高中化学选修4原电池与电解池讲义及习题

个性化讲义讲座编号学员编号：年级：高达2个学期：学员名称：指导科目：化学学科教师：课题电化学基础-一次电池、电池上课时间和时间段岁月星期天的时间段：教育目标1 .了解一次电池的工作原理，了解构成一次电池的条件2 .掌握电极反应和一次电池总反应方程的标记3 .认识化学能和电能的相互转换教育内容和过程1 .一次电池与电池的比较：装置一次电池电解池实例原理使氧化还原反应中的电子取向移动而形成电流。 把这种化学能转化为电能的装置称为一次电池。在电解质溶液中通过电流在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程叫做电解。 把这种电能转换成化学能的装置叫做电解池。创造条件电极：连接了2种不同的导体电解质溶液：可与电极反应。自发发生氧化还原反应形成闭合回路电源电极(惰性或惰性)电解质(水溶液或溶解状态)。反应型自发氧化还原反应非自发氧化还原反应电极名称由电极自身性质决定正极：材料性质惰性的电极负极：材料性质活跃的电极。外部电源决定：阳极：连接电源正极阴极：连接电源的负极电极反应负极： Zn-2e-=Zn2(氧化反应)正极： 2H 2e-=H2(还原反应)阴极： Cu2 2e-=Cu (还原反应)阳极： 2Cl-2e-=Cl2(氧化反应)电子流动负极正极电源负-阴极；阳极-电源正极电流方向正极负极电源正极阳极；阴极-电源负能量转换化学能电能电能化学能应用耐金属电化腐蚀实用电池。电解盐水(氯碱工业)电镀(镀铜)电冶(冶炼Na、Mg、Al) 精炼(铜精加工)。2 .一次电池正负极的判断：电极材料显示，活性强的金属为负极，活性弱的金属或非金属为正极。电子或电流的流动方向：电子的流动方向：负极正极。 电流方向：正极负极。根据电极变化的判断：氧化反应负极； 还原反应正极。由现象判断：电极溶解负极； 电极重量增加或产生气泡正极。从电解液内离子移动的方向判断：阴离子负极移动； 阳离子向正极移动。3 .电极反应式标记：负极：负极材料本身被氧化；如果负极金属生成的阳离子不与电解液成分反应，则最简单： m-ne-=mn:zn-2e-=zn2阳离子与电解液成分反应时，参与反应的部分写入电极反应式铅蓄电池，Pb SO42-2e-=PbSO4负极材料本身没有反应：要将电子消失的部分和电解液写入电极反应式燃料电池CH4-O2(C(以c为电极)电解液为KOH :负极： CH4 10OH-8 e-=C032- 7H2O正极：负极材料能够自发地与电解液反应时，正极是电解质溶液中微粒的反应H2SO4电解质，例如2H 2e-=H2 CuSO4电解质： Cu2 2e-=Cu负极材料与电解质溶液没有自发反应时，正极电解质中的O2发生还原反应电解液为中性或碱性时，H2O参与反应，生成物必须为OH-例如氢氧化燃料电池(KOH电解质) O2 2H2O 4e-=4OH-电解液为酸性时，h参与反应，产物为H2O O2 4H 4e-=2H2O4 .化学电源新型电池一、一次电池1、定义：一次电池的活性物质(引起氧化还原反应的物质)消耗一定程度后就不能使用了。 在一次电池中，电解质溶液呈胶状，不流动，也称为干电池。 常用的有锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。2 .常见的一次电池：(1)普通锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源，可分为酸碱两种。 干电池的外包装(锌)是负极，中间的碳棒是正极，碳棒的周围是致密的石墨和去极化剂MnO2的混合物，在混合物的周围用NH4Cl溶液加入ZnCl2、NH4Cl和淀粉或其他填充物(制成糊)。 为了避免水蒸发，干电池用蜡封住了。 使用干电池时电极反应如下负极： Zn、2e=Zn2正极： nh42e-2cmno2=nh3mn2o3h2o总反应： zn2mgno2nhh4=mn2o3nhh3zn2h2o(2)碱性锌锰干电池负极： zn2oh-2e-=zn(oh)2正极： sno2h2o2e-=2mnooh2oh .总反应： Zn 2MnO2 2H2O=2MnOOH Zn(OH)2(3)锌银电池电子手表、液晶显示器的计算器和小型助听器等所需要的电流为微安培和毫安培级，使用的电池为小型，被称为“按钮”电池。 电极材料为Ag2O和Zn，称为锌银电池。 电极反应和电池反应如下负极： zn2oh-2e-=zn(oh)2正极： Ag2O H2O 2e=2Ag 2OH .总反应： Zn Ag2O H2O=Zn(OH)2 2Ag利用上述化学反应也能制造出大电流的电池，具有轻量、小型等优点。 这种电池用于太空飞行、火箭、潜艇等(4)锂-二氧化锰非水电解质电池以锂为负极的非水电解质电池有数十种，其中性能最好，有希望的是锂一氧化锰非水电解质电池，锂二氧化锰电池的负极是金属锂，正极活性物质是二氧化锰。 电解质是无机盐高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸亚丙酯(PC )和1，2 -二甲氧基乙烷(DME )的混合有机溶剂中电极反应负极反应： Li、e=Li正极反应： MnO2 Li e=LiMnO2总反应： Li MnO2=LiMnO2这种电池的电动势为2.69V，重量轻，小型，电压高，能量大，充电1000次也能维持其能力的90%，储能性能好，已广泛应用于电子计算机、手机、无线设备等。(5)铝、空气、海水电池1991年，中国首次使用以铝-空气-海水为材料的新型电池作为航海标志灯。 这个电池以取不完的海水为电解质，用空气中的氧气氧化铝产生电流。工作原理：负极： 4al、12e=4a L3正极：3O2 6H2O 12 e=12OH总反应： 4Al 3O2 6H2O=4Al(OH)3特征：这个海水电池的能量比“干电池”高2050倍(6)高能电池-锂电池这个电池是1970年代开发的高能电池。 由于锂的相对原子质量小，容量(单位质量的电极材料能够转换的电量)特别大，寿命长，适合动物体内(起搏器等)。 由于锂的化学性质活跃，其电解质溶液必须是非水溶剂。 作为起搏器锂-碘电池的电极反应式为负极：2Li、2 e=2Li正极：2e-2i-总反应式为2Li I2=2LiI练习： (9分钟)锂锰电池体积小，性能优良，是一种常用的一次电池。 该电池的反应原理如图所示，其中有电解质LiCIO4。 溶解于混合有机溶剂中，Li通过电解质移动到MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答以下问题(1)外部电路的电流方向从_极流向_极。 (填写字母表)(2)电池的正极反应式为。(3)能用水代替电池中的混合有机溶剂吗？ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(4)MnO2与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。 K2MnO4在酸性溶液中发生歧化，生成KMnO4和MnO2物质的量之比为_。二、二次电池1、定义：二次电池也称为充电电池或二次电池，可以在放电后再充电而再生活性物质.2 .常见二次电池：(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，两组栅极交替排列，在正极板上复盖PbO2，在负极板上复盖Pb，在电解质上复盖H2SO4铅蓄电池放电的电极反应如下负极： pbso42-2e-=pbso4(氧化反应)正极： pbo2so42-14h2e-=pbso42h2o (还原反应)总反应： pbpbo2h2so4=2pbso412h2o铅蓄电池充电的反应是上述反应的反过程阴极： PbSO4 2e=Pb SO42 (还原反应)阳极： pbso42h2o-2e-=pbo2so42-104h (氧化反应)总反应：2pbso412h2o=pbpbo2h2so4上述反应可以是可逆的反应方程pbpbo2h2so42pbso412h2o练习：已知铅蓄电池的工作原理为Pb PBO 2、2 h2so 42、pbso 4、2 h2o，现象装置一样进行电解(电解液的量)，测定铅蓄电池移动0.4 mol电子时铁电极的质量减少了11.2 g。 请回答下面的问题。(1)A是铅蓄电池的极，铅蓄电池的正极反应式是放电中的电解液的密度(填充“减少”、“增大”或“不变”)。(2)Ag电极的电极反应式中，该电极的电极生成物为g。(3)Cu电极的电极反应式为CuSO4溶液的浓度(减少、增大或不变)(4)电解进行中的某个量(纵轴x )的时间变化曲线如图所示，用x表示。a .各u形管产生的气体体积b .各u形管中阳极质量的减少量c .各u形管中阴极质量的增加量(2)碱性镍镉电池：以Cd和NiO(OH ) (氢氧化镍酰基)为电极材料、以NaOH为电解质溶液电池.负极： cd2oh-2e-=cd(oh)2正极：2nio(oh)2h2o2e-=2ni(oh)2oh总反应式为Cd 2NiO(OH) 2H2O=Cd(OH)2 2Ni(OH)2充电时：阳极发生如下反应Ni(OH)2 -e- OH-=NiO(OH) H2O阴极反应：Cd(OH)2 2e-=Cd 2OH-所述总反应是2Ni(OH)2 Cd(OH)2=2NiO(OH) Cd 2 H2O根据上述两种蓄电池的总反应式，铅蓄电池在放电时消耗电极材料，同时消耗电解质硫酸，减少溶液中的自由迁移离子浓度，增大内阻，降低导电能力，但镍镉电池只在放电时消耗水，电解质溶液中的自由迁移离子浓度不明显变化，内阻几乎不变化练习：镍-镉二次电池广泛应用于现代生活，其充放电反应按下式进行由于Cd 2NiOOH 2H2O Cd(OH)2 2Ni(OH)2，因此判断为错误的是()a .放电时，Cd为负值b .放电时NiO(OH )成为负极c .电解质溶液为碱性溶液d .放电时，负极反应为Cd 2OH-2e-=Cd(OH)2(3)氢镍二次电池：该电池是近年开发的新型二次电池，能够连续充放电500次，能够替代产生镉污染的镍-镉电池负极： h22oh-2e-=2h2o正极：2nio(oh)2h2o2e-=2ni(oh)2oh总反应式为H2 2NiO(OH)=2Ni(OH)2练习：氢镍电池是近年开发的二次电池，可以取代造成隔膜污染的镍镉电池。 氢镍电池总反应式H2 NiO(OH)Ni(OH)2根据该反应式判断，在以下记述中是正确的()a .电池放电时，电池负极周围溶液的pH上升，b .电池放电时，镍元素被氧化c .电池充电时，氢氧化，d .电池放电时，H2为负极三、燃料电池也称为连续电池：一般将天然燃料或其他可燃物质例如H2、CH4等作为负极反应物质，将O2作为正极反应物质.(1)氢氧化燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般以金属铂(惰性电极，具有催化活性)或活性炭为电极，40%KOH溶液为电解质溶液负极：2h24oh-4e-=4h2o正极： o2h2o4e-=4oh .总反应式为2H2 O2=2H2O(2)甲烷燃料电池以金属铂为电极，以KOH溶液为电解质溶液.负极： ch410oh-8e-=co3-7h2o正极：2O2 4H2O 8e=8OH总反应式为ch4o2knoh=k2co3h2o(3)甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的以甲醇、氧和强碱为电解质溶液的新型手机电池，电量是以往镍氢电池和锂电池的10倍负极：2ch4o16oh-12e-=2ch3o2-12h2o正极：3O2 6H2O 12e=12OH总反应式为2ch4o3o24oh-=2ch3o2-6h2o(4)固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司开发，以固体氧化锆-氧化钇为电解质，该固体电解质能够在高温下通过o2- .负极：2h2o2-4e-=2h2o正极： o24e-=2o2 总反应式为2H2 O2=2H2O练习：固体氧化