新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1學(xué)案：1.2.2 一次電池和二次電池

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第2課時(shí)一次電池和二次電池[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過(guò)對(duì)常見(jiàn)化學(xué)電源的分析，建立對(duì)原電池反應(yīng)過(guò)程系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的思維模型，提高對(duì)原電池本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。2.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：增強(qiáng)科技意識(shí)，不斷研發(fā)新型電池，滿足人類社會(huì)發(fā)展的需求。積極回收利用廢舊電池，減少其對(duì)環(huán)境的污染。一、化學(xué)電源及其分類1．化學(xué)電源的分類(1)化學(xué)電源按其反應(yīng)原理常分為如下三類：①一次電池：一次電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)大部分被消耗后就不能再使用。使用最廣泛的一次電池是干電池。②二次電池：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。③燃料電池：是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。(2)化學(xué)電源按其電解質(zhì)性質(zhì)可分為中性電池、酸性電池、堿性電池。2．判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)(1)比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出電能的多少，單位是(w·h)·kg－1或(w·h)·L－1。(2)比功率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。(3)電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。3．化學(xué)電池的回收利用使用后的廢舊電池中含有大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會(huì)給土壤、水源等造成嚴(yán)重的污染。廢舊電池要進(jìn)行回收利用。4．化學(xué)電源的發(fā)展方向不斷研制小型化、高比能量、工作壽命長(zhǎng)、不需要特殊維護(hù)的二次電池，如鎳氫電池、鋰離子電池等。(1)化學(xué)電池根據(jù)電解質(zhì)的性質(zhì)又可分為酸性電池、堿性電池和中性電池()(2)放電后不能再使用的電池稱為一次電池，如鋅錳干電池等()(3)可充電、放電循環(huán)進(jìn)行的鉛蓄電池、鎳氫電池等是二次電池()(4)具有高“比能量”和高“比功率”的電池稱為高能電池()答案(1)√(2)√(3)√(4)√1．化學(xué)電池與其他能源相比有何優(yōu)點(diǎn)？提示與其他能源相比，化學(xué)電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定，可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池及電池組，使用方便，易于維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。2．若廢舊電池不回收利用而隨處丟棄會(huì)產(chǎn)生怎樣的危害？提示使用后的廢舊電池中含有大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會(huì)給土壤、水源等造成嚴(yán)重的污染。1．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．依據(jù)原電池的工作原理設(shè)計(jì)出了化學(xué)電源B．原電池是化學(xué)電源的雛形C．判斷電池的正、負(fù)極只需看其正、負(fù)極材料的活動(dòng)性D．氧化還原反應(yīng)所釋放的化學(xué)能，是化學(xué)電源的能量來(lái)源答案C解析判斷電池的正、負(fù)極不僅與電極材料有關(guān)，還與電解質(zhì)溶液有關(guān)。2．隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢舊電池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程，其首要原因是()A．利用電池外殼的金屬材料B．防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬對(duì)土壤和水源造成污染C．防止電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品D．回收其中的石墨電極答案B解析汞、鎘、鉛等重金屬離子會(huì)對(duì)土壤和水源造成污染。二、常見(jiàn)的一次電池和二次電池1．一次電池(1)鋅錳干電池普通鋅錳干電池堿性鋅錳電池示意圖電極負(fù)極：鋅筒，正極：石墨棒負(fù)極反應(yīng)物：鋅粉，正極反應(yīng)物：二氧化錳電解質(zhì)溶液氯化銨和氯化鋅溶液氫氧化鉀溶液電極反應(yīng)堿性鋅錳電池總反應(yīng)式為Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2①負(fù)極反應(yīng)式是Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；②正極反應(yīng)式是2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－(2)銀鋅電池具有比能量大、電壓穩(wěn)定、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)負(fù)極反應(yīng)物：鋅粉，正極反應(yīng)物：Ag2O，電解質(zhì)溶液：KOH溶液?？偡磻?yīng)式為Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag①負(fù)極反應(yīng)式是Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；②正極反應(yīng)式是Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。2．二次電池Ⅰ.鉛蓄電池是常見(jiàn)的二次電池，其放電反應(yīng)和充電反應(yīng)表示如下：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O(1)負(fù)極是Pb，正極是PbO2，電解質(zhì)是硫酸。(2)放電反應(yīng)原理①負(fù)極反應(yīng)式是Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；②正極反應(yīng)式是PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O；③放電過(guò)程中，負(fù)極質(zhì)量的變化是增大，電解質(zhì)溶液pH的變化是增大。(3)充電反應(yīng)原理①陰極(發(fā)生還原反應(yīng))反應(yīng)式是PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；②陽(yáng)極(發(fā)生氧化反應(yīng))反應(yīng)式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；③充電時(shí)，鉛蓄電池正極與直流電源正極相連，負(fù)極與直流電源負(fù)極相連。Ⅱ.新型二次電池：鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰電池和鋰離子電池等。(1)二次電池的放電過(guò)程，負(fù)極質(zhì)量一定減小()(2)鋰電池由于Li的性質(zhì)活潑所以不能用水溶液作電解質(zhì)()(3)鉛蓄電池充電時(shí)，正極接直流電源正極，發(fā)生還原反應(yīng)()(4)鉛蓄電池充電時(shí)，溶液pH將增大()(5)鋰離子電池放電時(shí)，Li＋移向正極區(qū)()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√關(guān)于鉛蓄電池：(1)充、放電時(shí)互為逆向過(guò)程，是可逆反應(yīng)嗎？提示二次電池的充電反應(yīng)和放電反應(yīng)是兩個(gè)相反的過(guò)程，但反應(yīng)條件不同，不是可逆反應(yīng)。(2)在充、放電過(guò)程中，溶液的pH分別如何變化？提示根據(jù)電池的總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O可作出判斷。放電時(shí)，消耗硫酸，pH增大；充電時(shí)，生成硫酸，pH減小。(3)如何判斷鉛蓄電池是否需要充電？提示由電池總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O可以看出，隨著放電反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸的濃度不斷下降，密度不斷減小，因此根據(jù)硫酸密度的大小可以判斷是否需要充電。(4)放電完成時(shí)，正、負(fù)極的質(zhì)量如何變化？提示由負(fù)極反應(yīng)式：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；正極反應(yīng)式：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O知：兩極的質(zhì)量均增加。1．在堿性鋅錳電池中，已知?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì)，發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)正確的是()A．負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋B．負(fù)極反應(yīng)式為Zn＋2H2O－2e－=Zn(OH)2＋2H＋C．正極反應(yīng)式為2MnO2＋2H＋＋2e－=2MnOOHD．正極反應(yīng)式為2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－答案D解析該電池中，Zn元素化合價(jià)由0變?yōu)椋?，所以Zn作負(fù)極，Mn元素化合價(jià)由＋4變?yōu)椋?，所以二氧化錳作正極，根據(jù)電池總反應(yīng)知，負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，正極反應(yīng)式為2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－。2．高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)高鐵電池的負(fù)極材料是____________，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)______________________。(2)放電時(shí)，正極發(fā)生______(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，正極反應(yīng)式為_(kāi)______________。放電時(shí)，____(填“正”或“負(fù)”)極附近溶液的堿性增強(qiáng)。答案(1)Zn3Zn＋6OH－－6e－=3Zn(OH)2(2)還原2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－正解析放電時(shí)，電池的負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為3Zn＋6OH－－6e－=3Zn(OH)2，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－，則正極附近生成了OH－，溶液的堿性增強(qiáng)。3．鋰空氣電池放電時(shí)的工作原理如圖所示。根據(jù)圖示解答下列問(wèn)題：(1)放電時(shí)Li＋由________極向________極移動(dòng)(填字母)。(2)電極反應(yīng)式：負(fù)極：_________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；放電時(shí)電池總反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________________________。(3)電解液a能否是氯化鋰溶液：________(填“能”或“否”)，原因：____________。答案(1)AB(2)4Li＋4OH－－4e－=4LiOHO2＋2H2O＋4e－=4OH－4Li