高中化学1.3.2化学电源学案鲁科版选修4.docx

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1、第 2 课时化学电源 目标要求 1. 了解常见化学电源的种类。2. 掌握常见化学电源的工作原理。一、化学电源1根据原电池的反应原理，人们设计和生产了多种化学电源，包括一次电池、可充电电池和燃料电池等。 可充电电池也称为二次电池。 可充电电池放电时是一个原电池， 充电时是一个电解池。锂电池是一种高能电池。2目前常见的一次锌锰干电池分为酸性和碱性两种。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越， 它单位质量所输出的电能多，能提供较大电流并连续放电。碱性锌锰电池的负极是锌粉，正极是二氧化锰和石墨，电解质溶液是KOH溶液。其电极反应为：负极：Zn2OHZnO H O 2e，正极： MnO 2H O 2eMn

2、(OH)Zn MnO 2OH ，总反应为：22222H2O=ZnO Mn(OH)2。3铅蓄电池是常见的二次电池。 它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是230%HSO 溶液。放电时电极反应： 负极：Pb SO PbSO2444 2e，正极：22ePbSO 2HO，放电时总反应式：Pb PbO PbO 4H SO24422H2 SO=2PbSO 2H O。铅蓄电池充电时电极反应：阴极：PbSO 2e2，阳极：Pb SO442442 2e，充电时总反应式： 2PbSO 2H O=Pb PbO 2H SO。PbSO 2H OPbO 4H SO42244

3、2224可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个反应表示为：224放电4Pb PbO 2H SO2PbSO充电 2H2O。4氢氧燃料电池正极通入O，负极通入 H 。其电极反应为负极：4H O2H 4OH2222，正极： O2 4e，总反应： 2H2 O2=2HO。燃料电池的能量转换效率远4e 2HO4OH高于普通燃料的燃烧的能量转换效率。二、废旧电池的危害及处理1危害废弃电池中的重金属和酸碱等有害物质会造成土壤和水污染， 会对生态环境和人体健康造成很大危害。2回收利用(1) 回收重金属；(2) 回收填充材料；(3) 对无用物质集中进行无害处理。知识点一化学电池1碱性电池具有容量大、放电电流大的

4、特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn MnO2 H2O=ZnO Mn(OH)2下列说法中，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MnO2 2H2O 2eMn(OH)2 2OHC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，锌的质量理论上减少6.5 g答案C解析本题要求利用原电池的原理， 分析碱性锌锰电池： 锌为负极， 在反应中失去电子，故 A 正确；电池工作时， 电流由正极通过外电路流向负极， 而电子定向移动方向与电流方向相反， 故 C 错误；由电子守恒知 D 项正确； 由该电池反应的总反应式和原电

5、池的原理写出正极反应式知 B 正确。2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142放电2242PbSO2H O充电PbO Pb2H SO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，PbO 是正极2C工作时负极上发生的反应是2Pb SO4 PbSO4 2eD工作时电解质的密度减小答案A解析铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb 是负极， PbO2 是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成222Pb， Pb与溶液中的 SO4 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，P

6、bSO 的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H SO424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。3某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn42放电3Zn(OH)23)2K2 FeO 8H O充电 2Fe(OH) 4KOH，以下说法不正确的是 (A放电时负极反应式为Zn 2OH Zn(OH) 2e2B放电时正极反应式为2 4H2O 3eFe(OH) 3FeO45OHC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K FeO 被氧化24D充电时阳极附近溶液的碱性减弱答案C解析选项 A，放电时，在碱

7、性条件下，Zn 失去电子为电池的负极：Zn 2OH Zn(OH)2 2e ；选项 B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式( 电子数需相等 ) 可得放电时正极反应式为2 4H2O 3e；选项 C，放电时， K2FeO4 被还原；选FeO4Fe(OH) 3 5OH项 D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH ，导致阳极附近溶液的碱性减弱。知识点二燃料电池4. 氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：负极： 2H24OH 4H2O 4e正极： O 2H O4e4OH22当得到 1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为()A 1.8 mo

8、lB 3.6 molC 100 molD200 mol答案D1.8 10 3 g解析n(H2O) 18 g mol 1 100 mol2H2 O4e 2=2HO即每生成 1 mol H 2O则转移 2 mol e，当生成100 mol H 2O时，转移 200 mol e 。5将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH和 O，即可构成 CH燃料电池。424已知通入 CH4 的一极，其电极反应式是：2；通入 O2CH4 10OH CO3 7H2 O 8e的另一极，其电极反应式是：O2 2H2O 4e4OH ，该电池放电时，下列有关叙述中，不正确的是 ()A通入 CH4 的电极为负极B正极发

9、生氧化反应C燃料电池工作时溶液中的阴离子向负极移动D该电池使用一段时间后应补充KOH2答案BCH 在负极上被氧化，O 在正极解析根据原电池的工作原理和题给电极反应式可知：42上被还原， 在内电路阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 由于反应过程中消耗KOH生成K CO，故该燃料电池工作一段时间应补充KOH。236固体氧化物燃料电池是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 O 参加反应的 a 极为电池的负极2B b 极的电极反应式为H2 O2H2O 2eC

10、a 极对应的电极反应式为O 2H O 4e4OH22D该电池的总反应式为高温2H2 O2=2HO答案D解析因为电子从b 电极流向 a 电极，所以b 电极为负极， H2 在该极发生氧化反应； a电极为正极， O2 在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H22H 2e ，正极电极反应式为1 22，则电池总反应式为22高温22O 2eO2H O=2H O。练基础落实1下列对碱性锌锰电池的叙述不正确的是()A Zn 是正极， MnO是负极2B电解质是 KOH溶液C Zn 发生氧化反应， MnO2发生还原反应D它的能量和储存时间比普通锌锰电池高答案A解析Zn 化合价升高，发生氧化反应，是负极

11、，MnO2发生还原反应，是正极。2铅蓄电池的两极分别为Pb、 PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为PbPbO2 2H2SO4=2PbSO4 2H2O，下列结论正确的是()A Pb 为正极被氧化B溶液的 pH 不断减小2 只向 PbO2处移动C SO4D电解质溶液的pH 不断增大答案D解析由题给电极反应式可以看出H2SO4 不断被消耗，故pH不断增大，所以 B不正确，D正确；由 Pb 元素化合价的变化，可以看出Pb 是负极，所以A 不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb 极流向 PbO2 极；内电路中，负电荷2(SO4 和 OH ) 移向 P

12、b 极，所以 C不正确。3据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应为2Zn O2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是()A锌为正极，空气进入负极反应3B负极反应为Zn 2OH ZnO H2O 2eC正极发生氧化反应D电解液可以是强酸也可以是强碱答案B解析2Zn O2=2ZnO， Zn 失电子， O2 得电子，即Zn 为原电池负极，O2 在正极上反应，故 B 正确；若电解液为强酸，ZnO则不能存在，故D不正确。4一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()A CH3O

13、H(g) O2(g) H2O(l) CO2(g) 2H (aq) 2e2H O(l)B O(g) 4H (aq) 4e22C CH3OH(g) H2O(l) CO2(g) 6H (aq) 6eD O2(g) 2H2O(l) 4e4OH (aq)答案CCHOH 与 O 的反应即为该电池的总反应：2CHOH(g) 解析电能来源于化学能，3233O2 (g)=2CO2(g) 4H2O(l) 。酸性溶液中，正极上O2 发生还原反应，即O2(g) 4H(aq) 4e2H O(l) ，电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式为CHOH(g) H O(l) CO(g)2322 6H(aq) 6e 。5下列有

14、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解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A 项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B 项错误；电池的实质是把化学能转化成电能， C 项正确； Zn 失去电子生成 Zn2，故作为负极，D项正确。练方法技巧6燃料电池是燃料 ( 例如 CO、H2、CH4 等 ) 跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是()2

15、A负极反应式为： CH 10OH CO 7H O 8e432B负极反应式为： O22H2O 4e4OHC随着反应进行，电解质溶液碱性不变D该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同，反应式为：CH 2O=CO 2H O4222答案A解析本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。 对于该燃料电池， 负极 CH失电子被氧化，其中产物之一应是CO，但在 KOH溶液中，一定会变为2CO。故电极4232 7H2O8e；正极 O2 得电子被还原，生成物应与电池中电解质反应为： CH4 10OH CO3溶液相关。电极反应为：；将两个电极反应式相加，即可得到总反应O2H O 4e4OH222 3H2O

16、。可见随着反应的进行，式为：CH4 2OH 2O=CO3电解质溶液中 c(OH ) 不断减小。7一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如322，可以写成：氧化反应：2Fe Cu=2Fe CuCuCu2 2e；还原反应： 2Fe3 2e 2Fe2。(1) 根据以上信息将反应氧化反3NO H O=2H2NO NO拆分为两个“半反应式”：223应式为 _ ；还原反应式为 _ 。(2) 已知某一反应的“半反应式”为2 7H2O 8e； O2 2H2O 4eCH4 10OH CO3，则总反应式为 _ 。4OH答案(1)2NO 2 2HO2

17、NO3 4H 2eNO2 2H 2e NO H2O2(2)CH 42O 2OH =CO3 3H2O解析(1) 根据题目提供的信息，还原剂失去电子作负极，发生氧化反应；氧化剂得到4电子作正极，发生还原反应。反应式为：氧化反应： 2e2NO 2H O2NO 4H；还原23 2e22反应： NO 2HNO H O。(2) 知道两个半反应，根据得失电子守恒，将两式相加，即可得总反应式。练综合拓展8科学家预言， 燃料电池将是21 世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。 一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂， 在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答

18、下列问题：(1) 这 种 电 池 放 电 时 发 生 的 化 学 反 应 方 程 式 ：_ 。(2)此电池的正极发生的电极反应：_ ，负极发生的电极反应：_ 。(3) 电解液中 H向 _极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4) 使用该燃料电池的另一个好处是_ 。答案(1)2CH 3OH3O2=2CO 4H2O(2)3O 212H 12e 6H2O2CH3OH2H2O2CO12H 12e(3) 正 负极 (4) 对环境无污染解析(1) 燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2 不与 H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH 3O2=2CO 4H2O。(2) 电池的正极O

19、2 得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)H 移向正极，在正极生成水。(4) 产物是 CO2 和 H2O，不会对环境造成污染。9我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 只要把灯放入海水中数分钟， 就会发出耀眼的白光。则 该 电 源 负 极 材 料 为 _ ， 正 极 材 料 为 _ ， 正 、 负 极 反 应 分 别 为_ ，_ 。答案4Al 4Al3铝 石墨 3O2 6H2O 12e12OH 12e解析根据原电池构成的条件， 活泼金属做负极( 失去电子 ) ，发生

20、氧化反应； 惰性材料做正极 ( 得到电子 ) ，发生还原反应。在题目中，发生的反应是4Al 3O2=2Al2O3，所以铝被氧化而做负极，在正极上氧气得到电子被还原。类似于钢铁的电化学腐蚀。10铅蓄电池是典型的可充电型电池，它的正负极极板是惰性材料，电池总反应式为：2放电Pb PbO2 4H 2SO42PbSO4 2H2O充电请回答下列问题( 不考虑氢、氧的氧化还原) ：(1) 放电时：正极的电极反应式是_ ；电解液中H2SO4 浓度将变 _；电流方向从 _极流向 _极。当外电路通过1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加_g 。5(2) 在完全放电耗尽PbO 和 Pb 时，若按如图连接，电解

21、一段时间后，则在A 电极上生2成_ 、B 电极上生成 _，此时铅蓄电池的正负极的极性将_。答案(1)PbO 2 2e2负48 (2)PbPbO2 对 4H SO4 PbSO4 2H2O 小 正换解析解答本题要注意以下两点：(1) 原电池正极、电解池阴极发生还原反应，原电池负极、电解池阳极发生氧化反应。(2) 铅蓄电池完全放电后，电极材料为PbSO4。原电池中正极上得电子、负极上失电子。根据电池总反应式，正极反应为：PbO2 2e 2 4H SO4 PbSO42H2O。负极反应为：2PbSO4 2e质量增加Pb SO42 mol 96 g1 molm求得 48 gm电解池里与电源正极相连的电极( 阳极 ) 上失电子、与电源负极相连的电极( 阴极 ) 上得电子。则阳极反应式为2 2e；阴极反应式为 PbSO 2ePbPbSO 2H OPbO 4H SO422442PbO2极 ( 阴极 ) 变成 Pb，原 Pb 极 ( 阳极 ) 变成SO4 。根据图示，电解一段时间后，原PbO2，即正负极对换。6