原电池和化学电源复习学案.docx

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化学能与电能
一、原电池
1、概念：
2、工作原理：

3、构成条件：

4、规律
①负极： 电子，价 ，吸引 离子；
正极： 电子，价 ，吸引 离子。
②正、负极的判断：
a、
b、
c、
d、
e、

③闭合回路的形成

④负极失电子总数=正极得电子总数
⑤原电池电极反应式书写一般规律：
总→改→简→减→反
5、设计原电池
已知总反应Cu＋2H＋＋H2O2=Cu2＋＋2H2O

二、常见的化学电源
1、一次电池
①酸性锌锰电池：
Zn+2MnO2＋2NH4Cl=ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3 ＋H2O

二次电池四个电极一般规律：
负极： 电子，价 ，吸引 离子；
正极： 电子，价 ，吸引 离子
阴极：吸引 离子， 电子，价 ；
阳极：吸引 离子， 电子，价 。
②镍镉电池：
Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电
充电

Cd(OH)2＋2Ni(OH)2

③高铁电池：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 放电
充电

3Zn(OH)2＋2Fe(OH)2＋4KOH

3、燃料电池
①氢氧燃料电池：
a、总反应：2H2＋O2

H2SO4

2H2O

b、总反应：2H2＋O2

KOH
2H2O

②甲烷燃料电池
a、总反应：CH4＋2O2

H2SO4

CO2＋2H2O

b、总反应：CH4＋2O2＋2KOH

KOH
K2CO3＋3H2O

③乙醇燃料电池
a、酸性溶液

②碱性锌锰电池
Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnO(OH)

③锌银电池
Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2

④其他碱性金属电池
Fe＋NiO2＋2H2O=Ni(OH)2＋Fe(OH)2 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)2＋4KOH Cd＋2NiO(OH)＋2H2O=Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
由②③④可归纳总结一般碱性金属电池电极反应式
书写规律：
负极：M－ne－＋nOH－=M(OH)n
正极：总反应—负极
⑤锂电池
a、Li＋FePO4=LiFePO4

b、 Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4

c、0.45Li＋Li0.55COO2=LiCOO2

d、0.5Li＋Li0.35NiO2=Li0.85NiO2

由⑤可归纳总结一般锂电池电极反应式书写规律：
负极：nLi－ne－=nLi＋
正极：总反应—负极
2、二次电池
①铅蓄电池：
Pb＋PbO2＋2H2SO4放电
充电

2PbSO4＋2H2O

b、碱性溶液

④肼（N2H4）燃料电池
a、酸性溶液

b、碱性溶液

⑤熔融金属氧化物燃料电池：
CH4＋2O2
(由O2－导电)
熔融Y2O3、ZrO2

CO2＋2H2O

⑥熔融碳酸盐燃料电池： 正极通入O2和CO2
2CO＋O2
(由CO32－导电)
熔融Li2CO3

2CO2

⑦熔融硝酸盐（NaNO3）燃料电池：
石墨电极I通入O2和N2O5
石墨电极Ⅱ通入NO2
总反应：

燃料电池电极反应式书写一般规律：
a、所有燃料电池正极反应均为O2参与的反应
b、
酸性：
电解质溶液 碱（中）性：

固体氧化物传导O2－：
CO32－：
正极 熔融盐传导
NO3－：

质子交换膜：
【典型例题】
1、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．负极发生反应是Zn+2OH――2e－=Zn(OH)2
C．工作时，负极区溶液PH减小，正极区PH增大 D．溶液中OH―向正极移动，K+、H+向负极移动
2、（11福建）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 （ ）
A．水既是氧化剂又是溶剂 B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动 D．总反应为：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑
3、（10安徽）某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：
2H2 + O2 == 2H2O，下列有关说法正确的是 （ ）
　 A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：O2 +2H2O + 4e－== 4OH－
　C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2
D．H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
4、（08江苏）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 + 2H2OCd(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—+ OH－ = NiOOH + H2O
B．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
5．（2008广东卷）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：
FePO4+Li放电
充电

LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是
A．可加入硫酸以提高电解质的导电性 B．放电时电池内部Li+向负极移动.
C．充电过程中，电池正极材料的质量减少 D．放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-=LiFePO4
6．（2007天津理综）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。电池反应为CoO2 + LiC6 放电
充电

LiCoO2 + C6，下列说法正确的是
－
＋
NaAlCl4
多孔Ni/NiCl2
钠离子导体
液态金属钠
钢壳
A．充电时，电池的负极反应为 LiC6 － e－ = Li+ + C6
B．放电时，电池的正极反应为 CoO2 + Li＋ + e－ = LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低
[2013高考∙全国Ⅱ卷∙11]“ZEBRA”蓄电池的结构如右图所示，电极材料
多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于
该电池的叙述错误的是
A．电池反应中有NaCl生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C．正极反应式为：NiCl2+2e—＝Ni+2Cl— D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
[2015高考∙全国I卷∙11]微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
（14全国2·12）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（ ）
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

【难题】[2013高考∙全国Ⅰ卷∙28] (15分) 二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应： (i)CO(g)+2H2(g)＝CH3OH(g) 　　　　 △H 1＝－90.1kJ·mol－1
(ii)CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g) △H2＝－49.0kJ·mol－1
水煤气变换反应：(iii)CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g) △H3＝－41.1kJ·mol－1
二甲醚合成反应： (iv)2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4＝－24.5kJ·mol－1
回答下列问题：
(2)分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 。
t/℃
100–
–
90–
–
80–
–
70–
–
60–
–
50–
–
40–
–
30–

I I I I I I I I I I I I I
260 270 280 290 300 310 320
CO转化率
CH3OCH3产率
转化率或者产率/%
(4)有研究者在催化剂(含Cu－Zn－Al－O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。
(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量 密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg—1)。
若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的电量；该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E＝　　　　　　　　　　　 　　　(列式计算。能量密度＝电池输出电能/燃料质量，l kW·h＝3.6×106J)。
[答案] (2)消耗甲醇，促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO
(3)2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　
ΔH＝－204.7 kJ·mol－1　该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加。压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大
(4)反应放热，温度升高，平衡左移 (5)CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋　
12　÷(3.6×106 J·kW－1·h－1)＝8.39 kW·h·kg－1