《高中化学第四章电化学基础重难点五化学电源新型电池含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学第四章电化学基础重难点五化学电源新型电池含解析（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1重难点五 化学电源新型电池一、一次电池 1定义：一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不能使用了一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等2常见的一次电池：（1）普通锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种干电池的外壳(锌)是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂 MnO2的混合物，在混合物周围再装入以 NH4Cl 溶液浸润 ZnCl2，NH 4Cl 和淀粉或其他填充物(制成糊状物)为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好干电池在使用时的电极反应为：负极：Zn-2e -=Zn
2、2+ 正极：2NH 4+2e-+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2MnO 2+2NH4+=Mn2O3+2NH3+Zn2+H2O（2）碱性锌锰干电池负极：Zn+2OH -2e-=Zn(OH)2正极：2MnO 2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-总反应：Zn+2MnO 2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2（3）银一锌电池 电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称它们的电极材料是 Ag2O 和 Zn，所以叫银一锌电池电极反应和电池反应是：负极：Zn+2OH -2e-=Zn(OH)2正极：Ag
3、 2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 总反应：Zn+Ag 2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag 利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面（4）锂-二氧化锰非水电解质电池 以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性 MnO2 作正极，高氯酸及溶于2碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：负极反应：Li-e -=Li+ 正极反应：MnO 2+Li+e-=LiMnO2 总反应：Li+MnO 2=LiMnO2
4、 该种电池的电动势为 2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电 1000 次后仍能维持其能力的 90%，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等 （5）铝-空气-海水电池1991 年，我国首例以铝-空气-海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流 工作原理：负极：4Al-12e -4Al 3+ 正极：3O 2+6H2O+12 e-12OH - 总反应：4Al+3O 2+6H2O4Al(OH) 3 特点：这种海水电池的能量比“干电池”高 20-50 倍（6）高能电池-锂电池该电池是 20 世纪 70 年代研制出
5、的一种高能电池由于锂的相对原子质量很小，所以比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大，使用寿命长，适用于动物体内(如心脏起搏器)因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂如作心脏起搏器的锂-碘电池的电极反应式为：负极：2Li-2e -2Li + 正极：I 2+2e-2 I-总反应式为：2Li+I22LiI二、二次电池1定义：二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生这类电池可以多次重复使用2常见的二次电池：（1）铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有 Pb，电解质是 H2SO4铅蓄电池放电的电极反应如
6、下：负极：Pb+SO 42-2e-=PbSO4(氧化反应)正极：PbO 2+SO42-十 4H+2e-=PbSO4+2H2O(还原反应)总反应：Pb+PbO 2+2H2SO4=2PbSO4十 2H2O铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：3阴极：PbSO 4+2e-=Pb+SO42-(还原反应)阳极：PbSO 4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-十 4H+(氧化反应)总反应：2PbSO 4十 2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4十 2H2O（2）碱性镍-镉电池：该电池以 Cd 和 NiO(OH)作电极材料，N
7、aOH 作电解质溶液负极：Cd+2OH -2e-=Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2H 2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H 2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低而镍-镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化（3）氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电 500 次，可以取代会产生镉污染的镍-镉电池负极：H
8、 2+2OH-2e-=2H2O正极：2NiO(OH)+2H 2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应式为：H 2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2 三、燃料电池又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如 H2、CH 4等作为负极反应物质，以 O2作为正极反应物质而形成的燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一（1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂(是一种惰性电极，并具有催化活性)或活性炭作电极，用 40%的 KOH 溶液作电解质溶液其电极反应式为：负极：2H 2+4OH-4e-=4H2O正极：O 2+2H2O+4e-=4OH-总反
9、应式为：2H 2+O2=2H2O（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用 KOH 溶液作电解质溶液负极：CH 4+10OH-8e-=CO3 2-+7H2O正极：2O 2+4H2O+8e-=8OH-总反应式为：CH 4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O4（3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的 10 倍负极：2CH 4O+16OH-12e-=2CO3 2-+12H2O正极：3O 2+6H2O+12e-=12OH-总反应式为：2CH 4O+3O2+4OH-=2CO3 2-+6H2O（4）固体氧化物燃料电池该电池是
10、美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许 O2-在其间通过负极：2H 2+2O2-4e-=2H2O正极：O 2+4e-=2O2-总反应式为：2H 2+O2 =2H2O（5）熔融盐燃料电池：该电池用 Li2CO3和的 Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与 CO2的混合气为阴极助燃气，制得在 6500C 下工作的燃料电池熔融盐燃料电池具有高的发电效率负极：2CO+2CO 3 2-4e-=4CO2正极：O 2+2CO2+4e-=2CO3 2-总反应式为：2CO+O 2=2CO2。【重难点指数】 【重难点考向一】 新型二次电池【例 1】高
11、铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压高铁电池的总反应为 3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 下列叙述不正确的是()A放电时负极反应为：Zn-2e -+2OH- Zn(OH)2 B充电时阳极反应为：Fe(OH) 3-3e-+5OH- FeO42-+4H2OC放电时每转移 3mol 电子，正极有 1mol K2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强【答案】C5【重难点点睛】根据电池的总反应可知，高铁电池放电时必定是锌在负极失去电子，电极反应式为 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，高铁酸钠在正极得到电
12、子，电极反应式为 FeO42+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-，根据电极反应式可判断电子转移的物质的量与反应物之间的关系，充电时，阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钠，电极反应式为 Fe(OH)3+5OH-=FeO42+4H2O+3e-，阳极消耗 OH-离子，碱性要减弱。【重难点考向二】 新型燃料电池【例 2】查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为 CO2，但实际乙醇被氧化为 X，其中一个电极的反应式为：CH3CH2OH-2e-X+2H +下列说法中正确的是()A电池内部 H+由正极向负极移动B另一极的电极反应式为：O 2+4e-
13、+2H2O=4OH-C乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极D电池总反应为：2CH 3CH2OH+O22CH 3CHO+2H2O【答案】D【解析】A原电池工作时，阳离子向正极移动，故 A 错误；B电解质溶液呈酸性，正极反应式为 O2+4e-+4H+=2H2O，故 B 错误；C原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，故C 错误；D由 CH3CH2OH-2e-X+2H +可知，X 应为 CH3CHO，则电池总反应为2CH3CH2OH+O22CH 3CHO+2H2O，故 D 正确；故选 D。【名师点睛】以化学电源新型电池为载体考查原电池原理，醇酸性燃料电池中，乙醇被氧化，应为电池负极，正极上氧
14、气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为 O2+4e-+4H+=2H2O，由 CH3CH2OH-2e-X+2H +可知，X 应为 CH3CHO，应为2CH3CH2OH+O22CH 3CHO+2H2O，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极；易错选项是 B，写电极反应式时要注意结合溶液的酸碱性；在酸性溶液，生成物中不能有氢氧根离子生成；在碱性溶液中，生成物中不能有氢离子生成。6【重难点考向三】 电化学原理的综合应用【例 3】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()通入 CH4的电极为正极 正极的电极反应式为：
15、O 2+2H2O+4e-=4OH- 通入 CH4的电极反应式为：CH 4+2O2+4e-=CO2+2H2O 负极的电极反应式为：CH 4+10OH-8e-=CO32-+7H2O 放电时溶液中的阳离子向负极移动 放电时溶液中的阴离子向负极移动A B C D 【答案】C【名师点睛】考查碱性甲烷电池的工作原理，具体分析：甲烷燃料电池中甲烷失电子为负极；正极上氧气得电子生成氢氧根离子；甲烷燃料电池负极是甲烷失电子，碱性条件下生成碳酸根离子；甲烷燃料电池负极是甲烷失电子，碱性条件下生成碳酸根离子；原电池工作时，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。1某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K
16、 2CO3为电解质，以 C4H10为燃料时，该电池工作原理如图下列说法正确的是()Aa 为 C4H10，b 为 CO2B在熔融电解质中，CO 32-向正极移动C此电池在常温时也能工作D通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C 4H10-26e-+13CO32-=17CO2+5H 2O【答案】7【名师点睛】该原电池为甲烷燃料电池，根据图象中电子流向知，左边电极为负极、右边电极为之间，通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，所以 a 为丁烷、b 为 O2，负极反应式为 C4H10-26e-+13CO32-=17CO2+5H 2O，正极反应式为 O2+2CO2+4e-2CO 32-，据此分析解答。2空间实验室“天宫一号”的供电系统中有
