高中化学选择性必修一 4.1.2 化学电源 （学案）

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

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：

【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+O2H2O 

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－

【练习答案】ADDCACCB

【检测反馈答案】BDCBABCDC