苏教版选修四1.2 化学能与电能的转化 第2课时版（含解析） 学案.doc

第2课时化学电源目标要求1.了解依据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。一、化学电池1电池的分类2一次电池与二次电池的不同点(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池。(2)二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。二、一次电池1锌银电池锌银电池负极是zn，正极是ag2o，电解质是koh溶液，其电极反应如下：负极：zn2oh2e=zn(oh)2；正极：ag2o2eh2o=2ag2oh；电池总反应式：znag2oh2o=zn(oh)22ag。2碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是zn，正极是mno2，电解质是koh溶液，其电极反应为：负极：zn2e2oh=zn(oh)2；正极：2mno22e2h2o=2mnooh2oh；电池总反应式：zn2mno22h2o=2mnoohzn(oh)2。三、燃料电池1概念燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。2氢氧燃料电池(1)结构(如图所示)氢氧燃料电池示意图(2)工作原理电解质溶液为koh溶液时：电池总反应式：2h2o2=2h2o四、铅蓄电池铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有pbo2，负极板上覆盖有pb，电解质是h2so4溶液，如图所示。铅蓄电池的构造工作原理：负极：pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)(氧化反应)；正极：pbo2(s)so(aq)4h(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)(还原反应)；总反应：pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)。铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：pbso4(s)2e=pb(s)so(aq)(还原反应)；阳极：pbso4(s)2h2o(l)2e=pbo2(s)4h(aq)so(aq)(氧化反应)；总反应：2pbso4(s)2h2o(l)=pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)。可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：pbpbo22h2so4放电充电2pbso42h2o。知识点一化学电池1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，电池总反应式为znmno2h2o=znomn(oh)2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mno22h2o2e=mn(oh)22ohc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答案c解析本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故a正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故c错误；由电子守恒知d项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知b正确。2最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为zn2mno2h2o=zno2mnooh。下列说法不正确的是()a该电池zn为负极，mno2为正极b该电池的正极反应为mno2eh2o=mnoohohc导电时外电路电子由zn流向mno2，内电路电子由mno2流向znd电池工作时水分子和oh都能通过薄层纸片答案c解析原电池反应中zn失电子、mno2得电子，因此该电池负极为zn，正极为mno2。由电池总反应式减去负极反应式：zn2e2oh=znoh2o即得正极反应式：mno2eh2o=mnoohoh。电子只能由zn经外电路流向mno2，而不能通过内电路。知识点二二次电池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pbso4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2pbso42h2o放电充电pbo2pb2h2so4 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，pbo2是正极c工作时负极上发生的反应是pb2eso=pbso4d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，pb是负极，pbo2是正极，负极发生的反应是pb失去电子生成pb2，pb2与溶液中的so生成pbso4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，pbso4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明h2so4不用补充；放电时，h2so4被消耗，溶液中的h2so4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。4某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3zn2k2feo48h2o放电充电3zn(oh)22fe(oh)34koh，以下说法不正确的是()a放电时负极反应式为zn2e2oh=zn(oh)2b放电时正极反应式为feo4h2o3e=fe(oh)35ohc放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol k2feo4被氧化d充电时阳极附近的溶液的碱性减弱答案c解析选项a，放电时，在碱性条件下，zn失去电子为电池的负极：zn2e2oh=zn(oh)2；选项b，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为feo4h2o3e=fe(oh)35oh；选项c，放电时，k2feo4被还原；选项d，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗oh，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。知识点三燃料电池5固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(o2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()a有o2参加反应的a极为电池的负极bb极的电极反应式为h22eo2=h2oca极对应的电极反应式为o22h2o4e=4ohd该电池的总反应式为2h2o22h2o答案d解析因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，h2在该极发生氧化反应；a电极为正极，o2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为h22e=2h，正极电极反应式为o22e=o2，则电池总反应式为2h2o22h2o。6一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入koh溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是()a通入乙烷的电极为正极b参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为72c放电一段时间后，koh的物质的量浓度减少d负极反应式为c2h66h2o14e=2co18h答案c解析乙烷燃烧的化学方程式为2c2h67o24co26h2o，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故a答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为27，故b答案错误；考虑到该电池是以koh为电解质溶液的，生成的co2会和koh反应转化成k2co3，反应中消耗koh，koh的物质的量浓度减少，故c答案正确；由于该电池是以koh溶液为电解液的，d答案中负极生成的h显然在溶液中是不能存在的，故d答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2c2h68koh7o24k2co310h2o，正极反应式为14h2o7o228e=28oh(正极氧气得电子，理论上形成o2，但该粒子在水中不稳定，必须以oh形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2c2h636oh28e=4co24h2o。练基础落实1电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。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氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能c氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化d太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案c解析因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，故a错；原电池是将化学能直接转变为电能，所以b错；氢氧燃料电池负极反应为h22e=2h，所以c正确；太阳能电池采用硅材料制作，故d错。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解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，a项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，b项错误；电池的实质是把化学能转化成电能，c项正确；zn失去电子生成zn2，故作为负极，d项正确。3.氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下： 负极：2h24oh4e=4h2o正极：o22h2o4e=4oh当得到1.8 l饮用水时，电池内转移的电子数约为()a1.8 mol b3.6 mol c100 mol d200 mol答案d解析n(h2o)100 mol 即每生成1 mol h2o则转移2 mol e，当生成100 mol h2o时，转移200 mol e。4蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：fenio22h2o放电充电fe(oh)2ni(oh)2下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()a放电时，fe是负极，nio2是正极b蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中c放电时，负极上的电极反应为fe2oh2e=fe(oh)2d放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动答案b5如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(h)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2ch3oh3o2=2co24h2o。下列说法正确的是()a左电极为电池的正极，a处通入的物质是甲醇b右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气c负极反应式为ch3ohh2o6e=co26hd正极反应式o22h2o4e=4oh答案c解析据图知，在左电极有电子流出，应为电池的负极，被氧化的物质是甲醇，在酸性电解液中产生co2，故a错误，c正确；右电极有电子流入，应为电池的正极，b错误；由于氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极反应式得到oh是错误的。6lifepo4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为fepo4li放电充电lifepo4，电池的正极材料是lifepo4，负极材料是石墨，含li导电固体为电解质。下列有关lifepo4电池说法正确的是()a可加入硫酸以提高电解质的导电性b放电时电池内部li向负极移动c充电过程中，电池正极材料的质量增加d放电时电池正极反应为：fepo4lie=lifepo4答案d解析由于li能和稀h2so4、h2o反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即lifepo4e=lifepo4，因此阳极材料(lifepo4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知d正确。练方法技巧7.在下图装置中，通电后可观察到cu极溶解，则下列说法中不正确的是 ( ) a.直流电源中，a是正极b.两池内cuso4溶液浓度均不改变c.两铁极上最初析出物相同d.p池内溶液的质量逐渐减小答案 b解析 由于li能和稀h2so4、h2o反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即lifepo4-e-= li+fepo4，因此阳极材料（lifepo4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知d正确。8乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，电池总反应式为c2h5oh3o2=2co23h2o，电池示意图，下列说法中正确的是() a电池工作时，质子向电池的负极迁移b电池工作时，电流由b极沿导线流向a极ca极上发生的电极反应是 c2h5oh3h2o12e=2co212hdb极上发生的电极反应是 2h2oo24e=4oh答案b解析通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，a项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，b项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以c项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现oh，d项不正确。练综合拓展9科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质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：_。(2)此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_。(3)电解液中h向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。答案(1)2ch3oh3o2=2co24h2o(2)3o212h12e=6h2o2ch3oh2h2o12e=2co212h(3)正负极(4)对环境无污染解析(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的co2不与h2so4反应，故电池总反应式为2ch3oh3o2=2co24h2o。(2)电池的正极o2得电子，由于是酸性环境，所以会生成h2o，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)h移向正极，在正极生成水。(4)产物是co2和h2o，不会对环境造成污染。10氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，h2和o2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2lih22lih.lihh2o=liohh2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知lih固体密度为0.82 gcm3，用锂吸收224 l(标准状况)h2，生成的lih体积与被吸收的h2体积比为_。由生成的lih与h2o作用，放出的h2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。答案(1)化学能转变为电能a到b(2)2h24oh4e=4h2o或h22oh2e=2h2o(3)增大电极单位面积吸附h2、o2的分子数，加快电极反应速率(4)lih2o1/1 148或8.7110432解析(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入h2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)h2在负极失电子，因为电解质溶液是koh溶液，故负极反应式为2h24oh4e=4h2o。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附h2、o2的分子数，从而增大反应速率。(4)lih中li为1价，h为1价，故反应中还原剂是li，反应中氧化剂是h2o。由反应可知吸收标准状况下224 l h2时生成160 g lih，则生成的lih的体积是，则生成的lih的体积与被吸收的h2的体积之比为。由生成的20 mol lih与h2o反应，由反应可知生成20 mol h2，h22e，能量转化率为80