化学电源(导学案)高品质版.doc

第四章第二节 化学电源【学习目标】1、认识日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。【学习重点】化学电源的结构及电极反应的书写。【学习难点】燃料电池电极反应的书写。 自 主 学 习一、化学电源（一）化学电源的分类1.一次电池：电池中发生 反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。2.二次电池：可多次 的电池。3.燃料电池：利用 和 间的氧化还原反应将 能转化为 能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因 。 4.判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池 或 以及电池的可存储时间的长短。二、一次电池（一）锌锰电池分为酸性和碱性两种1.普通锌锰电池：酸性电解质为 负极：材料 ，反应式： 正极：材料 ，反应式：22 e-2MnO22NH3Mn2O3H2O总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl 2+2NH32. 碱性锌锰电池：负极：材料 ，反应式： 正极：材料 ，反应式：2MnO2+2e-+2H2O =2MnOOH+2OH-总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2（二）银锌电池负极：材料 ，反应式： 。正极：材料 ，反应式： 。总反应化学反应方程式：Zn +AgO2 +H2O= Zn(OH)2+2Ag三、二次电池（一）铅蓄电池最常见的二次电池总反应化学反应方程式：放电时：负极：材料 ，反应式： 。正极：材料 ，反应式： 。充电时：阳极(氧化反应)：材料 ，反应式： 阴极(还原反应)：材料 ，反应式： （二）目前已经开发的新型二次电池有 四、燃料电池（一）氢氧燃料电池总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是： 1. 使用中性作电解质负极反应式： ；正极反应式： 。2使用酸性电解质负极反应式： ；正极反应式： 。3使用碱性电解质负极反应式： ；正极反应式： 。小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择 性的电解质。燃料电池与前几种电池的比较的优势：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。如氢燃料电池的产物对环境是友好的。五、书写电极反应式注意点：1、普通原电池找出氧化反应和还原反应的物质和电子得失的数目，确定正负极反应的物质；根据反应物和产物的结构，考虑反应环境（离子共存）写出正负极反应式。正负极反应式遵守得失电子相等的原则。总反应的离子方程式是正、负两个极电极反应之和，若能写出某一极反应或已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。检查：质量守恒和电荷守恒。注意：判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极先写正极：正极一般是O2得电子发生还原反应。看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中不能出现的H+，酸性介质中不能出现的OH-。得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。检查：质量守恒和电荷守恒。合作探究1、用镁片和铝片为电极，分别以稀H2SO4和NaOH溶液为电解质溶液，构成有盐桥的原电池，请画出装置图，并写出正、负极反应式。2、甲烷燃料电池是一种新型高效的电池，它采用铂为电极材料，两极上分别通入CH4和O2进行反应，KOH溶液作为电解质。你认为选择KOH溶液作为电解质的原因是什么？请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。原因： 。负极反应式： ；正极反应式： ；总反应离子反应方程式： ； 总反应化学反应方程式： 。3、甲醇燃料电池（DMFC）可用于生命探测仪，该燃料电池以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，电解质可以是质子交换膜（可传导氢离子），甲醇和氧气分别在多孔金属电极上发生反应，从而将化学能直接转化为电能，如图所示，（1）请写出正、负极反应式。负极反应式： ；正极反应式： ；（2）如果电解质换成NaOH溶液，请写出请写出正、负极反应式。负极反应式： ；正极反应式： ；4、肼（N2H4）一空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，其电解质是20%-30%的KOH溶液，产物是N2和H2O，请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。负极反应式： ；正极反应式： ； 总反应化学反应方程式： 。巩固练习1.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,其首要原因是( )A.利用电池外壳的金属材料 B.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品C.回收其中石墨电极 D.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染2. 在蓄电池放电时,溶液的pH将( )A.不变 B.升高 C.降低 D.无法确定3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是( )A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极C.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应4.(双选) 燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极： O22H2O4e4OH；Y极：2H24OH-4e4H2O下列判断正确的是 （ ）AX是正极 B负极材料是氢气C电解液可能是硫酸 DY极发生氧化反应，故是负极5.市场出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等它在使用之前需用塑料袋与空气隔绝使用时开启塑料袋的小气孔，轻轻揉搓就会放出热量来当使用完后还会发现有铁锈生成，依上述现象完成下列问题：（1）“热敷袋”放出热量时铁发生了 反应（填“氧化”或“还原”）。（2）炭粉的主要作用是： ；加入氯化钠的作用： 。（3）试用有关电极反应和化学方程式来表示上述变化过程：负极反应式： ；正极反应式： 。化学方程式： 。导学案答案自主学习一（一）1.不可逆氧化还原 2.重复放电充电 3.燃料；氧化剂；化学；电；还原剂与氧化剂不是全部贮存在电池内，而是在工作不断从外界输入，同时把电极反应产物排除电池，能量转换率达到80%以上 4、单位质量、单位体积输出的能量；输出功率二（一）1.NH4Cl，负极：Zn，Zn-2e=Zn2+；正极：石墨2.负极：Zn，Zn+OH-2e=Zn(OH)2；正极：MnO2（二）负极：Zn，Zn-2e+2OH = Zn(OH)2；正极：Ag2O+H2O+2e = 2Ag+2OH三（一）Pb，Pb-2e-+SO42- = PbSO4；PbO2,PbO2+2e+4H+SO42 = PbSO4+2H2O。PbO2, PbSO4-2e-+2H2O = PbO2+ 4H+SO42-； Pb，PbSO4；+2e- = Pb+SO42- 。 镉镍电池、镍氢电池、锌银电池、锂电子电池、聚合物锂离子蓄电池四（一）Pt 。 1、负极：2H2-4e = 4H+ ；正极：O2+4e+2H2O = 4OH2、负极：2H2-4e = 4H+ ；正极：O2+4e-+4H+ = 2H2O3、负极：2H2-4e +4OH= 4H2O ；正极：O2+4e+2H2O = 4OH；酸性或碱性合作探究1、 负极：Mg-2e=Mg2+ 负极： 2Al6e+8OH = 2AlO2+4H20正极：2H+2e=H2 正极： 6H20 + 6e = 3H2+6OH2、甲烷燃烧生成CO2，KOH溶液可以吸收生成的CO2，否者电池有可能会爆炸； CH4-8e +10 OH = CO32-+7H2O ；2O2+8e+4H2O = 8OH ；CH4+2O2+2OH = CO32- + 3H20；CH4+ 2O2+ 2KOH = K2CO3+ 3H203、(1) 酸性条件 正极：3O2 + 12e + 12H+ 6H2O 负极：2CH4O - 12e + 2H2O 12H+ + 2CO2(2) 2CH3OH- 12e+ 16OH 2CO32 + 12H2O；3O2+12e+6H2O = 12OH。4、N2H4+ 4OH-4e- = 4H2O+ N2；O2+ 2H2O+ 4e = 4OH-； N2H4+ O2 = N2+ 2H2O，巩固练习：1-4：D、B、B、AD 5.(1) 氧化；(2)与铁、氯化钠溶液构成原电池，碳作电池的正极，从而加速铁的氧化；氯化钠溶于水形成电解质溶液；(3) 2Fe-4e-2Fe2+；O2+2H2O+4e-4OH-2Fe+O2+2H2O2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3，2Fe（OH）3Fe2O3nH2O+（3-n）H2O提高训练6.有关下图装置中的叙述正确的是（ ）ANaOH溶液的碱性逐渐减弱B这是一个原电池装置，利用该装置可长时间的观察到 Fe(OH)2 沉淀的颜色CPt为正极，其电极反应为：O22H2O 4e4OHDFe为负极，其电极反应为：Fe3e3OHFe(OH)37.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是()A.铝罐将逐渐被腐蚀B.石墨颗粒和炭棒上发生的反应为:O2+4e-2O2-C.炭棒应与玩具电机的负极相连D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻8.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气（2NaCl+2H2O 2NaOH +H2+Cl2），已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极Pb-2e-+SO42-PbSO4；正极PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O今若制得Cl2 0.050摩，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（）A.0.025 mol B.0.050 mol C.0.10 mol D.0.20 mol9. 甲醇燃料电池工作原理如图，下列说法不正确的是（）A盐桥中的K+向负极移动B负极电极反应方程式为：CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2OC每消耗1mol甲醇，需消耗33.6L标况下的氧气D正极烧杯中溶液pH增大10.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池， 负极反应式：2CO+2CO32-4e- = 4CO2，正极反应式：_ _ ， 电池总反应式：_ 。11.ZnMnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2、NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是 ，负极反应式是 。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是 。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的 (填代号)。a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3H2O提高训练6-9：C、A、C、A10. O2+2CO2+4e-=2CO32； 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O11. (1)Zn，Zn2eZn2+（2）锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b对爸爸的印象，从记事的时候，就有了，他留给我的印象就是沉默少言的，但是脸上却始终有微笑，不管家里遇到了什么样的困难，只要有爸爸在，一切都能够雨过天晴的，小时候，家里很穷，可是作为孩子的我们（我和哥哥），却很幸福。爸爸从来不会因为缺钱，而让我们感觉得些许的拮据和紧张，哪怕的低三下气的问人借钱，爸爸都会按时给我们交了学费，从来都不会给我们兄妹俩拖欠学费。爸爸闲下来的时候，就会给我和哥哥讲他们生活的那个年代，很苦很累，还经历过自然灾害，穷的时候，连饭都吃不饱。在我的印象里，最深的一件事情就是过年的时候，不管这一年钱赚的多还是少，爸爸总会让妈妈带着我和哥哥去买新衣服，当然了，妈妈也必须买新的，唯有爸爸，他是家里面唯一一个可以穿旧衣服过新年的人，这就是我关于爸爸的儿时的印象，他爱家人，从来不肯委屈自己的妻子和孩子。成长岁月里的爸爸在我们渐渐成长的的岁月里，作为孩子，我们都有了自己的认知和想法，青春期的叛逆，我们也给爸爸惹了不少祸，但是，不管我们闯的祸有多大，最后都是爸爸出面，来摆平解决一切。在这个渐渐懂事的过程中，爸爸扮演着一位良师的角色，事情过后，爸爸也会趁机好好的教育我们，让我们懂得，我们做的是对的，值得鼓励的，还是不对的，今后需要去改正的。爸爸在社会上经历的多了，懂得的道理也比我们多很多。我们是在跌跌撞撞的认知中去探索这个社会，而爸爸就是这条探索道路的指明灯！在我们长大的青春光阴里，我们在爸爸身上看到了责任、懂得了承担的重要性！爸爸，在我们的生活中，必不可少，他让我们（大哥和我）拥有了正确的人生观和价值观，他教会了我们如何看待这个世界，如何去更好的创造自己想要的生活！渐渐上了年纪的爸爸：我只想用“渐渐上了年纪”来形容现在的爸爸，不想要用已经“老去”来形容爸爸。没错，岁月是真的很无情的，不知不觉间，爸爸的眼角多了些许的皱纹，额头的皱纹也不自觉的来向他报到了，爸爸再伟大，也终究抵不过岁月的蹉跎。两角鬓白的爸爸，让我们看着多了很多的心疼，一向雷厉风行、无所不能的爸爸，渐渐地，变得老了，特别是当我们都成家以后，爸爸也算是把他一生最重要的任务也都完成了，上了年纪的爸爸，更多的心思，留在了妈妈的身上，一路走来，是妈妈的陪伴和默默的奉献，才让爸爸能够在外工作的时候，毫无杂念！妈妈，就是爸爸最为坚强的后盾，而我们，是爸爸努力奋斗的最大动力，如今，爸爸渐渐地老了，作为儿女，我们无法让时光倒流，能做的就是多陪伴他们，让他们的晚年生活能够幸福！爸爸的一生，都在付出，为了家和家人而付出，如今的我们，都已经成家，更加体会到了为人父母的心酸苦楚，我们能做的就是常回家看看！让父母不感到孤独！我们都是母亲身上掉下来的一块肉，我们跟母亲之间的关系，血浓于水，彼此间的那种爱，是神圣而又不可侵犯的，是妈妈给了我们生命，也是妈妈无怨无悔的把我们抚养成人，在我们成长的过程中，不管是好还是不好，妈妈都一味的去包容，去引领着我们我和妈妈的温情小生活，母爱，总是那么的伟大！都说慈母多败儿，其实啊，母亲在我们的生活着，扮演着不可或缺的角色，没有母亲的无私奉献，又怎会有我们的今天呢？更多的时候，是我们忽略了母亲的重要性，甚至是把母亲对我们的关心和爱护变成了理所当然！其实啊，也是因为我们从出生的时候，就拥有了母亲的爱，也就变得不那么的珍惜了！我觉得，我们生活在这个世上，更要好好地对待我们的母亲，在我的记忆深处，母亲总是很慈祥的，她也有属于她自己的小忧愁，但是，却从来都不会让我们知道，不管生活中，遇到了什么困难或者坎坷，她总是自己一个人想办法面对和解决！以至于曾经的我一直觉得母亲是万能的，没有什么困难事情是母亲不能解决的！儿时记忆中，最深刻的一件事情就是那年的的大冬天，下了很厚很厚的雪，我跟哥哥上学的地方是需要骑着自行车去的，妈妈早早的叫醒了我和哥哥，并且告诉我们下大雪了，路上滑，要早点出发，路上慢一点走，当我们吃了早饭准备出发的时候，妈妈也跟着一起出发了。大冬天的，天黑黑的，母亲拿着手电筒，给我和哥哥照明，因为下了雪，有的路段不好走，我们就推着自行车，一路上有说有笑的，时不时的哥哥还会调皮一下，就这样，母亲拿着照明灯，一路护送我和哥哥到了学校，现在回想起来曾经的岁月，满满的回忆，满满的温暖！不知不觉间，我们就都长大了，哥哥也成家了，有自己的孩子，妈妈看着我们生活幸福，她也就是开心满足了，可是，岁月却是那么的无情，不知不觉间，妈妈的眼角就多了些许的皱纹，她在岁月的淘洗中，渐渐地老去了！她没有多么伟大的理想，唯一的希望，就是我们都能够生活的健康，平安，快乐，幸福！母亲，从来都不曾奢望我们能够有多么大的丰功伟绩，最大的心愿就是我们平安快乐，她的一生心血，都在我们这些孩子身上，而对于她自己，似乎总是少了很多的关心，作为儿女，长大后的忙碌，确实忽略了对母亲的爱，当我们真正的意识到母亲老去的时候，岁月一晃已经过去了几十年！母爱，虽然平凡，但是却很伟大，我跟妈妈的温情小生活，那些记忆中的点滴，一直萦绕在脑海中，让我感受到幸福，感受到温暖！爱你，亲爱的妈妈，愿你生活幸福，健康平安！其实也就是平凡的一年，和往常相比较，也没有太多的区别，唯一的不同就是自己就业了，不再是学生了，也不再是那个向父母伸手就要钱的小姑娘了！步入社会的自己，很开心，同时也很紧张，毕竟社会才是一个真正的大染缸，才能让一个人真正的成长和坚强！父母的爱，平凡中渗透着伟大，这一年，感恩父母！在初入社会的这一年里，是要感恩很多的朋友同事领导，但是，我最想要感恩的两个人，其实就是我的爸爸妈妈！也许，你会觉得很奇怪，步入社会，经历的很多人或事，不应该都是单位或者工作吗？怎么会是要感恩父母呢？没错，我最最想要感恩的就是我们爸爸和妈妈！为什么呢？且听我慢慢道来！每一年的母亲节和父亲节，都