-新教材高中化學(xué)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)第二課時(shí)化學(xué)電源學(xué)案新人教版選擇性必修

PAGEPAGE16第二課時(shí)化學(xué)電源明課程標(biāo)準(zhǔn)扣核心素養(yǎng)1.能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。2．能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決新型電池的開發(fā)問題。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從宏觀與微觀結(jié)合的視角分析化學(xué)電源的工作原理、新型電源中微粒的移動(dòng)及電極反應(yīng)。2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能利用原電池的結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)識(shí)化學(xué)電源的組成特點(diǎn)，正確判斷新型電源的結(jié)構(gòu)、電極反應(yīng)及相關(guān)實(shí)際問題。eq\a\vs4\al(一次電池)[情境素材]普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池的構(gòu)造如下圖所示：普通鋅錳電池堿性鋅錳電池[情境探究]1．你能指出兩種干電池中的正、負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液?jiǎn)?？提示：普通鋅錳電池的負(fù)極為Zn，正極為石墨棒，電解質(zhì)溶液為NH4Cl糊。堿性鋅錳電池的負(fù)極為Zn，正極為MnO2，電解質(zhì)為KOH。2．試寫出堿性鋅錳電池的正、負(fù)極反應(yīng)式。提示：負(fù)極反應(yīng)式：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，正極反應(yīng)式：2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnO(OH)＋2OH－。3．對(duì)比兩種干電池，比較兩種電池的優(yōu)缺點(diǎn)。提示：普通鋅錳電池中的NH4Cl糊呈酸性，能腐蝕負(fù)極材料Zn，故該干電池不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存；堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，它的比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高，是普通鋅錳干電池的升級(jí)換代產(chǎn)品。4．為什么廢舊電池不能隨意丟棄，要回收利用？提示：廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，能污染水源，危害人體健康，因此，應(yīng)將廢舊電池回收利用，這樣既可減少環(huán)境污染，又可節(jié)約資源。1．化學(xué)電源(1)概念化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)分類(3)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)①比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是W·h·kg－1或W·h·L－1。②比功率：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。③電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。2．一次電池(1)一次電池隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)逐漸被消耗，當(dāng)這些物質(zhì)消耗到一定程度時(shí)，電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫做干電池。(2)普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池普通鋅錳電池堿性鋅錳電池裝置電極反應(yīng)及電池總反應(yīng)負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋正極：2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋2MnO2＋2e－=2NH3＋Mn2O3＋H2O總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))=Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnO(OH)＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：新電池會(huì)發(fā)生自動(dòng)放電，使存放時(shí)間縮短，放電后電壓下降較快優(yōu)點(diǎn)：克服了普通鋅錳電池的缺點(diǎn)，單位質(zhì)量所輸出的電能多，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適用于大電流和連續(xù)放電1．熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物一旦受熱熔融，電池瞬間即可輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca=CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列說法正確的是()A．正極的電極反應(yīng)為Ca＋2Cl－－2e－=CaCl2B．放電過程中，Li＋向鈣電極移動(dòng)C．LiCl既是離子導(dǎo)體又是正極反應(yīng)物D．常溫時(shí)，在正、負(fù)極之間連上檢流計(jì)，指針不偏轉(zhuǎn)解析：選D正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，A說法錯(cuò)誤；放電過程發(fā)生原電池反應(yīng)，Li＋向正極移動(dòng)，即向硫酸鉛電極移動(dòng)，B說法錯(cuò)誤；LiCl是離子導(dǎo)體，不是正極反應(yīng)物，C說法錯(cuò)誤；常溫下，電解質(zhì)不能熔融，不導(dǎo)電，不能形成原電池，故檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，D說法正確。2．微型鋅銀電池可用作電子儀器的電源，其電極分別是Ag/Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液，電池總反應(yīng)為Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列說法正確的是()A．電池工作過程中，KOH溶液濃度減小B．電池工作過程中，電解液中OH－向正極遷移C．負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2D．正極發(fā)生反應(yīng)Ag2O＋2H＋＋2e－=2Ag＋H2O解析：選C由電池總反應(yīng)Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2可知，反應(yīng)中n(KOH)不變，但電池反應(yīng)消耗了H2O，所以電池工作過程中，KOH溶液濃度增大，故A錯(cuò)誤；電池工作過程中，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)、陽離子向正極移動(dòng)，所以電解液中的OH－向負(fù)極遷移，故B錯(cuò)誤；由電池總反應(yīng)可知，Zn失電子、發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，故C正確；氧化銀得到電子、發(fā)生還原反應(yīng)作正極，電極反應(yīng)式為Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－，故D錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al(二次電池)鉛酸蓄電池是最常見的二次電池。鉛酸蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，可放電也可充電，一般用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼(防止酸液泄漏)。鉛酸蓄電池設(shè)有多層電極板，其中正極板上覆蓋有棕褐色的PbO2，負(fù)極板上覆蓋有海綿狀的金屬Pb，正、負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料隔開(防止電極之間發(fā)生短路)，兩極均浸入稀H2SO4溶液中，如圖所示。已知鉛酸蓄電池的充、放電過程：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O。[問題探討]1．寫出鉛酸蓄電池放電時(shí)的負(fù)極、正極電極反應(yīng)式。提示：負(fù)極反應(yīng)式：Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4；正極反應(yīng)式：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O。2．鉛酸蓄電池放電時(shí)，正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的？提示：鉛酸蓄電池放電時(shí)，正極反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O，反應(yīng)消耗H＋，故正極區(qū)域溶液的c(H＋)減小，pH升高。3．鉛酸蓄電池充電時(shí)的反應(yīng)和放電時(shí)的反應(yīng)是可逆反應(yīng)嗎？提示：不是；充電時(shí)和放電時(shí)的反應(yīng)條件不同。4．鉛酸蓄電池放電時(shí)，兩極發(fā)生什么反應(yīng)？充電時(shí)兩極發(fā)生什么反應(yīng)？據(jù)此，在充電時(shí)，怎樣連接電源的兩極？提示：放電時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；充電時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；鉛酸蓄電池在充電時(shí)，負(fù)極接電源負(fù)極，正極接電源正極。1．二次電池二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。2．鉛酸蓄電池(1)工作原理放電負(fù)極Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4正極PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O總反應(yīng)Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O充電陰極PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))陽極PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))總反應(yīng)2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4合并總反應(yīng)Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O(2)電池的優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。②缺點(diǎn)：比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境。3．可充電電池復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫方法第一步：先標(biāo)出放電(原電池)總反應(yīng)式中變價(jià)元素的化合價(jià)，確定電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)。如鉛酸蓄電池中：第二步：寫出一個(gè)比較容易書寫的電極反應(yīng)式，書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存。如鉛酸蓄電池的負(fù)極反應(yīng)式為Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4。第三步：在電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式，即得另一極的反應(yīng)式。如鉛酸蓄電池的正極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式－負(fù)極反應(yīng)式得到，即Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－(Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－)=2PbSO4＋2H2O－PbSO4，整理得：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O。4．可充電電池充、放電時(shí)電極的連接[名師點(diǎn)撥](1)二次電池放電時(shí)遵循原電池原理，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；充電時(shí)遵循電解池原理，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(2)蓄電池充電時(shí)的電極反應(yīng)和總反應(yīng)是放電時(shí)反應(yīng)的逆反應(yīng)，但蓄電池充、放電時(shí)的合并總反應(yīng)不是可逆反應(yīng)。(3)充電時(shí)電池正極接電源正極作陽極，電池負(fù)極接電源負(fù)極作陰極。(4)放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極；充電時(shí)，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。(5)若電極反應(yīng)消耗OH－(或H＋)，則電極周圍溶液pH減小(或增大)；若電極反應(yīng)生成H＋(或OH－)，則電極周圍溶液的pH減小(或增大)；若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗OH－(或H＋)，則溶液的pH減小(或增大)；若總反應(yīng)的結(jié)果是生成H＋(或OH－)，則溶液的pH減小(或增大)。1．鉛酸蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為稀H2SO4，工作時(shí)的電池反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是()A．Pb為正極，被氧化B．電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的pH不斷減小C．SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向PbO2電極移動(dòng)D．電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的pH不斷增大解析：選DPb為負(fù)極被氧化，A錯(cuò)誤；根據(jù)題給反應(yīng)可知，反應(yīng)消耗了酸，溶液的pH不斷增大，B錯(cuò)誤，D正確；原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，則SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Pb電極移動(dòng)，C錯(cuò)誤。2．為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn—NiO(OH)二次電池，結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn＋2NiO(OH)＋H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))ZnO＋2Ni(OH)2。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時(shí)陽極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiO(OH)＋H2OC．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2OD．放電過程中OH－通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)解析：選DA正確，三維多孔海綿狀Zn為多孔結(jié)構(gòu)，具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高；B正確，二次電池充電時(shí)遵循電解池原理，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，原子失去電子，陽極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiO(OH)＋H2O；C正確，二次電池放電時(shí)遵循原電池原理，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，Zn失去電子，由電池總反應(yīng)可知，負(fù)極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；D錯(cuò)誤，二次電池放電時(shí)，陰離子從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)移動(dòng)。eq\a\vs4\al(燃料電池)[情境素材]生物電池是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置(生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來自生物電池太陽能，是綠色植物和光合細(xì)菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的)。從原理上來講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物的能量代謝。糖生物電池是一種酶催化燃料電池，它使用便宜的酶代替貴金屬催化劑，利用空氣氧化糖類(如葡萄糖)產(chǎn)生電流。[情境探究]1．若該生物電池為酸性介質(zhì)，試寫出該燃料電池的正極反應(yīng)式。提示：該生物電池的正極上O2得電子，結(jié)合H＋生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。2．電池放電過程中陽離子(H＋)向哪一極遷移？提示：電池放電過程中，陽離子移向正極。3．若該生物電池為酸性介質(zhì)，以葡萄糖為原料并完全氧化，試寫出該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式。提示：C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋。4．該生物電池能在高溫下工作嗎？提示：不能；因?yàn)樵撋镫姵厥且环N酶催化燃料電池，酶在高溫下會(huì)發(fā)生變性，所以該電池不能在高溫下工作。1．燃料電池的概念燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。2．燃料電池的工作原理(1)連續(xù)地將燃料(常見的有氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體)和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。(2)燃料電池的電極本身不參與氧化還原反應(yīng)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。(3)工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出。3．燃料電池的優(yōu)點(diǎn)(1)氧化劑與燃料在工作時(shí)不斷地由外部供給，生成物不斷地被排出，能連續(xù)不斷地提供電能。(2)能量轉(zhuǎn)換率高，有利于節(jié)約能源。(3)排放的廢棄物少，綠色環(huán)保。4．燃料電池的種類(1)氫氧燃料電池①構(gòu)成：氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料。②工作原理：如圖所示的氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液為酸性，在負(fù)極室通入H2，H2在Pt催化下分解為H，H再失去電子成為H＋進(jìn)入電解質(zhì)溶液，H＋可以穿過質(zhì)子交換進(jìn)入正極室；在正極室通入O2，經(jīng)過Pt催化，O2得到電子生成H2O。③電極反應(yīng)介質(zhì)電極電池反應(yīng)：2H2＋O2=2H2O酸性(H＋)負(fù)極2H2－4e－=4H＋正極O2＋4H＋＋4e－=2H2O中性(Na2SO4)負(fù)極2H2－4e－=4H＋正極O2＋2H2O＋4e－=4OH－堿性(OH－)負(fù)極2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)甲烷燃料電池負(fù)極和正極分別通入CH4和O2，在酸性條件下負(fù)極生成H＋，正極消耗H＋；堿性條件下正極生成OH－，負(fù)極消耗OH－并生成COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))。甲烷燃料電池正、負(fù)極在H2SO4溶液和KOH溶液中的反應(yīng)如表所示。電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)式總反應(yīng)式H2SO4溶液負(fù)極：CH4＋2H2O－8e－=CO2＋8H＋正極：2O2＋8H＋＋8e－=4H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2OKOH溶液負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2O正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋3H2O(3)乙醇燃料電池電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)式總反應(yīng)式H2SO4溶液負(fù)極：C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋正極：3O2＋12H＋＋12e－=6H2OC2H5OH＋3O2=2CO2＋3H2ONaOH溶液負(fù)極：C2H5OH＋16OH－－12e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋11H2O正極：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－C2H5OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋5H2O1．肼(N2H4)—空氣燃料電池是一種環(huán)保型堿性燃料電池，電解質(zhì)為20%～30%的KOH溶液，電池總反應(yīng)式為N2H4＋O2=N2＋2H2O。下列關(guān)于該電池工作時(shí)說法中正確的是()A．溶液的pH保持不變B．溶液中的陰離子向正極移動(dòng)C．正極的電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．負(fù)極的電極反應(yīng)式：N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑解析：選DA項(xiàng)，因?yàn)橛兴桑芤旱膒H會(huì)減小，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，原電池中，溶液中的陰離子總是移向電池的負(fù)極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，溶液介質(zhì)為堿性，正極的電極反應(yīng)式是O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，負(fù)極上是燃料失電子的氧化反應(yīng)，即N2H4＋4OH－＋4e－=4H2O＋N2↑，正確。2．以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。下列關(guān)于該電池的敘述正確的是()A．該電池能夠在高溫下工作B．電池的負(fù)極反應(yīng)為C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋C．放電過程中，H＋從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D．在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體eq\f(22.4,6)L解析：選BA項(xiàng)，高溫條件下微生物會(huì)發(fā)生變性，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是葡萄糖失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，正確；C項(xiàng)，原電池內(nèi)部陽離子應(yīng)向正極移動(dòng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，消耗1mol氧氣理論上生成1mol二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成的CO2的體積是22.4L，錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al(分析與推理能力)“綠水青山就是金山銀山”，利用電池原理治理各種污染是科研工作人員致力研究的重要課題之一。(1)硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，我國(guó)最近在太陽能光電催化—化學(xué)耦合分解硫化氫的研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如圖所示。①指出a極和b極的名稱，并寫出電極反應(yīng)式。提示：從圖示可以看出電子從a極流出，故a極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－=Fe3＋；b極為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑。②結(jié)合離子方程式分析H2S氣體去除的原理。提示：除去H2S的過程涉及兩個(gè)反應(yīng)步驟，第一步Fe2＋在電極上發(fā)生反應(yīng)：Fe2＋－e－=Fe3＋；第二步，生成的鐵離子氧化硫化氫生成硫單質(zhì)，離子方程式為2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋。(2)碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。最近，科學(xué)家開發(fā)出一種新系統(tǒng)，“溶解”水中的二氧化碳，以觸發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，生成電能和氫氣，其工作原理如圖所示。寫出生成氫氣的電極反應(yīng)式和此電池的電池反應(yīng)方程式。提示：氫氣在b電極產(chǎn)生，其電極反應(yīng)式為2CO2＋2H2O＋2e－=2HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋H2，a電極反應(yīng)式為Na－e－=Na＋，因此電池反應(yīng)方程式為2Na＋2CO2＋2H2O=2NaHCO3＋H2。(3)微生物燃料電池在凈化廢水的同時(shí)能獲得能源或得到有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品，如圖為其工作原理。根據(jù)圖示寫出正極的電極反應(yīng)式。提示：根據(jù)原電池的工作原理知，電子流入的一極為正極，即N極為正極，根據(jù)圖示可以判斷在正極上得電子的物質(zhì)有O2和Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))，因此電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋14H＋＋6e－=2Cr3＋＋7H2O。解答有關(guān)化學(xué)電源電極反應(yīng)式書寫試題的思維流程如下：1．如圖是一種酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀，具有自動(dòng)吹氣流量監(jiān)測(cè)與控制的功能，下列有關(guān)說法正確的是()A．電流由呼氣所在的鉑電極流出B．H＋通過質(zhì)子交換膜流向氧氣所在的鉑電極C．電路中流過2mol電子時(shí)，消耗11.2LO2D．該電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋解析：選B呼氣所在的電極發(fā)生乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸的氧化反應(yīng)，故為負(fù)極，而電流由正極流出，A項(xiàng)錯(cuò)誤；H＋通過質(zhì)子交換膜流向正極(氧氣所在的鉑電極)，B項(xiàng)正確；正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，電路中流過2mol電子時(shí)，消耗0.5molO2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L，但題中未指明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況，C項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋H2O－4e－=CH3COOH＋4H＋，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．某新型可充電電池構(gòu)造如圖所示，工作時(shí)(需先引發(fā)鐵和氯酸鉀的反應(yīng)，從而使LiCl-KCl共晶鹽熔化)某電極(記為X)的反應(yīng)式之一為xLi＋＋xe－＋LiV3O8=Li1＋xV3O8。下列說法正確的是()A.放電時(shí)，正極上的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋B．放電時(shí)，電池反應(yīng)方程式為xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8C．充電時(shí)，X電極與電源負(fù)極相連D．充電時(shí)，X電極的質(zhì)量增加解析：選B由題干所給電極反應(yīng)式可知，X電極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，故X電極是正極，結(jié)合題圖知，X電極是LiV3O8，則Li-Si合金是負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋，結(jié)合X電極的電極反應(yīng)式可知放電時(shí)電池反應(yīng)方程式為xLi＋LiV3O8=Li1＋xV3O8，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；充電時(shí)，X電極應(yīng)與電源正極相連，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，X電極的電極反應(yīng)與放電時(shí)X電極的電極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，則充電時(shí)X電極的質(zhì)量減輕，D項(xiàng)錯(cuò)誤。[分級(jí)訓(xùn)練·課課過關(guān)]__________________________________________________________1．下列有關(guān)化學(xué)電源的說法中正確的是()A．二次電池又叫蓄電池，它放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生B．燃料電池能將全部化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C．化學(xué)電源只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．一次電池包括干電池和蓄電池解析：選A二次電池又叫蓄電池，它放電后可通過充電，在陰極、陽極分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，使活性物質(zhì)獲得再生，因而可連續(xù)使用，A正確；燃料電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，但也有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此能量利用率不是百分之百，B錯(cuò)誤；化學(xué)電源能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)也有部分能量仍然以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在物質(zhì)內(nèi)部，還有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，C錯(cuò)誤；蓄電池屬于二次電池，D錯(cuò)誤。2．甲烷燃料電池的工作原理如圖，下列有關(guān)說法正確的是()A．a(chǎn)極為正極B．K＋從a極經(jīng)溶液流向b極C．工作一段時(shí)間后，b極附近溶液的pH會(huì)減小D．a(chǎn)極的電極反應(yīng)為CH4＋6OH－－8e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋5H2O解析：選B在燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，通入空氣或O2等氧化劑的電極為正極。從而得出，CH4-O2燃料電池中，通CH4的電極為負(fù)極，通O2的電極為正極。a極通入CH4作燃料，則a極為負(fù)極，A不正確；在原電池中，陽離子向正極移動(dòng)，則K＋從a極經(jīng)溶液流向b極，B正確；電池工作時(shí)，b極發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，則一段時(shí)間后，b極附近溶液的pH會(huì)增大，C不正確；a極為負(fù)極，CH4失電子的產(chǎn)物與電解質(zhì)反應(yīng)生成COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等，電極反應(yīng)為CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2O，D不正確。3.紙電池是一種有廣泛應(yīng)用的“軟電池”，如圖所示，這種堿性紙電池采用薄層紙片作為載體和傳導(dǎo)體，紙的兩面分別附著鋅和二氧化錳。下列有關(guān)該紙電池的說法不合理的是()A．Zn為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電池工作時(shí)，電流由MnO2流向ZnC．正極反應(yīng)：MnO2＋e－＋H2O=MnO(OH)＋OH－D．電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnO(OH)解析：選AZn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，電子由負(fù)極Zn流向正極MnO2，電流由正極MnO2流向負(fù)極Zn，B項(xiàng)正確；正極上MnO2發(fā)生還原反應(yīng)：MnO2＋e－＋H2O=MnO(OH)＋OH－，C項(xiàng)正確；電池總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnO(OH)，D項(xiàng)正確。4．高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列敘述不正確的是()A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2B．充電時(shí)陽極反應(yīng)為Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2OC.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2