苏教版选修4 专题1第二单元 化学能与电能的转化（第2课时） 学案.doc

第二单元 化学能与电能的转化第2课时化学电源1.知道常见化学电源的种类，熟悉各种常见化学电源的组成和工作原理。2知道化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害，树立环保意识。化学电源一、电池的种类及特点电池一次电池二次电池燃料电池特点活性物质发生氧化还原反应被消耗到一定程度后，就不能再使用可反复充电和放电能量利用率高，可连续使用，污染轻实例锌锰干电池、银锌钮扣电池等铅蓄电池、锂电池等氢氧燃料电池等二、化学电源1一次电池(干电池)(1)银锌钮扣电池银锌钮扣电池以ag2o和zn为电极，电解质溶液为koh溶液，其电极反应为负极：zn2e2oh=zn(oh)2，正极：ag2oh2o2e=2ag2oh，电池反应：znag2oh2o=zn(oh)22ag。(2)碱性锌锰电池碱性锌锰电池克服了普通锌锰干电池的两个缺点，在我国有逐渐取代普通锌锰干电池的趋势。碱性锌锰电池以koh代替氯化铵作为电解质，其电极反应为负极：zn2e2oh=zn(oh)2，正极：2mno22h2o2e=2mnooh2oh，电池反应：zn2mno22h2o=zn(oh)22mnooh。2铅蓄电池铅蓄电池是一种二次电池，用途极广，电动自行车、汽车、发电站等都用到它。铅蓄电池的性能优良，价格便宜，可多次充放电。其放电时电极反应式为负极：pb2eso=pbso4，正极：pbo22eso4h=pbso42h2o。放电时，二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极上发生氧化反应，总的电池反应为pbpbo24h2so=2pbso42h2o。充电时则是二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应，总的电池反应为2pbso42h2o=pbpbo24h2so_。3燃料电池碱性氢氧燃料电池的电极反应为(koh为电解质)负极：h22e2oh=2h2o，正极：o22eh2o=2oh，电池反应：h2o2=h2o。1电池在生产、生活中应用越来越广泛。下列说法错误的是()a化学电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电b铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位重量的电极材料释放的电能大c燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点d锂电池是一种高能电池，体积小、重量轻，单位质量比能量大解析：选b。a项，化学电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，它不能充电反复使用，正确；b项，铅蓄电池应用广泛，主要优点是制作方便，但质量重，单位重量的电极材料释放的电能小，错误；c项，任何可燃性燃料，只要把燃料失去电子的氧化反应和助燃剂的还原反应分开进行，都可以设计成燃料电池，燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点，正日益成为备受人们喜爱的电池，正确；d项，锂的相对原子质量为7，每产生1 mol电子，消耗金属的质量只有7 g，所以相同质量时提供的能量要比其他电池大得多。因此锂电池是一种高能电池，具有体积小、重量轻，单位质量比能量大的优点，正确。2有关碱性锌锰电池的说法正确的是()azn为正极bmno2为负极c以氯化铵作为电解质dmno2极有电子流入解析：选d。碱性锌锰电池的电极材料是mno2和zn，电解质为koh，电池反应为zn2mno22h2o=zn(oh)22mnooh，可知zn为负极，流出电子，mno2为正极，有电子流入。3铅蓄电池的两极分别为pb、pbo2，电解质溶液为h2so4，工作时的电池反应方程式为pbpbo22h2so4=2pbso42h2o，下列结论正确的是()apb为正极被氧化b电解质溶液的ph不断减小cso向pbo2处移动d电解质溶液的ph不断增大解析：选d。由题给电池反应可以看出h2so4不断被消耗，故ph不断增大，所以b错，d对；由pb元素化合价的变化，可以看出pb是负极，所以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pb极流向pbo2极，内电路中，so移向pb极，所以c不正确。名称一次电池(干电池)二次电池(充电电池或蓄电池)燃料电池定义发生氧化还原反应的物质消耗到一定程度，就不能再使用放电后可以再充电，使发生氧化还原反应的物质获得再生一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电源特点电解质溶液制成胶状，不流动可以多次重复使用与一般化学电源不同，工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出电池，于是电池就连续不断地提供电能举例普通锌锰干电池、碱性锌锰电池等铅蓄电池、镍氢电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、ch4燃料电池、ch3oh燃料电池等下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()a上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池b干电池在长时间使用后，锌筒被破坏c铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 gd氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析在干电池中，zn作负极，被氧化，b正确。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，d正确。c项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小，c错误。答案c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，外电路中，电子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可充电电池1下列关于铅蓄电池的说法正确的是()a在放电时，正极发生的反应是pbso2e=pbso4b在放电时，该电池的负极材料是铅板c在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小d在充电时，阳极发生的反应是pbso42e=pbso解析：选b。铅蓄电池放电时正极反应为pbo24hso2e=pbso42h2o，负极材料为铅板；充电时阳极反应是pbso42h2o2e=pbo24hso；充电时，电池中硫酸的浓度增大。2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，负极碱性减弱，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(内电路)，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。燃料电池3氢氧燃料电池是将h2和o2分别通到浸入20%40%(质量分数)的koh溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2h2o2=2h2o，则下列叙述正确的是()a通入h2的一极是正极，通入o2的一极是负极b通入o2的一极是正极，通入h2的一极是负极c该电池工作一段时间后，电解质溶液的ph增大d该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的ph增大解析：选b。根据电池总反应可知，该电池工作时不断有h2o生成，则电解质溶液的ph不断减小。通入o2的一极作正极，通入h2的一极作负极，h2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2h24oh4e=4h2o，负极区附近溶液中oh浓度降低，则ph减小。综上分析，b项正确。4目前常见的燃料电池主要有四种，下面是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是()解析：选c。a中通空气的一极为正极，电极反应式为o24e=2o2。b中通o2的一极为正极，电极反应式为2h2oo24e=4oh。c中通空气的一极为正极，电极反应式为4ho24e=2h2o。d中通co2和o2的一极为正极，电极反应式为2co2o24e=2co。因此质子交换膜燃料电池的正极产物是水。电极反应式的书写1根据给出的两个电极反应式书写总反应方程式书写时注意使两个电极反应式得失电子数相等后再相加两式，消去反应物和生成物中相同的物质即可。若反应式同侧出现不共存的离子，如h和oh、pb2和so，要写成反应后的物质，如h2o和pbso4。2根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池的正、负极上的反应物质。(2)电极反应式的书写负极：活泼金属或h2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。例如：铅蓄电池，负极：pbso2e=pbso4。正极：阳离子得到电子生成单质(或低价态物质)或o2得到电子。若反应物是o2，则有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性：o22h2o4e=4oh；电解质溶液呈酸性：o24h4e=2h2o。(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。3给出总反应方程式，写电极反应式书写步骤为列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。以氢氧燃料电池为例说明如下：已知电池总反应方程式为2h2o2=2h2o。电解质溶液为koh溶液，试写出两电极反应式。(1)负极书写步骤根据电池总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质，标出失去电子的数目：2h24e2h2o；根据电解质溶液的酸碱性，用h或oh或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相等，2h24oh4e2h2o；此时注意：a.电子带负电；b.在碱性电解质溶液中，电极反应式不宜出现h，如上式写成2h24e=4h就不对了。利用h2o使两边原子守恒，即2h24oh4e=4h2o。(2)同理，正极电极反应式书写如下：o24e2h2o；o24e2h2o4oh；o22h2o4e=4oh。将正、负极电极反应式相加，若得到总反应方程式，说明写法正确。4可充电电池电极反应式的书写可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。(1)原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。(2)原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的k2co3作电解质，惰性材料作电极，一极通ch2=ch2，另一极通o2、co2。下列说法中不正确的是()a电池的总反应式为ch2=ch23o2=2co22h2ob正极发生的电极反应为3o26co212e=6coc负极发生的电极反应为ch2=ch26co12e=8co22h2od通入乙烯的一极为正极解析燃料电池中可燃性气体作负极，支持燃烧的物质作正极，d项错误；该燃料电池的总反应式为ch2=ch23o2=2co22h2o，产物co2、h2o均不与熔融的k2co3反应，a项正确；正极o2得到电子生成o2，o2与co2反应生成co，b项正确；总反应式减去正极反应式即为负极反应式，c项正确。答案d(1)若将例题中“熔融的k2co3”改为“k2co3溶液”，则电池总反应式如何书写？(2)若例题中燃料电池工作时，消耗标准状况下11.2 l ch2=ch2，则转移电子数为多少？答案：(1)ch2=ch23o22co=4hco。(2)由ch2=ch212e知，0.5 mol ch2=ch2失去6 mol e，即为6na或3.6121024个电子。书写电极反应式和电池总反应时的注意事项(1)电极反应式用“=”表示。(2)电极反应式中若有气体生成，需加“”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示。(3)写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒，可在电极反应式一端根据需要添加h、oh或h2o。(4)两电极反应和电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。(5)书写电极反应式时，注意电极反应产生的离子与电解质溶液中的阴、阳离子是否共存(生成沉淀、弱电解质等)，若不共存则该电解质溶液中的阴、阳离子应写入电极反应式中。 电极反应式的书写与正误判断1写出在不同环境下甲烷燃料电池的电极反应式。(1)酸性介质(如h2so4)负极：_；正极：_；总反应式：_。(2)碱性介质(如koh)负极：_；正极：_；总反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导o2)负极：_；正极：_；总反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融k2co3)负极：_；正极：_；总反应式：_。答案：(1)ch48e2h2o=co28h2o28e8h=4h2och42o2=co22h2o(2)ch48e10oh=co7h2o2o28e4h2o=8ohch42o22oh=co3h2o(3)ch48e4o2=co22h2o2o28e=4o2ch42o2=co22h2o(4)ch48e4co=5co22h2o2o28e4co2=4coch42o2=co22h2o2(2016高考全国卷，11，6分)mgagcl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()a负极反应式为mg2e=mg2b正极反应式为age=agc电池放电时cl由正极向负极迁移d负极会发生副反应 mg2h2o=mg(oh)2h2解析：选b。该电池中mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成mg2，a项正确；正极反应为agcle=agcl，b项错误；电池放电时，cl从正极向负极移动，c项正确；在负极，mg会发生副反应mg2h2o=mg(oh)2h2，d项正确。 重难易错提炼1.一次电池只能放电，不能充电，二次电池可以反复充电和放电。2.可充电电池放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。3.可充电电池充电时，可充电电池的负极与直流电源的负极相连，可充电电池的正极与直流电源的正极相连。4.二次电池放电时负极反应与充电时阴极反应互为逆反应；正极反应与充电时阳极反应互为逆反应。5.书写燃料电池的电极反应式时，要注意电解质溶液的酸碱性，在碱性溶液中，电极反应式中不能出现h，在酸性溶液中，电极反应式中不能出现oh。6.书写电极反应式时应注意遵守质量守恒、得失电子守恒和电荷守恒。7.对于复杂电池电极反应式书写时易忽视电极产物与电解质溶液中的离子能否反应。课后达标检测一、单项选择题(每小题只有一个选项符合题意)1下列有关电池的叙述正确的是()a锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细b氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化c太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅d氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能解析：选b。选项a，锌锰干电池工作后碳棒粗细不变，错误。选项b，氢氧燃料电池工作时负极发生氧化反应，h22e=2h或h22e2oh=2h2o，正确。选项c，太阳能电池的主要材料是高纯度的硅，错误。选项d，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能，错误。2下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是()a电池中锌是正极b电池是一次电池c电池工作时，氢气发生还原反应d电池工作时，电子由锌通过导线流向碳棒解析：选d。电池中锌是负极，铜是正极，a错误；电池为铅蓄电池，属于二次电池，b错误；电池为氢氧燃料电池，h2在负极失去电子发生氧化反应，c错误；电池为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极沿导线流向正极，d正确。3(2018苏州高二检测)钮扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为koh溶液。放电时两个电极反应分别为zn2oh2e=zn(oh)2、ag2oh2o2e=2ag2oh，下列说法中，正确的是()a锌是负极，氧化银是正极b锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应c溶液中oh向正极移动，k、h向负极移动d在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变解析：选a。由电极反应式可知zn作负极，ag2o作正极，a正确；zn发生氧化反应，ag2o发生还原反应，b错误；溶液中的oh向负极移动，k、h向正极移动，c错误；电池的总反应为znag2oh2o=zn(oh)22ag，电解质溶液为koh溶液，因电池放电过程中不断消耗水，使溶液中c(oh)增大，d错误。4某电池以k2feo4和zn为电极材料，koh溶液为电解质溶液。下列说法正确的是()azn为电池的负极b正极反应式为2feo10h6e=fe2o35h2oc该电池放电过程中电解质溶液浓度不变d电池工作时oh向正极迁移解析：选a。a.根据化合价升降判断，zn化合价只能上升，故为负极材料，k2feo4为正极材料，正确；b.koh溶液为电解质溶液，则正极反应式为2feo6e8h2o=2fe(oh)310oh，错误；c.该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；d.电池工作时阴离子oh向负极迁移，错误。5镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xmgmo3s4mgxmo3s4，在镁原电池放电时，下列说法错误的是() amg2向正极迁移bmo3s4得到电子cmo3s4发生氧化反应d负极反应为mg2e=mg2解析：选c。该原电池反应中镁是还原剂，作原电池的负极，失去电子，电极反应是mg2e=mg2；mo3s4在反应中是氧化剂，得到电子，发生还原反应；溶液中阳离子向正极移动，故a、b、d正确，c错误。6一种新型环保电池是采用低毒的铝合金(丢弃的易拉罐)、家庭常用的漂白水、食盐、氢氧化钠(化学药品店常见试剂)等原料制作的。电池的总反应方程式为2al3clo2oh=3cl2aloh2o。下列说法不正确的是()a该电池的优点是电极材料和电解质用完后可以更换b该电池发生氧化反应的是金属铝c电极的正极反应式为3clo3h2o6e=3cl6ohd当有0.1 mol al完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.8061023解析：选d。该电池所用材料都是生活中常见的，电极材料和电解质用完后可以更换，a正确；金属铝是原电池的负极，发生氧化反应，b正确；在正极上发生还原反应，电极反应为3clo3h2o6e=3cl6oh，c正确；电子只能流经导线，不能流经电解液，d不正确。二、不定项选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)7执法交警最常用的一种酒精检测仪的工作原理示意图如图所示，其反应原理为ch3ch2oho2=ch3coohh2o，被测者呼出气体中所含的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示其酒精含量。下列说法正确的是()aa极上的电极反应式为ch3ch2ohh2o4e=ch3cooh4hb电解质溶液中的h移向b电极cb为正极，电极反应式为o22h2o4e=4ohd呼出气体中酒精含量越高，微处理器中通过的电流越小解析：选ab。根据电池反应方程式和电解质溶液的酸碱性知，a为负极，电极反应为ch3ch2ohh2o4e=ch3cooh4h，a项正确；b为正极，电极反应为o24e4h=2h2o，c项错误；电解质溶液中的h移向b电极，b项正确；呼出气体中酒精含量越高，参与反应的乙醇越多，微处理器中通过的电流越大，d项错误。8一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(y2o3)的氧化锆(zro2)晶体，在熔融状态下能传导o2。下列对该燃料电池说法正确的是()a在熔融电解质中，o2由负极移向正极b通入丁烷的一极是正极，电极反应为c4h1026e13o2=4co25h2oc通入空气的一极是负极，电极反应为o24e=2o2d电池的总反应是2c4h1013o2=8co210h2o解析：选d。由丁烷与氧气反应的化学方程式(未标明条件)：2c4h1013o2=8co210h2o，可知原电池的负极发生氧化反应，对应物质的化合价升高：c4h1026e13o2=4co25h2o；原电池正极发生还原反应，化合价降低：o24e=2o2，显然在熔融电解质中o2从正极移向负极。9以n2和h2为反应物、溶有a的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是()ab电极为负极，发生氧化反应ba电极发生的反应为n26h6e=2nh3ca溶液中所含溶质为nh4cld当反应消耗1 mol n2时，则消耗的h2为67.2 l解析：选bd。 an23h2=2nh3，反应中氢的化合价升高，失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，故说法正确；b.a电极作正极，电解质溶液是盐酸，因此电极反应式为n28h6e=2nh，故说法错误；c.根据b选项的分析，a溶液中所含溶质为nh4cl，故说法正确；d.没有说明外界条件，故说法错误。三、非选择题10某原电池中，电解质溶液为koh(aq)，向负极通入c2h4或al(g)，向正极通入o2或cl2。试完成下列问题。(1)当分别通入c2h4和o2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cl2时：正极反应：_；负极反应：_；电池总反应：_。答案：(1)3o26h2o12e=12ohc2h416oh12e=2co10h2oc2h43o24oh=2co4h2o(2)3cl26e=6cl2al(g)6e8oh=2alo4h2o2al(g)3cl28oh=2alo6cl4h2o11镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应如下：cd2niooh2h2ocd(oh)22ni(oh)2请回答下列问题：(1)上述反应式中左边物质的总能量_(填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。(2)放电时负极发生反应的物质是_，放电时正极的反应式为_。(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是_。解析：(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物总能量大于生成物总能量。(2)根据总反应式可知放电时：负极(cd)反应式：cd2oh2e=cd(oh)2，正极(niooh)反应式：2niooh2h2o2e=2ni(oh)22oh。(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子对环境造成污染，故必须要回收并集中处理。答案：(1)大于(2)cdnioohh2oe=nioh2oh(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染12(1)将两铂片插入koh溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷(或氢气、一氧化碳等可燃性气体)和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的一极是原电池的_，该极的电极反应式是_，电池工作时的总反应的离子方程式是_。 (2)熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用li2co3和na2co3的熔融盐混合物作电解质，co为负极气体，空气与co2的混合气体为正极气体，制得650