第1章 第2节 第2课时 化学电源 讲义-（2019）新鲁科版高中化学选择性必修第一册.DOC

1、第2课时化学电源发 展 目 标体 系 构 建1.通过搜集、观察生活中常见的化学电源，了解化学电源的分类。2通过设计简单的燃料电池分析、体会化学电源的工作原理，电极构成及简单的电极反应式书写与判断。1化学电源的分类2常见电池(1)锌锰干电池项目酸性锌锰干电池碱性锌锰干电池电极锌筒作负极，石墨作正极电解质氯化铵和氯化锌氢氧化钾电极反应负极Zn2e=Zn2Zn2OH2e=ZnOH2O正极2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2OMnO2H2Oe=MnOOHOH电池反应Zn2MnO22NH4Cl= 2NH3ZnCl2Mn2O3H2OZn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH(2)铅蓄电池电极材料电解

2、质溶液：H2SO4溶液。原理特点：性能优良，造价低，可多次充放电；单位质量储存的电能少。(3)氢氧燃料电池原理(电极反应及电池反应)。项目酸性燃料电池碱性燃料电池电极石墨电极材料电解质磷酸等酸性溶液KOH溶液电极反应负极2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池反应2H2O2=2H2O特点：能量利用效率高、可连续使用和污染轻等。微点拨：燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。1判断对错(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)手机、电脑使用的电池为一次电池。()(2)酸性锌锰干电池和碱性锌锰

3、干电池工作时，负极反应相同。()(3)铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。()(4)氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。()(5)氢氧燃料电池的负极反应为H22e=2H。()提示：(1)手机、电脑使用的是二次电池。(2)酸性锌锰干电池负极反应为Zn2e=Zn2，碱性锌锰干电池负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O。(3)铅蓄电池放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应。(4)(5)氢氧燃料电池在碱性环境中的负极反应为H22OH2e=2H2O。2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、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中()

4、铝合金是阳极铝合金是负极海水是电解液铝合金电极发生还原反应ABCDA电池电极只称为正、负极，故错。其中活泼的一极为负极，即为铝合金，对。电极在海水中，故海水为电解质溶液，对。铝合金为负极，发生氧化反应，故错。3ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_。欲除去Cu2，最好选用下列试剂中的_(填代号)。ANaOH BZnCFeDNH3H2O解析(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极：Zn2e=Zn2；电池

5、工作时，电子是从负极流向正极。(2)Zn与Cu2发生氧化还原反应，生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快了Zn的腐蚀。答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B二次电池的工作原理(素养养成证据推理与模型认知)一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H22NiOOH2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为电动汽车、卫星等的电源。1该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？提示：由H2OH知呈碱性。2放电时的电极反应式如何书写？提示：负极：H22OH2e=2H2O正极：2NiOOH2H2O2e=2Ni(OH)22OH3充电时的电极反应式如何书

6、写？提示：阴极：2H2O2e=H22OH阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O4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。1二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。2当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。3充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程。【例题】LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的

7、是()A该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液B该电池放电时，电池内部的Li向负极移动C该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4e=FePO4LiD在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少CH2SO4溶液作电解质溶液时，将会与Li发生反应，A项错误；该电池放电时，阳离子Li移向正极，B项错误；该电池充电时，阳极发生的是失去电子的氧化反应，C项正确；在该电池的放电过程中，正极上不断有LiFePO4生成，正极的质量逐渐增大，D项错误。借题发挥(1)写出该电池放电时的正、负极反应式。(2)该电池能用水作电解质溶液吗？为什么？答案(1)负极：Lie=Li；正极：FePO4Lie=LiFePO4

8、。(2)不能。因为锂是活泼金属，可与水发生反应，故不能用水作电解质溶液，电解质可以为导电固体。可充电电池电极反应式的书写方法已知电池总反应式书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。第一，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；第二，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)；第三，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。1已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“”，另一个接线柱旁标有“”。关于标有“”的接线柱，下列说法正确的是()A充

9、电时作阳极，放电时作正极B充电时作阳极，放电时作负极C充电时作阴极，放电时作负极D充电时作阴极，放电时作正极C“”接线柱放电时为原电池的负极，失去电子发生氧化反应，充电时与外接电源负极相连，作电解池的阴极，得到电子发生还原反应，C项正确。2(双选)生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO42H2OPbO2Pb2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是()A需要定期补充硫酸B放电时Pb是负极，PbO2是正极C放电时负极上发生的反应是Pb2eSO=PbSO4D放电时电解质溶液的密度增大AD由电池反应式可知，不需要定期补

10、充硫酸，A项错误；铅蓄电池放电时，相当于原电池，则发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极，B项正确；放电时，负极上铅失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO结合生成PbSO4，电极反应式为PbSO2e=PbSO4，C项正确；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也减小，D项错误。3有一种电池，它的一个电极材料是NiO2(在碱中NiO2氧化性比O2更强，还原产物是2价的镍的化合物)，另一电极是铁，电解质溶液是21%的氢氧化钾溶液。下列对电池的叙述和有关反应正确的是()A此电池不用密封B铁是负极，放电时，铁失电子生成

11、能自由移动的Fe2，负极反应是Fe2e=Fe2C放电时，正极反应为NiO22e=Ni22O2D放电时的总反应为FeNiO22H2O=Fe(OH)2Ni(OH)2D因该电池的电解质溶液是KOH溶液，应防止与空气接触，否则KOH会与空气中的CO2发生反应生成K2CO3，所以A选项错误；在KOH溶液中，负极反应的产物是Fe(OH)2：Fe2e2OH=Fe(OH)2，正极反应为NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH，因此B、C选项均错误。常见燃料电池的比较(素养养成证据推理与模型认知) 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空

12、气，另一个电极通入汽油蒸气以壬烷(C9H20)代表汽油，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。1该电池放电时发生的化学方程式如何书写？提示：该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应：C9H2014O2=9CO210H2O。2该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？提示：该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O24e=2O2。负极失去电子发生氧化反应。3固体电解质里的O2的移动方向是怎样的？提示：原电池中阴离子O2向负极移动。4向外电路释放电子的电极为哪一极？提示：负极。原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。5若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负

13、极电极反应式如何书写？提示：C9H2074OH56e=9CO47H2O。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=2K2

14、CO36H2O肼燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：N2H44OH4e=N24H2O总反应：N2H4O2=N22H2O2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。3书写燃料电池电极反应式的三步骤1氢氧燃料电池是一种能在航天飞机上使用的特殊电池，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是()A由于A、B两电极没有活动性差别，不能构成原电池BA电

15、极是负极，电极上发生氧化反应C产物为无污染的水，属于环境友好的绿色电池D外电路中电流由B电极通过导线流向A电极AA项，燃料电池中电极的活泼性可以是相同的，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，错误；B项，A电极通入的是氢气，H2为负极反应物，电极上发生氧化反应，正确；C项，氢氧燃料电池反应产物为无污染的水，属于环境友好的绿色电池，正确；D项，B电极是正极，则外电路中电流由B电极通过导线流向A电极，正确。2燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的K2CO3作电解质，惰性材料作电极，一极通CH2=CH2，另一极通O2、CO2。下列说法中不正确的是()A电池的总反应式为CH2=C

16、H23O2=2CO22H2OB正极发生的电极反应为3O26CO212e=6COC负极发生的电极反应为CH2=CH26CO12e=8CO22H2OD通入乙烯的一极为正极D燃料电池中可燃性气体作负极，D项错误；该燃料电池的总反应式为CH2=CH23O2=2CO22H2O，产物CO2、H2O均不与熔融的K2CO3反应，A项正确；正极O2得到电子生成O2、O2与CO2反应生成CO，B项正确；总反应式减去正极反应式即为负极反应式，C项正确。3用CH3OH气体代替H2作燃料，则得到甲醇燃料电池。写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。(1)CH3OHNaOH溶液O2构成的燃料电池：负极反应式：_，正极

17、反应式：_，总反应式：_。(2)CH3OHH2SO4溶液O2构成的燃料电池：负极反应式：_，正极反应式：_，总反应式：_。答案(1)2CH3OH16OH12e=2CO12H2O3O26H2O12e=12OH2CH3OH3O24OH=2CO6H2O(2)2CH3OH2H2O12e=2CO212H3O212H12e=6H2O2CH3OH3O2=2CO24H2O(1)酸溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO2。(2)碱溶液作电解质：CxHy或CxHyOz氧化后的存在形式为CO。1锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)2MnO2(s)2NH(aq)=Zn2(aq)Mn

18、2O3(s)2NH3(g)H2O(l)，在如图所示装置中，电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是()AZnB碳CMnO2和NHDZn2和NH3CZn在负极上被氧化得到Zn2；MnO2、NH在正极上被还原得到Mn2O3、NH3。2(双选)电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的单晶硅CD选项A中ZnMn干电池中作负极的是Zn，石墨作电池的正极，只起导电的作用，被腐蚀的是Zn；选项B中

19、氢氧燃料电池是把化学能直接转化为电能。3可以将反应ZnBr2=ZnBr2设计成可充电电池，下列4个电极反应：Br22e=2Br2Br2e=Br2Zn2e=Zn2Zn22e=Zn其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是()A和B和 C和D和A充电时的阳极和放电时的负极均发生氧化反应。4(素养题)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构如图，电池总反应可表示为2H2O2=2H2O。下列有关说法正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极D由

20、电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H移向正极，正极即b极的电极反应式应为O24H4e=2H2O，故A、B项错误，D项正确；C项没有指明标准状况，故C项错误。5(1)直接以甲烷为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极反应式为_；正极反应式为_。(2)熔融盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO2CO4e=4CO2；阴极反应式：_；电池总反应式：_。解析(2)本题中电池中的电解质是熔融物，而不是电解质溶液，但有自由移动的离子CO存在。原电池的反应原理实质是氧化还原反应中的电子转移，燃料电池总反应实质是一个燃烧反应。故阳极CO失去电子，而阴极应为O2得到电子，再与阴极助燃气CO2反应生成电解质阴离子CO。答案(1)CH48e2H2O=CO28H2O28e8H=4H2O(2)O22CO24e=2CO2COO2=2CO212