苏教版高中化学选修4讲义化学电源.docx

1、苏教版高中化学选修4讲义化学电源第2课时化学电源目标与素养：1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。(科学态度与社会责任)2.学会一次电池、二次电池的反应原理，会书写电极反应式。(宏观辨识与微观探析)一、化学电源的分类及特点二、一次电池1银锌钮扣电池(1)组成(2)电极反应和电池反应负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH。电池反应：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。2锌锰干电池(1)组成：分为酸性锌锰电池(普通锌锰干电池)和碱性锌锰电池，其正极为石墨棒，负极为锌筒，前者电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2混合液，

2、后者电解质为KOH。(2)电极反应和电池反应以碱性锌锰干电池为例：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2。正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。电池反应：Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH。三、燃料电池以KOH溶液为电解质溶液，写出氢氧燃料电池的电极反应式和电池反应。 电极反应(碱性环境)：负极：H22OH2e=2H2O；正极：O2H2O2e=2OH；电池反应：H2O2=H2O。特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能，能量利用率高，排放废弃物少。四、二次电池1构造与组成2工作原理放电过程充电过程负极：Pb2eSO=PbSO4；(氧化反应)阴极：PbSO42e

3、=PbSO；(还原反应)正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；(还原反应)阳极：PbSO42H2O2e= PbO24HSO；(氧化反应)总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4铅蓄电池的充、放电过程：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O3铅蓄电池的优缺点(1)优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。(2)缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料。()(2)锌锰干电池放电后可

4、以再次充电使用。()(3)氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应。()答案：(1)(2)(3)2下列有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B二次电池，即可充电电池，所以A项对。在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，所以B项错。3LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2

5、。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。解析：(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Lie=Li。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)。答案：(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2化学电源电极反应式的书写1根据装置书写电极反应式首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。(1)先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。(2)书写电极反应式负极：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

6、生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池的负极：PbSO2e=PbSO4。正极：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，则有两种情况：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH；电解质是酸性：O24H4e=2H2O。(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2给出总反应式，写电极反应式各类电极反应式的一般书写步骤为列出物质，标电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的负极反应式的书写步骤：(1)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

7、子数为4e：2H24e=4H。(2)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。2H24e4OH=4H2O。注意：在碱性溶液中，电极反应式不出现H。(3)利用元素守恒验证，即得2H24e4OH=4H2O。3可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。4给出电极反应式，书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个

8、电极反应式的得失电子数相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意若反应式同侧出现不能共存的离子，如H和OH、Pb2和SO，要写成反应后的物质，如H2O、PbSO4。【例1】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是()A放电时负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时阳极反应为Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强C根据题给总反应

9、式，高铁电池放电时高铁酸钠在正极得到电子，被还原。电极反应式书写的两个注意点(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。(2)在酸性溶液中，可发生消耗H和产生H的反应，不可能发生消耗OH和产生OH的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH和产生OH的反应，不可能发生消耗H和产生H的反应。1某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为FeNiO22H2OFe(OH)2Ni(OH)2，下列说法中正确的是()A放电时，负极上发生反应的物质是FeB放电时，正极反应是NiO22e2H=Ni(OH)2C充电时，阴极反应是Ni(OH)22e2OH=NiO22H2OD充电时，阳极附近pH增大A原电池的负

10、极发生氧化反应，该原电池的负极为Fe，A项正确；该电池的正极为NiO2，发生还原反应，电极反应为NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH，B项错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)22e=Fe2OH，C项错误；充电时，阳极的电极反应为Ni(OH)22OH2e=NiO22H2O，pH减小，D项错误。常见燃料电池的比较1常见的四种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O24e2H2O=4OH负极：2H24e4OH=4H2O总反应：2H2O2=2H2OH2SO4正极：O24e4H=2H2O负极：2H24e=4H总反应：2H2O2=2H2O甲烷燃料电池KOH正

11、极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO7H2O总反应：CH42O22KOH=K2CO33H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O26H2O12e=12OH负极：2CH3OH16OH12e=2CO12H2O总反应：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O肼燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：N2H44OH4e=N24H2O总反应：N2H4O2=N22H2O2.书写燃料电池电极反应式的三步骤【例2】(1)现有反应2H2O22H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是_，正极通入的应是_，电极反应式分别为_ _、_。(2)如把KOH改为稀硫酸作导电物质，则电极反应

12、式分别为_、_。(3)上述(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，(1)中溶液pH变_(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH变_。解析：解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。(1)根据总反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，H2应在负极上反应，O2应在正极上反应，又因为是碱性溶液不可能有H参加或生成，故负极反应为2H24OH4e=4H2O，正极反应为O22H2O4e=4OH。(2)若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH参加反应，也不可能有OH生成，负极：2H24e=4H，正极：O24H4e=2H2O。(3)由于(1)是在碱性条件下反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶

13、液变稀，pH将变小；而(2)中为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。答案：(1)H2O2负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O(3)小大(1)以C2H5OH为燃料的燃料电池在酸性、碱性电解质溶液中的负极的电极反应式是否相同？试写出。(2)已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？提示：(1)不同。碱性(生成碳酸盐)：C2H5OH16OH12e=2CO11H2O，酸性(生成CO2)：C2H5OH12e3H2O=2CO212H。(2)能。在负极通入氢气，正极通入氯气

14、，可用盐酸作电解质溶液，既可以将化学能转化为电能，又可以制备盐酸。2一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为2COO2=2CO2。则下列说法正确的是()A通CO的一极是电池的正极B负极发生的电极反应是O22CO24e=2COC负极发生的电极反应是COCO2e=2CO2D正极发生氧化反应C据题意知通入CO的一极为电源的负极，CO失去电子转变为CO2，负极发生氧化反应，故A、B、D项错误，C项正确。1下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()干电池示意图铅蓄电池示意图氢氧燃料电池

15、示意图A上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 gD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源C在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D正确；C项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误。2有关碱性锌锰电池的说法正确的是()AZn为正极 BMnO2为负极C以氯化铵作为电解质 DMnO2极有电子流入D碱性锌锰电池的电极材料是MnO2和Zn，电解质为KOH，电池反

16、应为Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH，可知Zn为负极，流出电子，MnO2为正极，有电子流入。3铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应方程式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列结论正确的是()APb为正极被氧化B电解质溶液的pH不断减小CSO向PbO2处移动D电解质溶液的pH不断增大D由题给电池反应可以看出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，SO移向

17、Pb极，所以C不正确。4燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。下列关于CO燃料电池(NaOH作电解质)的说法中正确的是()A负极反应为：O22H2O4e=4OHB负极反应为：CO2e4OH=CO2H2OC放电时正极发生氧化反应，外电路中电子从正极流向负极D随着放电的进行，溶液的pH保持不变BA项所给是正极反应式，错误；C项外电路中电子从负极流向正极，错误；D项由电池总反应：O22CO4OH=2CO2H2O，可知反应消耗NaOH，故pH要减小，错误。5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目的。一种甲醇燃

18、料电池是采用铂或碳化钨化为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是_。(2)此电池的正极发生的电极反应式是_，负极发生的电极反应式是_。(3)电解液中的H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是_。解析：甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH在负极发生氧化反应，电极反应式为2CH3OH2H2O12e=2CO212H；氧气在正极反应：3O212H12e=6H2O，两反应式相加即得总反应式。在电池中，负极释放出电子移动到正极上，故向外电路释放电子的电极为负极。在原电池的内电路中，阳离子向正极移动，故H向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。答案：(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正负极(4)对环境无污染