學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精第22講化學電源、電極反應式的書寫【考綱要求】1。了解常見化學電源的種類及其工作原理.2.能書寫常見電源電極反應式和電池反應方程式.考點一|常見化學電源(基礎送分型——自主學習)授課提示:對應學生用書第108頁[鞏固教材知識]1．一次電池（堿性鋅錳干電池）堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：負極(Zn)，電極反應式：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH）2；正極(MnO2），電極反應式：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。總反應:Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn（OH)22．二次電池（以鉛蓄電池為例）（1）放電時的反應。①負極反應：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－，4)=PbSO4；②正極反應：PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al（2－,4）=PbSO4＋2H2O；③總反應:Pb（s）＋PbO2(s）＋2H2SO4（aq)=2PbSO4（s)＋2H2O（l)。(2）充電時的反應。①陰極反應：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－，4)；②陽極反應：PbSO4－2e－＋2H2O=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al（2－,4)；③總反應：2PbSO4(s）＋2H2O(l)=Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。3．燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，分為酸性和堿性兩種。電池酸性堿性或中性負極反應式2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極反應式O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應式2H2＋O2=2H2O4.正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)鉛蓄電池放電時,正極與負極質量均增加。（)(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池.（)（3)若使反應Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵做電極材料.(）(4）堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長.()(5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能。（)（6）氫氧燃料電池在堿性電解質溶液中負極反應為2H2－4e－=4H＋，O2＋4e－＋2H2O=4OH－。()(7)鉛蓄電池工作時,當電路中轉移0.2mol電子時，消耗0。1molH2SO4。（)（8）二次電池充電時接線方式為eq\x(\a\al（外接電源，一)）—·eq\x（\a\vs4\al(一）\a\vs4\al(可充電，電池）\a\vs4\al（＋)）·—eq\x（\a\al（外接電源,＋)）.()答案：（1)√(2）×(3）×(4)×(5)×(6)×(7)×（8)√［練透基礎小題］題點一常見化學電源電極反應式的書寫1．下列電池工作時,O2在正極放電的是(）A.鋅錳電池B。氫燃料電池C.鉛蓄電池D.鎳鎘電池答案:B2．（RJ選修4·P783題改編）鎘鎳可充電電池的充、放電反應按下式進行：Cd＋2NiO(OH）＋2H2Oeq\o（，\s\up7(放電）,\s\do5（充電））Cd(OH）2＋2Ni（OH)2由此判斷錯誤的是（)A．放電時，Cd做負極B．放電時，NiO(OH）做負極C．電解質溶液為堿性溶液D．放電時，負極反應為Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH）2答案:B3．(RJ選修4·P781題改編)堿性鋅錳電池總反應為Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn（OH）2,則其正極反應為_____________________________________。答案：MnO2＋H2O＋e－=MnOOH＋OH－題點二原電池的簡單計算4．酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產生MnOOH。(1）該電池的正極反應式為_________________________________________，電池反應的離子方程式為__________________________________________。(2）維持電流強度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上消耗鋅________g.（已知F＝96500C·mol－1)解析：(1）該電池為酸性鋅錳干電池，電極反應式負極為：Zn－2e－=Zn2＋，正極:2MnO2＋2e－＋2H＋=2MnOOH。（2)電量Q＝It＝0.5A×5×60s＝150C，則m(Zn)＝eq\f（150C，96500C·mol－1×2)×65g·mol－1＝0。05g.答案:（1）MnO2＋H＋＋e－=MnOOH2MnO2＋Zn＋2H＋=2MnOOH＋Zn2＋［注:式中Zn2＋可寫為Zn(NH3）eq\o\al（2＋，4)、Zn（NH3)2Cl2等，H＋可寫為NHeq\o\al（＋,4)](2）0。055．二甲醚(CH3OCH3）直接燃料電池具有啟動快、效率高等優點，其能量密度高于甲醇直接燃料電池(5.93kW·h·kg－1)。若電解質為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為_________。解析：二甲醚直接燃料電池的總反應為CH3OCH3＋3O2=2CO2＋3H2O，負極反應式的書寫步驟：第一步先寫反應物、生成物：CH3OCH3-—2CO2;第二步寫明轉移電子數：CH3OCH3－12e－——2CO2;第三步配平：3H2O＋CH3OCH3－12e－=2CO2＋12H＋。答案：CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋考點二|電極反應式的書寫（重點保分型—-師生共研）授課提示：對應學生用書第109頁［考向精練提考能]考向一已知原電池總反應寫電極反應式1．LiSOCl2電池可用于心臟起搏器.該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2=4LiCl＋S＋SO2↑.請回答下列問題：(1）電池的負極材料為_________________________________________，發生的電極反應為____________________________________________.(2)電池正極發生的電極反應為_______________________________。解析：分析反應的化合價變化，可知Li失電子，被氧化,為還原劑，SOCl2得電子,被還原,為氧化劑.（1）負極材料為Li（還原劑)，4Li－4e－=4Li＋.（2）正極反應式可由總反應式減去負極反應式得到：2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2↑。答案：(1)鋰4Li－4e－=4Li＋(2)2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2↑2．MgAgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池反應方程式為2AgCl＋Mg=Mg2＋＋2Ag＋2Cl－試書寫該電池的正、負極電極反應式。答案:負極:Mg－2e－=Mg2＋正極：2AgCl＋2e－=2Ag＋2Cl－考向二燃料電池電極反應式的書寫3．以甲烷燃料電池為例來分析不同的環境下電極反應式的書寫。（1）酸性介質（如H2SO4）負極:________________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；總反應式：_____________________________________________________。(2）堿性介質(如KOH)負極:________________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；總反應式：________________________________________________________.(3）固體電解質(高溫下能傳導O2－）負極：________________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；總反應式:____________________________________________________。（4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環境下負極：________________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；總反應式：_____________________________________.答案:(1)CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋=4H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2O（2)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－，3)＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O=8OH－CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－，3)＋3H2O(3）CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O2O2＋8e－=4O2－CH4＋2O2=CO2＋2H2O（4)CH4－8e－＋4COeq\o\al（2－,3)=5CO2＋2H2O2O2＋8e－＋4CO2=4COeq\o\al(2－,3）CH4＋2O2=CO2＋2H2O4．(2015·全國高考課標卷Ⅰ)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是(）A．正極反應中有CO2生成B．微生物促進了反應中電子的轉移C．質子通過交換膜從負極區移向正極區D．電池總反應為C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O解析：根據微生物電池工作原理示意圖可知：C6H12O6在負極上發生氧化反應，電極反應式為C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋；O2在正極上發生還原反應，電極反應式為6O2＋24e－＋24H＋=12H2O。負極有CO2生成，A項錯誤；B項,微生物促進了反應中電子的轉移，正確；C項，質子通過交換膜從負極區移向正極區，正確；D項,電池總反應為C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O，正確。答案：A[備考提醒］總反應式法書寫電極反應式1．書寫步驟步驟一：寫出電池總反應式，標出電子轉移的方向和數目(ne－)。步驟二：①找出正、負極發生反應的物質.②確定溶液的酸堿性。步驟三：寫電極反應式。負極反應：還原劑－ne－=氧化產物正極反應:氧化劑＋ne－=還原產物2．書寫技巧若電極反應式較難時，可先寫出較易的電極反應式，用總反應式減去較易的電極反應式，即得較難的電極反應式。考向三可充電電池電極反應式的書寫電池充電的實質就是放電時發生變化再復原的過程。如鉛蓄電池:Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電）,\s\do5（充電）)2PbSO4＋2H2O5．(2016·全國高考卷Ⅲ)鋅-空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液,反應為2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=2Zn(OH）eq\o\al（2－，4）。下列說法正確的是（)A．充電時,電解質溶液中K＋向陽極移動B．充電時，電解質溶液中c(OH－）逐漸減小C．放電時，負極反應為Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al（2－，4)D．放電時,電路中通過2mol電子，消耗氧氣22.4L（標準狀況)解析：充電時為電解池，溶液中的陽離子向陰極移動，發生的反應為2Zn（OH)eq\o\al（2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，電解質溶液中c（OH－)增大，故A項、B項均錯誤；放電時負極反應為Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH）eq\o\al（2－，4），故C項正確；每消耗1molO2電路中通過4mol電子，故D項錯誤。答案：C6．2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是（)A．a為電池的正極B．電池充電反應為LiMn2O4=Li1－xMn2O4＋xLiC．放電時，a極鋰的化合價發生變化D．放電時,溶液中Li＋從b向a遷移解析：由圖可知,b極(Li電極）為負極，a極為正極，放電時，Li＋從負極（b)向正極(a）遷移，A項、D項正確；該電池放電時，負極：xLi－xe－=xLi＋,正極：Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－=LiMn2O4，a極Mn元素的化合價發生變化,C項錯誤；由放電反應可得充電時的反應，B項正確。答案:C7．一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池（如圖所示)的碳電極。該電池的電解質溶液為6mol·L－1的KOH溶液。（1)寫出放電時的正、負極電極反應式.________________________________________________________________________。(2）寫出充電時的陰、陽極電極反應式。________________________________________________________________________.答案:(1)負極:H2－2e－＋2OH－=2H2O；正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－=2Ni（OH)2＋2OH－（2）陰極:2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－;陽極:2Ni（OH)2＋2OH－－2e－=2NiO(OH）＋2H2O[真題發掘·知識串聯］串線索固雙基回扣關鍵知識以兩個甲烷燃料電池串聯為載體串聯原電池的相關知識授課提示:對應學生用書第110頁高考載體(海南高考卷改編）新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料,兩電極上分別通入CH4和O2，電解質溶液為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示。知識串聯——高考還可以這樣考（1)通入甲烷的一極作原電池的________極(填“正"或“負”下同),通入O2的一極作原電池的________極.eq\a\vs4\al(考查原電池正、負極的判斷)(2）該甲烷燃料電池中,負極反應式為____________________，正極反應式為____________________。eq\a\vs4\al（考查原電池電極反應式的書寫)(3）電池工作時,燃料電池中OH－向哪一極移動？________。K＋向哪一極移動？________________________。eq\a\vs4\al（考查原電池中離子的移動方向）(4）甲烷燃料電池工作時,若某一電極上消耗11。2L（標準狀況下)的CH4氣體，線路中轉移電子的個數是多少？________________________。eq\a\vs4\al（考查原電池的計算)(5）若將甲烷燃料電池的電解質溶液由KOH溶液改為稀硫酸，試分別寫出其正、負極的電極反應式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。eq\a\vs4\al(考查電極反應式的書寫)（6）閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產生,其中b極得到的氣體是什么？________________________________________________________________________。eq\a\vs4\al（考查電解原理）答案：(1）負正（2）CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al（2－，3）＋7H2O2O2＋4H2O＋8e－=8OH－(3)OH－向負極移動K＋向正極移動(4)4NA(5）負極:CH4＋2H2O－8e－=CO2＋8H＋正極:2O2＋8H＋＋8e－=4H2O(6）H2課時作業（授課提示：對應學生用書第287頁）1．(2016·全國高考卷Ⅱ）MgAgCl電池是一種以海水為電解質溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是()A．負極反應式為Mg－2e－=Mg2＋B．正極反應式為Ag＋＋e－=AgC．電池放電時Cl－由正極向負極遷移D．負極會發生副反應Mg＋2H2O=Mg（OH)2＋H2↑解析：MgAgCl電池中，Mg為負極，AgCl為正極，故正極反應式應為AgCl＋e－=Ag＋Cl－，B項錯誤。答案：B2。(2017·北京朝陽統考）紙電池是一種有廣泛應用的“軟電池”，圖中這種堿性紙電池采用薄層紙片作為載體和傳導體，紙的兩面分別附著鋅和二氧化錳。下列有關該紙電池說法不合理的是（)A．Zn為負極，發生氧化反應B．電池工作時,電子由MnO2流向ZnC．正極反應：MnO2＋e－＋H2O=MnO(OH）＋OH－D．電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH）2＋2MnO(OH）解析：鋅為負極，失電子發生氧化反應，A正確；電池工作時，電子由Zn(負極）流向MnO2(正極），B錯誤;正極上MnO2得到電子,發生的反應為MnO2＋e－＋H2O=MnO（OH)＋OH－，C正確；電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH）2＋2MnO(OH），D正確。答案:B3．研究人員研制出一種鋰水電池,可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料,以LiOH為電解質，使用時加入水即可放電。關于該電池的下列說法不正確的是(）A．放電時金屬鋰做負極B．放電時OH－向正極移動C．水既是氧化劑又是溶劑D．總反應為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑解析：原電池中活潑金屬做負極，鋰比鐵活潑，故鋰做負極,A正確；原電池中,放電時陰離子向負極移動，B錯誤；金屬鋰和水反應生成氫氧化鋰和氫氣，該反應中,水是氧化劑，水在電池中還是溶劑，C正確；鋰水電池中,金屬鋰和水反應生成氫氧化鋰和氫氣，總反應為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，故D正確。答案:B4．某航空站安裝了一臺燃料電池，該電池可同時提供電和水蒸氣.所用燃料為氫氣,電解質為熔融的碳酸鉀。已知該電池的總反應為2H2＋O2=2H2O,正極反應為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al（2－,3），則下列推斷正確的是（)A．負極反應為H2＋2OH－－2e－=2H2OB．該電池可在常溫或高溫時進行工作，對環境具有較強的適應性C．該電池供應2mol水蒸氣的同時轉移2mol電子D．放電時負極有CO2生成解析：由總反應式減去正極反應式可得到負極反應式：2H2＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=2H2O＋2CO2，則可判斷負極有CO2生成,A項錯誤，D項正確；該電池使用的電解質是熔融的碳酸鉀，在常溫下碳酸鉀為固體，電池無法工作，B項錯誤；由電池總反應式可知，該電池供應2mol水蒸氣時，轉移的電子為4mol,C項錯誤。答案：D5．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關該電池的說法正確的是(）A．電池總反應為CH4＋H2O=3H2＋CO，每消耗1molCH4轉移12mol電子B．電極A上H2參與的電極反應為H2＋2OH－－2e－=2H2OC．電池工作時，COeq\o\al(2－,3)向電極B移動D．電極B上發生的電極反應為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－，3）解析:1molCH4→CO，C元素的化合價由－4價→＋2價，升高6價，故1molCH4參加反應時共轉移6mol電子,故A錯誤；熔融碳酸鹽環境中沒有OH－,A電極上H2參與的電極反應式為H2＋COeq\o\al(2－,3）－2e－=CO2＋H2O，故B錯誤;根據原電池工作原理可知，電極A是負極，電極B是正極，陰離子向負極移動，故C錯誤;根據電池原理可知，O2、CO2共同參加反應，正極的電極反應式為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－，3)，故D正確。答案：D6。由NO2、O2、熔融鹽NaNO3組成的燃料電池如圖所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應生成一種氧化物Y，下列有關說法正確的是()A．石墨Ⅰ極為正極，石墨Ⅱ極為負極B．Y的化學式可能為NOC．石墨Ⅰ極的電極反應式為NO2＋NOeq\o\al(－，3)－e－=N2O5D．石墨Ⅱ極上發生氧化反應解析：A項，氧氣在反應中被還原,所以石墨Ⅱ是正極，石墨Ⅰ是負極，錯誤；B項，Y是NO2被氧化后的產物,應為N2O5，錯誤；D項，石墨Ⅱ極上發生的是還原反應，錯誤.答案:C7．某固體酸燃料電池以NaHSO4固體為電解質傳遞H＋,其基本結構如圖所示,電池總反應可表示為2H2＋O2=2H2O。下列有關說法正確的是（）A．電子通過外電路從b極流向a極B．H＋由a極通過固體酸電解質傳遞到b極C．b極上的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．每轉移0.1mol電子，消耗1.12L的H2解析:H2失電子發生氧化反應，則a為負極,電子通過外電路由a極流向b極，故A錯誤；原電池中，陽離子向正極移動，所以H＋由a極通過固體酸電解質傳遞到b極，故B正確；該電池為酸性燃料電池，則正極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，故C錯誤;因沒有說明是否為標準狀況，則消耗H2的體積不一定為1。12L，故D錯誤。答案：B8．(2016·四川高考卷）某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應為Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6（x<1）。下列關于該電池的說法不正確的是（)A．放電時，Li＋在電解質中由負極向正極遷移B．放電時,負極的電極反應式為LixC6－xe－=xLi＋＋C6C．充電時，若轉移1mole－，石墨(C6)電極將增重7xgD．充電時，陽極的電極反應式為LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋解析：由放電時電池總反應可知，放電時負極反應式為LixC6－xe－=C6＋xLi＋，正極反應式為Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2,在原電池內部陽離子由負極向正極遷移,A、B項均正確；充電時陰極反應式為C6＋xLi＋＋xe－=LixC6，陽極反應式為LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋，轉移xmole－，石墨電極增重7xg,若轉移1mole－,石墨電極將增重7g,C項不正確，D項正確。答案：C9．(2017·河南信陽五縣聯考）新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池放電時正極反應為FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4，負極反應為Li－e－=Li＋.下列說法中正確的是（)A．充電時動力電池上標注“＋"的電極應與外接電源的正極相連B．放電時電池反應為FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4C．放電時電池內部Li＋向負極移動D．放電時，在正極上Li＋得電子被還原解析：充電時動力電池上標注“＋”的電極上發生氧化反應，應與外接電源的正極相連，A正確；放電時電池總反應是FePO4＋Li=LiFePO4，B錯誤；放電時原電池內部Li＋向正極移動,C錯誤；放電時，在正極上Fe3＋得電子被還原為Fe2＋,故D錯誤。答案：A10.一種全天候太陽能電化學電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(）A．該電池與硅太陽能電池供電原理相同B．光照時，b極周圍pH減小C．光照時，H＋由b極室透過質子膜進入a極室D．夜間無光照時，a為電池的負極解析：該電池供電時發生化學變化，而硅太陽能電池是將光能轉化為電能，不發生化學變化，所以供電原理不同，A錯誤;從原理圖可知光照時，b電極發生反應VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al（＋，2)＋2H＋，周圍pH減小，B正確；產生的H＋由b極室透過質子膜進入a極室，C正確;夜間無光照時，相當于蓄電池放電，a極的電極反應式為V2＋－e－=V3＋，發生氧化反應,故a為電池的負極,D正確。答案:A11．科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢做電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答下列問題:(1)這種電池放電時發生的化學反應方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2）此電池的正極發生的電極反應是________;負極發生的電極反應是________.（3）電解液中的H＋向________極移動;向外電路釋放電子的電極是________極。（4）比起直接燃燒燃料產生電力，使用燃料電池有許多優點，其中主要有兩點:首先是燃料電池的能量轉化率高，其次是________________________________________。答案：(1）2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O(2）3O2＋12H＋＋12e－=6H2O2CH3OH＋2H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋（3)正負(4)對空氣的污染較小12.如圖是某同學設計的一個簡易的原電池裝置,回答下列問題.(1)若a為鎂、b為CuCl2，則正極材料為____________，負極上的電極反應式為____________________。(2)若a為鎂、b為NaOH，則Mg極上發生________反應（填“氧化"或“還原”),負極上的電極反應式為______________