高中化学4.2化学电源知识导学素材新人教版选修4202006291134

第二节 化学电源案例探究 一次电池是不可重复利用的电池，如干电池、纽扣电池等；二次电池是可以重复利用的电池，如铅蓄电池、锂电池等。前者只能实现化学能向电能转化，而后者在化学能转化为电能之后，可以利用外接电源进行充电，使其“恢复”消耗的化学能而实现重复利用。例如电动自行车在行驶一段时间后必须进行“充电”。二次性电源的能量转化是“双向”的，而一次性电源只能把化学能转化为电能。 问题与讨论： 请你与同学们交流一下一次电池与二次电池的不同点是什么？燃烧电池与一般电池有哪些区别？自学导引1.碱性锌锰电池的负极是_，正极是_，电解质是_。其电极反应为：负极，_，正极，_，总反应为：_。碱性锌锰电池比_性能好，它的_和_均有提高，可适用于_和_，是民用电池的升级换代产品之一。答案:锌外壳（锌） 碳棒 KOH负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-总反应：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+Zn(OH)2普通锌锰电池 比能量 储存时间 大电池 连续放电2.铅蓄电池是常见的_，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有_，负极板上覆盖有_，电解质是_。放电时电极反应：负极：_正极：_放电时总反应式：_铅蓄电池充电时电极反应：阴极：_阳极：_充电时总反应式：_可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个可逆反应表示为：_铅蓄电池的优点是_、_、_、_，所以在生产、生活中得到广泛应用；缺点是_、_、_。答案:二次电池 PbO2 Pb H2SO4溶液负极：Pb(s)+ -2e-=PbSO4(s)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)总反应：PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)阴极：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+ (aq)阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+ (aq)总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)可逆式：2Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 比能量低 笨重 废弃电池污染环境3.氢氧燃料电池正极通入_，负极通入_。若电解质溶液为酸性介质，其电极反应为：负极，_，正极，_，总反应，_。若电解质溶液为碱性介质，电极反应为：负极，_，正极，_，总反应，_。答案:O2 H2 2H2-4e-=4H+ O2+4H+4e-=2H2O 2H2+O22H2O2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH- 2H2+O22H2O4.燃料电池能量转化率_，普通燃烧过程，有利于_；燃料电池还可组合成燃料电池发电站，并使人们誉为“_”发电站，它的优点主要表现在不仅有_，而且排放的废弃物也比普通火力发电站少得多，运行时_也低，因此此类电池具有广阔的发展前景。答案:超过80% 节约能源 “绿色” 巨大的经济优势 噪音5.（1）一次电池是据原电池原理设计出的电池，与其他能源相比，电池具有的优点是：_，_，_，_，_，_，_。（2）判断一种电池的优劣或是否适合某种需要，主要看_，或者_以及_。答案:（1）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及电池组 使用方便 易于维护 可在各种环境下工作（2）这种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少输出功率的大小 电池的储存时间的长短疑难剖析一、一次电池 一次电池是根据原电池原理设计出的化学电池。要能判断电极及电极反应。【例1】 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列说法错误的是（ ）A.电池工作时，锌失去电子B.电池负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2C.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：该电池中Zn为负极，失去电子；该反应中转移2e-，通过计算每转移0.2 mol电子，Zn反应6.5 g；电子由负极通过外导线流向正极，所以C错。答案：C友情提示: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。二、二次电池 二次电池是指充电电池。二次电池放电时是原电池反应，充电时是电解过程。【例2】 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：H2+NiO（OH）Ni（OH）2。根据此反应式判断，下列叙述正确的是（ ）A.电池放电时，电池负极周围溶液的OH-浓度不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2是负极解析：充电电池在放电时是一个电源（原电池），发生原电池反应，在这个反应方程式中从左到右是放电，根据发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极，所以D正确，B错误；而H2作为电池的负极发生的反应是：H2-2e-=2H+，溶液中应该是H+浓度增大，OH-浓度减小，所以A错误；充电反应是从右到左，所以H2被还原，C正确。答案：CD友情提示:原电池的主要考查形式是判断电极名称，书写电极反应式，进行简单的电子转移计算，还可与金属的腐蚀和防护以及相关的化学实验相结合成各种形式的电化学考查，本题主要是考查了电极的名称和电极反应。【例3】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚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：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4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：Pb-2e-+=PbSO4D.工作时电解质的密度减小解析：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+与溶液中的生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，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友情提示:硫酸溶液的密度与其物质的量浓度成正比，这是本题的隐含条件。三、燃料电池【例4】 燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（ ）A.负极反应式为：CH4+10OH-8e-=+7H2OB.正极反应式为：2O2+4H2O+8e-=8OH-C.随着不断放电，电解质溶液碱性不变D.甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大解析：A、B两项是正确的。综合A、B两项知C项不正确。根据能量转化的规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大得多，D项正确。答案：C友情提示: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。拓展迁移拓展点一：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、O2；原电池反应的离子方程式：CH4+2O2+2OH-=+3H2O负极：CH4+10OH-8e-=+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总体上，OH-浓度减小，溶液的pH减小。拓展点二：甲醇（CH3OH）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和O2，则发生了原电池反应，该原电池反应的离子方程式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2