考點9-化學電源(核心考點歸納)(原卷版)

考點9化學電源一、化學電源的分類與原理1．化學電源的分類eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(一次電池：用過之后不能復原，如鋅錳干電池等；,二次電池：充電后能繼續(xù)使用，如鉛蓄電池、鎳氫電池等；,燃料電池：燃料不貯存在電池內(nèi)部，可持續(xù)使用，能量利,用率高，如氫氧燃料電池、甲醇—空氣燃料電池。))化學電源的利用原電池原理，能量轉化率比燃料燃燒高得多。一次電池是不可充電電池，電量一旦放完就無法再次使用；二次電池是可充電電池，電量放完后可進行充電，可反復使用多次。二、常見化學電源的反應原理一次電池(1)堿性鋅錳干電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。正極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；負極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；(2)鋅銀電池總反應：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。負極反應：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；正極反應：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－；二次電池(可充電電池)電池內(nèi)部儲存的化學能轉化為電能釋放出來，也可以外界提供電能轉化為化學能儲存在電池內(nèi)部。放電是原電池原理，充電是電解池原理。鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是eq\a\vs4\al(Pb)，正極材料是PbO2。(1)放電時的反應①負極：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)(氧化反應)。②正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應)。③總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充電時的反應①陰極：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(還原反應)。②陽極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)(氧化反應)。③總反應：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(電解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充電電池并不能無限次的使用。燃料電池(1)氫氧燃料電池電極材料鉑鉑電解質溶液氫氧化鉀溶液鹽酸電池反應原理電極反應負極：2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－負極：2H2－4e－=4H＋正極：O2＋4H＋＋4e－=2H2O總反應2H2＋O2=2H2O(2)甲醇-空氣燃料電池（氫氧化鉀溶液）總反應：2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O【核心歸納】(1)燃料電池的本質是燃料與氧化劑之間能夠發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，且能夠對外放出能量。(2)燃料電池在使用過程中并沒有發(fā)生燃料的燃燒，而是燃料和氧化劑分別在兩極放電，將化學能轉化為電能。(3)燃料的燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，而燃料電池中發(fā)生的氧化還原反應則是緩和平穩(wěn)的。(4)燃料燃燒時，大量的熱能釋放到空氣中，能量利用率低燃料電池工作時，能量轉化率較高，是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置?！镜湫屠}】例1．下列電池工作時，O2在正極得電子的是()ABCD鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鎳鎘電池例2．普通鋅錳干電池的構造如圖所示，其電池反應的方程式為：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列說法正確的是()A．石墨作負極B．鋅失去電子，被還原C．電池工作時，電子從石墨經(jīng)導線流向鋅D．正極的電極反應為：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3【考點達標隨堂練】1．（2022·包頭市第六中學高二期中）下列說法中不正確的是（）A．充電電池不能無限制地反復充電、放電B．燃料電池是一種高效且對環(huán)境友好的新型電池C．化學電池的反應原理是自發(fā)的氧化還原反應D．鉛蓄電池和鋅錳干電池都是可充電電池2．普通鋅錳干電池的構造如圖所示，其電池反應的方程式為：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列說法正確的是()A．石墨作負極B．鋅失去電子，被還原C．電池工作時，電子從石墨經(jīng)導線流向鋅D．正極的電極反應為：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH33．Mg－H2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液，示意圖如圖。該電池工作時，下列說法正確的是()A．Mg電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應C．石墨電極附近溶液的堿性增強 D．溶液中Cl－向正極移動4．下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是()A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞C．鉛蓄電池工作過程中，每轉移2mol電子，負極質量減小207gD．氫氧燃料電池是一種具有廣闊應用前景的綠色電源5．（2020·福建省安溪第一中學高一月考）Li-SO2電池具有輸出功率高和低溫性能好等特點。其電解質是LiBr，溶劑是碳酸丙烯酯和乙腈，電池反應為2Li+2SO2Li2S2O4。下列說法正確的是（）A．該電池反應為可逆反應B．放電時，Li+向負極移動C．充電時，陰極反應式為Li++e一=LiD．該電池的電解質溶液可以換成LiBr的水溶液6．燃料電池是一種新型電池，它主要是利用燃料燃燒原理把化學能直接轉化為電能，氫氧燃料電池的基本反應是：X極：eq\f(1,2)O2＋H2O＋2e－=2OH－Y極：H2＋2OH－－2e－=2H2O下列說法正確的是()A．X是負極 B．Y是正極C．Y極上發(fā)生還原反應 D．Y極上發(fā)生氧化反應7．研究人員研制出一種新型儲備電源－鋰水電池(結構如圖，高硅鑄鐵為惰性輔助電極)，使用時加入水即可放電。下列關于該電池工作時的說法正確的是A．高硅鑄鐵發(fā)生氧化反應 B．OH－向高硅鑄鐵電極移動C．負極的電極反應式為Li－e－＝Li＋ D．電流的方向：鋰電極→導線→高硅鑄鐵電極8．（2022·福建省安溪第一中學高一月考）如圖是甲醇燃料電池的結構示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質子（H+）和電子，電子經(jīng)外電路、質子經(jīng)內(nèi)電路到達另一極與氧氣反應，電池總反應為2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列說法不正確的是A．左電極為電池的負極，a處通入的物質是甲醇B．正極反應式為：O2+2H2O+4e－=4OH－C．負極反應式為：CH3OH+H2O-6e－=CO2+6H+D．該電池提供1mole－，消耗氧氣0.25mol9．利用碳納米管能夠吸附氫氣，設計一種新型二次電池，其裝置如圖所示。關于該電池的敘述不正確的是()A．電池放電時K＋移向正極B．電池放電時負極反應為：H2－2e－＋2OH－===2H2OC．電池充電時鎳電極上NiOOH轉化為Ni(OH)2D．電池充電時碳納米管電極與電源的負極相連10．有一種瓦斯分析儀(如圖甲)能夠在煤礦巷道中的甲烷達到一定濃度時，通過傳感器顯示出來。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如圖乙所示，其中的固體電解質是Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關敘述正確的是()A．瓦斯分析儀工作時，電池外電路中電流由電極b流向電極aB．電極b是正極，O2－由電極a流向電極bC．電極a的反應式為CH4＋5O2－－8e－=CO32—＋2H2OD．當固體電解質中有1molO2－通過時，電子轉移4mol11．法國格勒諾布爾(Grenoble)約瑟夫·傅立葉大學的研究小組發(fā)明了第一塊可植入人體為人造器官提供電能的葡萄糖生物燃料電池，其基本原理是葡萄糖和氧氣在人體中酶的作用下發(fā)生反應：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性環(huán)境)。下列有關該電池的說法不正確的是()A．該生物燃料電池不可以在高溫下工作B．電池的負極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋C．消耗1mol氧氣時轉移4mole－，H＋向負極移動D．今后的研究方向是設法提高葡萄糖生物燃料電池的效率，從而使其在將來可以為任何可植入醫(yī)療設備提供電能12．（2022·河南省登封市實驗高級中學高一期中）H2S是一種劇毒氣體，如圖為質子膜H2S燃料電池的示意圖，可對H2S廢氣資源化利用。下列敘述不正確的是（）A．電池工作時，化學能轉化為電能和熱能B．電極b上發(fā)生的電極反應式為O2+4e?+4H+=2H2OC．a(chǎn)是負極，電池工作時，電子的流動方向是：電極a→負載→電極b→質子膜→電極aD．當電路中通過4mol電子時，有4molH+經(jīng)質子膜進入正極區(qū)13．如圖所示，科學家研發(fā)出一種新型質子膜電池，下列有關說法正確的是A．電流方向為由電極a流向電極b B．a(chǎn)電極反應式：2H2S-4e-=S2+4H+C．用此電源電解精煉銅，粗銅接在a電極 D．該裝置中H+由電極b經(jīng)質子膜移動到電極a14．某魚雷采用動力電池，以溶解有氫氧化鉀的流動海水為電解液，電池反應為，下列說法正確的是()A．為電池的負極B．在電池反應中被氧化C．該電池將電能轉化為化學能D．工作一段時間后溶液的堿性增大15．某新型電池可凈化廢水，同時還能獲得能源或有價值的化學產(chǎn)品，其工作原理如圖所示，下列敘述錯誤的是

A．該電池左室電極為負極B．左池消耗的S2-與右池消耗的NO的物質的量之比為5：8C．H+通過質子膜從左向右遷移D．正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH升高16．下圖是將SO2轉化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖。請回答下列問題：(1)該裝置將________能轉化為________能，電流方向為________(填“b→a”或“a→b”)。(2)催化劑b表面O2發(fā)生___________反應，其附近酸性________(填“增強”、“不變”或“減弱”)。(3)催化劑a表面的電極反應式：_________________________________________。(4)若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應的SO2與加入的H2O的質量比為________。17．（2022·河北省唐山一中高一月考）（1）鉛蓄電池是最常見的二次電池，放電時的化學方程式為：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)。該蓄電池放電時，電解質溶液中SO42-移向_____________(填“正”或“負”)極；一段時間后，負極增重48g，轉移電子___________mol。（2）如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：①電池的負極為_____極(填“a”或“b”)。②電池工作一段時間后電解質溶液的pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)。18．(1)如圖為氫氧燃料電池的構造示意圖，根據(jù)電子運動方向，可知氧氣從________口通入(填“a”或“b”)，X極為電池的______(填“正”或“負”)極。(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，兩極上發(fā)生的電極反應分別為A極：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB極：O2＋4e－=2O2－則A極是電池的______極；電子從該極________(填“流入”或“流出”)。(3)微型紐扣電池在現(xiàn)代生