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第二節(jié) 化學電源名師導航知識梳理1.化學電池是_的裝置,它包括_、_和_等幾大類。常見的普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池屬于_(填類別),常見的蓄電池屬于_。2.堿性鋅錳電池的負極是_,正極是_,電解質(zhì)是_。其電極反應為:負極:_,正極:_,總反應式為:_。堿性鋅錳電池比_性能好,它的_和_均有提高,可適用于_和_,是民用電池的升級換代產(chǎn)品之一。3.鉛蓄電池是常見的_,它由兩組柵狀極板交替排列而成,正極板上覆蓋有_,負極板上覆蓋有_,電解質(zhì)是_。放電時電極反應:負極:_;正極:_放電時總反應式:_鉛蓄電池充電時電極反應:陰極:_陽極:_充電時總反應式:_可見充電過程和放電過程是可逆的,可用一個可逆反應表示為:_鉛蓄電池的優(yōu)點是_、_、_、_,所以在生產(chǎn)、生活中得到廣泛應用;缺點是_、_、_。4.氫氧燃料電池正極通入_,負極通入_。若電解質(zhì)溶液為酸性介質(zhì),其電極反應為:負極:_,正極:_,總反應:_。若電解質(zhì)溶液為堿性介質(zhì),電極反應為:負極:_,正極:_,總反應:2h2+o2=2h2o。疑難突破1.電極反應式應如何書寫?剖析:(1)根據(jù)給出的化學方程式或根據(jù)題意,確定原電池的正負極,弄清正、負極上發(fā)生反應的物質(zhì)。(2)弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以分子表示,其余以離子符號表示。(3)注意電解質(zhì)溶液的成分,對正極、負極反應產(chǎn)物的影響,正、負極產(chǎn)物可根據(jù)題意或據(jù)化學方程式確定。(4)寫電極反應式時要保證電荷守恒、元素守恒、質(zhì)量守恒,可在電極反應式一端據(jù)需要添加h+或oh-或h2o,將兩個電極反應式合起來,即可得到電池反應總方程式。2.為什么許多國家對廢舊電池進行回收?剖析:可以回收到大量的金屬材料和化工原料。廢舊電池中有害于生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)在自然條件下極難被降解;廢舊鋅錳干電池含有高濃度的氯化銨溶液,埋在土壤中會使土壤酸化,種子脫水死亡。問題探究問題1:(1)請?zhí)骄侩姵刂圃鞓I(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時應考慮哪些問題?探究:(1)如果你是一個研制電池的管理者,在開發(fā)新產(chǎn)品時將主要考慮哪些問題? 準確把握市場需求信息,以便了解新產(chǎn)品的市場開發(fā)前景和預期可能獲得利潤的大?。槐酒髽I(yè)研制、生產(chǎn)新產(chǎn)品的技術(shù)、資金、設備、人力等條件。(2)如果你是一個研制電池的工程師,在開發(fā)新產(chǎn)品時將主要考慮哪些問題? 電池功率的大?。浑姵氐氖褂铆h(huán)境;電池的連續(xù)工作時間或使用壽命;電池廢棄后,其內(nèi)容物可能對環(huán)境的影響等等。問題2:鐵在空氣里生銹,為什么不單純是水的作用,也不單純是空氣中氧氣的作用,而是水和氧氣共同作用的結(jié)果?你感興趣探究嗎?探究:設計實驗,實驗步驟、實驗結(jié)果列于下表:實驗過程實驗現(xiàn)象各步結(jié)論有水無氧氣無鐵銹沒有氧氣,不能生銹有氧氣無水無鐵銹沒有水,不能生銹有水和氧氣有鐵銹氧氣和水共同作用,才能生銹典題精講【例1】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點,因此得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池總反應式為:zn(s)+2mno2(s)+h2o(l)=zn(oh)2(s)+mn2o3(s)。下列說法錯誤的是( )a.電池工作時,鋅失去電子b.電池負極的電極反應式為zn2e-+2oh-=zn(oh)2c.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極d.外電路中每通過0.2 mol 電子,鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g思路解析:該電池中zn為負極,失去電子;該反應中轉(zhuǎn)移2e-,通過計算每轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子,zn反應6.5 g;電子由負極通過外導線流向正極,所以c錯。答案:c【例2】生產(chǎn)鉛蓄電池時,在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的pbso4,干燥后再安裝,充電后即可使用,發(fā)生的反應是:2pbso4+2h2opbo2+pb+2h2so4下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是( )a.需要定期補充硫酸b.工作時鉛是負極,pbo2是正極c.工作時負極上發(fā)生的反應是:pb2e-+=pbso4d.工作時電解質(zhì)的密度減小思路解析:鉛蓄電池在工作時相當于原電池,發(fā)生氧化反應的物質(zhì)是負極,發(fā)生還原反應的物質(zhì)是正極,所以pb是負極,pbo2是正極;在工作時,負極發(fā)生的反應是鉛失去電子生成pb2+,pb2+與溶液中的生成pbso4沉淀,放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等,在電池制備時,pbso4的量是一定的,制成膏狀的pbso4干燥后安裝,說明h2so4不用補充;放電時,h2so4被消耗,溶液中的h2so4的物質(zhì)的量濃度減小,所以溶液的密度也隨之減小。答案:a【例3】燃料電池是燃料(例如co、h2、ch4等)跟氧氣或空氣起反應,將此反應的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,電解質(zhì)溶液通常是koh溶液。下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是( )a.負極反應式為:ch4+10oh-8e-=+7h2ob.正極反應式為:2o2+4h2o+8e-=8oh-c.隨著不斷放電,電解質(zhì)溶液堿性不變d.甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大思路解析:a、b兩項是正確的。綜合a、b兩項知c項不正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律,燃燒時產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的,能量利用率不高,而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大得多,d項正確。答案:c知識導學 新型電池是原電池原理的具體運用,是容易把化學知識和生活熱點及科學前沿結(jié)合出題的重要考點。 對于一次電池,活性物質(zhì)消耗到一定程度,就不能使用了;如普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池等都是一次電池。 二次電池又稱充電電池或蓄電池,放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復使用,如鉛蓄電池。鉛蓄電池充放電是兩個完全不同的過程,放電時是一個原電池,將化學能轉(zhuǎn)化為電能;充電時是一個電解池,將電能轉(zhuǎn)化為化學能。 由于氧化還原反應的發(fā)生,蓄電池中的陽極材料、電解質(zhì)溶液都有一定的消耗,所以,蓄電池需要定期的維護。 燃料電池是現(xiàn)代社會中具有發(fā)展前景的新能源。無論采用什么燃料,總是燃料在負極附近發(fā)生氧化反應。要掌握其工作原理和種類,對這部分知識的考查經(jīng)常以信息題的形式出現(xiàn),只要領(lǐng)會了反應原理,自然融會貫通。疑難導析 原電池考查的主要形式是判斷電極名稱,書寫電極反應,進行簡單的電子轉(zhuǎn)移計算,還可與金屬的腐蝕與防護以及相關(guān)的化學實驗相結(jié)合成各種形式的電化學進行考查。其中電極反應方程式的書寫是關(guān)鍵。書寫電極反應方程式可以簡單記為四點:列物質(zhì),標得失;選離子,標電荷;配個數(shù),配電荷;兩式加,驗總式。 主要從保護環(huán)境和節(jié)約材料的方面解釋。要弄清對廢舊電池進行回收是否可以回收到有用材料,是否會污染環(huán)境。問題導思 綜合運用所學知識,立足于社會這個大背景之下,以更開闊的視野從管理、技術(shù)、環(huán)境和消費等不同角度來分析實際問題。需要了解新產(chǎn)品的技術(shù)指標和生產(chǎn)成本的最基本要求。 對于一個研制電池的管理者,是否要準確把握市場需求信息,本企業(yè)研制、生產(chǎn)新產(chǎn)品的技術(shù)、資金、設備、人力等條件;對于一個研制電池的工程師,是否要考慮電池功率的大小,電池的使用環(huán)境,電池的連續(xù)工作時間或使用壽命,電池廢棄后其內(nèi)容物可能對環(huán)境的影響等問題。 這是一道實驗設計題目,在實驗設計過程中,如果有多種因素影響實驗時,要確定某一條件對實驗的影響,我們采用的方法是保持其他條件不變,改變這個條件,看實驗結(jié)果是否發(fā)生變化。因此要證明鐵生銹是兩方面共同作用造成的,在設計時要單獨考慮每一個條件對實驗的影響,因此要設計三種情況:有水無氧氣;有氧氣無水;既有水又有氧氣。典題導考綠色通道:原電池工作時,活潑金屬為負極,失去電子,所以電子流向為:負極導線正極。【典題變式1】據(jù)報道,最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿作電解質(zhì)溶液的新型手機電池,電量可達現(xiàn)在使用的鎳氫或鋰電池的十倍,可連續(xù)使用一個月才充一次電,其電池反應為:2ch3oh+3o2+4oh-=2+6h2o,則下列有關(guān)說法不正確的是( )a.放電時化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躡.放電時ch3oh參與正極反應c.充電時陰極產(chǎn)生ch3ohd.充電時每生成1 mol ch3oh,則轉(zhuǎn)移6 mol 電子答案:b綠色通道:硫酸溶液的密度與其物質(zhì)的量濃度成正比,這是此類題的隱含條件?!镜漕}變式2】 鉛蓄電池是化學電源,其電極材料分別是pb和pbo2,電解液為稀硫酸。工作時該電池總反應式為pb+pbo2+2h2so4=2pbso4+2h2o。根據(jù)上述情況判斷:(1)蓄電池的負極材料是_。(2)工作時,正極反應為_。(3)工作時,電解質(zhì)溶液的ph_ (填“增大”“減小”或“不變”)。(4)工作時,電解質(zhì)溶液中陰離子移向_極。(5)電流方向從_極流向_極。答案: (1)zn (2)pbo2+2e-+4h+pbso4+2h2o (3)增大 (4)負 (5)正 負綠色通道:解此類題目應先寫出總化學方程式,再找出電解質(zhì)溶液的成分,最后分別寫出正極反應式和負極反應式,從而作出合理的判斷?!镜漕}變式3】將兩個鉑電極插入氫
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