2019高中化学第四章第二节化学电源教案新人教版选修4.docx

第二节化学电源课标要求1了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。1碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH。2铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是PbO2，负极是Pb，电解质溶液是H2SO4溶液。3氢氧燃料电池两类型：(1)酸性电解质时：负极反应式：2H24e=4H；正极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质时：负极反应式：2H24OH4e=4H2O；正极反应式：2H2OO24e=4OH。化学电池是将化学能变成电能的装置。1化学电池的分类化学电池2判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是Wkg1或WL1。(3)电池可储存时间的长短。3化学电池回收利用废旧电池中含重金属和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。1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，可以制成各种形状和大小，使用方便，易于维护D废旧电池可以随意丢弃解析：选D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处理。2废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是()A为了利用电池外壳的金属材料B防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极解析：选B废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。1碱性锌锰电池(1)基本构造：(2)工作原理：负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(3)性能优点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。2锌银电池(1)基本构造：(2)工作原理：负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。(3)电池特点：比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。3锂电池(1)基本组成：负极：锂，正极：MnO2、CuO、FeS2等，电解质：非水溶剂。(2)特点：比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。特别提醒判断某电极发生反应的物质时，除考虑在该电极上得(或失)电子的物质外，还要考虑得(或失)电子后形成的新物质是否会和电解质溶液中的离子发生反应。1普通锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是()AMnO2和NHBZn2和NHCZn D碳棒解析：选A在电池的正极上发生的是得电子的还原反应，是电池总反应中氧化剂发生反应的电极。由普通锌锰干电池的总反应式可知，MnO2与NH发生的反应为正极反应。2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质溶液，电池总反应式为Zn (s)2MnO2 (s)2H2O(l)=Zn(OH)2(s)2MnOOH(s)，下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为2MnO2(s)2H2O(l)2e=2MnOOH(s)2OH(aq)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 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g解析：选C由所给的电池总反应式可知，电池工作时，每有1 mol Zn参加反应，则会有2 mol 电子从负极Zn经外电路流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)2H2O(l)2e=2MnOOH(s)2OH(aq)。外电路每通过0.2 mol电子，Zn的质量减少6.5 g。3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意图如右。下列说法不正确的是()AZn电极是负极BAg2O电极发生还原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放电前后电解质溶液的pH保持不变解析：选D该电池的电解质溶液为KOH，电池工作时负极发生反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，正极发生反应为Ag2O2eH2O=2OH2Ag，OH数目不变，但水被消耗，溶液pH升高。 1基本构造2组成负极：Pb，正极：PbO2，电解质：H2SO4溶液。3工作原理(1)放电过程(原电池原理)：负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正极：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电过程：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(发生还原反应)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(发生氧化反应)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。4铅蓄电池的优缺点(1)优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。(2)缺点：比能量低、笨重，废弃电池污染环境。已知铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。(1)铅蓄电池放电时，正极区域溶液的pH是如何变化的？提示：铅蓄电池放电时，正极反应式为PbO24HSO2e=PbSO42H2O，反应消耗H，故c(H)下降，pH升高。(2)铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？充电时两极发生什么反应？据此，在充电时，怎样连接电源的两极？提示：放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；铅蓄电池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正极。1二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。2充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。(1)放电时，(2)充电时，3可充电电池复杂电极反应式的书写方法第一步：先标出放电(原电池)总反应式中变价元素的化合价，确定电子转移的方向与数目，指出参与负极和正极反应的物质。如铅蓄电池中：bO2得到2e，发生还原反应2H2SO42bSO42H2O第二步：写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。如铅蓄电池的负极反应式为PbSO2e=PbSO4。第三步：在电子守恒的基础上，用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式。如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式负极反应式得到，即PbPbO24H2SO(PbSO2e)=2PbSO42H2OPbSO4，整理得：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。1镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH向正极移动解析：选A由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：Cd2e2OH=Cd(OH)2，负极碱性变弱，C项错误；正极反应为2NiOOH2e2H2O=2Ni(OH)22OH，放电时，OH由正极向负极移动，D项错误；充电时，电能转化为化学能，B项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O，A项正确。2氢镍电池的总反应式是H22NiO(OH)2Ni(OH)2。根据此反应判断，下列叙述中不正确的是()A电池放电时，镍元素被氧化B电池充电时，氢元素被还原C电池放电时，镍元素被还原D电池放电时，H2在负极被氧化解析：选A电池放电时，Ni元素化合价降低被还原，A错误，C正确；充电时，H元素化合价从10，化合价降低，被还原，B正确；放电时，H元素化合价升高，在负极被氧化，D正确。3.如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移解析：选C锂离子电池中，b电极为Li，放电时，Li失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以a为电池的正极，A正确；充电时，Li在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为LiMn2O4=Li1x Mn2O4xLi，B正确；放电时，a为正极，正极上Li1x Mn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，C错误；放电时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中Li从b向a迁移，D正确。4联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市”在江苏如皋落户。用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是()A放电时，甲电极为正极，OH移向乙电极B放电时，乙电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHC充电时，电池的碳电极与直流电源的正极相连D放电时，化学能完全转化为电能解析：选B用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池，碳纳米管作负极，乙电极为正极。放电时，乙电极为正极，OH移向甲电极(负极)，故A错误；放电时，乙电极是正极，发生还原反应，电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，故B正确；充电时，充电器的负极与电池的负极相连，即电池的碳电极与直流电源的负极相连，故C错误；原电池能够提高能量的利用率，但化学能不能完全转化为电能，一般会伴有热能放出等，故D错误。 1基本构造2工作原理：通入可燃物(H2)的一极为电池的负极，通入O2的一极为电池的正极。(1)酸性氢氧燃料电池(电解质为H2SO4)负极反应：2H24e=4H，正极反应：O24H4e=2H2O，总反应：2H2O2=2H2O。(2)碱性氢氧燃料电池(电解质为KOH)负极反应：2H24OH4e=4H2O，正极反应：2H2OO24e=4OH，总反应：2H2O2=2H2O。3电池特点(1)能量转换率高，污染小。(2)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。特别提醒(1)燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。(2)酸性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O24H4e=2H2O；碱性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O22H2O4e=4OH。1用稀H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式。提示：总反应式是甲烷燃烧的化学方程式CH42O2=CO22H2O，其中正极反应式为2O28H8e=4H2O，负极反应式为CH48e2H2O=CO28H。2用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？试分别写出两极的电极反应式。提示：不相同；因为CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH42O22OH=CO3H2O，其中正极反应式为2O24H2O8e=8OH，负极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。有机燃料电池电极反应式书写方法电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。第一步：确定生成物。乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为CO和H2O。第二步：确定价态的变化及转移电子数。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为2，CO中碳元素的化合价为4，故1 mol乙醇完全反应失去24(2)12 mol电子。第三步：列出表达式。C2H5OHOH12eCOH2O。第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。由碳原子守恒确定CO的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH的化学计量数为16。(注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷)再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11，故负极反应式为C2H5OH16OH12e=2CO11H2O。1肼(N2H4)空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质为20%30%的KOH溶液，电池总反应式为N2H4O2=N22H2O。下列关于该电池工作时说法中正确的是()A溶液的pH保持不变B溶液中的阴离子向正极移动C正极的电极反应式：O24H4e=2H2OD负极的电极反应式：N2H44OH4e=4H2ON2解析：选DA项，因为有水生成，溶液的pH会减小，A项错误；B项，原电池中，溶液中的阴离子总是移向电池的负极，B项错误；C项，溶液介质为碱性，正极的电极反应式是O22H2O4e=4OH，C项错误。2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中， 每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 L解析：选BA项，高温条件下微生物会变性，错误；B项，负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，正确；C项，原电池内部阳离子应向正极移动，错误；D项，消耗1 mol氧气生成1 mol二