高二化学化学电源2

第二节化学电源,2009年3月，美国麻省理工学院科学家塞达尔及其同事研制出一种革命性的手机电池，与充电时间需要几个小时的普通电池相比，这种电池只需10秒钟便可完成充电过程，新电池的充电速度是传统电池的100倍，23年内便可用在手机、笔记本电脑、数码摄像机和照相机上。此外，同样的技术也可大大缩短电动汽车的充电时间，能够与传统汽车的加油时间不相上下，进而扫除绿色环保汽车面临的最大障碍之一。这项技术也可用于研制新一代体积更小、重量更轻的电池，让手机和笔记本电池的个头只有一张信用卡大小。那么，你还知道哪些化学电源呢？它们的工作原理是什么呢？,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的构造及工作原理。3.了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。,1定义将化学能变成电能的装置。,3优点(1)化学电池的较高，供能稳定可靠。(2)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。(3)使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。,能量转换效率,4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，单位是(Wh)/kg或(Wh)/L。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能 的大小，单位是W/kg或W/L。(3)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。,输出电能,输出功率,可储存时间,重金属,酸碱,1下列有关化学电池的说法中正确的是()A化学电池只能将化学能转化为电能B燃料电池能将全部化学能转化为电能C二次电池又叫蓄电池，它放电后可再充电使活性物获得再生D一次电池包括干电池和蓄电池,解析：化学电池工作时也有少量热量产生，故化学能也部分转化为热能，A错误；任何电池的效率不能达到100%，燃料电池的能量转化率为80%左右，B错误；蓄电池并不是一次电池，故D错误。答案：C,1一次电池(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池的构造,工作原理负极：正极： 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。,Zn2OH2e=Zn(OH)2,2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH,Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2,(2)银锌电池纽扣式银锌电池的构造,工作原理负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2。正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH。总反应：。特点此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适应小电流连续放电。,ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag,2二次电池(1)铅蓄电池的构造,(2)铅蓄电池的工作原理放电时负极： ；正极：PbO2(s)4H(aq)SO42(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。,Pb(s)SO42(aq)2e=PbSO4(s),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：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO42(aq)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。,PbSO4(s)2e=Pb(s)SO42(aq),化学电源电极反应式的书写(1)根据装置书写电极反应式先分析题目给定的图示装置，确定原电池的正负极上的反应物质。电极反应式的书写a负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：PbSO422e=PbSO4。,b正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH电解质是酸性：O24H4e=2H2O正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。,(2)给出总反应式，写电极反应式如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。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。,根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应为：2H24e=4H。根据电解质溶液为碱性，与H不能共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式为：2H24OH4e=4H2O。用总反应式2H2O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式为：2H2OO24e=4OH。,(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，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均发生氧化反应，对应元素化合价升高。原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。,2判断下列有关电池的说法是否正确，正确的在括号内打“”，错误的打“”。(1)二次电池的性能一定比一次电池优良。()(2)二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此废弃的二次电池对环境不会造成污染。()(3)手机上使用的电池应该是二次电池，而录音机上只能用一次电池。(),(4)普通锌锰电池以及蓄电池都是一次电池。()(5)锌锰电池的正极是锌。()(6)燃料电池发电站能量转换率高且废弃物少，噪音小，又被称为“绿色”发电厂。()(7)废电池已经没有利用价值，应该立即将其丢弃。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),1燃料电池的工作原理(1)连续地将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。,燃料,氧化剂,不发生,2氢氧燃料电池(1)构造：如下图所示以H2为燃料，O2为氧化剂，铂作电极，使用酸性电解质。在负极室通入 ，在正极室通入。,氢气,氧气,(2)工作原理负极： ；正极： ；总反应：。,H22e=2H,H2O2=H2O,3燃料电池的优点(1)能量转化率高燃料电池的能量转化率超过，远高于普通燃烧过程(能量转换率仅多)。(2)污染小如氢氧燃料电池产物为水，不污染环境。燃料电池发电站排放废弃物 ，运行时噪音，称为“ ”发电站。,80%,30%,少,低,绿色,常见的燃料电池(1)氢氧燃料电池,(2)烃类燃料电池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：CH410OH8e=CO327H2O正极：2O24H2O8e=8OH总反应式：CH42O22OH=CO323H2O,(3)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：负极：2CH3OH12e16OH=2CO3212H2O正极：3O26H2O12e=12OH总反应式：2CH3OH3O24OH=2CO326H2O,(4)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：2CO2CO324e=4CO2正极：O22CO24e=2CO32总反应式：2COO2=2CO2,3用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列说法错误的是()A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高C放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D通甲烷极的电极反应式是：CH410OH8e=CO327H2O,解析：原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO327H2O由此可见A、B、D正确，C错误。答案：C,(2011广州高二质检)日常所用干电池其电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应可简化为Zn2e=Zn2，2NH42e=2NH3H2(NH3与Zn2络合)。根据以上叙述判断下列结论正确的是(双选)(),AZn为正极，碳为负极BZn为负极，碳为正极C工作时电子由碳极，经外电路流向Zn极D长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀用电器 思路指引：根据原电池原理结合氧化还原反应的有关常识可判断出原电池的电极及其反应式、电子得失情况及流向。,根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极，故B项正确；在外电路，电子从负极流向正极，故A、C两项不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2生成H2O，糊状物越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，D项正确。答案：BD,常用的一次电池,1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，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电池正极的电极反应式为2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(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：答案：C,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Pb2eSO42=PbSO4D工作时电解质的密度减小,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SO42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干燥后再安装，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,铅蓄电池工作原理铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用橡胶或透明塑料制成长方形外壳，正极板上有一层棕褐色PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.25 gcm31.28 gcm3的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。,1铅蓄电池放电时电极反应负极：PbSO422e=PbSO4正极：PbO24HSO422e=PbSO42H2O总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O当放电进行到硫酸溶液密度达1.18 gcm3时即停止放电，需将蓄电池进行充电。,2锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为：负极反应：C6Lixe=C6Li1xxLi(C6Li表示锂原子嵌入石墨中形成复合材料)正极反应：Li1xMO2xLixe=LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物),下列有关说法正确的是(双选)()A锂离子电池充电时电池反应为：C6LiLi1xMO2=LiMO2C6Li1xB电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1 mol电子，金属锂所消耗的质量最小C锂离子电池放电时电池内部Li向负极移动D锂离子电池充电时阴极反应为：C6Li1xxLixe=C6Li,答案：BD,(2009天津高考)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)氢氧燃料电池的能量转化主要形式为_，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为_ _。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可持续不断提供电能。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：,本题考查电化学知识。(1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2O2=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H22e2OH=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。,答案：(1)化学能转化成电能a流向b(2)H22e2OH=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快反应速率(4)LiH2O8.7110432,燃料电池电极方程式的书写一般书写电极方程式应注意以下几点：(1)电池的负极一定是可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体，得电子，发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。(3)电极反应式作为一种特殊的反应方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。,(4)写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式中不能出现H，酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH。总体来说，正负极的电极反应式在得失电子守恒的前提条件下，相加后的反应式必是燃料燃烧反应的反应式和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。,3固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。,下列判断正确的是()A有O2参加反应的a极为电池的负极B有H2参加反应的b极为电池的正极Ca极对应的电极反应式为：O22H2O4e=4OHD该电池的总反应方程式为：2H2O2=2H2O,解析：由图知，H2失去电子发生氧化反应，b极是负极，O2得到电子发生还原反应，a极是正极；由于该电池的电解质是固体电解质，O2得电子生成O2，a极的电极反应为：O24e=2O2。答案：D,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防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极,解析：随着生产的发展和人们生活水平的提高，环境污染和环境问题已越来越受到人们重视，废电池中含有汞等多种重金属离子，极易对环境造成破坏。答案：B,2(2009广东理基)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，锌电极是负极答案：B,3如图所示，锌锰干电池在放电时总反