2021-第二學(xué)期人教版化學(xué)選修4課時突破：4.2化學(xué)電源

1、選修4課時突破：化學(xué)電源|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.【要點導(dǎo)學(xué)】一、化學(xué)電池化學(xué)電池是將化學(xué)能變成電能的裝置；1化學(xué)電池的分類一次電池一般鋅錳電池、堿性鋅錳電池化學(xué)電池二次電池鉛蓄電池|迎迎.|下下.|載載.燃料電池氫氧燃料電池2判定電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)(1) 比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是11W·h·kg或W·h·L；(2) 比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是11W·kg或W·L；(3) 電池可儲存時間的長短；3化學(xué)電池回收利用廢

2、舊電池中含重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，應(yīng)回收利用，既削減污染，又節(jié)省資源；1以下說法中，不正確選項A化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B化學(xué)電池的種類包括一次電池、二次電池和燃料電池等C化學(xué)電池供能穩(wěn)固牢靠，可以制成各種外形和大小，使用方第第11頁頁，共共1144頁頁便，易于保護D廢舊電池可以隨便丟棄解析：選D廢舊電池中含有重金屬和酸、堿等有害物質(zhì)，隨便丟棄，對生態(tài)環(huán)境和人體健康危害很大，所以廢舊電池應(yīng)回收處理；2廢電池必需進行集中處理的問題被提到議事日程；其首要原|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.因是A為了利用電

3、池外殼的金屬材料B防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D回收其中的石墨電極解析：選B廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對土壤和水源造成污染，必需進行集中處理；二、一次電池1堿性鋅錳電池(1) 基本構(gòu)造：(2) 工作原理：負(fù)極反應(yīng)：Zn2OH2e=ZnOH2；正極反應(yīng)：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；總反應(yīng)：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZnOH2；(3) 性能優(yōu)點：堿性鋅錳電池比一般鋅錳電池性能好，它的比能量和可儲存時間第第22頁頁，共共1144頁頁均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電；2鋅銀電池(1) 基本構(gòu)造：|精精.|品品.(2)

4、工作原理：|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.負(fù)極反應(yīng)：Zn2OH2e=ZnOH2；正極反應(yīng)：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；總反應(yīng)：ZnAg2OH2O=ZnOH22Ag；(3) 電池特點：比能量大，電壓穩(wěn)固，儲存時間長，相宜小電留戀續(xù)放電；3鋰電池(1) 基本組成：負(fù)極：鋰，正極：MnO2、CuO、FeS2等，電解質(zhì)：非水溶劑；(2) 特點：比能量高、電壓高、工作溫度寬，可儲存時間長；特殊提示判定某電極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)時，除考慮在該電極上得或失電子的物質(zhì)外，仍要考慮得或失電子后形成的新物質(zhì)是否會和電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)；1

5、一般鋅錳干電池在放電時電池總反應(yīng)方程式可以表示為Zn22MnO22NH4=ZnMn2O32NH3H2O；在此電池放電時，正極碳棒上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是24AMnO和NH4BZn2和NHCZnD碳棒第第33頁頁，共共1144頁頁解析：選A在電池的正極上發(fā)生的是得電子的仍原反應(yīng)，是電池總反應(yīng)中氧化劑發(fā)生反應(yīng)的電極；由一般鋅錳干電池的總反應(yīng)式可知，MnO2與NH4發(fā)生的反應(yīng)為正極反應(yīng)；2堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用；堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.Zns2

6、MnO2s2H2Ol=ZnOH2s2MnOOHs，以下說法錯誤選項A電池工作時，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2s2H2Ol2e=2MnOOHs2OHaq|下下.|載載.C電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上削減6.5g解析：選C由所給的電池總反應(yīng)式可知，電池工作時，每有1molZn參與反應(yīng)，就會有2mol電子從負(fù)極Zn經(jīng)外電路流向正極，并在正極發(fā)生反應(yīng)：2MnO2s2H2Ol2e=2MnOOHs2OHaq；外電路每通過0.2mol電子，Zn的質(zhì)量削減6.5g；3.銀鋅電池是一種常見化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：ZnAg2OH2O=ZnO

7、H22Ag；其工作示意圖如右；以下說法不正確選項AZn電極是負(fù)極BAg2O電極發(fā)生仍原反應(yīng)CZn電極的電極反應(yīng)式：Zn2e2OH=ZnOH2D放電前后電解質(zhì)溶液的pH保持不變解析：選D該電池的電解質(zhì)溶液為KOH，電池工作時負(fù)極發(fā)生第第44頁頁，共共1144頁頁反應(yīng)為Zn2e2OH=ZnOH2，正極發(fā)生反應(yīng)為Ag2O2eH2O=2OH2Ag，OH數(shù)目不變，但水被消耗，溶液pH上升；三、二次電池以鉛蓄電池為例1基本構(gòu)造|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.2組成負(fù)極：Pb，正極：PbO2，電解質(zhì)：H2SO4溶液；3工作

8、原理(1) 放電過程原電池原理：2負(fù)極：PbsSO4aq2e=PbSO4s；22442正極：PbOs4HaqSOaq2e=PbSOs2HOl；總反應(yīng)：PbsPbO2s2H2SO4aq=2PbSO4s2H2Ol；(2) 充電過程：2444陰極：PbSOs2e=PbsSOaq發(fā)生仍原反應(yīng)；陽極：PbSO4s2H2Ol2eaq發(fā)生氧化反應(yīng)；=PbO2s4HaqSO2總反應(yīng)：2PbSO4s2H2Ol=PbsPbO2s2H2SO4aq；4鉛蓄電池的優(yōu)缺點(1) 優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)固、使用便利、安全牢靠、價格低廉，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛；(2) 缺點：比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境；第第55頁頁，

9、共共1144頁頁已知鉛蓄電池的充、放電過程：PbsPbO2s2H2SO4aq放電充電2PbSO4s2H2Ol；(1) 鉛蓄電池放電時，正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的？2提示：鉛蓄電池放電時，正極反應(yīng)式為PbO24HSO42e=PbS4O2H2O，反應(yīng)消耗H，故cH下降，pH上升；|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.(2) 鉛蓄電池放電時，兩極發(fā)生什么反應(yīng)？充電時兩極發(fā)生什么反應(yīng)？據(jù)此，在充電時，怎樣連接電源的兩極？提示：放電時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生仍原反應(yīng)；充電時，陰極發(fā)生仍原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；鉛蓄電

10、池在充電時，負(fù)極接電源負(fù)極，正極接電源正極；【總結(jié)歸納】1二次電池在充電時，正、負(fù)電極上發(fā)生的反應(yīng)正好與放電時發(fā)生的反應(yīng)相反，因而充電時，二次電池的正極應(yīng)與充電電源的正極相連接，電池的負(fù)極應(yīng)與充電電源的負(fù)極相連接；2充電時發(fā)生的電極反應(yīng)和總反應(yīng)是放電時發(fā)生的反應(yīng)的逆過程；(1) 放電時，電極正極仍原反應(yīng)負(fù)極氧化反應(yīng)(2) 充電時，電極陽極氧化反應(yīng)陰極仍原反應(yīng)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)式中變價元素的化合價，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)；如鉛蓄電池中：4Pb失去2e，發(fā)生氧化反應(yīng)PbO2得到2e，發(fā)生仍原反應(yīng)第第66頁頁，共共114

11、4頁頁放電22H2SO42PbSO42H2O其次步：寫出一個比較簡單書寫的電極反應(yīng)式，書寫時肯定要留意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存；如鉛蓄電池的負(fù)極反應(yīng)式為Pb2SO42e=PbSO4；|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).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，|資資.22|料料.*|*|*|*|即PbPbO24HPbSO4，2SO4PbSO42e=2PbSO42H2O|歡歡.2|迎迎.|下下.|載載.整理得：PbO24HSO42e=PbSO42H2O；1鎳鎘Ni-Cd可充電電池在現(xiàn)代

12、生活中有廣泛應(yīng)用；已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：放電Cd2NiOOH2H2O充電CdOH22NiOH2有關(guān)該電池的說法正確選項A充電時陽極反應(yīng)：NiOH2eOH=NiOOHH2OB充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C放電時負(fù)極鄰近溶液的堿性不變D放電時電解質(zhì)溶液中的OH向正極移動解析：選A由總反應(yīng)可知，放電時，負(fù)極Cd發(fā)生氧化反應(yīng)：Cd2e2OH=CdOH2，負(fù)極堿性變?nèi)?，C項錯誤；正極反應(yīng)為2NiOOH2e2H2O=2NiOH22OH，放電時，OH由正極向負(fù)極移動，D項錯誤；充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，B項錯誤；充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，即為NiOH2OHe=NiO

13、OHH2O，A項正確；第第77頁頁，共共1144頁頁|精精.|品品.|可可.|編編.2氫鎳電池的總反應(yīng)式是H22NiOOH據(jù)此反應(yīng)判定，以下表達中不正確選項A電池放電時，鎳元素被氧化B電池充電時，氫元素被仍原C電池放電時，鎳元素被仍原D電池放電時，H2在負(fù)極被氧化放電充電2NiOH2；根|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.解析：選A電池放電時，Ni元素化合價降低被仍原，A錯誤，C正確；充電時，H元素化合價從10，化合價降低，被仍原，B正確；放電時，H元素化合價上升，在負(fù)極被氧化，D正確；3. 如下列圖的水溶液鋰離子電池體系；以下表達錯誤選項Aa

14、為電池的正極B電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化D放電時，溶液中Li從b向a遷移解析：選C鋰離子電池中，b電極為Li，放電時，Li失電子為負(fù)極，LiMn2O4得電子為正極，所以a為電池的正極，A正確；充電時，Li在陰極得電子，LiMn2O4在陽極失電子，電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi，B正確；放電時，a為正極，正極上Li1xMn2O4中錳元素得電子，所以鋰的化合價不變，C錯誤；放電時，溶液中陽離子向正極移動，即溶液中Li從b向a遷移，D正確；4聯(lián)合國開發(fā)方案署在中國的首個“氫經(jīng)濟示范城市”在江蘇第第88頁頁，共共114

15、4頁頁如皋落戶；用吸附了H2的碳納米管等材料制作的二次電池的原理如圖所示；以下說法正確選項|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*A放電時，甲電極為正極，OH移向乙電極B放電時，乙電極反應(yīng)式為NiOOHH2Oe=NiOH2OH|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.C充電時，電池的碳電極與直流電源的正極相連D放電時，化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能22解析：選B用吸附了H2的碳納米管等材料制作的二次電池，碳納米管作負(fù)極，乙電極為正極；放電時，乙電極為正極，OH移向甲電極負(fù)極，故A錯誤；放電時，乙電極是正極，發(fā)生仍原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為NiOOHHOe=NiOHOH，故B

16、正確；充電時，充電器的負(fù)極與電池的負(fù)極相連，即電池的碳電極與直流電源的負(fù)極相連，故C錯誤；原電池能夠提高能量的利用率，但化學(xué)能不能完全轉(zhuǎn)化為電能，一般會伴有熱能放出等，故D錯誤；四、燃料電池以氫氧燃料電池為例1基本構(gòu)造2工作原理：通入可燃物H2的一極為電池的負(fù)極，通入O2的一極為電池的正極；第第99頁頁，共共1144頁頁(1) 酸性氫氧燃料電池電解質(zhì)為H2SO4負(fù)極反應(yīng)：2H24e=4H，正極反應(yīng)：O24H4e=2H2O，總反應(yīng)：2H2O2=2H2O；(2) 堿性氫氧燃料電池電解質(zhì)為KOH|精精.負(fù)極反應(yīng)：2H24OH4e=4H2O，|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料

17、料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.正極反應(yīng)：2H2OO24e=4OH，總反應(yīng)：2H2O2=2H2O；3電池特點(1) 能量轉(zhuǎn)換率高，污染小；(2) 工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供應(yīng)，在電極上不斷進行反應(yīng)，連續(xù)不斷地供應(yīng)電能；特殊提示(1) 燃料電池的兩個電極與其他電池不同，電極材料本身不參與電極反應(yīng)；(2) 酸性介質(zhì)中的燃料電池氧化劑為O2的正極反應(yīng)式為O24H4e=2H2O；堿性介質(zhì)中的燃料電池氧化劑為O2的正極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH；1用稀H2SO4作電解質(zhì)溶液時，甲烷燃料電池的正、負(fù)極反應(yīng)式如何書寫？并寫出總反應(yīng)式；提示：總反應(yīng)式是甲烷燃燒的化學(xué)方程式CH4

18、2O2=CO22H2O，其中正極反應(yīng)式為2O28H8e=4H2O，負(fù)極反應(yīng)式為CH48e2H2O=C2O8H；第第1100頁頁，共共1144頁頁2用KOH作電解質(zhì)溶液時，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式與“1”中相同嗎？試分別寫出兩極的電極反應(yīng)式；提示：不相同；由于CO2與KOH溶液反應(yīng)生成K2CO3，故總反應(yīng)式為CH242O22OH=CO33H2O，其中正極反應(yīng)式為2O24H2O8e2432=8OH，負(fù)極反應(yīng)式為CH10OH8e=CO7HO；|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).|資資.|料料.*|*|*|*|歡歡.|迎迎.|下下.|載載.【總結(jié)歸納】有機燃料電池電極反應(yīng)式書寫方法電

19、池的負(fù)極肯定是可燃物，有機燃料中各元素的化合價變化遵循一般化合價規(guī)章，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電池的正極多為氧氣或空氣得電子，發(fā)生仍原反應(yīng)，特殊留意電解質(zhì)溶液酸堿性不同的區(qū)分；可依據(jù)電荷守恒來配平電極反應(yīng)式；如乙醇堿性KOH溶液燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書寫方法；第一步：確定生成物；乙醇燃燒生成CO2和H2O，其中CO2與KOH溶液反應(yīng)生成K2CO3和H22O，故生成物為CO3和H2O；其次步：確定價態(tài)的變化及轉(zhuǎn)移電子數(shù)；26乙醇CHO中碳元素的化合價為2，CO2中碳元素的化合價為34，故1mol乙醇完全反應(yīng)失去2×4212mol電子；第三步：列出表達式；2C2H5OHOH12eCO3H2

20、O；第四步：確定電極反應(yīng)式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)；2由碳原子守恒確定CO3的化學(xué)計量數(shù)為2，由電荷守恒確定OH的化學(xué)計量數(shù)為16；注：失去12個電子，相當(dāng)于帶12個單位正電荷第第1111頁頁，共共1144頁頁再由氫原子守恒確定H2O的化學(xué)計量數(shù)為11，2故負(fù)極反應(yīng)式為C2H5OH16OH12e=2CO311H2O；1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N2H4O2=N22H2O；以下關(guān)于該電池工作時說法中正確選項|精精.|品品.|可可.|編編.|輯輯.|學(xué)學(xué).|習(xí)習(xí).A溶液的pH保持不變B溶液中的陰離子向正極移動|資資.|料料.*|*

21、|*|C正極的電極反應(yīng)式：O24H4e=2H2O*|歡歡.|迎迎.D負(fù)極的電極反應(yīng)式：N2H44OH4e=4H2ON2|下下.|載載.解析：選DA項，由于有水生成，溶液的pH會減小，A項錯誤；B項，原電池中，溶液中的陰離子總是移向電池的負(fù)極，B項錯誤；C項，溶液介質(zhì)為堿性，正極的電極反應(yīng)式是O22H2O4eC項錯誤；=4OH，2以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如下列圖；關(guān)于該電池的表達正確選項A該電池能夠在高溫下工作B電池的負(fù)極反應(yīng)為C6H12O66H2O24e=6CO224HC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22.4下CO2氣體6L第第1122頁頁，共共1144頁頁解析：選BA項，高溫條件下微生物會變性，錯誤；B項，負(fù)極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，正確；C項，原電池內(nèi)部陽離子應(yīng)向正極移動，錯誤；D項，消耗1mol氧氣生成1mol二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積是22.4L，錯誤；3科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高；|精精.一個電極通入空氣