2012高中化学 4.2化学电源学案 新人教版选修4

用心 爱心 专心1 4 24 2 化学电源化学电源 学案 人教版选修学案 人教版选修 4 4 学习目标 1 了解化学电源的种类及其工作原理 知道化学电源在生产 生活中的 实际应用 2 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用 重点 难点 二次电池及燃料电池的工作原理 1 化学电源 1 定义 将 转化为 的装置 2 分类 3 优点 化学电池的 较高 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及电池组 使用方便 易于维护 并可在各种环境下工作 4 判断电池优劣的主要标准 比能量 即单位质量或单位体积所能 的多少 单位是 W h 1 kg 1或 W h 1 L 1 比功率 即单位质量或单位体积所能 的大小 单位是 W kg 1或 W L 1 电池的 的长短 5 化学电池回收利用 废旧电池中含 和 等有害物质 应回收利用 既减少污染 又节约能源 2 一次电池 1 碱性锌锰电池 碱性锌锰电池的构造 工作原理 负极 正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 总反应 特点 比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高 适用于大电流和连续放电 2 银锌电池 用心 爱心 专心2 纽扣式银锌电池的构造 工作原理 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应 特点 此种电池比能量大 电压稳定 储存时间长 适宜小电流连续放电 3 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 放电时 负极 正极 总反应 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 生产生活中应用广泛 缺点是比能量低 笨重 废弃电池污染环境 4 燃料电池 1 燃料电池的工作原理 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 电极材料本身 氧化还原反应 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 能量转化率高 燃料电池的能量转换率超过 普通燃料过程能量转换率仅 多 污染 3 氢氧燃料电池 用心 爱心 专心3 碱性电解质 电极反应为 负极 正极 总反应 2H2 O2 2H2O 酸性电解质 电极反应为 负极 正极 总反应 2H2 O2 2H2O 一 其他常见燃料电池 1 烃类燃料电池 1 CH4燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中 然后向两极分别通入 CH4和 O2 该电池的 反应式为 负极 正极 总反应式 2 丁烷燃料电池 一个电极通入空气 另一电极通入丁烷 电池的电解质是掺杂了 Y2O3 三氧化二钇 的 ZrO2 二氧化锆 晶体 它在高温下能传导 O2 该电池的电极反应式为 负极 正极 总反应式 2 醇类燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中 然后向两极分别通入 CH3OH 或乙醇 和 O2 则发生了原电池反应 甲醇电池的反应式为 用心 爱心 专心4 负极 2CH3OH 12e 16OH 2CO 12H2O 2 3 正极 总反应式 2CH3OH 3O2 4OH 2CO 6H2O 2 3 3 熔融盐燃料电池 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率 因而受到重视 可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质 CO 为负极燃气 空气与 CO2的混合气为正极助燃气 制得在 650 下工 作的燃料电池 该原电池的反应式为 负极 2CO 2CO 4e 4CO2 2 3 正极 O2 2CO2 4e 2CO2 3 总反应式 典例 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 如图为电池示意图 该电 池电极表面镀一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请回答 1 氢氧燃料电池能量转化的主要形式是 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是 4 该电池工作时 H2和 O2连续由外部供给 电池可连续不断提供电能 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 2Li H22LiH LiH H2O LiOH H2 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 g cm 3 用锂吸收 224 L 标准状况 H2 生成的 LiH 体 积与被吸收的 H2体积比值为 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 听课记录 变式训练 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 溶液为电解液时 正极反应都为 O2 2H2O 4e 4OH B 以 NaOH 溶液为电解液时 负极反应为 Al 3OH 3e Al OH 3 C 以 NaOH 溶液为电解液时 电池在工作过程中电解液的 pH 保持不变 D 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 参考答案 用心 爱心 专心5 课前准备区 1 1 化学能 电能 2 发生氧化还原反应 胶状 干电池 充电电池或蓄电池 燃 料和氧化剂 3 能量转换效率 4 输出电能 输出功率 可储存时间 5 重金 属 酸碱 2 1 KOH MnO2 Zn 2OH 2e Zn OH 2 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 2 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 3 充电电池 畜电池 1 Pb PbO2 H2SO4 2 Pb s SO aq 2 4 2e PbSO4 s PbO2 s 4H aq SO aq 2e PbSO4 s 2H2O l Pb s 2 4 PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l PbSO4 s 2e Pb s SO aq 2 4 PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s 4H aq SO aq 2PbSO4 s 2H2O l 2 4 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 4 燃料电池 1 燃料 氧化剂 不参与 2 80 30 小 3 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 课堂活动区 一 1 1 CH4 10OH 8e CO 7H2O 2O2 4H2O 8e 8OH 2 3 CH4 2O2 2OH CO 3H2O 2 2C4H10 26O2 52e 8CO2 10H2O 2 3 13O2 52e 26O2 2C4H10 13O28CO2 10H2O 高温 2 3O2 6H2O 12e 12OH 3 2CO O2 2CO2 典例 1 化学能转变为电能 a 流向 b 2 H2 2e 2OH 2H2O 3 增大电极单位面积吸附 H2 O2分子数 加快反应速率 4 Li H2O 8 71 10 4 32 解析 1 原电池的实质为化学能转化成电能 总反应为 2H2 O2 2H2O 其中 H2在负 极失电子 即电子从 a 流向 b 2 负极为 H2失电子生成 H 但溶液为 KOH 溶液 故负极 反应为 H2 2e 2OH 2H2O 3 铂粉的接触面积大 这样增大电极单位面积吸附的 H2 O2分子数 可以加快反应速率 4 反应 中 Li 从 0 价升至 1 价 作还原剂 反应 中 H2O 中的 H 从 1 价降至 0 价 作氧化剂 在反应 中当吸收 10 mol H2时 生成 20 mol LiH V 10 3 L 195 12 10 3 L 则 m 20 8 0