【步步高】2014-2015学年高中化学 专题1-3学案（打包27套）苏教版选修4
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【步步高】2014-2015学年高中化学 专题1-3学案（打包27套）苏教版选修4,步步高,学年,高中化学,专题,打包,27,苏教版,选修
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1 第 2 课时 化学电源 学习目标定位 想其处理方法。 1原电池的设计与判断 (1)依据 =设计原电池，可选用 铁片 作负极， 铜片 (或石墨 )作正极，用导线连接后，置于电解质溶液 稀硫酸 中。 (2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？ 能 。若能，请写出电极反应式，负极 为 2e =；正极为 2 2e =2。 (若不能，后两空不填 ) (3)若 (2)题中电极材料选铜和铁，则负极反应式为 2e =，正极反应式为 22e =2 ，其电池总反应的离子方程式为 2=3。 2回答下列问题： (1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因： 当 触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀 。 (2)实验室用锌与稀硫酸反应制取氢气时，常加入少量的硫酸铜溶液的原因是 锌与稀硫酸反应时，加入少量 被锌置换出来，生成的单质 时会发生原电池反应，锌为负极，使反应速率加快。 (3)有三种金属片 a、 b、 c，用导线将 a、 b 连接浸泡在硫酸铜溶液中， a 质量减小， b 质量增加；用导线将 a、 此判断三种金属的活动性顺序是 cab。 探究点一 化学电池 化学电池是将 化学能变成电能 的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分 类填入下表。 种类 特点 (分类依据 ) 实例 一次电池 放完电以后不能再使用 普通锌锰电池、碱性锌锰电池 二次电池 充电、放电可循环进行 铅蓄电池、镍氢电池 燃料电池 可通过不断充入 燃料、氧化剂，连续使用 氢氧燃料电池、 归纳总结 2 化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池 (充电电池 )、燃料电池 (连续电池 )。使用后的废弃电池中含有 汞、镉、铬、铅等大量的重金属 和 酸、碱 等有害物质，随处丢弃会给 土壤 、 水源 等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 活学活用 1下 列说法错误的是 ( ) A依据原电池的原理设计出了化学电源 B原电池是化学电源的雏形 C判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活动性 D氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源 答案 C 解析 判断一种电池的优劣主要是看这种电池的比能量的大小，以及可储存时间的长短。 2下列说法中，不正确的是 ( ) A化学电池是将化学能转变成电能的装置 B化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等 C化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护 D废旧电池可以随意丢弃 答案 D 解析 本题考查的 是有关化学电池的概念、分类及性能等方面的知识。废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收利用。 探究点二 常见的化学电池 1一次电池 (1)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据电池反应方程式 =H)2 2 负极是 依据是 在总反应式中锌元素化合价升高，失去电子，锌为负极 。 正极反应式是 2e =22，反应类型是 还原反应 。 (2)碱性锌锰电池是一种常用 的一次电池，其负极是 极是 解质溶液是 负极反应式： 2 2e =H)2； 正极反应式： 222e =22； 电池反应方程式： 22=2H)2。 2二次电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是 极是 解质溶液是 硫酸溶液 。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下： 3 2电充电 221)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式 负极： 2e = 正极： 4H 2e =2 (2)铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是 电极反应式是 22e=4H ；发生还原反应的物质是 电极反应式是 2e = 。 (3)放电过程中，硫酸的浓度变化是 不断减小 ，密度的变化是 不断减小 ，溶液的 断增大 。 3燃料电池 (1)氢氧燃料电池用 电极，不断充入燃料 (氧化剂 (分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池反应方程式是 2=2 氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 24e =4H 4H 4e =2性 24e =4H 24e =4 碱性 24e 4=42 24e =4 (2)燃料电池的燃料除氢气外，还有 甲烷 、 甲醇 、 肼 、氨等。若将用导线相连的两个铂电极插入 液中，然后向两极分别通入甲醇 (氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是 产物最终是 ，负极反应式是 212e 16=2 12极反应式是 3612e =12；电池反应式是 234=2 6 归纳总结 (1)常见化学电池的比较 一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。 二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。 燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。 (2)书写化学电池中电极反应式应注意的问题 正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的 电极反应式。 在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。 书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过 4 来即为充电时的电极反应式 (注意电子的得失 )。 活学活用 3碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池反应方程式为 Zn(s) 2s) l)=H)2(s) s) 下列说法中，错误的是 ( ) A电池工作时， 锌失去电子 B电池正极的电极反应式为 2s) l) 2e =s) 2(C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D外电路中每通过 0.2 子，锌的质量减少 6.5 g 答案 C 解析 本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子移动方向与电流方向相反，故 电子守恒知 该电池反应的总反应式和原电池原理写出正极反应式知 4铅蓄电池的两极分别为 解质溶液为 作时的电池反应方程式为 2=22列结论正确的是 ( ) A B溶液的 C 只向 D电解质溶液 答案 D 解析 由题给电池反应可以看出 以 D 对；由 以看出 以 A 不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由 流向 电路中， 负电荷 ( 和 )移向 ，所以 5用两根铂丝作电极插入 液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池 燃料电池，该电池放电时发生的反应为 22=3列说法错误的是 ( ) A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极 B放电时，通入 高 C放电一段时间后， D通甲烷一极的电极反应式是 10 8e = 7案 C 解析 原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是 5 正极 ： 248e =8 负极 ： 10 8e = 7此可见 A、 B、 错误的为 C。 1微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其 电极分别是 解质溶液为 极反应为 2 2e =H)2 2e =22 电池反应方程式为 =H)2 2据上述反应式，判断下列叙述中正确的是 ( ) A在使用过程中，电池负极区溶液的 B在使用过程中，电子由 C D 答案 C 解析 根据电极反应可知 子被还原，故 以 极 (即 在反应时消耗 ，则负极区溶液的 减小，故 生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从 原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故 2一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入 液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为 18 14e =2 1277214e =14，有关此电池的推断正确的是 ( ) A通氧气的电极为负极 B参加反应的氧气与 2 C放电一段时间后， D电解质溶液中， 向正极移动 6 答案 B 解析 燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极， 于 以 解质溶液中， 几乎不移动， 3我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液 ，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池反应方程式为 436=4H)3，下列说法不正确的是( ) A正极反应式为 24e =4 B电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D该电池通常只需更换铝板就可继续使用 答案 B 解析 该原电池负极反应为 3e =，正极反应为 24e =4，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极流向负极，答案为 B。 4 (1)今有反应 2=构成燃料电池，则负极通入的应是 _，正极通入的应是 _， 电极反应式分别为 _、 _。 (2)如把 2电极反应式分别为 _、 _。 (3)上述 (1)和 (2)的电解液不同，反应进行后， (1)中溶液 _(填 “ 大 ” 或 “ 小 ” ，下同 )， (2)中溶液 _。 (4)如把 电极反应式分别为 _、 _。 答案 (1)2 负极： 24 4e =4极： 24e =4 (2)负极： 24e =4H 正极： 4H 4e =23)小 大 (4)负极： 10 8e = 7极： 248e =8 解析 解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。 (1)根据总反应式可知 因为是碱性溶液不可能有 H 参加或生成，故负极反应为 24 4e =4极反应为 24e =4。 (2)若将电解液换成酸性溶液，此时应考虑不可能有 参加反应，也不可能有 生成，负极： 24e =4H ，正极： 4H 4e =2 (3)由于 (1)是在碱性条件下反应， 工作时 溶液变稀， 变小； 7 而 (2)中为酸溶液， 增多，溶液酸性变小，故 变大。 (4)如把 液作电解液，则负极： 10 8e = 7极：248e =8，此时不会有 基础过关 一 、常见的化学电池 1下列说法正确的是 ( ) A碱性锌锰电池是二次电池 B铅蓄电池是一次电池 C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生 D燃料电池的活性物质大量储存在电池内部 答案 C 解析 碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。 2下列有关电池的说法不正确的是 ( ) A手机上用的锂离子电池属于二次电池 B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D锌锰干电池中，锌电极是负极 答案 B 解析 原电池中，电子从负极锌沿外电路流向正极铜。 3生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的 燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 22电放电 2下列对铅蓄电池的说法错误的是 ( ) A需要定期补充硫酸 B工作时铅是负极， C工作时负极上发生的反应式是 2e =工作时电解质的密度减小 答案 A 解析 铅蓄电池放电时相当于原电池， 极发生的反应是 去电子生成 ， 与溶液中的 生成 电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时， 成膏状，干燥后再安装，说明 电时， 液中 以溶液的密度也随之减小。 8 4氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极， 液作电解质，正极反应式为 24e =4，负极反应式为 24 4e =4列叙述不正确的是 ( ) A B燃料电池的能量转化率可达 100% C是一种高效、环保的发电装置 D供电时的总反应为 2=2案 B 解析 该燃料电池中，通 生氧化反应；通 生还原反应，总反应式为 2=2一种高效、环保的发电装置，燃料电池的能量转化率虽然比燃料直接燃烧时高，但也达不到 100%。 二、根据电极反应式或电池反应方程式分析电池的有关变 化 5市场上经常见到的标记为 Li 锂离子电池 ” 。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 (碳作为金属锂的载体 )，电解质为一种能传导 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为 电充电 列说法不正确的是 ( ) A放电时，负极的电极反应式： e = B充电时， C该电池不能用水溶液作为电解质溶液 D放电过程中 向负极移动 答案 D 解析 去电子，作负极，正确； 应逆向进行，反应物只有一种，化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确； 于 以与水反应，故不能用水溶液作为电解质溶液，正确； D 项，原电池中阳离子应迁移至正极得电子，故错。 6甲醇燃料电池 (用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子 (H )。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是 4H 4e =2列叙述中不正确的是 ( ) A负极的反应式为 6e = 6H B电池的反应方程式是 23=24电池工作时， H 由正极移向负极 D电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入 答案 C 解析 首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。电池总反应式为 23=24池总反应式减去氧气在正极的电极反应 9 式，就得到了负极反应式， A 项也正确；电池工作时， H 移向正极而不是移向负极，所以 7 l/池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为 2 2e =关该电池的下列说法中，正确的是 ( ) A 材料中 化合价为 1价 B该电池的电池反应式为 2=负极的电极反应式为 3e = D充电时，阴极发生的电极反应式为 2e =2 案 B 解析 由正极的 电极反应式知，在负极上 去电子被氧化，所以 l 在电池中作为负极材料。该材料中 化合价为 0价，故 极的电极反应式为 2 2e =2，故 C 项错误；该电池的电池反应式为正、负极的电极反应式之和： 2= 于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为 2 2e =2 三、新型电池的开发利用 8科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态 氧化物，在熔融状态下能传导 。下列对该燃料电池的说法不正确的是 ( ) A在熔融电解质中， 由负极移向正极 B该电池的总反应是 5=34电路中每通过 5 有 标准状况下的丙 烷被完全氧化 D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应式为 20e 10=34案 A 解析 该燃料电池的化学原理是 5=34 放电过程中通入丙烷的电极为负极 ： 20e 10=34D 正确 ； 通入 4e =2， 产生的 将向负极移动 ， 9美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁 过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是 ( ) A电池的负极反应式为 2e = B电池工作时， H 向负极移动 C电池工作一段时间后，溶液的 10 D电池总反应式是 2H = 2案 B 解析 22e =， 2H 2e =2反应式为 2H = 2耗 H ，使 c(H )减小， H 移向正极。 10如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是 ( ) A该系统中只存在 3种形式的能量转化 B装置 2 24e =4 C装置 D装置 X、 能实 现化学能与电能间的完全转化 答案 C 解析 系统有太阳能转化为电能，电能转化为化学能，化学能转化为电能，电能转化为机械能，太阳能转化为机械能多种能量转化形式， B 项，装置 极发生氧化反应，应是 置 作用是将水转化为燃料(氢气 )和氧化剂 (氧气 )， 学能与电能间不可能完全转化， 能力提升 11某原电池中，电解质溶液为 向负极通入 l(g)，向正极通入 完成下列问题： (1)当分别通入 2时： 正极反应： _； 负极反应： _； 电池总反应： _。 (2)当分别通入少量 Al(g)和 正极反应： _； 负极反应： _； 电池总反应： _。 答案 (1)3O 2 612e =12 C 216 12e =2 10C 234=2 42)3 6e =6 11 2Al(g) 6e 8=2 42Al(g) 38=2 6 42 科学家预言，燃料电池将是 21 世纪获得电能的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。 回答下列问题： (1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是 _。 (2)此电池正极发生的电极反应式是 _， 负极发生的电极反应式是 _。 (3)电解液中的 H 向 _极移动，向外电路释放电子的电极是 _。 (4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是 _。 答案 (1)23=242)312H 12e =6212e =212H (3)正 负极 (4)对环境无污染 解析 甲醇燃料电池实质就是利用 料在氧气中反应来提供电能。 负极，发生氧化反应，电极反应式为 2212e =212H ；氧气在正极的电极反应式为312H 12e =6反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子传到正极上，故 H 向正极移动。甲醇反应产物为 2O，对环境无污染。 13常用的锂电池 (锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为 7)。由于它的比能量 (单位质量电板材料所能转换的电量 )特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达 10年。它的负极用金属锂制成；电池总反应可表示为 =回答： (1)锂电池比能量特别大的原因是 _。 (2)锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因： _。 答案 (1)锂的摩尔质量小 (2)22=2 解析 (1)此单位质量的 其他金属转换的电量大，即 池的比能量大； (2)一种非常活泼的金属，用水配制该锂电池的电解质溶液时， 与22=2。 14化学电池在通讯、交通及日 常生活中有着广泛的应用。 (1)目前常用的镍 ( (池，其电池总反应可以表示为 2H) 2电充电 12 2H)2 H)2。已知 H)2和 H)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是_(填字母序号 )。 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应 充电时化学能转变为电能 放电时化学能转变为电能 A B C D (2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境 污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使
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