人教版选修4 第4章第2节 化学电源 学案.doc

第2节 化学电源学习目标1. 了解化学电源的分类。2. 熟悉几种常见化学电源的组成及工作原理，会熟练书写电极反应式。3.了解化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害及处理方法。知识梳理一、化学电池1概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的_正极和_负，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。3.化学电池与其他能源优点：化学电池的优点是：能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小，不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。（2）电池优劣的主要标准是(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位“(wh)/kg”或“(wh)/l”。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位“w/kg”或“w/l”。(3)电池可储存时间的长短。二、常见的化学电池1一次电池(1)碱性锌锰电池：组成：正极：mno2；负极：zn；电解质：koh。工作原理：负极反应：zn2oh2e=zn(oh)2；正极反应：2mno22e2h2o=2mno(oh)2oh。总反应：zn2mno22h2o=2mno(oh)zn(oh)2。(2)银锌电池组成：负极：zn，正极：_ag2o，电解质：koh。工作原理：负极反应：zn2oh2e=zn(oh)2；正极反应：ag2o2eh2o=2ag2oh。电池反应：znag2oh2o=zn(oh)22ag。2二次电池(以铅蓄电池为例)(1)组成：正极：pbo2；负极：pb；电解质：h2so4溶液。充电过程的电极反应、总反应：阴极：pbso42e=pbso42(还原反应)；阳极：pbso42e2h2o=pbo24hso42(氧化反应)。总反应：2pbso42h2o=pbpbo22h2so4。铅蓄电池的充、放电过程：(2)工作原理：铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。放电过程的电极反应、总反应：负极：pb2eso42=pbso4正极：pbo22e4hso42=pbso42h2o总反应：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o3燃料电池(1)工作原理连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。燃料电池的电极本身_不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。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。(2)氢氧燃料电池电池组成：氢氧燃料电池以_氢气_为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极。工作原理：如图所示，在负极室通入h2，它在pt电极上被催化分解为h原子，再失去电子成为h进入电解质溶液，透过隔膜，进入正极室；在正极室通入o2，经过pt电极的催化，o2、h在正极上放电生成h2o。介质电池反应：2h2o2=2h2o酸性(h)负极2h24e=4h正极o24h4e=2h2o中性(na2so4)负极2h24e=4h正极o22h2o4e=4oh碱性(oh)负极2h24e4oh=4h2o正极o22h2o4e=4oh4给可充电电池充放电？其充放电过程的区别与联系(1) 可充电电池充放电时电池的接法：(2)联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程。特色讲解知识点一：1“久考不衰”的可逆电池例1铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池总反应为：pbo2pb2h2so4=2pbso42h2o。试回答：(1)铅蓄电池负极的电极材料是_。(2)工作时该蓄电池正极的电极反应式是_(3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度_，ph_(填“减小”、“增大”或“不变”)。解析(1)由电池总反应可知，pb发生氧化反应，所以pb是负极。(2)正极上的反应是pbo2pbso4，则必然有h2so4参加：pbo24hso422e=pbso42h2o(负极反应为pb2eso42=pbso4，将正极、负极反应合并，与题给总反应相符)。(3)在铅蓄电池的工作过程中，pb被氧化，h2so4被消耗，所以溶液的密度减小，ph增大。答案(1)pb(2)pbo24hso422e=pbso42h2o(3)减小增大知识点二：“一池多变”的燃料电池例2以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。(1)酸性条件燃料电池总反应式：_。正极反应式：_。负极反应式：_。(2)碱性条件燃料电池总反应式：_。正极反应式：_。负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导o2)燃料电池总反应式：_。正极反应式：_。负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融k2co3)环境下电池总反应式：_。正极反应式：_。负极反应式：_。答案(1)ch42o2=co22h2o 2o28h8e=4h2o ch4e2h2o =co28h(3) ch42o22oh=co323h2o 2o24h2o 8e=8oh ch410oh8e=co327h2o (3)ch42o2=co22h2o 2o28e=4o2 ch44o2e=co22h2o (4)ch42o2=co22h2o o24co28e=4co32ch44co328e=5co22h2o 方法规律书写燃料电池电极反应式应注意的问题(1)书写燃料电池的总反应方程式时就相当于燃料燃烧，然后看一下产物与所用电解质是否能发生反应，若能发生反应，电解质溶液也参与反应，要写在总反应方程式中。(2)燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是o2得电子生成o2，故正极反应式的基础都是o24e=2o2。正极产生的o2的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。在酸性环境中，o2不能单独存在，可供o2结合的微粒有h和h2o，o2优先结合h生成h2o。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为o24h4e=2h2o。在中性或碱性环境中，o2也不能单独存在，o2只能结合h2o生成oh ，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为o22h2o4e=4oh 。在熔融的碳酸盐环境中(如li2co3和na2co3熔融盐混合物)，o2也不能单独存在，o2可结合co2生成co32，则其正极反应式为o22co24e=2co32。电解质为固体电解质(如固体氧化锆氧化钇)，该固体电解质在高温下可允许o2在其间通过，故其正极反应式应为o24e=2o2。当堂练习【基础演练】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c2随着人们生活质量的不断提高，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()a利用电池外壳的金属材料b防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染c不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品d回收其中石墨电极答案b3锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为：zn(s)2mno22nh4=zn2mn2o3(s)2nh3h2o，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()azn b碳cmno2和nh4 dzn2和nh3答案c4.（北京市东城区普通高中示范校2015届上学期高三年级综合能力测试）下图是某校实验小组设计的一套原电池装置，下列有关描述不正确的是 （ ）a此装置能将化学能转变为电能b石墨的电极反应：o2+4e-+2h2o=4oh-c电子由cu经导线流向石墨电极d电池总反应：答案b5（山西省大同一中、同煤一中2015届高三上学期期末联合考试）含乙酸钠和对氯酚( )的废水可以利用微生物电池除去，其原理如右图所示：则 （ ）ab极是正极 bb极是阳极c每转移2mol电子，有1molch3coo被氧化da极电极反应式为：答案:d【巩固提高】6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ag2o和zn，电解质为koh，电极反应为：zn2oh2e=zn(oh)2；ag2oh2o2e=2ag2oh。根据上述反应式，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ph增大b在使用过程中，电子由ag2o极经外电路流向zn极czn电极发生还原反应，ag2o电极发生氧化反应dzn是负极，ag2o是正极答案:d7. 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电池的负极反应为mg2e=mg2b电池工作时，h向负极移动c电池工作一段时间后，溶液的ph增大d电池总反应式是mgh2o22h=mg22h2o答案:b8.设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了y2o3的zro2晶体，它在高温下能传导o2。回答如下问题：(1)以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是_。(2)这个电池的正极发生的反应是_。负极发生的反应是_。固体电解质里的o2的移动方向是_。向外电路释放电子的电极_答案: (1)2c4h1013o2=8co210h2o(2)o24e=2o2c4h1013o226e=4co25h2o向负极移动负极当堂检测1. 实验发现，298 k时，在fecl3酸性溶液中加少量锌粒后，fe3立即被还原成fe2。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是()a该原电池的正极反应是zn2e=zn2b左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去c该电池铂电极上有气泡出现d该电池总反应为3zn2fe3=2fe3zn2答案:b2人造卫星用到的一种高能电池银锌电池，其电极反应为：zn2oh2e=zn(oh)2，ag2oh2o2e=2ag2oh。根据反应式判断氧化银是()a负极被氧化 b正极被还原c负极被还原 d正极被氧化答案:b3镍(ni)镉(cd)可充电的电池，放电时，电极材料是cd和nio(oh)，电解质是koh，电极反应分是：cd2oh2e=cd(oh)2；2nio(oh)2h2o2e=2ni(oh)22oh。下列说法不正确的()a电池放电时，负极周围溶液的ph不断减小b电池放电时总反应是cd2nio(oh)2h2o=cd(oh)22ni(oh)2c电池充电时，镉(cd)元素被氧化d电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接答案:c4（哈尔滨市第六中学2014-2015学年度上学期期末考试）优质的锂碘电池可用于心脏起搏器延续患者的生 命，它的正极材料是聚2一乙烯吡啶(简写p2vp)和i2 的复合物，电解质是固态薄膜状的碘化锂，电池的总反应为2li+p2vpni2= p2vp（n-1）i2+2lii，则下列说法正确的是 （ ）a正极的反应为p2vpni2+2li+2e-= p2vp（n-1）i2+2liib电池工作时，碘离子移向p2vp一极c聚2一乙烯吡啶的复合物与有机物性质相似，因此聚2一乙烯吡啶的复合物不会导电d该电池所产生的电压低，使用寿命比较短答案:a5(贵州省七校联盟2015届高三第一次联考理综化学试题)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池 (mhni碱性电池)。下列有关说法不正确的是 （ ）a放电时正极反应为：nioohh2oe=ni(oh)2ohb放电时负极反应为：mhoh-2e=h2om+c充电时氢氧根离子移向阳极，要参与电极反应d充电时电池的正极连接直流电源的正极，得到电子发生还原反应答案:d6.(四川省石室中学2015届高三一诊模拟化学试题)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应为nio2+ fe+2h2ofe(oh)2+ni(oh)2下列有关电池的说法中正确的是 （ ）a放电时电解质溶液显强酸性 b充电时阳板反应为ni(oh)2+2oh-2e-=nio2+2h2oc放电时正极附近溶液ph减小 d充电时阴极附近溶液的碱性保持不变答案:b7“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_能转化为_能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为cd2niooh2h2ocd(oh)22ni(oh)2充电时，阳极的电极反应式为_；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为znag2oh2o2agzn(oh)2，其负极的电极反应式为_。答案:(1)太阳电ni(oh)2eoh=nioohh2o减小 (2)zn2e2oh=zn(oh)2家庭作业1. 关于如图装置的说法正确的是()a银电极是负极b铜电极上发生的反应为cu2e=cu2c外电路中的电子是从银电极流向铜电极d该装置能将电能转化为化学能答案:b2已知有关m、n、p、z四种金属的以下实验事实：mn2=m2n用pt作电极电解同物质的量浓度p和m的硫酸盐的混合溶液，在阴极上析出单质m把n和z用导线相连并同时放入z的硫酸盐溶液中，电极反应为z22e=z，n2e=n2。判断这四种金属的还原性由强到弱的正确顺序是()amnpz bmnzpczpmn dpmnz答案:d3.(黑龙江省哈尔滨市32中2015届高三上学期期末考试)右图为水果电池的示意图，下列说法正确的是 （ ）a锌片作负极，质量逐渐减少 b电子由铜片沿导线流向锌片 c铜电极逐渐溶解 d该装置能将电能转化为化学能答案:a4.(河北省保定市2015届高三上学期期末调研考试)以氨作为燃料的固体氧化物（含有o2）燃料电池，具有全固态结构、能量效率高、环保等特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体。其工作原理如图所示，下列关于氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是 （ ）a该电池工作时的总反应为：4nh3+5o2=4no+6h2ob固体氧化物作为电池工作的电解质，其作用便于电子在电池内移动c电池工作时，在接触面上发生的电极反应为：2nh3+3o26en2+3h2od外电路的电流方向为从电极a流向电极b答案:c5.(哈尔滨市第六中学2014-2015学年度上学期期末考试)甲醇燃料电池体积小巧、洁净环保、理论能量比高，已在便