【优化课堂】2021-2022学年高二化学人教版选修四学案:4.2-化学电源-Word版含解析.docx
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1、其次节化学电源学习目标1.了解化学电源的种类及其工作原理,知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2.生疏化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3.把握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理,会书写电极反应式。(重难点)一、化学电池1概念:是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极,使用时将两极用导线接通,就有电流产生,因而获得电能。2化学电池的分类及其特点: 3推断电池优劣的主要标准:(1)比能量:单位质量或单位体积所能输出电能的多少。(2)比功率:单位质量或单位体积所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。1化学电池与其他能源相
2、比有哪些优点?【提示】化学电池的优点有:能量转换效率高,供能稳定牢靠;可以制成各种外形和大小,不同容量和电压的电池和电池组,使用便利;易维护,可在各种环境下工作。2铅蓄电池属于一次电池还是二次电池?【提示】铅蓄电池是可充电电池,属于二次电池。二、几种常见化学电池1一次电池(碱性锌锰电池)(1)构成:负极Zn,正极MnO2,电解质KOH。(2)电极反应:负极:Zn2OH2e=Zn(OH)2正极:2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应:Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)22二次电池(蓄电池)(1)构成:负极Pb、正极PbO2,电解质H2SO4溶液(2)工作原理放电:负极:P
3、b(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)正极:PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)总反应:Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极:PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq);阳极:PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq);总反应:2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个总反应方程式:Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。3燃料电池
4、(1)工作原理连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。电极材料本身不发生氧化还原反应。工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供应,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排解。(2)氢氧燃料电池电极材料Pt,酸性电解质。电极反应:负极:H22e=2H正极:O22H2e=H2O总反应:H2O2=H2O3燃料电池是燃料直接燃烧的过程中产生的热量发电吗?【提示】不是,燃料电池产生电流的过程并非燃料的直接燃烧,而是燃料和氧化剂(氧气)分别在原电池装置的两极上发生反应将化学能转化成电能。4若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质,其电极反应式怎样写?【提示】负极
5、:2H24e4OH=4H2O正极:O22H2O4e=4OH总反应:2H2O2=2H2O。1易误诊断(1)碱性锌锰电池的负极材料是Zn,正极材料是MnO2。()(2)废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属,任凭丢弃会污染环境,应对废旧电池分类回收,集中处理。 ()(3)锌银电池中负极是锌,工作时发生还原反应。()(4)铅蓄电池充电时,负极与电源的正极相接,正极与电源的负极相接。()(5)氢氧燃料电池的电极反应式书写,与电解质溶液的酸碱性无关。()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)2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
6、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【解析】锂离子电池可以充电,再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流从铜电极流向锌电极,而电子是由锌电极流向铜电极,B项错误;电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2,故作为负极,D项正确。【答案】B3锌锰干电池的两极分别为碳棒和锌皮,在放电时电池总反应方程式可以表示为:Zn2MnO22NHZn2Mn2O32NH3H2O。依据上述信息,下列结论正确的是()A放电时正极发生反应的物质为NHBZn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长时间连续使用该电池时,内装糊状物不会流
7、出【解析】在电池的正极上发生的是得电子的还原反应,是总反应中氧化剂发生反应的电极。由锌锰干电池的总反应式可知,MnO2与NH发生的反应为正极反应。依据原电池的工作原理可知,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,B项正确;在外电路,电子从负极流向正极,C项错误;长时间连续使用该电池,由于锌皮渐渐溶解而破损,糊状物很可能流出而腐蚀用电器,D项错误。【答案】B4关于铅蓄电池的说法正确的是()A在放电时,正极发生的反应是:Pb(s)SO(aq)=PbSO4(s)2eB在放电时,该电池的负极材料是铅板C在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小D在充电时,阳极发生的反应是:PbSO4(s)2
8、e=Pb(s)SO(aq)【解析】A项中电池放电时正极应发生还原反应,电极反应为:PbO24HSO2e=PbSO42H2O;C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大;D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。【答案】B同学分组探究一化学电源中电极反应式的书写第1步探究问题引入,自主探究1已知电池总反应式和某一电极反应式,怎样书写另一电极反应式?【提示】电极反应相当于氧化还原反应(电池反应)的半反应,故某一电极反应式等于电池总反应式减另一电极反应式,即:正(负)极反应式电池总反应式负(正)极反应式。2铅蓄电池应用格外广泛,如日常生活中的电动自行车电池、汽车上的电池等,已知总反应式为:PbPbO22H2SO
9、42PbSO42H2O。你能写出铅蓄电池放电时的正、负极的电极反应式吗?【提示】负极反应式:PbSO2e=PbSO4正极反应式:PbO24HSO2e=PbSO42H2O。第2步阐述要点归纳,深化学问1依据装置书写电极反应式(1)确定原电池的正负极及放电的物质。首先依据题目给定的图示装置特点,结合原电池正负极的推断方法,确定原电池的正负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。负极反应:规律:活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H(或其他氧化产物)。 特例:若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H能反应,则该阴离子应写入电极反应式,如铅蓄电池的负极反应是PbSO2e=PbSO4
10、。正极反应:规律:阳离子得电子生成单质或氧气得电子。特例:若是氧气得电子,要考虑电解质溶液的状况。中性或碱性:O22H2O4e=4OH酸性:O24H4e=2H2O。(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。2依据电池总反应式,写电极反应式:(1)一般书写步骤: 第一步:找出还原剂和氧化剂,确定负极、正极放电的物质;其次步:利用电荷守恒写出电极反应式,留意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应,如O2在酸性溶液中生成H2O,在碱性或中性条件下生成OH;4价碳在酸性条件下生成CO2,在碱性溶液中以CO形式存在。第三步:验证,将两个半反应相加,得总反应
11、式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。(2)实例:如以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:负极反应式的书写:依据总反应方程式列出总式两边化合价上升的有关物质为H2,转移电子为4e:2H24e=4H。依据电解质溶液的酸碱性,用H或OH或其他离子配平,使两边电荷总数相等即得2H24OH4e=4H2O。利用H2O使两边的元素守恒,即得:2H24e4OH=4H2O。同理,正极反应式的书写如下:O24e=2O2,O22H2O4e=4OH。3可充电电池电极反应:第3步例证典例印证,思维深化LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质
12、是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为:4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题:(1)电池的负极材料为_,发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。(3)SOCl2易挥发,试验室中常用NaOH溶液吸取SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。假如把少量水滴到SOCl2中,试验现象是_,反应的化学方程式为_。(4)组装该电池必需在无水、无氧的条件下进行,缘由是_。【解析】(1)分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂(作负极),失电子:Lie=Li。(2)SOCl2为氧化剂,得电子,从题给电池反应可推出产物:Cl、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)(3)题
13、中已给出信息:碱液吸取时的产物是Na2SO3和NaCl,则没有碱液吸取时的产物应为SO2和HCl,进而推毁灭象。【答案】(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)毁灭白雾,有刺激性气味气体生成SOCl2H2O=SO22HCl(4)由于构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应第4步运用精选习题,落实强化1在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为:Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。下列该电池的电极反应,正确的是()A负极反应为Zn2e=Zn2B负极反应为Zn2H2O2e=Zn(OH)22HC正极反应为2MnO22H2
14、e=2MnOOHD正极反应为2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH【解析】在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得毁灭H。在碱性电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2应当与OH结合为Zn(OH)2。【答案】D2(双选)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMgMo3S4MgxMo3S4;在镁原电池放电时,下列说法错误的是 ()AMg2向负极迁移B正极反应为:Mo3S42xe=Mo3SCMo3S4发生氧化反应D负极反应为:xMg2xe=xMg2【解析】正极反应为Mo3S42xe=Mo
15、3S,发生还原反应,负极反应为xMg2xe=xMg2,负极产生的Mg2移向正极,A、C选项错误。【答案】AC3锂电池是新一代高能电池,目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为:LiMnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是()ALi是正极,MnO2是负极B放电时负极的反应:Lie=LiC放电时正极的反应:MnOe=MnO2D电池放电时,产生高锰酸根离子【解析】Li在负极发生反应:Lie=Li,MnO2在正极发生反应:MnO2e=MnO。【答案】B4科学工作者为心脏病患者设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料,依靠人体体液中含有的确定浓度的溶解氧、H和Zn2进行工作的。该电池工作时
16、,正极的电极反应式为()AZn2e=Zn2B2H2e=H2C4OH4e=O22H2ODO24H4e=2H2O【解析】正极得电子,体液中溶解的氧易得电子而发生反应:O24H4e=H2O,D项正确。【答案】D原电池中电极反应式的书写(1)书写步骤(2)介质对电极反应式的影响中性溶液反应物若是H得电子或OH失电子,则H或OH均来自于水的电离;酸性溶液反应物或生成物中均没有OH;碱性溶液反应物或生成物中均没有H;水溶液中不能毁灭O2。同学分组探究二常见燃料电池的电极反应第1步探究问题引入,自主探究1常见的燃料电池有哪些类型?【提示】氢氧燃料电池,甲烷燃料电池,甲醇燃料电池,肼燃料电池。2如何书写甲烷燃
17、料电池在碱性电解质溶液中的电极反应?【提示】正极(通O2):2O24H2O8e=8OH负极(通CH4):CH410OH8e=CO7H2O总反应式:CH42O22KOH=K2CO33H2O第2步阐述要点归纳,深化学问1常见的三种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应甲烷燃料电池KOH正极(通O2):2O24H2O8e=8OH负极:CH410OH8e=CO7H2OCH42O22KOH=K2CO33H2O甲醇燃料电池KOH正极(通O2):3O26H2O12e=12OH负极:2CH3OH16OH12e=2CO12H2O2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O肼燃料电池KOH正极(通O2):O2
18、2H2O4e=4OH负极:N2H44OH4e=N24H2ON2H4O2=N22H2O2.燃料电池电极反应式的书写要求 (1)电池的负极确定是可燃物,有机燃料各元素化合价遵循一般化合价规章,燃料失电子发生氧化反应。电池的正极多为氧气或空气,得电子,发生还原反应,特殊留意电解质酸碱性不同的区分。可依据电荷守恒来配平。(2)电极材料一般不参与化学反应,只作电池反应催化转化元件。(3)正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下,相加后的电池反应必定是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加,如甲烷燃料电池。第3步例证典例印证,思维深化(1)今有2H2O22H2O反应,构成燃料电池,则负极通的应是
19、_,正极通的应是_,电极反应式分别为_、_。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液,则电极反应式分别为_、_。(1)和(2)的电解液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化? _。(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质,则电极反应式为:_、_。【解析】依据电池反应式可知H2在反应中被氧化,O2被还原,因此H2应在负极上反应,O2应在正极上反应。又由于是碱性溶液,此时应考虑不行能有H参与或生成,故负极反应为:2H24OH4e=4H2O,正极反应为:O22H2O4e=4OH。若将导电物质换成酸性溶液,此时应考虑不行能有OH参与或生成,故负极:2H24e=4H,正极:O24H4e=2H2O。
20、由于前者在碱性条件下反应KOH量不变,但工作时H2O增多故溶液变稀,碱性变小,pH将变小。而后者为酸溶液,H2SO4量不变,水增多,溶液酸性变小,故pH将变大。如把H2改为甲烷,用KOH作导电物质,依据反应CH42O2=CO22H2O,则负极为发生氧化反应的CH4,正极为发生还原反应的O2,由于有KOH存在,此时不会有CO2放出。【答案】(1)H2O2负极:2H24OH4e=4H2O正极:O22H2O4e=4OH(2)负极:2H24e=4H正极:O24H4e=2H2O(1)变小,(2)变大(3)负极:CH410OH8e=CO7H2O正极:2O24H2O8e=8OH第4步运用精选习题,落实强化1
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