高中化学专题2第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版必修21.docx

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高中化学专题2第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版必修21

学习资料汇编

第2课时　化学电源

一、常见的化学电源

1．锌锰干电池

（1）结构

锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。

（2）原理

锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。

（3）电极反应

负极发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。

（4）缺陷与改进措施

锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。

改进措施：

①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。

2．充电电池

（1）充电电池又称二次电池。

其能量的转化关系是化学能电能。

（2）常见的充电电池

①铅蓄电池

常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。

负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。

②镍镉电池

以Cd为负极，NiO（OH）为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。

③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。

锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。

3．燃料电池

（1）燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化、还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。

（2）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。

与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。

（3）以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：

负极：

2H2＋4OH－－4e－===4H2O（氧化反应）；

正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－（还原反应）；

总反应：

2H2＋O2===2H2O。

　从电极反应认识化学电池类型

（1）活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。

（2）两电极都参加反应，如铅蓄电池。

（3）两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

例1　下列电池工作时，O2在正极得电子的是（　　）

A

B

C

D

锌锰电池

铅蓄电池

氢氧燃料电池

镍镉电池

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的分类

答案　C

例2　汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：

PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是（　　）

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池

答案　C

解析　从铅蓄电池的放电反应可以看出：

放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

思维启迪

二次电池的放电、充电是相反的过程，如铅蓄电池放电时，Pb电极上发生氧化反应，充电时Pb电极上发生还原反应，PbO2电极亦是如此。

二、电池中电极反应式的书写

1．充电电池电极反应式的书写方法

（1）先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。

（2）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）。

（3）在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

例3　铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。

工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

根据上述情况判断：

（1）工作时，电解质溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）工作时，电解质溶液中的阴离子移向______极。

（3）电流方向从______极流向______极。

（4）写出负极的电极反应式：

__________________________________________________。

（5）当铅蓄电池向外电路提供1mol电子时，理论上负极板的质量增加______g。

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池的相关综合

答案　

（1）增大　

（2）负　（3）正　负（4）Pb＋SO－2e－===PbSO4　（5）48

解析　本题解答时应从两方面入手：

一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理，二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。

由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。

由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1mol电子时，根据PbPbSO4，则负极增重为SO的质量，即96g·mol－1×mol＝48g。

2．燃料电池电极反应式的书写方法

（1）写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。

甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

（2）写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下两种情况：

①酸性电解质溶液环境下的电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

②碱性电解质溶液环境下的电极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

（3）根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。

例4　如图所示，可形成氢氧燃料电池。

通常氢氧燃料电池有酸式（当电解质溶液为硫酸时）和碱式[当电解质溶液为NaOH（aq）或KOH（aq）时]两种。

试回答下列问题：

（1）酸式电池的电极反应：

负极：

________________________________________________，

正极：

________________________________________________________________________；

电池总反应：

_______________________________________________________；

电解质溶液pH的变化为________（填“变大”“变小”或“不变”）。

（2）碱式电池的电极反应：

负极：

____________________________________________________，

正极：

______________；电池总反应：

_______________________________________；

电解质溶液pH的变化为__________（填“变大”“变小”或“不变”）。

考点　常见化学电源

题点　电极反应式的书写

答案　

（1）2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大

（2）2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小

解析　

（1）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O。

负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。

电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。

（2）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－。

负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。

电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。

同样，由于有水生成，c（OH－）变小，pH变小。

1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（　　）

A．碱性锌锰电池B．手机用锂电池

C．汽车用铅蓄电池D．玩具用镍氢电池

考点　常见化学电源

题点　常见电源的分类

答案　A

解析　A项，碱性锌锰电池属于一次电池，不属于可充电电池，正确；B项，手机用锂电池属于可充电电池，错误；C项，汽车用铅蓄电池属于可充电电池，错误；D项，玩具用镍氢电池属于可充电电池，错误。

2．下列有关锌锰干电池的说法中正确的是（　　）

A．锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料

B．在外电路中电子从碳棒流向锌外壳

C．电流从锌流到碳棒上

D．在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动

考点　常见化学电源

题点　锌锰干电池

答案　A

解析　A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故错误；D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。

3．（2017·北京101中学期中）LED产品的使用为城市增添色彩。

下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．a处通入氧气，b处通入氢气

B．通入H2的电极发生反应：

H2－2e－===2H＋

C．通入O2的电极为电池的正极

D．该装置将化学能最终转化为电能

考点　常见化学电源

题点　氢氧燃料电池

答案　C

解析　A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故错误；B项，a为正极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故错误；C项，氧气得电子，因此通入氧气的电极为电池的正极，故正确；D项，该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能，故错误。

4．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt—Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中（　　）

①铝合金是负极　②海水是电解质溶液　③铝合金电极发生还原反应

A．①②B．②③

C．①③D．①②③

考点　新型化学电源

题点　金属空气燃料电池

答案　A

5．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

其工作示意图如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．Zn电极是负极

B．Ag2O电极发生还原反应

C．Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

D．放电前后电解质溶液的pH保持不变

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的综合

答案　D

解析　反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。

6．有一种微型电池，其电极分别为Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，试回答下列问题：

（1）原电池是把________能转化成__________能的装置。

（2）该电池中Zn极为________极。

（3）当金属Zn消耗了16.25g时，转移电子的物质的量为__________。

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的综合

答案　

（1）化学　电　

（2）负　（3）0.5mol

[对点训练]

题组一　常见化学电源

1．废电池处理