学年人教版新教材选择性必修一 第四章第一节 原电池第2课时 学案.docx

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学年人教版新教材选择性必修一第四章第一节原电池第2课时学案

第一节原电池

第2课时　化学电源

学习目标

核心素养

1．了解常见化学电源的工作原理。

2．了解新型化学电源的工作原理。

1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。

2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。

新课情境呈现

现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。

你知道化学电池是怎样分类的吗？

电源是能够实际应用的原电池。

作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等。

一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。

可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。

课前素能奠基

新知预习　　

一、化学电池

化学电池是将__化学__能变成__电__能的装置。

1．化学电池的分类：

2．判断电池优劣的主要标准：

3．化学电池回收利用：

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。

二、一次电池

一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。

一次电池不能充电，不能反复使用。

碱性锌锰电池与银锌电池比较

　种类

特点　

碱性锌锰电池

银锌电池

基本

构造

负极：

__Zn__

负极：

__Zn__

正极：

__MnO2__

正极：

__Ag2O__

电解质：

KOH

电解质：

KOH

工

作

原

理

负极

反应

__Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2__

__Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2__

正极

反应

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

__Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－__

总反应

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

Ag2O＋Zn＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag

性能与适用范围

比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电

比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电

三、二次电池（铅蓄电池）

1．构造：

2．工作原理：

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）2PbSO4（s）＋2H2O（l）

3．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。

四、燃料电池

1．定义：

把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。

2．氢氧燃料电池的结构：

3．氢氧燃料电池的工作原理。

负极：

__H2__失电子；正极：

__O2__得电子；电解质溶液：

__氢氧化钾或稀硫酸__。

种类

酸性

碱性

负极

反应式

2H2－4e－===4H＋

__2H2＋4OH－－4e－===4H2O__

正极

反应式

__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总

反应式

2H2＋O2===2H2O

4．优点：

（1）能量转化率高。

（2）污染__小__。

预习自测　　

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。

（　×　）

（2）二次电池充电时，化学能转化为电能。

（　×　）

（3）二次电池充电时发生的反应不能自发进行。

（　√　）

（4）某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。

（　√　）

（5）燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。

（　×　）

（6）燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。

（　√　）

（7）太阳能电池不属于原电池。

（　√　）

2．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为硫酸，工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下面结论正确的是（　D　）

A．Pb为正极，被氧化　　B．负极的质量逐渐减轻

C．SO

只向PbO2处移动　　D．电解液密度不断减小

解析：

A项，由总反应式可知Pb化合价升高，被氧化，应为原电池负极，错误；B项，负极电极反应Pb＋SO

－2e－===PbSO4可知，生成硫酸铅，质量增大，错误；C项，无论Pb还是PbO2最终都生成了PbSO4，所以SO

既向Pb也向PbO2处移动，错误；D项，正极电极反应式为PbO2＋SO

＋2e－＋4H＋===PbSO4＋2H2O，生成水，密度减小，正确。

3．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。

电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。

下列关于原电池和干电池的说法不正确的是（　B　）

A．两者正极材料不同

B．MnO2的放电产物可能是KMnO4

C．两者负极反应式均为Zn失电子

D．原电池中Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象

解析：

锌—铜—硫酸原电池的正极材料是金属铜，锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，两者正极材料不同，故A正确；锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，发生得电子的还原反应，元素的化合价应该降低，故B错误；锌—铜—硫酸原电池负极材料是金属锌，锌锰碱性干电池的负极材料是金属锌，两者负极上都是发生金属锌失电子的氧化反应，故C正确；锌—铜—硫酸可以构成原电池装置，金属锌和硫酸之间发生反应，化学能转化为电能，Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象，故D正确。

4．电动汽车在改善城市交通、保护环境等方面的作用至关重要。

下列说法不正确的是（　B　）

A．电动汽车的使用有助于减少氮氧化物的排放

B．燃油汽车也可以悬挂该标志

C．电动汽车使用时涉及化学能与电能的转换

D．电动汽车充电、放电过程均有电子转移

解析：

推广使用电动汽车，能减少汽车尾气氮氧化物的排放，有利于保护环境，A项正确；此标志为电动汽车专用标志，B项错误；电动汽车充电过程中电能转为化学能，使用时化学能转化为电能，C项正确；电动汽车充、放电过程，均属于氧化还原反应，存在电子转移，D项正确。

课堂素能探究

知识点　化学电源电极判断与电极反应式书写

问题探究：

1．充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应？

2．铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1mol电子时，负极增重4.8g。

（　√　）

3．铅蓄电池工作时SO

向哪个电极移动？

探究提示：

1．提示：

否，充电时和放电时反应条件不同。

2．提示：

根据负极反应Pb－2e－＋SO

===PbSO4，当电路中转移0.1mol电子时，负极增重为0.05molSO

的质量，即96g·mol－1×0.05mol＝4.8g。

3．提示：

向正极、负极都移动。

知识归纳总结：

1．二次电池充电时的电极连接：

（1）充电时的连接方法——正正负负，即：

（2）充电电池电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极，即：

2．化学电源中电极反应式的书写：

方法一：

根据装置书写电极反应式。

①先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。

②书写电极反应式：

—活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶

液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负

极反应式。

如铅蓄电池，负极：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4

—阳离子得到电子生成单质（或低价离子），或O2得

到电子，若是O2发生电极反应，则写法有以下两种情况：

a．电解质是碱性或中性：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

b．电解质是酸性：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。

方法二：

根据电池总反应式，写电极反应式。

①标价态，定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极。

②列物质→判断电极的反应物、产物。

③标得失→分析化合价的升降，找出得失电子数。

④看环境，配守恒→配平电荷、配平原子。

方法三：

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。

④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。

典例1　我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO2电池。

放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2。

“吸入”CO2时，其工作原理如图所示。

吸收的全部CO2中，有2/3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管（MWCNT）电极表面。

下列说法正确的是（　A　）

A．“吸入”CO2时，钠箔为负极

B．“吸入”CO2时的正极反应：

4Na＋＋3CO2－4e－===2Na2CO3＋C

C．“呼出”CO2时，Na＋向多壁碳纳米管电极移动

D．每“呼出”22.4LCO2，转移电子数为0.75

解析：

A项，活泼金属钠是负极，正确；B项，“吸入”CO2时是原电池装置，正极发生还原反应，电极反应式为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，错误；C项，“呼出”CO2时，是电解池，电解池中，阳离子向阴极移动，Na＋向钠箔电极移动，错误；D项，标准状况下，22.4LCO2的物质的量为1mol，根据2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2，每“呼出”1molCO2，转移电子数为

mol，且题中没有给定标准状况下，无法计算，错误。

规律方法指导：

解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程

〔变式训练1〕铁镍蓄电池又称爱迪生电池；放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2。

下列有关该电池的说法不正确的是（　C　）

A．放电时，溶液中OH－移向负极

B．放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

解析：

电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，溶液中OH－移向负极，A项正确；放电时，Fe失电子再和OH－反应生成氢氧化亚铁，电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2，B项正确；充电过程中，阴极反应为：

Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－，有OH－离子生成，溶液的pH增大，C项错误；充电时，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===N2O3＋3H2O，D项正确。

知识点　形形色色的燃料电池

问题探究：

1．氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将如何变化？

溶液的pH将如何变化？

2．已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计为燃料电池？

探究提示：

1．提示：

减小。

增大。

反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，pH增大。

2．提示：

能。

氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应。

知识归纳总结：

1．燃料电池的工作原理：

一般的燃料电池大多是可燃性物质（主要是可燃性气体或蒸气）与氧化剂（一般是氧气）及电解质溶液共同组成的原电池。

可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。

也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂（如O2）得电子发生还原反应。

2．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得电子，发生还原反