学年高中化学专题1化学反应与能量变化第二单元化学能与电能的转化化学电源教学案苏教版选修4Word下载.docx

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2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

1．化学电源概述

（1）化学电源的分类

化学电源

（2）各类电池的特点

①一次电池：

电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。

②二次电池：

又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。

③燃料电池：

利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应设计成电池，电极本身不参加反应，燃料和氧化剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将产物不断排出，因此，能连续不断地提供电流。

（3）废旧电池的回收

废旧电池中含重金属和酸碱等有害物质，应回收利用既减少污染，又节约资源。

2．一次电池

（1）银锌钮扣电池

①基本构造

②工作原理

负极反应：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；

正极反应：

Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；

电池反应：

Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。

（2）普通锌锰干电池

Zn－2e－===Zn2＋；

2MnO2＋2e－＋2NH===Mn2O3＋2NH3＋H2O；

Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。

（3）碱性锌锰电池

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2；

2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－；

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

③性能优点

碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性优越，它的比能量大，能提供较大电流并连续放电。

[特别提醒]　判断某电极发生反应的物质时，除考虑在该电极上得（或失）电子的物质外，还要考虑得（或失）电子后形成的新物质是否会和电解质溶液中的离子发生反应。

1．普通锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。

在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是（　　）

A．MnO2和NH　　　　　B．Zn2＋和NH

C．ZnD．碳棒

解析：

选A　在电池的正极上发生的是得电子的还原反应，是电池总反应中氧化剂发生的反应。

由普通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。

2．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。

碱性锌锰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）＋2H2O（l）===Zn（OH）2（s）＋2MnOOH，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）＋2H2O（l）＋2e－===2MnOOH（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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g

选C　由所给的电池总反应式可知，电池工作时，每有1molZn参加反应，则会有2mol电子从负极Zn经外电路流向正极，并在正极发生反应：

2MnO2（s）＋2H2O（l）＋2e－===2MnOOH（s）＋2OH－（aq）。

外电路每通过0.2mol电子，Zn的质量减少6.5g。

1．基本构造

2．组成

负极：

Pb，正极：

PbO2，电解质：

硫酸。

3．工作原理

（1）放电过程（原电池反应）

Pb＋SO－2e－===PbSO4；

正极：

PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；

Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O。

（2）充电过程

阴极：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO（发生还原反应）；

阳极：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO（发生氧化反应）；

总反应：

2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO。

4．铅蓄电池的优缺点

（1）优点：

性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；

生产生活中使用广泛。

（2）缺点：

比能量低，废弃电池污染环境。

已知铅蓄电池的充、放电过程：

Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。

（1）铅蓄电池放电时，正极区域溶液的pH是如何变化的？

提示：

铅蓄电池放电时，正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗H＋，故c（H＋）下降，pH升高。

（2）铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？

充电时两极发生什么反应？

据此，在充电时，怎样连接电源的两极？

放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；

充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；

铅蓄电池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正极。

1．二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。

2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。

（1）放电时，

（2）充电时，

3．可充电电池复杂电极反应式的书写方法

第一步：

先标出放电（原电池）总反应式中变价元素的化合价，确定电子转移的方向与数目，指出参与负极和正极反应的物质。

如铅蓄电池中：

＋bO2得到2e－，发生还原反应＋2H2SO42bSO4＋2H2O

第二步：

写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。

如铅蓄电池的负极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4。

第三步：

在电子守恒的基础上，用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式。

如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式－负极反应式得到，

即Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO－（Pb＋SO－2e－）===2PbSO4＋2H2O－PbSO4，

整理得：

PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。

1．镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2OCd（OH）2＋2Ni（OH）2

有关该电池的说法正确的是（　　）

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

选A　由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：

Cd－2e－＋2OH－===Cd（OH）2，负极碱性变弱，C项错误；

正极反应为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni（OH）2＋2OH－，放电时，OH－由正极向负极移动，D项错误；

充电时，电能转化为化学能，B项错误；

充电时阳极发生氧化反应，即为Ni（OH）2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确。

2．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

选C　锂离子电池中，b电极为Li，放电时，Li失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以a为电池的正极，A正确；

充电时，Li＋在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi，B正确；

放电时，a为正极，正极上Li1－xMn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，C错误；

放电时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中Li＋从b向a迁移，D正确。

1．氢氧燃料电池原理图示

2．工作原理

通入可燃物（H2）的一极为电池的负极，通入O2的一极为电池的正极。

（1）酸性氢氧燃料电池（电解质为H2SO4）

2H2－4e－===4H＋，

O2＋4H＋＋4e－===2H2O，

2H2＋O2===2H2O。

（2）碱性氢氧燃料电池（电解质为KOH）

2H2＋4OH－－4e－===4H2O，

2H2O＋O2＋4e－===4OH－，

3．电池特点

（1）能量转换率高，污染小。

（2）工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。

[特别提醒]

（1）燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。

（2）酸性介质中的燃料电池（氧化剂为O2）的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；

碱性介质中的燃料电池（氧化剂为O2）的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

1．用稀H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？

并写出总反应式。

总反应式是甲烷燃烧的化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O，其中正极反应式为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O。

负极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。

2．用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？

试分别写出两极的电极反应式。

不相同；

因为CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，其中正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。

有机燃料电池电极反应式书写方法

电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，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，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。

可根据电荷守恒来配平电极反应式。

如乙醇碱性（KOH溶液）燃料电池负极反应式的书写方法。

确定生成物。

乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为CO和H2O。

确定价态的变化及转移电子数。

乙醇（C2H6O）中碳元素的化合价为－2，CO中碳元素的化合价为＋4，故1mol乙醇完全反应失去2×

[4－（－2）]＝12mol电子。

列出表达式。

C2H5OH＋OH－－12e－―→CO＋H2O。

第四步：

确定电极反应式中各物质的化学计量数。

由碳原子守恒确定CO的化学计量数为2，

由电荷守恒确定OH－的化学计量数为16。

（注：

失去12个电子，相当于带12个单位正电荷）

再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11，

故负极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。

1．肼（N2H4）空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质为20%～30%