学年人教版选修4 第4章第2节 化学电源 学案.docx

1、学年人教版选修4 第4章第2节 化学电源 学案第二节化学电源学习目标：1.利用化学反应中的能量转化观点，了解化学能和电能相互转化的实际意义及其重要作用。(重点)2.从物质的氧化还原反应角度，理解化学电源的种类及其工作原理，会书写电极反应式。(难点)3.以可持续发展意识，了解各类化学电源的优缺点和化学电源的发展趋势。自 主 预 习探 新 知一、一次电池1碱性锌锰电池(1)构造(2)组成正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。(3)工作原理负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(O

2、H)2。2锌银电池(1)构造(2)组成负极：Zn；正极：Ag2O；电解质：KOH。(3)工作原理负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。二、二次电池(以铅蓄电池为例)1构造2组成负极：Pb；正极：PbO2；电解质：H2SO4溶液。3工作原理(1)放电过程：负极：Pb(s)SO (aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)；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)(2)充电过程

3、：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)。(3)铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l)三、氢氧燃料电池1构造2电池总反应：2H2O2=2H2O。3氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO22H2O4e=4OH碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH基础

4、自测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)燃料电池工作时的能量转化形式与火力发电时的能量转化形式相同。()(2)燃料电池工作时，还原剂通过燃烧将化学能转化为电能。()(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。()(4)燃料电池工作时，化学能可以全部转化为电能。()(5)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。 ()(6)碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。()(7)锌银二次电池充电时，锌电极接电池的正极。()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2一种充电电池放电时的电极反应为：H22OH2e=2H2O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)

5、2OH。当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是() AH2O的还原 BNiO(OH)的还原CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化D放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。合 作 探 究攻 重 难二次电池工作原理思考交流(教师备选)H2是一种优质燃料，热值高。一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H22NiO(OH) 2Ni(OH)2，它具有比能量高等优点，常作为卫星的电源。(1)该电池属于一次电池还是二次电池？【提示】二次电池。(2)该电池内电解质溶液

6、呈酸性还是碱性？【提示】由H2OH知呈碱性。(3)放电时的电极反应式如何书写？【提示】负极：H22OH2e=2H2O正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH(4)充电时的电极反应式如何书写？【提示】阴极：2H2O2e=H22OH阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O(5)电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？【提示】负极或阴极。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。3可充

7、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：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PbSO2e=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PbPbO24H2SO(PbSO2e)=2PbSO42H2OPbSO4，整理得：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。对点训练1镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且

8、镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMgMo3S4MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是() AMg2向正极迁移B正极反应式为Mo3S42xe=Mo3SCMo3S4发生氧化反应D负极反应式为xMg2xe=xMg2C放电时，该电池作原电池，镁是还原剂，作原电池的负极，失去电子，电极反应式是xMg2xe=xMg2，D选项正确。Mo3S4在反应中是氧化剂，得到电子，发生还原反应，电极反应式是Mo3S42xe=Mo3S，B选项正确，C选项错误。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，A选项正确。2铅蓄电池是化学电源，其电极材料

9、分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作时该电池的总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。试根据上述情况判断：(1)蓄电池的负极材料是_。(2)工作时，正极反应为_。(3)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(5)电流方向从_极流向_极。(6)充电时，铅蓄电池的负极与电源的_极相连接。【解析】蓄电池工作(放电)时，起原电池作用。根据原电池原理，负极发生氧化反应元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应为：PbO24HSO2e=PbSO42H2O

10、；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H转变成H2O，所以pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。【答案】(1)Pb(2)PbO24HSO2e=PbSO42H2O(3)增大(4)负(5)正负(6)负化学电源电极反应的书写1.根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。首先根据题目给出的装置图的特点，结合原电池正、负极的判断方法，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)。若电解质溶液中的阴离

11、子与生成的金属阳离子或H不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：PbSO2e=PbSO4。正极反应。规律：阳离子得到电子生成单质(或低价离子)，或O2得电子。如果是O2得电子，则有以下两种写法：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH电解质是酸性：O24H4e=2H2O(3)写出电池总反应式。结合得失电子守恒，将正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2根据原电池总反应式，写电极反应式(1)一般书写步骤为列物质，标得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。两式加，验总式。(2)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：

12、根据总反应方程式，列出总式两边化合价升高的有关物质为H2，转移电子为4e：2H24e=4H。根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2H24OH4e=4H2O。利用H2O使两边的元素守恒，即2H24e4OH=4H2O。同理，正极反应式的书写：O24e=2O2，O24e2H2O=4OH。注意：在碱性溶液中提供H使O2变为OH的是水，要写成化学式的形式。将正、负极反应式相加，即得到总反应式。3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

13、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。第一步：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。第二步：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1 mol乙醇完全反应失去24(2)12 mol电子。第三步：列出表达式。C2H5OHOH12eCOH2O。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

14、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C2H5OH16OH12e=2CO11H2O。对点训练3在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾溶液为电解质，发生的电池总反应为Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(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Zn2e2H2O=Zn(OH)22HC正极反应为2MnO22e2H=2MnO(OH)D正极反应为2MnO22e2H2O=2MnO(OH)2OHD在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2应该与OH结合为Zn(OH)2。4某

15、种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是()Aa为CH4，b为CO2BCO向正极移动C此电池在常温时也能工作D正极电极反应式为O22CO24e=2COD依据图中电子流向和有关电极产物，可确定a处通入的为CH4，负极反应式为CH48e4CO=5CO22H2O；b处通入的为空气，正极反应式为O22CO24e=2CO，故A错、D正确。CO应向负极移动，B错；该电池工作时，必须达到Li2CO3、K2CO3熔融的温度，C错。当 堂 达 标固 双 基1下列有关化学电池的说法中正确的是()A化学电池只能将化学能转化为电能B燃料电池能将全部

16、化学能转化为电能C锌银电池比能量大，电压稳定，储存时间长D一次电池包括干电池和蓄电池C蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)；燃料电池的能量转换率超过80%，但不可能100%转换，蓄电池可重复使用，属于二次电池。 2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一定浓度的溶解氧、H和Zn2进行工作的。该电池工作时，正极的电极反应式为() AZn2e=Zn2B2H2e=H2C4OH4e=O22H2ODO24H4e=2H2OD正极得电子，体液中溶解的氧气得电子而发生还原反应：O24H4e=2H2O，D项正确。3熔融碳酸

17、盐燃料电池，是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。下图是用熔融碳酸盐作电解质，氢气和氧气形成的燃料电池。下列说法不正确的是() A该电池放电时，负极的反应式为H22eCO=H2OCO2B该电池中的CO由左边移向右边C该电池放电时，正极的反应式为O22CO24e=2COD该电池放电时，当转移4 mol电子时正极消耗1 mol O2和2 mol CO2BA项，发生氧化反应的一极为负极，H2作还原剂，负极反应式：H22eCO=H2OCO2，正确；B项，电解质中阴离子移向负极，即CO从右边移向左边，阳离子从负极移向正极，错误；C项，O2在正

18、极上得到电子，根据电池示意图，O24e2CO2=2CO，正确；D项，根据C项分析，正确。题后反思燃料电池的正极反应本质都是O24e=2O2，在不同电解质环境中，其正极反应的书写形式有所不同。因此在书写正极反应时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。4(1)依据原电池的构成，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是_(填序号)。AC(s)CO2(g)=2CO(g)BNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)C2H2O(l)=2H2(g)O2(g)D2CO(g)O2(g)=2CO2(g)若以熔融的K2CO3与CO2为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应式：_。(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HClNH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中铵根离子浓度逐渐增大。请写出该电池的正极反应式：_。【解析】(1)自发的氧化还原反应可以设计成原电池，故选D；负极失电子发生氧化反应，负极反应式为CO2eCO=2CO2。(2)氮气氢气燃料电池中，氢气在负极放电，氮气在正极放电，溶液中铵根离子浓度逐渐增大，所以正极反应式为N26e8H=2NH。【答案】(1)DCO2eCO=2CO2(2)N26e8H=2NH