人教版选修4 第四章第二节　化学电源 学案.doc

第二节化学电源1了解化学电源的优点及在各方面的应用。2认识一次电池、二次电池和燃料电池。3了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。你知道化学电源是怎样分类的吗？各式各样的电池提示：化学电源通常分为一次电池、二次电池和燃料电池三类。一、化学电池化学电池是将_能变成_能的装置。1化学电池的分类。化学电池2化学电池的优点。(1)化学电池的_较高，供能稳定可靠。(2)可以制成各种_、不同_的电池及电池组。(3)使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。3判断电池优劣的主要标准。(1)比能量：即单位质量或单位体积所能_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_的多少，单位w/kg或w/l。(3)电池的_的长短。二、一次电池一次电池的电解质溶液制成_，不流动，也叫做干电池。1特点：一次电池不能充电，不能反复使用。2常见的一次电池。三、二次电池二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称_或_。1铅蓄电池的构造。负极：_，正极：_，电解质溶液：_溶液。2工作原理。(1)放电时。负极：_；正极：_；总反应：_。(2)充电时。铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：_；阳极：_；总反应：_。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：_。3性能及应用。电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，所以在生产、生活中使用广泛。缺点是比能量低、笨重，废弃电池污染环境。自主思考：回收废旧电池的意义是什么？四、燃料电池1燃料电池的工作原理。(1)连续地将_(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和_的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身_氧化还原反应。(3)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，生成物不断地被排除。2燃料电池的优点。(1)能量转化率高。燃料电池的能量转换率超过_，普通燃烧过程能量转换率仅_多。(2)污染_。3氢氧燃料电池。(1)碱性电解质。电极反应：负极：_；正极：_；总反应：2h2o2=2h2o。(2)酸性电解质。电极反应：负极：_；正极：_；总反应：2h2o2=2h2o。答案：一、化学电1一次二次燃料2(1)能量转换效率(2)形状和大小容量和电压3(1)输出电能(2)输出功率(3)可储存时间二、胶状2znmno2kohznag2okoh大电流连续放电小电流连续放电三、充电电池蓄电池1pbpbo2h2so42(1)pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)pbo2(s)4h(aq)so(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)(2)pbso4(s)2e=pb(s)so(aq)pbso4(s)2h2o(l)2e=pbo2(s)4h(aq)so(aq)2pbso4(s)2h2o(l)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)2pbso4(s)2h2o(l)自主思考提示：废旧电池中含有汞、镉、铬、铅等大量毒性很强的重金属，随处丢弃会给土壤、水源等环境造成严重的污染，并通过食物链给人体健康造成威胁和危害。另一方面，如果能回收再利用这些废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。四、1.(1)燃料氧化剂(2)不参与2(1)80%30%(2)小3(1)2h24oh4e=4h2oo22h2o4e=4oh(2)2h24e=4ho24h4e=2h2o一、电极反应式的书写方法1书写要遵循的原则。原电池两电极上分别发生氧化反应、还原反应，因此，电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写化学式，其余的以离子符号表示。正极反应、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。2电极反应式的书写类型。(1)根据装置书写电极反应式。首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。(2)给出总反应式，写电极反应式。各类电极反应式的一般书写步骤为：列出物质，标电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。如以2h2o2=2h2o为例，当电解质溶液为koh溶液时的电极反应式的书写步骤如下。负极反应式的书写：根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为h2，转移电子数为4e：2h24e=4h。根据电解质溶液的酸碱性，用h或oh或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2h24e4oh=4h2o注意：电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不出现h；利用h2o使两边的元素守恒，即得：2h24e4oh=4h2o。同理，正极反应式的书写如下：o24e=2o2；o24e2h2o=4oh，注意在碱性溶液中提供h使o2变为oh的是水，要写成化学式的形式。将正负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。(3)可充电电池电极反应式的书写。在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。(4)给出电极反应书写总反应方程式。根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意若反应式同侧出现不能共存的离子，如h和oh、pb2和so，要写成反应后的物质，如h2o、pbso4。解答书写有关电极反应式的题目时，应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而作出合理的判断。二、各种化学电源特点的比较名称一次电池(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池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池不同，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，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池铅蓄电池、氢镍电池、镉镍电池氢氧燃料电池、ch4燃料电池、ch3oh燃料电池知识点1 一次电池【例题1】 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，故得到广泛应用。锌锰碱性电池以koh溶液为电解液，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，锌的质量理论上减小6.5 g解析：根据题意，该电池的负极材料是锌。电池工作时，锌本身失去电子而发生氧化反应，失去的电子通过外电路移向另一极(正极)。在该电极上，mno2获得电子发生还原反应生成mnooh：2mno22e2mnooh。从元素守恒的角度来看，右侧还多2个氢。在碱性溶液中不出现h，故正极反应为2mno22h2o2e=2mnooh2oh。反应中，失去0.2 mol电子，消耗掉0.1 mol锌，质量为6.5 g。答案：c点拨：原电池工作时，活泼金属为负极，失去电子，所以电子流向为负极导线正极。知识点2 二次电池【例题2】 生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金栅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 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工作时电解质溶液的密度减小解析：铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以pb是负极，pbo2是正极。在工作时，负极发生的反应是铅失去电子生成pb2，pb2与溶液中的so反应生成pbso4沉淀。放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量。在电池制备时，pbso4的量是一定的，制成膏状的pbso4干燥后安装，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。答案：a点拨：硫酸溶液的密度与其物质的量浓度成正比，这是此类题的隐含条件。知识点3 燃料电池【例题3】 一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月，其电池反应为：2ch3oh3o24oh2co6h2o，则有关说法正确的是()。a放电时，ch3oh参与反应的电极为正极b放电时，负极的电极反应为ch3oh8oh6e=co6h2oc标准状况下，通入5.6 l o2并完全反应后，有0.5 mol 电子转移d放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的ph降低解析：从电池反应可知，ch3oh为原电池的负极，a选项错误；正极反应为：o22h2o4e=4oh，标准状况下，5.6 l o2为0.25 mol，转移电子数为1 mol，c选项错误；从正极反应可以看出，正极附近溶液oh的浓度增大，ph升高，d选项错误。答案：b点拨：解此类题目应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而作出合理的判断。1(双选)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电池的总反应是：2c4h1013o2=8co210h2oc通入空气的一极是正极，电极反应为：o24e=2o2d通入丁烷的一极是正极，电极反应为：c4h1013o226e=4co25h2o2阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电极总反应方程式为：2h2o2=2h2o；电解质溶液为koh溶液，反应保持在较高温度，使水蒸发，下列叙述正确的是()。a此电池能见到浅蓝色火焰bh2为正极，o2为负极c工作时电解液的ph不断增大d电极反应为：负极2h24oh4e=4h2o，正极o22h2o4e=4oh3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4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5铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是pb和pbo2，电解质溶液为稀硫酸，工作时该电池的总反应式为pbpbo22h2so4=2pbso42h2o。试根据上述情况判断：(1)蓄电池的负极材料是_。(2)工作时，正极反应为_。(3)工作时，电解质溶液的ph_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(5)电流方向从_极流向_极。答案：1bc该燃料电池中，o2在正极得到电子变成o2，所以o2应由正极移向负极，a项错；丁烷是还原剂，所以通入丁烷的一极应是负极，d项错。2d氢氧燃料电池在放电时，氢气和氧气在铂的催化下反应，并不燃烧；根据氢气和氧气在反应中化合价的变化，可以确定氢气在负极上反应，而氧气在正极上反应；电极反应式为：负极2h24oh4e=4h2o，正极o22h2o4e=4oh，总反应2h2o2=2h2o；因为反应生成的水蒸发，所以koh溶液的浓度保持不变，故整个溶液的ph保持不变。3b二次电池，即可充电电池，所以a项对。b中，在原电池中，活泼金属zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，b项错。4c因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，a错；原电池是将化学能直接转变为电能，b错；氢氧燃料电池负极反应为h22e=2h，c正确；太阳能电池采用硅材料制作，d