第9章·第29讲·化学电源.ppt

《第9章·第29讲·化学电源.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章·第29讲·化学电源.ppt（29页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第第29讲讲 化学电源化学电源考点考点1 二次电池的原理与特点二次电池的原理与特点 可充电电池是高考常考知识点，二次电池首先需要判断什么情况下是原电池，什么情况下是电解池。二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下发生的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应，放电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还原反应。例例1 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2-e-

2、+OH-=NiOOH+H2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH-向正极移动放电充电D 【解析】本题是考查常见的镍镉(Ni-Cd)可充电电池的工作原理。由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，充电时Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH，所以电极反应式为：Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O；Cd(OH)2作 阴 极，Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-；充电的过程是将电能转化为化学能，放电时，Cd作负极，Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，Cd周围的c(OH-)下降，OH-向负极移动。考点考点2 燃料电池的原理

3、与特点燃料电池的原理与特点 1燃料电池的特点燃料电池是利用燃烧反应或与之类似的反应具有能量变化大的特点而设计和电池。它具有高效无污染的特点正成为新能源研究的重点。燃料电池的工作原理具有如下特点：(1)两电极可能相同，电极不参加反应。电极的作用是催化转换，作用很关键，原理很复杂。(2)氧气等氧化剂总是在正极得电子发生还原反应，燃料在负极失电子发生氧化反应。(3)燃料电池的电解质可能是酸性、碱性和熔融的盐或氧化物。(4)燃料电池总反应式的条件都不能写“点燃”，通常条件不写。2有氧气参加的燃料电池正极反应式的书写(1)酸性条件(如硫酸)O2+4H+4e-=2H2O。(2)碱性条件(如KOH溶液)O2

4、+2H2O+4e-=4OH-。(3)熔 融 的 盐(如 K2CO3并 在 通 O2的 一 极 通CO2)O2+CO2+4e-=CO(4)熔融的氧化物(有O2-迁移)O2+4e-=2O2-若已知燃料电池总反应和正极反应式，将很容易书写负极反应式。例例2 日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC)，该电池有较高的安全性。电池总反应为：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，电池示意如图，下列说法不正确的是()Aa极为电池的负极B电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极C电池正极的电极反应为：4H+O2+4e-=2H2OD电池工作时，1 mol二甲醚被氧化时就有6 mol电

5、子转移D 【解析】由电池总反应式可知：二甲醚发生氧化反应，为负极反应物，氧气发生还原反应，为正极反应物，所以a为负极，b为正极；工作时，电子由a极沿导线经灯泡再到b极，电流由b极沿导线经灯泡 再 到 a极；负 极 反 应 为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，正极反应为：4H+O2+4e-=2H2O；电池工作时，1 mol二甲醚被氧化时就有12 mol电子转移。考点考点3 原电池的原电池的pH变化变化1在原电池工作时，由于负极金属失去电子进入电解质溶液，正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出，可能会引起溶液pH的变化。(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH-时，电极附近

6、的溶液pH降低。当正极O2得电子时结合溶液中的水时，生成OH-使溶液中的pH增大。(2)电池工作时整个溶液pH的变化必须从总反应式来分析。当电解液中酸被消耗时，溶液pH增大，当电解质溶液中碱被消耗时，溶液pH减小。例例3 可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质时，正极反应都为O2+2H2O+4e-=4OH-B 以 NaOH溶 液 为 电 解 质 时，负 极 反 应 为：Al+3OH-3e-=Al(OH)3C以NaOH溶液为电解质时，电池在工作过程中电解质的pH保持不变D

7、电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极A为：Al+4OH-3e-=+2H2O，B错；该电池在碱性条件下消耗了碱，反应式为4Al+3O2+4OH-=4 +2H2O，溶 液 pH降 低，C错；电池工作 【解析】以考查电极反应式的正误判断和书写的形式出现，属于中等难度。电解质溶液显碱性或4e-=4OH-，A对；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应时，电子从负极出来经过外电路流到正极，D错。中性，该燃料电极的正极发生反应为：O2+2H2O+原电池及化学电源电极反应式书写的方法思路：(1)若题目给出的是图示装置，先分析原电池

8、的正极，再根据正、负极反应规律写电极反应式。(2)根据化合价变化数写出两极的电子得失守恒式。(3)最后根据电极附近的环境添加相应物质配平反应式，也可以利用总反应式减去一个电极反应式得另一电极反应式。注意：电极反应式均为离子方程式，注意物质是否能拆为离子形式。1.(2011新新课课标标全全国国卷卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是()A电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为FeB 电 池 放 电 时，负 极 反 应 为 Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2C电池充电过程中，阴极附近溶液

9、的pH降低D电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2OC 【解析】解答本题时应注意电池放电时为原电池，失去电子的为负极反应；充电时为电解池，失去电子的为阳极反应。选项具体分析结论A可充电电池中活泼金属失去电子，为负极，得到电子的Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解液为碱性溶液。正确B放电时，负极铁失去2个电子，生成Fe2+，因为电解液为碱性溶液，所以电极反应为：Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2正确C充电时，阴极发生还原反应：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，所以电极附近pH增大错误D电池充电时，阳极发生氧化反应，由Ni(OH)

10、2转化为Ni2O3，反应方程式为：2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O正确2.(2011海海南南卷卷)一种充电电池放电时的电极反应为：H2+2OH-2e-=2H2O，NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-，当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()AH2O的还原 BNiO(OH)的还原 CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化D 【解析】由题意知，电池总反应为H2+2NiO(OH)Ni(OH)2。可充电电池在充电时，实际上起一个电解池的作用，与外电源正极连接的电极是阳极，发生氧化反应，与放电时的正极反应相反，可知Ni(OH)2在反应中失电子被氧化，发生

11、氧化反应。放电充电3.下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-C装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化C3.下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()【解析】本题主要考查的是电化学知识。A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O

12、2，实现燃料(H2)和氧化剂(O2)的再生；D项，在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。A闭合K时，钠离子从右到左通过离子交换膜B闭合K时，负极反应为3NaBr-2e-=NaBr3+2Na+4.下图装置()是一种可充电电池的示意图，装置()为电解池的示意图。装置()的离子交换膜只允许Na+通过。已知充、放电的化学反应方程式为：2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr，当闭合开关K时，X极附近溶液先变红色。下列说法正确的是()放电充电C闭合K时，X电极的电极反应式为2Cl-2e-=Cl2D闭合K时，当有0.1 mol Na+

13、通过离子交换膜，X电极上析出标准状况下气体1.12 LC4.下图装置()是一种可充电电池的示意图，装置()为电解池的示意图。装置()的离子交换膜只允许Na+通过。已知充、放电的化学反应方程式为：2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr，当闭合开关K时，X极附近溶液先变红色。下列说法正确的是()放电充电5.一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OH(l)+O2(g)=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(l)CCH3OH(l)+H2O(l)=CO2(g)+6

14、H+(aq)+6e-DO2(g)+2H2O(l)+4e-=4OH-C【解析】甲醇与氧气反应的氧化还原反应方程式为：2CH3OH+3O22CO2+4H2O，化合价升高的元素为甲醇中的C元素，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：CH3OH(l)+H2O(l)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-。6.固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质。其工作原理如下图所示，下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是()A电极b为电池负极，电极反应式为O2+4e-=4O2-B固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C若H2作为燃料气，则接触面上发生的反应为H2+2OH-4e-=2H+H

15、2OD若C2H4作为燃料气，则接触面上发生的反应为C2H4+6O2-12e-=2CO2+2H2OD7.目前市场上主流手机所配的电池基本上都是锂离子电池。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料，组成为C6Li，其中碳作为金属锂的载体，电解质为一种能传导Li+的有机导体或高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：0.45Li+Li0.55CoO2 LiCoO2下列说法不正确的是()放电充电A放电时电池内部Li+向负极移动B该电池不能选用水做溶剂的电解质C放电时，正极的电极反应式：0.45Li+Li0.55CoO2+0.45e-=LiCoO2D充电时，外接电源的正极与电池上标注“+”的电极连接A 【解析】该电池的负极反应：0.45Li-0.45e-=0.45Li+，用电池总反应减去负极反应，可以得电池的正极反应为：0.45Li+Li0.55CoO2+0.45e-=LiCoO2，C说法正确；由于电池负极是锂单质，所以不能用含水的电解质，B说法正确；电池放电时，内部Li+由负极移向正极A说法错误；充电时电池正极将发生氧化反应，所以电池“+”与电源正极相连，D说法正确。