人教版必修2 第2章第2节 化学能与电能（第2课时） 学案.doc

第2课时发展中的化学电源学习目标核心素养建构1.记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3能正确书写简单化学电源的电极反应式。知 识 梳 理1干电池干电池是一种一次性电池，放电后不能再充电。2充电电池充电电池又称为二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。3燃料电池(1)原理：利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。(2)与其他电池的区别：反应物由外设装备提供燃料和氧化剂。【自主思考】铅蓄电池在充电、放电过程中发生的氧化还原反应是可逆反应吗？提示不是，因为充电和放电过程中氧化还原反应发生的条件不相同。效 果 自 测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能()(3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化()(4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅()答案(1)(2)(3)(4)2下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是()a碱性锌锰电池b手机用锂电池c汽车用铅蓄电池 d玩具用镍氢电池答案a3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探究一、常见化学电源的特点【合作交流】1一次电池和二次电池是否指分别只能使用一次和两次的电池？提示一次电池是不可充电电池，电量一旦放完就无法再次使用；二次电池是可充电电池，电量放完后可进行充电，可反复使用多次。2结合所学知识判断：干电池与充电电池的本质区别，燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。提示干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。【点拨提升】几种电池的特点名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用电解质溶液为胶状，不流动放电后可再充电使活性物质获得再生可以多次充电，重复使用电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件工作时，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举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、ch4燃料电池、ch3oh燃料电池等【典题例证1】下列有关电池的叙述不正确的是()a水果电池是方便实用的家用电池b铅蓄电池是一种常用的二次电池c氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置d锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄解析水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅蓄电池是一种常用的二次电池，氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，b、c、d正确，a错误。答案a【学以致用1】下列说法正确的是()a镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池b燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池c化学电池的反应基础是氧化还原反应d铅蓄电池放电的时候正极材料是pb，负极材料是pbo2解析碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是pbo2，负极材料是pb。答案c探究二、常见化学电源电极反应式的书写【合作交流】氢气被看作是理想的“绿色能源”。用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池是利用氢能的一种重要方式(装置如图所示)。请写出氢氧燃料电池(电解质溶液为koh溶液)的电极反应式。负极_；正极_。提示2h24e4oh=4h2oo24e2h2o=4oh【点拨提升】1电极反应方程式的书写方法(1)负极反应式的书写活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：mne=mn。若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。燃料电池(电极材料本身不反应)h2o2(h2so4)燃料电池负极反应式：h22e=2h。h2o2(koh)燃料电池负极反应式：h22e2oh=2h2oh22e=2h；2h2oh=2h2o。(2)正极反应式的书写首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的o2。燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)h2o2(h2so4)的正极反应式：o24e4h=2h2o。h2o2(koh)的正极反应式：o24e2h2o=4oh。2书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否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。(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。【典题例证2】可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以nacl溶液或naoh溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()a以nacl溶液或naoh溶液为电解质溶液时，正极反应都为o22h2o4e=4ohb以naoh溶液为电解质溶液时，负极反应为al3oh3e=al(oh)3c以naoh溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变d电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析当电解质溶液显碱性或中性时，该燃料电池的正极发生的反应均为：o22h2o4e=4oh，a项是正确的；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：al4oh3e=alo2h2o，b项是错误的；该电池在碱性条件下工作时，消耗了碱，反应的化学方程式为：4al3o24oh=4alo2h2o，溶液的碱性减弱，c项是错误的；电池工作时，电子从负极流出来经过外电路流向正极，d项是错误的。答案a【学以致用2】锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为limno2=limno2，下列说法正确的是()ali是正极，电极反应为lie=libli是负极，电极反应为lie=licmno2是负极，电极反应为mno2e=mnodli是负极，电极反应为li2e=li2解析根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，li失去电子生成li被氧化，为负极；mno2得到电子被还原，为正极。答案b1对化学电源的叙述正确的是()a化学电源比火力发电对化学能的利用率高b化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位c化学电源均是安全、无污染的d化学电源即为可充电电池解析由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中间环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。答案a2废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是()a把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气b碳棒取出洗净用作电极c把铜帽取下洗净回收利用d电池内部填有nh4cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用解析虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。答案d3燃料电池是燃料(如co、h2、ch4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()a负极反应式：o22h2o4e=4ohb负极反应式：ch48oh8e=co26h2oc随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变d放电时溶液中的阴离子向负极移动解析o22h2o4e=4oh应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。所以负极反应式为ch410oh8e=co7h2o。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(oh)将减小。答案d4关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：微生物促进了电子的转移微生物所在电极区放电时发生还原反应放电过程中，h从正极区移向负极区正极反应式为：mno24h2e=mn22h2o正确的是()abcd解析在微生物的作用下，该装置为原电池装置，cm(h2o)n失电子转化为co2促进电子的转移，正确；微生物在右侧，右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；根据电流的方向，放电过程中，h从负极区移向正极区，错误；电池左侧为电池的正极区，mno2在h条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：mno24h2e=mn22h2o，正确，故选c。答案c5(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3zn2k2feo48h2o3zn(oh)22fe(oh)34koh。请回答下列问题：高铁电池的负极材料是_。放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为zn2e2oh=zn(oh)2，则正极反应为_。放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。使用时，空气从_(填“a”或“b”)口通入。假设使用的“燃料”是甲醇(ch3oh)，a极的电极反应式为_。解析(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去负极反应式得正极反应式，正极生成oh，故此极附近溶液碱性增强。(2)由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从b口通入，容易写出总反应式和正极反应式，两者相减得出负极反应式。答案(1)zn还原feo3e4h2o=fe(oh)35oh正(2)bch3oh6e8oh=co6h2o课时作业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储存在电池内解析碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池，燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是不断被输入。答案c2已知空气锌电池的电极反应为：锌片：zn2oh2e=zn(oh)2石墨：o22h2o4e=4oh根据此判断，锌片是()a负极，并被氧化b负极，并被还原c正极，并被氧化 d正极，并被还原解析由电极反应：zn2oh2e=zn(oh)2可知，zn失去电子被氧化，作电源的负极。答案a3关于化学电源的叙述，错误的是()a化学电源均是根据原电池的工作原理设计的b在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应c镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵d燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源解析镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉属于重金属，会对环境造成严重的污染。答案c4下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是()aa极是负极b供电时的总反应为2h2o2=2h2oc电子由b通过灯泡流向ad氢氧燃料电池是环保电池解析a电极发生反应：h22e=2h，故电子应由a通过灯泡流向b。答案c5汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：pbo2pb2h2so4=2pbso42h2o。根据此反应判断下列叙述中正确的是()apbo2是电池的负极bpb是负极cpbo2得电子，被氧化d电池放电时，溶液酸性增强解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为pbso2e=pbso4，故b项正确；pbo2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，因此a、c两项错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故d项错误。答案b6目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是()a燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能b燃料电池中通入h2的一极作负极，发生氧化反应c在此循环中发生了反应：2h2o2h2o2d目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂解析氢氧燃料电池的负极通入h2，发生氧化反应；正极通入o2，发生还原反应，故b正确。原电池都是将化学能转化为电能的装置，故a正确。推广氢能的关键是寻找合适的催化剂，利用太阳能分解水。答案c7据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2zno2=2zno，原料为锌粒、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是()a锌为正极，空气进入负极反应b负极反应为：zn2oh2e=znoh2oc正极发生氧化反应d电解质溶液为强酸解析zn与o2反应的电子转移情况为=2zno，所以zn作负极，负极发生氧化反应，zn2oh2e=znoh2o。o2是正极反应物，发生还原反应。若电解质溶液是强酸，电池的化学反应不是：2zno2=2zno，而是：zn2h=zn2h2。答案b8mgagcl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2agcl mg=mg2 2ag2cl 。有关该电池的说法正确的是()amg为电池的正极b负极反应为agcle=agcl c不能被kcl溶液激活d可用于海上应急照明供电解析由电池反应方程式看出，mg是还原剂、agcl是氧化剂，mg作负极，a错误； mg作负极，其电极反应式为：mg2e=mg2，b错误；因为该电池能被海水激活，故kcl溶液也可以激活电池，c错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，d正确。答案d9znmno2干电池应用广泛，其电解质溶液是zncl2nh4cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。(2)若zncl2nh4cl混合溶液中含有杂质cu2，会加速其电极的腐蚀，其主要原因是_。欲除去cu2，最好选用下列试剂中的_(填字母)。anaoh bzncfe dnh3h2o解析(1)负极是失电子的一极，zn失电子由负极经外电路流向正极。(2)锌与还原出来的cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选zn将cu2置换为单质而除去。答案(1)zn(或锌)正极(2)锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b10如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为naoh(aq)或koh(aq)时两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总反应：_；电解质溶液ph的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总反应：_；电解质溶液ph的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。解析(1)正极上，o2得电子变为o2，溶液中o2不能单独存在，酸性条件下与h结合生成h2o；负极上，h2失电子变为h，h进入电解质溶液。电池总反应为h2和o2生成h2o的反应，由于有h2o生成，溶液将逐渐变稀，故ph增大。(2)正极上，o2得电子变为o2，溶液中o2不能单独存在，碱性条件下与h2o分子结合生成oh；负极上，h2失去电子变为h，碱性条件下h不能大量存在，与oh结合生成水。电池总反应也是h2和o2生成水的反应。同样，由于有水生成，c(oh)变小，ph变小。答案(1)2h24e=4ho24e4h=2h2o2h2o2=2h2o变大(2)2h24e4oh=4h2oo24e2h2o=4oh2h2o2=2h2o变小11化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示)，锌锰干电池的负极材料是_，负极发生的电极反应方程式为_。若反应消耗16.25 g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为_mol。(2)目前常用的镍(ni)镉(cd)电池电池总反应式可以表示为：cd2nio(oh)2h2o2ni(oh)2cd(oh)2，已知ni(oh)2和cd(oh)2均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是_(填序号)。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(3)下图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知x极为电池的_(填“正”或“负”)极，y极的电极反应方程式为_。解析(1)锌锰干电池中的负极是zn，发生氧化反应，失去电子生成锌离子，电极反应式是：zn2e=zn2；16.25 g zn的物质的量是：16.25 g65 gmol10.25 mol，每个zn失去2个电子，所以电池中转移电子的物质的量是0.5 mol。(2)该反应的反应条件不同，所以不是可逆反应；错