或“陽”)離子交換膜，負極的電極反應式為___________。(3)利用反應(未配平)消除煙氣中NO2的簡易裝置如圖所示，A、B兩池溶液均為200mL0.01mol/L的NaOH溶液，過程中溶液的體積和溫度變化忽略不計。電極a的電極反應式為___________。18．（2021·黑龍江·哈爾濱三中高二階段練習）探究原電池原理并應用原電池原理制作多種電池，對現(xiàn)實生活具有重要的意義。(1)以CH4和O2為活性物質(zhì)的甲烷燃料電池應用十分廣泛。①下圖中b處通入的氣體為___________，c電極的電極反應式為___________。②下圖中通入甲烷的電極的電極反應式為___________。(2)高鐵酸鉀(K2FeO4)不