高三化学总复习专题攻略之电化学-3-化学电源.doc

化学电源
【高考预测】
（★★★）常见化学电源的种类及工作原理。

1．（2014浙江）镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的
M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2 + M＝NiOOH + MH，
已知：6NiOOH + NH3 + H2O + OH－=6 Ni(OH)2 + NO2－。下列说法正确的是
A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－
B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移
C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O + M e－= MH + OH－，H2O中的H被M还原
D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
【答案】A

一． 电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。
二．实用电池的特点
1. 能产生比较稳定而且较高电压的电流；
2. 安全、耐用且便于携带，易于维护；
3. 能够适用于各种环境；
4. 便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；
5. 能量转换率高。
三． 几种常见的电池
1. 一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
碱性锌锰电池
构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH
负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2；
正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－
总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
2. 二次电池
⑴ 铅蓄电池
放电电极反应：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)
总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；
阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
总反应：2PbSO4(s)+ 2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
总反应方程式：Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)
说明：电池充电时，正负极分别和电源的正负极相连。
⑵ 镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
3. 燃料电池

电 池
电极反应
酸性电解质
碱性电解质
氢氧燃

料电池
负 极.
2H2－4e－＝4H+
2H2+4OH－－4e－＝4H2O
正 极
O2+4H++4e－＝2H2O
O2+2H2O+4e－＝4OH－
总反应
2H2+O2＝2H2O
2H2+O2＝2H2O
甲烷燃

料电池
负 极
CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+
CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O
正 极
2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O
2O2+4H2O+8e－=8OH－
总反应
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
甲醇燃

料电池
负 极
2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+
2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－+12H2O
正 极
3O2 +12H+ +12e－＝6H2O
3O2+6H2O+12e－=12OH－
总反应
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O
2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O

除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
典例1 Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。
⑴ 该电池的负极材料是　　。电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负极”）。
⑵ 若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是　　　　。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。
a. NaOH b. Zn
c. Fe d. NH3·H2O
⑶ MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是　　　　。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为　　　　。
【答案】⑴　Zn 正极 ⑵　锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b
⑶　2H++2e-=H2↑，87g
【解析】⑴　负极发生氧化反应，Zn失电子，做负极。电子由负极经外电路流向正极。⑵　锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2+ 置换为单质而除去。⑶　阴极上得电子，发生还原反应，H+得电子生成氢气。因为MnSO4～MnO2～2 e-，通过2mol电子产生1mol MnO2，质量为87g。

电极反应式的书写
总的原则同化学方程式的书写：先写反应物，再写生成物，根据化合价标出得失电子数，再根据电荷守恒和物料守恒配平，同时注意溶液的酸碱性。
1. 先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。
2. 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。
3. 正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
4. 燃料电池电极反应中，酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋，水溶液中不能出现
O2－，而熔融电解质中O2被还原为O2－。
典例1 生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4，下列对铅蓄电池的说法中错误的是( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时Pb是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－+SO42－==PbSO4
D．工作时电解质溶液的密度减小
【答案】A

典例2 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
【答案】C