高中化学选修四化学电源知识点.pdf

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第二节 化学电源
一、 电池分类及工作原理
1、化学电池定义：是指能将化学能转变为电能的装置。
2、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池。
3、化学电池的分类：一次电池 、二次电池、燃料电池。
4、一次电池：
常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等.
5、二次电池：放电后可以再充电使活性物质再获得再生，可以多次重复使用，
又叫充电电池或蓄电池。
电极反应：铅蓄电池
放电：负极（铅）： Pb＋SO42- ＝PbSO4↓
正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋2e-＝PbSO4↓＋2H2O
充电：阴极：PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+
阳极：PbSO4＋2e-＝Pb＋SO4-
放电
两式可以写成一个可逆反应： PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4 充电 ↓＋2H2O
6、燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池。
电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可
根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。，负极发生氧化反
应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢
氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。
当电解质溶液呈酸性时：
负极：2H2－4e =4H+ 正极：O2＋4 e +4H+ =2H2O
当电解质溶液呈碱性时：
负极：2H2＋4OH－4e＝4H2O 正极：O2＋2H2O＋4 e＝4OH
另一种燃料电池是用金属铂片插入 KOH 溶液作电极，又在两极上分别通
甲烷 燃料 和氧气 氧化剂 。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH-－8e-＝ ＋7H2O；
正极：4H2O＋2 2＋8e-＝8OH-。
电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O : .

【习题一】
（2016• 宜春校级一模）如图是日常生活中电动自行车的主要部件铅蓄电池结
构示意图．有关说法不正确的是（ ）

A．铅蓄电池属于二次电池
B．实际使用过程中可以无限次充放电
C．使用过程中负极发生氧化反应
D．铅蓄电池体积大有污染还不是最理想的电池
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【分析】A．铅蓄电池可以反复充电、放电；
B．理论上可以无限次充放电；
C．负极失电子发生氧化反应；
D．铅离子于重金属离子会污染环境．
【解答】解：A．铅蓄电池可以反复充电、放电，属于二次电池，故 A 正确；
B．铅蓄电池理论上可以无限次充放电，但是实际上是有使用寿命的，故 B 错
误；
C．铅蓄电池中负极上金属铅失电子发生氧化反应生成硫酸铅，故 C 正确；
D．铅离子属于重金属离子会污染环境，而且铅蓄电池体积大，所以铅蓄电池不
是最理想的电池，故 D 正确。
故选：B。
【习题二】
（2017• 毕节市模拟）镍一镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达
放电
10-15 年．镍一镉电池的总反应为：Cd+2NiO 充电 （OH）+2HO 2Ni（OH）2+Cd
（OH）2．下列说法不正确的是（ ）
A．该充电电池的阳极为 Ni（OH）2
B．放电时，负极发生了氧化反应，反应为 Cd+2OH--2e-═Cd（OH）2 : .
C．充电时，阳极反应为 Ni（OH）2（s）+OH-（aq）═NiOOH（s）+H2O（I）
+e-
D．电池工作时，负极区 pH 增大，正极区 pH 减小
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【专】电化学专题．
放电
【分析】镍镉电池放电时的总反应为 Cd+2NiO（OH） +2H2O 2Ni 充电 （OH）
2+d（OH）2，放电时 Cd 失电子，作负极，反应式为：Cd+2OH--2e-═Cd（OH）
2，NiO（OH）得电子作正极，反应式为：NiOOH（s）+H2O+e-=Ni（OH）2（s）
放电
+OH-，充电时阴阳极反应与负极、正极反应刚好相反，据此分析解答． 充电
【解答】解：A 镍镉电池放电时的总反为 Cd+2NiO（OH）+2H2O 2Ni（OH）
2+Cd（OH）2，所以该充电 Ni（OH）2 失电子为电池的阳极，故 A 正确；
B．放电时，负极上 Cd 失电子发生了氧化反应，反应为 Cd+2OH--2e-═Cd
（OH）2，故 B 正确；
C．放电时正极反应为：NiOOH（s）+H2O+e-=Ni（OH）2（s）+OH-，充电时阳极
反应与正极反应相反，所以极反应为 Ni（OH）2（s）+OH-（aq）═NiOOH（s）
+H2O（I）+e-，故 C 正确；
D．放电时 Cd 失电子，作负极，反应式为：Cd+2OH--2e-═Cd（OH）2，NiO
（OH）得电子作正极，反应式为：NiOOH（s）+H2O+e-=Ni（OH）2（s）+OH-，
所以负极区 pH 减小，正极区 pH 增大，故 D 错误。
故选：D。
【习题三】
（2017 春 眉山期末）铅蓄电池是最常见的二次电池，电池总反应式为：
放电
充电 Pb+PbO2+4H++2SO 2PbSO4+2H2O，下列说法错误的是（ ）
A．充电时，阴极反应式为：SO42-+4H++PbO2+2e-═PbSO4+2H2O
B．充电时，两个电极的质量均减轻
C．电池放电时，电解质溶液的 pH 增大
D．电池放电时，负极可能会发生副反应：Pb+H2SO4═PbSO4+H2↑
【考点】常见化学电源的种类及其工作原理．
【专题】电化学专题． : .
【分析】放电时，负极上 Pb 失电子发生氧化反应，电极反应式为 Pb-2e-
+SO42-═PbSO4，正极上二氧化铅得电子发生还原反应，电极反应式为
PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O，充电时，阳极、阴极上电极反应式与正极、
负极反应式相反，据此分析解答．
【解答】解：A．充电时，阴极电极反应式与原电池负极反应式相反，所以阴极
反应式为 PbSO4+2e-═Pb+SO42-，故 A 错误；
B．充电时，阴极电极反应式与原电池负极反应式相反，所以阴极反应式为
PbSO4+2e-═Pb+SO42-，阳极电极反应式与原电池正极反应式相反，所以阳极反
应式为 PbSO4-2e-+2H2O═PbO2+SO42-+4H+，电极质量均减轻，故 B 正确；
C．放电时，负极上 Pb 失电子发生氧化反应，电极反应式为 Pb-2e-+SO42-═
PbSO4，正极上二氧化铅得电子发生还原反应，电极反应式为 PbO2+SO42-
+4H++2e-=PbSO4+2H2O，电解质溶液的 pH 增大，故 C 正确；
D．铅和稀硫酸能发生反应，负极可能会发生副反应：Pb+H2SO4═PbSO4+H2↑，
故 D 正确；
故选：A。

二、 新型化学电池
1、特点：（1）具有能量转化率高等很多优点；
（2）其输出电压低，需要串联起来用；
（3）要连续不断地供给反应物，排除生成物，附属设备较多。
2、碱性氢氧燃料电池：
电池反应：负极：2H++4OH--4e-=4H2O
正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应：2H2+O2=2H2O

【习题四】
（2017 秋 惠州期末）一种新型燃料电池，以镍板为电极插入 KOH 溶液中，分
别向两极通入乙烷（C2H6）和氧气，其中某一电极反应式为 C2H6+18OH--14e-
═2CO32-+12H2O．有关此电池的推断不正确的是（ ） : .
A．通入氧气的电极为正极
B．参加反应的 O2 与 C2H6 的物质的量之比为 7：2
C．放电一段时间后，KOH 的物质的量浓度将下降
D．放电一段时间后，正极区附近溶液的 pH 减小
【考点】化学电源新型电池．
【专题】电化学专题．
【分析】乙烷燃料原电池中，负极发生氧化反应，C2H6+18OH--14e-═2CO32-
+12H2O，正极发生还原反应，2H2O+O2+4e-=4OH-，根据电极反应式判断电解质
溶液的变化以及参加反应物的物质的量之间的关系解答即可．
【解答】解：A．燃料乙烷失电子发生氧化反应，是负极，通入氧气的电极为正
极，故 A 正确；
B．原电池中两极上转移的电子相等，当有 28mol 电子转移时，正极上消耗
7molO2，负极上消耗 2molC2H6，正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比
为 7：2，故 B 正确；
C．电池工作过程中，电池总反应为 2C2H6+8OH-+7O2=4CO32-+10H2O，反应消耗
OH-离子，溶液的 pH 值逐渐减小，故 C 正确；
D．放电时，正极发生还原反应，2H2O+O2+4e-=4OH-，正极区附近溶液的 pH 增
大，故 D 错误；
故选：D。
【素材积累】
1、冬天是纯洁的。冬天一来，世界变得雪白一片，白得毫无瑕疵，白雪松软
软地铺摘大地上，好似为大地铺上了一层银色的地毯。松树上压着厚厚的白
雪，宛如慈爱的妈妈温柔地抱着自己的孩子。白雪下的松枝还露出一点绿色，
为这白茫茫的世界增添了一点不一样的色彩。
2、张家界的山真美啊！影影绰绰的群山像是一个睡意未醒的仙女，披着蝉
翼般的薄纱，脉脉含情，凝眸不语，摘一座碧如翡翠的山上，还点缀着几朵淡
紫、金黄、艳红、清兰的小花儿，把这山装扮得婀娜多姿。这时，这山好似一
位恬静羞涩的少女，随手扯过一片白云当纱巾，遮住了她那美丽的脸庞。