人教版選修4 第4章第2節(jié) 化學電源 學案.doc

第2節(jié) 化學電源學習目標1. 了解化學電源的分類。2. 熟悉幾種常見化學電源的組成及工作原理，會熟練書寫電極反應式。3.了解化學電源的廣泛應用及廢舊電池對環(huán)境的危害及處理方法。知識梳理一、化學電池1概念：是將化學能直接轉化為電能的裝置?；瘜W電池的主要部分是電解質溶液和浸在溶液中的_正極和_負，使用時將兩極用導線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能。3.化學電池與其他能源優(yōu)點：化學電池的優(yōu)點是：能量轉換效率高，供能穩(wěn)定可靠。可以制成各種形狀和大小，不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。易維護，可在各種環(huán)境下工作。（2）電池優(yōu)劣的主要標準是(1)比能量：即單位質量或單位體積所能輸出電能的多少，單位“(wh)/kg”或“(wh)/l”。(2)比功率：即單位質量或單位體積所能輸出功率的大小，單位“w/kg”或“w/l”。(3)電池可儲存時間的長短。二、常見的化學電池1一次電池(1)堿性鋅錳電池：組成：正極：mno2；負極：zn；電解質：koh。工作原理：負極反應：zn2oh2e=zn(oh)2；正極反應：2mno22e2h2o=2mno(oh)2oh。總反應：zn2mno22h2o=2mno(oh)zn(oh)2。(2)銀鋅電池組成：負極：zn，正極：_ag2o，電解質：koh。工作原理：負極反應：zn2oh2e=zn(oh)2；正極反應：ag2o2eh2o=2ag2oh。電池反應：znag2oh2o=zn(oh)22ag。2二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)組成：正極：pbo2；負極：pb；電解質：h2so4溶液。充電過程的電極反應、總反應：陰極：pbso42e=pbso42(還原反應)；陽極：pbso42e2h2o=pbo24hso42(氧化反應)?？偡磻?pbso42h2o=pbpbo22h2so4。鉛蓄電池的充、放電過程：(2)工作原理：鉛蓄電池是最常見的二次電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程。放電過程的電極反應、總反應：負極：pb2eso42=pbso4正極：pbo22e4hso42=pbso42h2o總反應：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o3燃料電池(1)工作原理連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能。燃料電池的電極本身_不參與氧化還原反應，只是一個催化轉化元件。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排出。(2)氫氧燃料電池電池組成：氫氧燃料電池以_氫氣_為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極。工作原理：如圖所示，在負極室通入h2，它在pt電極上被催化分解為h原子，再失去電子成為h進入電解質溶液，透過隔膜，進入正極室；在正極室通入o2，經(jīng)過pt電極的催化，o2、h在正極上放電生成h2o。介質電池反應：2h2o2=2h2o酸性(h)負極2h24e=4h正極o24h4e=2h2o中性(na2so4)負極2h24e=4h正極o22h2o4e=4oh堿性(oh)負極2h24e4oh=4h2o正極o22h2o4e=4oh4給可充電電池充放電？其充放電過程的區(qū)別與聯(lián)系(1) 可充電電池充放電時電池的接法：(2)聯(lián)系：電池充電時發(fā)生的電極反應和總反應是放電時發(fā)生反應的逆過程。特色講解知識點一：1“久考不衰”的可逆電池例1鉛蓄電池是化學電源，它工作時的電池總反應為：pbo2pb2h2so4=2pbso42h2o。試回答：(1)鉛蓄電池負極的電極材料是_。(2)工作時該蓄電池正極的電極反應式是_(3)鉛蓄電池工作時，電解質溶液的密度_，ph_(填“減小”、“增大”或“不變”)。解析(1)由電池總反應可知，pb發(fā)生氧化反應，所以pb是負極。(2)正極上的反應是pbo2pbso4，則必然有h2so4參加：pbo24hso422e=pbso42h2o(負極反應為pb2eso42=pbso4，將正極、負極反應合并，與題給總反應相符)。(3)在鉛蓄電池的工作過程中，pb被氧化，h2so4被消耗，所以溶液的密度減小，ph增大。答案(1)pb(2)pbo24hso422e=pbso42h2o(3)減小增大知識點二：“一池多變”的燃料電池例2以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法。(1)酸性條件燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(2)堿性條件燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(3)固體電解質(高溫下能傳導o2)燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(4)熔融碳酸鹽(如熔融k2co3)環(huán)境下電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。答案(1)ch42o2=co22h2o 2o28h8e=4h2o ch4e2h2o =co28h(3) ch42o22oh=co323h2o 2o24h2o 8e=8oh ch410oh8e=co327h2o (3)ch42o2=co22h2o 2o28e=4o2 ch44o2e=co22h2o (4)ch42o2=co22h2o o24co28e=4co32ch44co328e=5co22h2o 方法規(guī)律書寫燃料電池電極反應式應注意的問題(1)書寫燃料電池的總反應方程式時就相當于燃料燃燒，然后看一下產(chǎn)物與所用電解質是否能發(fā)生反應，若能發(fā)生反應，電解質溶液也參與反應，要寫在總反應方程式中。(2)燃料電池正極反應物一律是氧氣，正極都是氧氣得到電子的還原反應，所以可先寫出正極反應式，正極反應的本質都是o2得電子生成o2，故正極反應式的基礎都是o24e=2o2。正極產(chǎn)生的o2的存在形式與燃料電池的電解質的狀態(tài)和電解質溶液的酸堿性有著密切的關系。在酸性環(huán)境中，o2不能單獨存在，可供o2結合的微粒有h和h2o，o2優(yōu)先結合h生成h2o。這樣，在酸性電解質溶液中，正極反應式為o24h4e=2h2o。在中性或堿性環(huán)境中，o2也不能單獨存在，o2只能結合h2o生成oh ，故在中性或堿性電解質溶液中，正極反應式為o22h2o4e=4oh 。在熔融的碳酸鹽環(huán)境中(如li2co3和na2co3熔融鹽混合物)，o2也不能單獨存在，o2可結合co2生成co32，則其正極反應式為o22co24e=2co32。電解質為固體電解質(如固體氧化鋯氧化釔)，該固體電解質在高溫下可允許o2在其間通過，故其正極反應式應為o24e=2o2。當堂練習【基礎演練】1下列說法正確的是()a堿性鋅錳電池是二次電池b鉛蓄電池是一次電池c二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質獲得再生d燃料電池的活性物質大量儲存在電池內(nèi)部答案c2隨著人們生活質量的不斷提高，廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原()a利用電池外殼的金屬材料b防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染c不使電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品d回收其中石墨電極答案b3鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為：zn(s)2mno22nh4=zn2mn2o3(s)2nh3h2o，在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是()azn b碳cmno2和nh4 dzn2和nh3答案c4.（北京市東城區(qū)普通高中示范校2015屆上學期高三年級綜合能力測試）下圖是某校實驗小組設計的一套原電池裝置，下列有關描述不正確的是 （ ）a此裝置能將化學能轉變?yōu)殡娔躡石墨的電極反應：o2+4e-+2h2o=4oh-c電子由cu經(jīng)導線流向石墨電極d電池總反應：答案b5（山西省大同一中、同煤一中2015屆高三上學期期末聯(lián)合考試）含乙酸鈉和對氯酚( )的廢水可以利用微生物電池除去，其原理如右圖所示：則 （ ）ab極是正極 bb極是陽極c每轉移2mol電子，有1molch3coo被氧化da極電極反應式為：答案:d【鞏固提高】6微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。有一種銀鋅電池，其電極分別是ag2o和zn，電解質為koh，電極反應為：zn2oh2e=zn(oh)2；ag2oh2o2e=2ag2oh。根據(jù)上述反應式，判斷下列敘述中正確的是()a在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的ph增大b在使用過程中，電子由ag2o極經(jīng)外電路流向zn極czn電極發(fā)生還原反應，ag2o電極發(fā)生氧化反應dzn是負極，ag2o是正極答案:d7. 美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學共同研制成功了用于潛航器的鎂過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示。以下說法中錯誤的是()a電池的負極反應為mg2e=mg2b電池工作時，h向負極移動c電池工作一段時間后，溶液的ph增大d電池總反應式是mgh2o22h=mg22h2o答案:b8.設計出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是本世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣，電池的電解質是摻雜了y2o3的zro2晶體，它在高溫下能傳導o2?；卮鹑缦聠栴}：(1)以丁烷代表汽油，這個電池放電時發(fā)生的化學反應的化學方程式是_。(2)這個電池的正極發(fā)生的反應是_。負極發(fā)生的反應是_。固體電解質里的o2的移動方向是_。向外電路釋放電子的電極_答案: (1)2c4h1013o2=8co210h2o(2)o24e=2o2c4h1013o226e=4co25h2o向負極移動負極當堂檢測1. 實驗發(fā)現(xiàn)，298 k時，在fecl3酸性溶液中加少量鋅粒后，fe3立即被還原成fe2。某夏令營興趣小組根據(jù)該實驗事實設計了如圖所示原電池裝置。下列有關說法正確的是()a該原電池的正極反應是zn2e=zn2b左燒杯中溶液的血紅色逐漸褪去c該電池鉑電極上有氣泡出現(xiàn)d該電池總反應為3zn2fe3=2fe3zn2答案:b2人造衛(wèi)星用到的一種高能電池銀鋅電池，其電極反應為：zn2oh2e=zn(oh)2，ag2oh2o2e=2ag2oh。根據(jù)反應式判斷氧化銀是()a負極被氧化 b正極被還原c負極被還原 d正極被氧化答案:b3鎳(ni)鎘(cd)可充電的電池，放電時，電極材料是cd和nio(oh)，電解質是koh，電極反應分是：cd2oh2e=cd(oh)2；2nio(oh)2h2o2e=2ni(oh)22oh。下列說法不正確的()a電池放電時，負極周圍溶液的ph不斷減小b電池放電時總反應是cd2nio(oh)2h2o=cd(oh)22ni(oh)2c電池充電時，鎘(cd)元素被氧化d電池充電時，電池的正極和電源的正極相連接答案:c4（哈爾濱市第六中學2014-2015學年度上學期期末考試）優(yōu)質的鋰碘電池可用于心臟起搏器延續(xù)患者的生 命，它的正極材料是聚2一乙烯吡啶(簡寫p2vp)和i2 的復合物，電解質是固態(tài)薄膜狀的碘化鋰，電池的總反應為2li+p2vpni2= p2vp（n-1）i2+2lii，則下列說法正確的是 （ ）a正極的反應為p2vpni2+2li+2e-= p2vp（n-1）i2+2liib電池工作時，碘離子移向p2vp一極c聚2一乙烯吡啶的復合物與有機物性質相似，因此聚2一乙烯吡啶的復合物不會導電d該電池所產(chǎn)生的電壓低，使用壽命比較短答案:a5(貴州省七校聯(lián)盟2015屆高三第一次聯(lián)考理綜化學試題)下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池 (mhni堿性電池)。下列有關說法不正確的是 （ ）a放電時正極反應為：nioohh2oe=ni(oh)2ohb放電時負極反應為：mhoh-2e=h2om+c充電時氫氧根離子移向陽極，要參與電極反應d充電時電池的正極連接直流電源的正極，得到電子發(fā)生還原反應答案:d6.(四川省石室中學2015屆高三一診模擬化學試題)蓄電池是一種可以反復充電、放電的裝置。有一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應為nio2+ fe+2h2ofe(oh)2+ni(oh)2下列有關電池的說法中正確的是 （ ）a放電時電解質溶液顯強酸性 b充電時陽板反應為ni(oh)2+2oh-2e-=nio2+2h2oc放電時正極附近溶液ph減小 d充電時陰極附近溶液的堿性保持不變答案:b7“神舟九號”飛船的電源系統(tǒng)共有3種，分別是太陽能電池帆板、鎘鎳蓄電池和應急電池。(1)飛船在光照區(qū)運行時，太陽能電池帆板將_能轉化為_能，除供給飛船使用外，多余部分用鎘鎳蓄電池儲存起來。其工作原理為cd2niooh2h2ocd(oh)22ni(oh)2充電時，陽極的電極反應式為_；當飛船運行到地影區(qū)時，鎘鎳蓄電池開始為飛船供電，此時負極附近溶液的堿性_(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)緊急狀況下，應急電池會自動啟動，工作原理為znag2oh2o2agzn(oh)2，其負極的電極反應式為_。答案:(1)太陽電ni(oh)2eoh=nioohh2o減小 (2)zn2e2oh=zn(oh)2家庭作業(yè)1. 關于如圖裝置的說法正確的是()a銀電極是負極b銅電極上發(fā)生的反應為cu2e=cu2c外電路中的電子是從銀電極流向銅電極d該裝置能將電能轉化為化學能答案:b2已知有關m、n、p、z四種金屬的以下實驗事實：mn2=m2n用pt作電極電解同物質的量濃度p和m的硫酸鹽的混合溶液，在陰極上析出單質m把n和z用導線相連并同時放入z的硫酸鹽溶液中，電極反應為z22e=z，n2e=n2。判斷這四種金屬的還原性由強到弱的正確順序是()amnpz bmnzpczpmn dpmnz答案:d3.(黑龍江省哈爾濱市32中2015屆高三上學期期末考試)右圖為水果電池的示意圖，下列說法正確的是 （ ）a鋅片作負極，質量逐漸減少 b電子由銅片沿導線流向鋅片 c銅電極逐漸溶解 d該裝置能將電能轉化為化學能答案:a4.(河北省保定市2015屆高三上學期期末調研考試)以氨作為燃料的固體氧化物（含有o2）燃料電池，具有全固態(tài)結構、能量效率高、環(huán)保等特點，另外氨氣含氫量高，不含碳，易液化，方便運輸和貯存，是很好的氫源載體。其工作原理如圖所示，下列關于氨固體氧化物燃料電池的說法正確的是 （ ）a該電池工作時的總反應為：4nh3+5o2=4no+6h2ob固體氧化物作為電池工作的電解質，其作用便于電子在電池內(nèi)移動c電池工作時，在接觸面上發(fā)生的電極反應為：2nh3+3o26en2+3h2od外電路的電流方向為從電極a流向電極b答案:c5.(哈爾濱市第六中學2014-2015學年度上學期期末考試)甲醇燃料電池體積小巧、潔凈環(huán)保、理論能量比高，已在便