1.2.2 一次電池和二次電池學(xué)案 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第2課時(shí)一次電池和二次電池學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能列舉常見(jiàn)的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。2．充分利用鉛蓄電池的案例素材，發(fā)展對(duì)原電池工作原理的認(rèn)識(shí)。核心素養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從宏觀和微觀結(jié)合的視角認(rèn)識(shí)常見(jiàn)化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)、工作原理及物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：具有理論聯(lián)系實(shí)際的觀念，有將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識(shí)，能依據(jù)所學(xué)原電池知識(shí)解釋生產(chǎn)、生活中簡(jiǎn)單的化學(xué)問(wèn)題；在實(shí)踐中逐步形成保護(hù)環(huán)境的觀念。知識(shí)梳理一、一次電池活動(dòng)·探究普通鋅錳干電池和堿性鋅錳電池的構(gòu)造如下圖所示：普通鋅錳干電池堿性鋅錳電池[思考交流]1．你能指出兩種干電池中的正、負(fù)極材料及電解質(zhì)嗎？2．試寫(xiě)出堿性鋅錳電池的正、負(fù)極反應(yīng)式。3．對(duì)比兩種干電池，比較兩種電池的優(yōu)缺點(diǎn)。歸納·總結(jié)1．化學(xué)電池(1)概念化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)分類(lèi)(3)優(yōu)點(diǎn)①化學(xué)電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠。②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。③使用方便，易于維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。(4)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：電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。③電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。(5)化學(xué)電池回收利用廢舊電池中含重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，應(yīng)回收利用，既減少污染，又節(jié)約資源。2．普通鋅錳干電池和堿性鋅錳電池普通鋅錳干電池堿性鋅錳電池裝置電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋正極：2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋2MnO2＋2e－=2NH3＋Mn2O3＋H2O電池反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))=Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－電池反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，放電后電壓下降較快優(yōu)點(diǎn)：克服了普通鋅錳干電池的缺點(diǎn)，單位質(zhì)量所輸出的電能多，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適用于大電流和連續(xù)放電3．銀鋅電池(1)構(gòu)成：常見(jiàn)的紐扣電池為銀鋅電池，一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正極殼和負(fù)極蓋組成，盒內(nèi)靠近正極殼的一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，靠近負(fù)極蓋的一端填充由鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解液分開(kāi)，如圖所示。(2)電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－電池反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag(3)優(yōu)點(diǎn)：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)。(4)用途：常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、計(jì)算器和其他微型電子儀器中。鞏固·練習(xí)1．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，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，電池反應(yīng)方程式為Zn＋2MnO2＋2H2O=Zn(OH)2＋2MnOOH，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．電池工作時(shí)，鋅失去電子B．電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－C.電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D．外電路中每通過(guò)0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5g2．紐扣電池可用作計(jì)算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，用KOH溶液做離子導(dǎo)體，電池反應(yīng)方程式為Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2，下列關(guān)于該電池的敘述不正確的是()A．正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－B．Zn極發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O極發(fā)生還原反應(yīng)C．使用時(shí)，電子由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，Zn是負(fù)極D．使用時(shí)，溶液中OH－向Ag2O極移動(dòng)二、二次電池活動(dòng)·探究鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池。鉛蓄電池是由兩組平行的柵狀鋁合金極板交替排列而成，可放電也可充電，一般用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼(防止酸液泄漏)。鉛蓄電池設(shè)有多層電極板，其中正極板上覆蓋有棕褐色的PbO2，負(fù)極板上覆蓋有海綿狀的金屬Pb，正、負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料隔開(kāi)(防止電極之間發(fā)生短路)，兩極均浸入H2SO4溶液中，如圖所示。已知鉛蓄電池的充、放電過(guò)程：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。[思考交流]1．寫(xiě)出鉛蓄電池放電時(shí)的負(fù)極、正極的電極反應(yīng)式。2．鉛蓄電池放電時(shí)，正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的？3．鉛蓄電池充電時(shí)的反應(yīng)和放電時(shí)的反應(yīng)是可逆反應(yīng)嗎？4．鉛蓄電池放電時(shí)，兩極發(fā)生什么反應(yīng)？充電時(shí)兩極發(fā)生什么反應(yīng)？據(jù)此，在充電時(shí)，怎樣連接電源的兩極？歸納·總結(jié)1．二次電池二次電池又稱為充電電池或蓄電池，是一類(lèi)放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。2．鉛蓄電池(1)工作原理放電負(fù)極Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4正極PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O電池反應(yīng)Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O充電陰極PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))陽(yáng)極PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))電池反應(yīng)2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4合并總反應(yīng)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O(2)電池的優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：可多次重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。②缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池會(huì)污染環(huán)境。3．可充電電池充、放電時(shí)電極的連接鞏固·練習(xí)1．下列關(guān)于鉛蓄電池的說(shuō)法正確的是()A．放電時(shí)，正極發(fā)生的電極反應(yīng)是Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4＋2e－B．放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板C．充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷減小D．充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))2．鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(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(jìn)行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2OB．充電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程C．放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變D．放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的OH－向正極移動(dòng)當(dāng)堂檢測(cè)1．鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為硫酸，工作時(shí)的電池反應(yīng)方程式為Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是()A．Pb為正極被氧化 B．溶液的pH不斷減小C．SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))只向PbO2處移動(dòng) D．溶液的pH不斷增大2．微型鋰碘電池可用作植入某些心臟病人體內(nèi)的心臟起搏器的電源。這種電池中的電解質(zhì)是固體電解質(zhì)LiI，其中的導(dǎo)電離子是I－。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．正極反應(yīng)：2Li－2e－=2Li＋ B．負(fù)極反應(yīng)：I2＋2e－=2I－C．電池反應(yīng)是2Li＋I(xiàn)2=2LiI D．金屬鋰作正極3．高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列敘述不正確的是()A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2B．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2OC．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化D．放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)

參考答案知識(shí)梳理一、活動(dòng)·探究[思考交流]1．提示：普通鋅錳干電池的負(fù)極為Zn，正極為石墨棒，電解質(zhì)為NH4Cl、ZnCl2，堿性鋅錳電池的負(fù)極為Zn，正極為MnO2，電解質(zhì)為KOH。2．提示：負(fù)極反應(yīng)式：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，正極反應(yīng)式：2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnOOH＋2OH－。3．提示：普通鋅錳干電池中的NH4Cl糊呈酸性，能腐蝕負(fù)極材料Zn，故該干電池不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存；堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性能好，它的比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高，是普通鋅錳干電池的升級(jí)換代產(chǎn)品。鞏固·練習(xí)1．【答案】C【解析】由所給的電池反應(yīng)方程式可知，電池工作時(shí)，每有1molZn參加反應(yīng)，會(huì)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)：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－，則外電路每通過(guò)0.2mol電子，Zn的質(zhì)量減少6.5g。2．【答案】D【解析】由電池反應(yīng)方程式可知，Ag2O為正極，Ag2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，堿性環(huán)境中，正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－，A正確；Zn為負(fù)極，Zn失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O為正極，Ag2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；Zn為負(fù)極，Ag2O為正極，放電時(shí)電子由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，C正確；電解質(zhì)溶液中的陰離子移向負(fù)極，則OH－向Zn極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。二、活動(dòng)·探究[思考交流]1．提示：負(fù)極反應(yīng)式：Pb＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))－2e－=PbSO4；正極反應(yīng)式：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O。2．提示：鉛蓄電池放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O，反應(yīng)消耗H＋，故c(H＋)下降，pH升高。3．提示：不是；充電時(shí)的反應(yīng)和放電時(shí)反應(yīng)的反應(yīng)條件不同。4．提示：放電時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；充電時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)；鉛蓄電池在充電時(shí)，負(fù)極接電源負(fù)極，正極接電源正極。鞏固·練習(xí)1．【答案】B【解析】鉛蓄電池充、放電總反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。放電時(shí)Pb作負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為Pb－2e－＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4，正極發(fā)生的反應(yīng)為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4＋2H2O。充電時(shí)，H2SO4的濃度不斷增大，陽(yáng)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。2．【答案】A【解析】由總反應(yīng)可知，放電時(shí)，負(fù)極Cd發(fā)生氧化反應(yīng)：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，負(fù)極堿性變?nèi)酰珻項(xiàng)錯(cuò)誤；正極反應(yīng)為2NiOOH＋2e－＋2H2O=2Ni(OH)2＋2OH－，放電時(shí)，OH－由正極向負(fù)極移動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，即為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，A項(xiàng)正確。當(dāng)堂檢測(cè)1．【答案】D【解析】由Pb元素化合價(jià)的變化，可以看出Pb是負(fù)極，A錯(cuò)誤；由題給電池反應(yīng)方程式可以看出硫酸不斷被消耗，故pH不斷增大，B錯(cuò)誤，D正確；原電池工作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，即SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))移向Pb極，C錯(cuò)誤。2．【答案】C【解析】該電池中Li的活潑性強(qiáng)，作負(fù)極，其發(fā)生的反應(yīng)為2Li－2