高中化學(xué)必修二-第四課時(shí)-化學(xué)電源

第四錦時(shí)化學(xué)電源

【明確學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.熟悉化學(xué)電源分類、組成及工作原理，（學(xué)習(xí)重難點(diǎn)）

2.了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，設(shè)想其處理方法。

3.認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能對(duì)現(xiàn)代文明的重大意義。

課前預(yù)習(xí)案

【新課預(yù)習(xí)】

化學(xué)電源的分類：—電池、電池和電池等。

【預(yù)習(xí)中的疑難問題】

課堂探究案

一、【合作探究1：化學(xué)電池的分類和優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)】

1.現(xiàn)代科技的發(fā)展，人類利用化學(xué)和物理知識(shí)的原理，設(shè)計(jì)了各種各樣的

電池，,化孝能電池：將轉(zhuǎn)換成的裝置。如堿性鋅鎰電池.輝銀電池、鉛蓄

I----1電池、鎘銖電池、氫鍥電池.鋰離子電池等；廣泛應(yīng)用于通訊.交通、文化.

電J辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍率.生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。

K太陽能電池：將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，如。

池

I—I原子能電池：將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)渙器轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2,^的優(yōu)點(diǎn)和作用

優(yōu)點(diǎn)：①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②可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。③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。

（2）電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)

①比能量：即,單位（W?h）/kg或（W-h）/L;②比功率：

即,單位W/kg或W/L；③電池時(shí)間的長短。

二、【合作探究2】分析兩種一次性電池的結(jié)構(gòu)，總結(jié)它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.普通鋅鎰干電池是最早使用的化學(xué)電源，一作負(fù)極；位于中央的頂蓋帶有—

t2t

作正極；電解質(zhì)是糊狀____；Zn+2MnO2+2NH4-Zn+Mn2O3+2NH；s+H2O

正極：負(fù)極：

2.堿性鋅鎰干電池:用電解質(zhì)溶液替代氯化鍍?nèi)芤鹤鲭娊赓|(zhì)溶液，電池的能量和

放電電流都得到顯著提高；Zn+2Mn02+2H20-Zn（OH）2+2MnOOH

正極：負(fù)極：

普通鋅鐳干電池的缺點(diǎn)：放電之后不能充電，在使用過程中，鋅逐漸溶解使鋅外殼變薄,

水的生成，內(nèi)部的氯化鏤（顯酸性）會(huì)泄漏出來，使電器腐蝕，即使不用，放置過久也會(huì)失

效；干電池中一般含有汞、鐳、鎘、鉛、鋅等重金屬，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，為了防止污

染和資源浪費(fèi)，必修對(duì)廢電池回收利用。

三、【合作探究3:二次電池】：又稱

在放電時(shí)所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)在充電時(shí)可以—進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，

實(shí)現(xiàn)了循環(huán)轉(zhuǎn)化，至一定周期后終止。

1.鉛蓄電池是最早和使用最廣泛的充電電池，—是Pb,—是PbOz,電解質(zhì)是.

①放電過程的反應(yīng)：負(fù)極：；正極：；

總反應(yīng)：______________________________________

②充電過程的反應(yīng)：陰極：（還原反應(yīng)）；

陽極：（氧化反應(yīng)）?？偡磻?yīng)：o

③鉛蓄電池的充、放電過程總反應(yīng)：

④如何給可充電電池充放電？其充放電過程的區(qū)別與聯(lián)系是什么？

2.封閉式體積小的充電電池一一銀鎘電池，負(fù)極是一,正極是—,電解質(zhì)是

;鎘是致癌物質(zhì)，廢棄鍥鎘電池如不回收，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。

3.鋰離子電池，常以作負(fù)極。鋰是最—的金屬，活動(dòng)性極強(qiáng)，是制造電池的理

想物質(zhì)。鋰離子電池是新一代可充電的電池。

例1：高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時(shí)間保持穩(wěn)定

的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2KzFe0i+8H2。、放電-3Zn(0H)2+

2Fe(OH)3+4KOH,回答下列問題。'充電

(1)放電時(shí)的正極反應(yīng)是,負(fù)極區(qū)的PH_,電解質(zhì)溶液PH_；

(2)放電時(shí)，每轉(zhuǎn)移3mol電子，有____mol被氧化，K'向移動(dòng)；

(3)充電時(shí)陰極反應(yīng)是__________________________

四、【合作探究4:燃料電池】

①端續(xù)地將和;的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能；一種高效、低污染、環(huán)境友好的

發(fā)電裝置。能量轉(zhuǎn)化率高；②燃料電池的電極本身氧化還原反應(yīng)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化

元件；是具有很強(qiáng)催化活性的活性電極，如知電極、石墨電極，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是

在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的是,產(chǎn)物是；③工作時(shí)，燃料(常見的有

氫氣、燒、醇類和氨氣等)和氧化劑不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是連續(xù)地由外部供給，在電極

上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出；電解質(zhì)溶液有酸性、中性、堿性、熔融氧化物、

熔融碳酸鹽、質(zhì)子電池等。

例1.電池反應(yīng)：2H2+。2=240,分析在不同環(huán)境下電極方程式書寫

(1)稀硫酸：負(fù)極：,正極：o

(2)為KOH溶液：負(fù)極：正極：o

(3)NaCl溶液:負(fù)極：,正極：。

例2.以甲烷燃料電池為例，分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法。

(D酸性條件總反應(yīng)：o

正極反應(yīng)：；負(fù)極反應(yīng)：O

(2)堿性條件總反應(yīng)式：.

正極反應(yīng)式：；負(fù)極反應(yīng)式：。

(3)固體電解質(zhì)(電解質(zhì)是摻雜了的ZrOz晶體，高溫下能傳導(dǎo)0")

總反應(yīng)："

正極反應(yīng)：：負(fù)極反應(yīng)：?

(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2c。3)環(huán)境下

電池總反應(yīng)：?

正極反應(yīng)：；負(fù)極反應(yīng)：?

五、【合作探究2】原電池原理的應(yīng)用補(bǔ)充

1.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱

原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為一極，活動(dòng)性弱的金屬為…極。例如有兩種金屬

A和B,用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生，由原電池原

理可知，金屬活動(dòng)性o

2.防止金屬的腐蝕：金屬的腐蝕指的是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體發(fā)生化

學(xué)反應(yīng)，使金屬失去電子變?yōu)殛栯x子而消耗的過程。在金屬腐蝕中，我們把不純的金屬與電

解質(zhì)溶液接觸時(shí)形成的原電池反應(yīng)而引起的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕又分為吸氧腐

蝕和析氫腐蝕：在潮濕的空氣中，鋼鐵表面吸附一層薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧氣、

二氧化碳，含有少量的射和形成電解質(zhì)溶液，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳形成了無數(shù)個(gè)

微小的原電池，鐵作負(fù)極，碳作正極，發(fā)生吸氧腐蝕：

負(fù)極：正極：

電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。因此可以用更—的金屬與被保護(hù)的金屬相連

接，或者讓金屬與電源的負(fù)極相連接均可防止金屬的腐蝕。

課堂練習(xí)案

1.下列敘述中正確的是（）

A.構(gòu)成原電池的正負(fù)極材料必須是兩種金屬

B.由銅鋅做電極與硫酸銅溶液組成的原電池中銅是負(fù)極

C.馬口鐵（鍍錫鐵）破損時(shí)與電解質(zhì)溶液接觸錫先被腐蝕

D.銅鋅原電池工作時(shí)，若有13g鋅被溶解，電路中就有0.4mol電子通過

2.在鐵的電化學(xué)腐蝕中，發(fā)生還原反應(yīng)的那個(gè)電極上進(jìn)行的電極反應(yīng)是（）

--+-

A.2H20+02+4e=40HB.2H+2e=H2

---2+

C.40H4e=2H20+02D.Fe-2e^=Fe

3.把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬浸泡在稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電

池.若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，c為負(fù)極；a、c相連時(shí)，c為

正極；b、d相連時(shí)，b為正極.則這四種金屬的活動(dòng)性順序由大到小為（）

A.A>b>c>dB.A>c>d>bC.C>a>b>dD.B>d>c>a

4.氫鎮(zhèn)電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生污染的銅鎮(zhèn)電池。

放電一

氫鎂電池的總反應(yīng)式是H2+2Ni0（0H）^^Ni（0H）2,,根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下

列敘述中正確的是（）

A.電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí)，也是負(fù)極

C.電池放電時(shí)，鎂元素被氧化D.電池充電時(shí)，氫元素被還原

5.某原電池總反應(yīng)離子方程式為2Fe"+Fe=3Fe計(jì)能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是（）

A.正極為銅，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為FeCh溶液

B.正極為銅，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為Fe（N03）2溶液

C.正極為鐵，負(fù)極為鋅，電解質(zhì)溶液為F&（S0）3

D.正極為銀,負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為CuSOi

6.下列變化中屬于原電池的是（）

A.在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護(hù)層

B.白鐵（鍍鋅）表面有劃損時(shí)，也能阻止鐵被氧化

C.紅熱的鐵絲與水接觸表面形成藍(lán)黑色保護(hù)層

D.鐵與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，加入少量硫酸銅溶液時(shí)，可使反應(yīng)加速

7.鐵制品上的鉀釘應(yīng)該選用下列哪些材料制成（）

A.鋁鉀釘B.銅鉀釘C.鋅鉀釘D.錫鉀釘

8.一學(xué)生做了如下實(shí)驗(yàn)并得結(jié)論：當(dāng)X、Y組成原電池時(shí)，Y為負(fù)極；當(dāng)Z、W

組成原電池時(shí)，W為正極；W能從含Y離子的鹽溶液中置換出單質(zhì)Y,據(jù)此可

知它們的活潑性順序是（）

A.Z>W>X>YB.X>Y>Z>WC.X>Y>W>ZD.Z>W>Y>X

9.某種鋰電池的總反應(yīng)為Li+MnO2==LiMnO2,下列說法不正確的是（）

A.Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li-e-=Li+

B.Li是正極，電極反應(yīng)為Li+e-=L「

C.MnO?是正極，電極反應(yīng)為MnO2+e==MnO；D.鋰電池是一種環(huán)保型電池

10.廢電池處理不當(dāng)不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人體健康也存

在極大的危害。有同學(xué)想變廢為寶，他的以下想法你認(rèn)為不正確的是（）

A.把鋅皮取下洗凈用于實(shí)驗(yàn)室制取氫氣，碳棒取下洗凈用作電極

B.從黑色粉末中提取氯化鐵的步驟是溶解、過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶

C.把銅帽取下洗凈回收利用

D.電池內(nèi)部填有氯化錠等化學(xué)物質(zhì)，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥用

11.現(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下

列敘述不正確的是()

A.a極是負(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

-

B.b極反應(yīng)是02+40H-4e^=2H20

C.總反應(yīng)方程式為2H2+02=2H20

D.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源KOH溶液

12.下圖是一種航天器能量儲(chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()

A.該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化

B.裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為02+2HQ+4e-=40H

C.裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生

D.裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能

實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化

13.一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧

化鋁(Y203)的氧化錯(cuò)(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)0"。下列對(duì)該燃

料電池說法正確的是()

A.在熔融電解質(zhì)中，0?一由負(fù)極移向正極

B.電池的總反應(yīng)是：2C,HIO+13O2==8C02+10H20

-2-

C.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：02+4e=20

-2-

D.通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：GHio+26e+130==4C02+5H20

14.熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li。)：,和Na￡03的熔

融鹽混和物作電解質(zhì),C0為負(fù)極燃?xì)?，空氣與COz的混和氣為正極助燃?xì)?，?/p>

得在6501下工作的燃料電池。完成有關(guān)電極及電池方程式

(1)負(fù)極：正極：