第4章第2节----化学电源

1 第第 4 章第章第 2 节节 化学电源化学电源 学习目标学习目标 1 熟练掌握铅蓄电池 燃料电池的工作原理 培养知识构建能力 熟练掌握铅蓄电池 燃料电池的工作原理 培养知识构建能力 2 积极讨论 大胆质疑 用归纳法探究化学电源工作原理 积极讨论 大胆质疑 用归纳法探究化学电源工作原理 3 激情投入 全力以赴 激情投入 全力以赴 体会化学电源对社会的作用 激发学习化学的热情和环保意识 体会化学电源对社会的作用 激发学习化学的热情和环保意识 课课 前前 预预 习习 案 限时案 限时 15 分钟 分钟 旧知回顾旧知回顾 Fe Zn 稀硫酸构成原电池 画出装置图 稀硫酸构成原电池 画出装置图 并标出电极名称 电子流向 电流方向 离子移动方向 并标出电极名称 电子流向 电流方向 离子移动方向 电池反应 电池反应 正极 正极 反应 反应 负极 负极 反应 反应 教材助读教材助读 二 化学电源二 化学电源 1 认真阅读课本第认真阅读课本第 74 75 页中间两段 了解化学电源分为哪几类 一次性电池具有怎样的页中间两段 了解化学电源分为哪几类 一次性电池具有怎样的 特点 锂电池有何特点 特点 锂电池有何特点 2 写出碱性锌锰干电池的电极反应式和电池反应化学方程式 写出碱性锌锰干电池的电极反应式和电池反应化学方程式 3 可充电电池的能量转化是怎样的 可充电电池的能量转化是怎样的 预习自测预习自测 1 纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银 电解质溶液为纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银 电解质溶液为 KOH 溶液 放电时两个电极溶液 放电时两个电极 反应分别为 反应分别为 Zn 2OH Zn OH 2 2e Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 下列说法中 下列说法中 正确的是 正确的是 A 锌是负极 氧化银是正极锌是负极 氧化银是正极 B 锌发生还原反应 氧化银发生氧化反应锌发生还原反应 氧化银发生氧化反应 C 溶液中溶液中 OH 向正极移动 向正极移动 K H 向负极移动向负极移动 D 在电池放电过程中 电解质溶液的酸碱性基本保持不变在电池放电过程中 电解质溶液的酸碱性基本保持不变 2 锌锰干电池在放电时 电池总反应可以表示为 锌锰干电池在放电时 电池总反应可以表示为 Zn 2MnO2 2NH4 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O 此电池放电时 正极 此电池放电时 正极 碳棒碳棒 上发生反应的上发生反应的 2 物质是 物质是 A Zn B 碳棒 碳棒 C MnO2和和 NH4 D Zn2 和和 NH4 3 镍镉 镍镉 Ni Cd 可充电电池在现代生活中有广泛应用 已知某镍镉电池的电解质溶液为 可充电电池在现代生活中有广泛应用 已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液 其充 放电按下式进行 溶液 其充 放电按下式进行 Cd 2NiOOH 2H2O Cd OH 2 2Ni OH 2回答下列问题 回答下列问题 1 放电时电解质溶液中的 放电时电解质溶液中的 OH 向向 极移动极移动 2 放电时负极附近溶液的碱性 放电时负极附近溶液的碱性 填增强 减弱或不变 填增强 减弱或不变 3 充电过程中能量转化是 充电过程中能量转化是 4 充电时阳极反应是 充电时阳极反应是 5 充电时电池负极接电源的 充电时电池负极接电源的 极极 我的疑问我的疑问 我的收获我的收获 课课 内内 探探 究究 案案 质疑探究质疑探究 质疑解疑 合作探究能力 质疑解疑 合作探究能力 课题一 铅蓄电池课题一 铅蓄电池 问题问题 1 铅蓄电池正 负极材料是什么 电解质溶液是什么铅蓄电池正 负极材料是什么 电解质溶液是什么 问题问题 2 写出放电过程中两极电极反应和电池总反应化学方程式 写出放电过程中两极电极反应和电池总反应化学方程式 问题问题 3 在放电过程中外电路通过在放电过程中外电路通过 2mol 电子时 理论上消耗硫酸的物质的量是多少 电子时 理论上消耗硫酸的物质的量是多少 问题问题 4 铅蓄电池放电时 当外电路通过 铅蓄电池放电时 当外电路通过 2mol 电子时 两极质量变化如何 电子时 两极质量变化如何 问题问题 5 蓄电池充电时 蓄电池正负极和直流电源的正负极接线柱如何连接 电极反应如何蓄电池充电时 蓄电池正负极和直流电源的正负极接线柱如何连接 电极反应如何 书写 书写 思考思考 可充电电池正负极的判断方法和电极反应的书写方法可充电电池正负极的判断方法和电极反应的书写方法 3 课题二 氢氧燃料电池课题二 氢氧燃料电池 问题问题 1 写出以写出以 KOH 溶液为电解质的氢氧燃料电池的两极电极反应式和电池总反应化学方溶液为电解质的氢氧燃料电池的两极电极反应式和电池总反应化学方 程式 并分析溶液酸碱性变化 程式 并分析溶液酸碱性变化 问题问题 2 写出以稀硫酸为电解质的氢氧燃料电池的两极电极反应式和电池总反应化学方程式 写出以稀硫酸为电解质的氢氧燃料电池的两极电极反应式和电池总反应化学方程式 并分析溶液酸碱性变化 并分析溶液酸碱性变化 问题问题 3 写出以氢氧化钠为电解质的甲烷燃料电池的正极电极反应式和电池总反应化学方程式写出以氢氧化钠为电解质的甲烷燃料电池的正极电极反应式和电池总反应化学方程式 思考思考 电解质对电极反应产生影响的原电池电极反应式如何书写 电解质对电极反应产生影响的原电池电极反应式如何书写 第第 4 章第章第 2 节节 化学电源化学电源 一 选择题一 选择题 1 下列有关电池的说法不正确的是 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 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 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 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 锌锰干电池中 锌电极是负极 2 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 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 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 氢氧燃料电池可将热能直接转变为 电能电能 4 C 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 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 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 3 利用生活中常见的材料可以制作出一些有实际应用价值的装置来 如废铝罐和碳棒 利用生活中常见的材料可以制作出一些有实际应用价值的装置来 如废铝罐和碳棒 食盐水等材料制作用于驱动玩具的电池 上述电池工作时 有关说法正确的是食盐水等材料制作用于驱动玩具的电池 上述电池工作时 有关说法正确的是 A 铝罐将逐渐被腐蚀 铝罐将逐渐被腐蚀 B 碳棒上发生的反应为 碳棒上发生的反应为 O2 4e 2O2 C 碳棒应与玩具电机的负极相连 碳棒应与玩具电机的负极相连 D 该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻 该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻 4 氢镍电池的总反应式是 氢镍电池的总反应式是 H2 2NiO OH 2Ni OH 2 根据此反应判断 下列 根据此反应判断 下列 叙述中不正确的是叙述中不正确的是 A 电池放电时 镍元素被氧化 电池放电时 镍元素被氧化 B 电池充电时 氢元素被还原 电池充电时 氢元素被还原 C 电池放电时 镍元素被还原 电池放电时 镍元素被还原 D 电池放电时 电池放电时 H2在负极放电在负极放电 5 微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源 这种电池中 微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源 这种电池中 的电解质是固体电解质的电解质是固体电解质 LiI 其中的导电离子是 其中的导电离子是 I 下列有关说法正确的是 下列有关说法正确的是 A 正极反应 正极反应 2Li 2e 2Li B 负极反应 负极反应 I2 2e 2I C 总反应是 总反应是 2Li I2 2LiI D 金属锂作正极 金属锂作正极 6 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 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 的氧化锆的氧化锆 ZrO2 晶体 在熔融状态下能传导晶体 在熔融状态下能传导 O2 下列对该燃料电池说法不正确的 下列对该燃料电池说法不正确的 是是 A 在熔融电解质中 在熔融电解质中 O2 移向正极 移向正极 B 电池的总反应是 电池的总反应是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O C 通入空气的一极是正极 电极反应为 通入空气的一极是正极 电极反应为 O2 4e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极 电极反应为 通入丁烷的一极是正极 电极反应为 C4H10 13O2 26e 4CO2 5H2O 7 阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池 其电池反应为 阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池 其电池反应为 2H2 O2 2H2O 电 电 解质溶液为解质溶液为 KOH 溶液 反应保持在较高温度 使水蒸发 则下列叙述中正确的是溶液 反应保持在较高温度 使水蒸发 则下列叙述中正确的是 A 此电池能发出蓝色火焰 此电池能发出蓝色火焰 B H2为正极 为正极 O2为负极为负极 C 工作时 电解质溶液的 工作时 电解质溶液的 pH 不断减小不断减小 D 电极反应为 负极 电极反应为 负极 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 正极 O2 2H2O 4e 4OH 8 目前人们正研究开发一种高能电池 目前人们正研究开发一种高能电池 钠硫电池 它以熔融的钠 硫为两极 以钠硫电池 它以熔融的钠 硫为两极 以 Na 导电 导电 Al2O3陶瓷作固体电解质 反应为陶瓷作固体电解质 反应为2Na x S Na2Sx 以下说法正确的是 以下说法正确的是 A 放电时 钠作正极 硫作负极 放电时 钠作正极 硫作负极 B 放电时 放电时 Na 向负极移动 向负极移动 C 充电时 钠极与外电源正极相连 硫极与外电源的负极相连 充电时 钠极与外电源正极相连 硫极与外电源的负极相连 D 放电时 负极发生的反应是 放电时 负极发生的反应是 2Na 2e 2Na 9 将两个铂电极插入 将两个铂电极插入 KOH 溶液中 向两极分别通入溶液中 向两极分别通入 CH4和和 O2 即可构成 即可构成 CH4燃料燃料 5 电池 已知通入电池 已知通入 CH4一极的电极反应式是 一极的电极反应式是 CH4 10OH CO 7H2O 8e 通入 通入 2 3 O2一极的电极反应式是 一极的电极反应式是 O2 2H2O 4e 4OH 下列有关叙述中 不正确的是 下列有关叙述中 不正确的是 A 通入 通入 CH4的电极为负极的电极为负极 B 正极发生氧化反应 正极发生氧化反应 C 溶液中的 溶液中的 OH 向负极移动 向负极移动 D 工作一段时间后应补充 工作一段时间后应补充 KOH 10 关于下图所示的原电池 下列说法正确的是 关于下图所示的原电池 下列说法正确的是 A 电子从锌电极通过电流计流向铜电极 电子从锌电极通过电流计流向铜电极 B 盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移 盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移 C 锌电极发生还原反应 铜电极发生氧化反应 锌电极发生还原反应 铜电极发生氧化反应 D 铜电极上发生的电极反应是 铜电极上发生的电极反应是 2H 2e H2 11 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 是是 A 电池的负极反应为 电池的负极反应为 Mg 2e Mg2 B 电池工作时 电池工作时 H 向负极移动 向负极移动 C 电池工作一段时间后 溶液的 电池工作一段时间后 溶液的 pH 增大增大 D 电池总反应式是 电池总反应式是 Mg H2O2 2H Mg2 2H2O 12 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为 Fe Ni2O3 3H2O Fe OH 2 2Ni OH 2 下列有关该电池的说法不正确的是 下列有关该电池的说法不正确的是 A 电池的电解液为碱性溶液 正极为电池的电解液为碱性溶液 正极为 Ni2O3 负极为 负极为 Fe B 电池放电时 负极反应为 电池放电时 负极反应为 Fe 2OH 2e Fe OH 2 C 电池充电过程中 阴极附近溶液的 电池充电过程中 阴极附近溶液的 pH 降低降低 D 电池充电时 阳极反应为电池充电时 阳极反应为 2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O 13 镁及其化合物一般无毒 镁及其化合物一般无毒 或低毒或低毒 无污染 且镁电池放电时电压高而平稳 越来 无污染 且镁电池放电时电压高而平稳 越来 越成为人们研制绿色电池的关注焦点 其中一种镁充电电池的反应 为 越成为人们研制绿色电池的关注焦点 其中一种镁充电电池的反应 为 MgxMo3S4 xMg Mo3S4 下列关于镁充电电池的说法错误的是 下列关于镁充电电池的说法错误的是 A 放电时 放电时 Mg2 向正极迁移 向正极迁移 B 放电时的正极反应为 放电时的正极反应为 Mo3S 2xe Mo3S42x 4 C 充电时 电池的负极接外电源的负极充电时 电池的负极接外电源的负极 D 放电时 负极反应为 放电时 负极反应为 Mg 2e Mg2 二 非选择题二 非选择题 14 氯铝电池是一种新型的燃料电池 电解质溶液是 氯铝电池是一种新型的燃料电池 电解质溶液是 KOH 溶液 试回答下列问题 溶液 试回答下列问题 1 通入氯气的电极是通入氯气的电极是 极极 填填 正正 或或 负负 电极反应式为 电极反应式为 2 加入铝的电极是加入铝的电极是 极极 填填 正正 或或 负负 电极反应式为 电极反应式为 6 3 电子从电子从 极流向极流向 极极 填填 Al 或或 Cl2 15 燃料电池是利用燃料 燃料电池是利用燃料 如如 CO H2 CH4等等 与氧气反应 将反应产生的化学能转变与氧气反应 将反应产生的化学能转变 为电能的装置 通常用氢氧化钾作为电解质溶液 完成下列关于甲烷为电能的装置 通常用氢氧化钾作为电解质溶液 完成下列关于甲烷 CH4 燃料电池的填空 燃料电池的填空 1 甲烷与氧气反应的化学方程式为 甲烷与氧气反应的化学方程式为 2 已知燃料电池的总反应式为已知燃料电池的总反应式为 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 电池中有一极 电池中有一极 的电极反应式为的电极反应式为 CH4 10OH 8e CO 7H2O 这个电极是燃料电池的 这个电极是燃料电池的 2 3 填填 正极正极 或或 负极负极 另一个电极上的电极反应式为 另一个电极上的电极反应式为 3 随着电池不断放电 电解质溶液的碱性随着电池不断放电 电解质溶液的碱性 填填 增大增大 减小减小 或或 不变不变 4 通常情况下 甲烷燃料电池的能量利用率通常情况下 甲烷燃料电池的能量利用率 填填 大于大于 小于小于 或或 等于等于 甲甲 烷燃烧的能量利用率 烷燃烧的能量利用率 16 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用 有一种银锌电 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用 有一种银锌电 池 其电极分别是池 其电极分别是 Ag2O 和和 Zn 电解质溶液为 电解质溶液为 KOH 溶液 电极溶液 电极 反应为 反应为 Zn 2OH 2e ZnO H2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 根据上述反应式 做下列题目 根据上述反应式 做下列题目 1 判断下列叙述中正确的是判断下列叙述中正确的是 A 在使用过程中 电解质 在使用过程中 电解质 KOH 被不断消耗被不断消耗 B 使用过程中 电子由 使用过程中 电子由 Ag2O 极经外电路流向极经外电路流向 Zn 极极 C Zn 是负极 是负极 Ag2O 是正极是正极 D Zn 电极发生还原反应 电极发生还原反应 Ag2O 电极发生氧电极发生氧 化反应化反应 2 写出电池的总反应式 写出电池的总反应式 3 使用时 负极区的使用时 负极区的 pH 填填 增大增大 减小减小 或或 不变不变 下同 下同 正极区的 正极区的 pH 电解质溶液的 电解质溶液的 pH 17 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 右图为电池 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 右图为电池 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 稳定 请回答 1 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 在导线中 在导线中 电子流动方向为电子流动方向为 用用 a b 表示表示 7 2 负极反应式为负极反应式为 3 电极表面镀铂粉的原因为电极表面镀铂粉的原因为 4 该电池工作时 该电池工作时 H2和和 O2连续由外部供给 电池可连续不断提供电能 因此 大量连续由外部供给 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 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 H2 2LiH LiH H2O LiOH H2 反应反应 中的还原剂是中的还原剂是 反应 反应 中的氧化剂是中的氧化剂是 已知已知 LiH 固体密度为固体密度为 0 82 g cm 3 用锂吸收 用锂吸收 224 L 标准状况标准状况 H2 生成的 生成的 LiH 体积体积 与被吸收的与被吸收的 H2体积比为体积比为 由由 生成的生成的 LiH 与与 H2O 作用 放出的作用 放出的 H2用作电池燃料 若能量转化率为用作电池燃料 若能量转化率为 80 则 则 导线中通过电子的物质的量为导线中通过电子的物质的量为 mol 18 肼 肼 N2H4 又称联氨 是一种可燃性液体 可用作火箭燃料 又称联氨 是一种可燃性液体 可用作火箭燃料 1 肼的结构式为 肼的结构式为 2 下图是一个电化学过程示意图 下图是一个电化学过程示意图 铂片上发生的电极反应是铂片上发生的电极反应是 假设使用肼假设使用肼 空气燃料电空气燃料电 池作为本过程中的电源 铜片的质量变化为池作为本过程中的电源 铜片的质量变化为 128 g 则肼 则肼 空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气 L 假设空气中氧气 假设空气中氧气 体积百分含量为体积百分含量为 20 3 肼 肼 空气燃料电池是一种碱性燃料电池 生成无污染的物质 电解质溶液是空气燃料电池是一种碱性燃料电池 生成无污染的物质 电解质溶液是 20 30 的的 KOH 溶液 肼溶液 肼 空气燃料电池放电时负极的电极反应是空气燃料电池放电时负极的电极反应是 8 第第 4 章第章第 2 节化学电源节化学电源 旧知回顾旧知回顾 电池反应 电池反应 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 正极正极 2H 2e H2 还原反应 还原反应 负极负极 Zn 2e Zn2 氧化反应 氧化反应 教材助读教材助读 二 化学电源二 化学电源 1 一次电池 可充电电池 燃料电池三类 一次电池 可充电电池 燃料电池三类 一次性电池只能放电不能充电 使用后即弃去 可能造成环境污染 一次性电池只能放电不能充电 使用后即弃去 可能造成环境污染 锂电池是一种比能量高 电压高 工作温度宽 可储存时间长的高能电池 锂电池是一种比能量高 电压高 工作温度宽 可储存时间长的高能电池 2 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 负极 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 电池反应化学方程式 电池反应化学方程式 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH 3 放电时是一个原电池 将化学能转化为电能 放电时是一个原电池 将化学能转化为电能 充电时是一个电解池 将电能 直流电 转化为化学能储存起来 充电时是一个电解池 将电能 直流电 转化为化学能储存起来 预习自测预习自测 1 A 2 C 3 1 负 负 2 减弱 减弱 3 电能转化为化学能 电能转化为化学能 4 Ni OH 2 OH e NiOOH H2O 5 负 负 课课 内内 探探 究究 案案 质疑探究质疑探究 课题一 铅蓄电池课题一 铅蓄电池 1 铅蓄电池负极材料是铅 正极材料是二氧化铅 电解质溶液是铅蓄电池负极材料是铅 正极材料是二氧化铅 电解质溶液是 30 H2SO4溶液 溶液 2 放电是原电池 放电是原电池 负极 负极 Pb SO42 2e PbSO4 正极 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 总反应总反应 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 3 消耗硫酸的物质的量是消耗硫酸的物质的量是 2mol 4 负极质量增加 负极质量增加 96g 正极质量增加 正极质量增加 64g 5 蓄电池充电时 蓄电池正极和直流电源的正极接线柱连接 蓄电池负极和直流电源的负蓄电池充电时 蓄电池正极和直流电源的正极接线柱连接 蓄电池负极和直流电源的负 极接线柱连接 充电是电解池 极接线柱连接 充电是电解池 阴极 阴极 PbSO4 2e Pb SO42 阳极 阳极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 总反应 总反应 2PbSO4 2H2O 通电 PbO2 Pb 2H2SO4 思考思考 负极负极正极正极 电极材料电极材料活泼的一极活泼的一极不活泼的一极不活泼的一极 电子流动方向电子流动方向流出的一极流出的一极流入的一极流入的一极 9 电流方向电流方向流入的一极流入的一极流出的一极流出的一极 离子移动方向离子移动方向 阴离子移向的一极阴离子移向的一极阳离子移向的一极阳离子移向的一极 发生的反应类型发生的反应类型 氧化反应的一极氧化反应的一极还原反应的一极还原反应的一极 反应现象反应现象 减轻的一极减轻的一极增重的一极增重的一极 课题二 氢氧燃料电池课题二 氢氧燃料电池 1 负极 负极 2H2 4OH 4e 4H2O