20202021高中化学第1章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能电池第2课时化学电源学案鲁科版选修4经典实用

1、第2课时化学电源学习目标：1.了解化学电源的分类。2.了解常见的化学电源及其工作原理。(难点)3.了解化学电源的广泛使用及对环境的影响。自 主 预 习·探 新 知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2nh2e=2nh3h2mno22h2o2e=mn(oh)22oh电池反应zn2nh4cl=zncl22nh3h2znmno2h2o=znomn(oh)2(2)铅蓄电池电极材料电解质溶液：30%h2so4溶液原理。特点：性能优良，价格便宜，

2、可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。(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，排放污染物少。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。基础自测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干电池工作时，负极

3、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下列电池属于一次电池的是()a锌锰干电池b铅蓄电池c锂电池d氢氧燃料电池a铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃

4、料电池。合 作 探 究·攻 重 难二次电池下图是一种铅酸蓄电池的剖面图，仔细观察该电池的结构，思考下列问题：思考交流1该电池放电时的正极和负极材料分别是什么？提示正极：pbo2；负极：pb。2该电池放电时两极发生反应的物质是什么？分别属于什么反应类型？提示负极：pb失电子发生氧化反应；正极：pbo2得电子发生还原反应。3充电时两极应该如何与外接电源相连？提示阳极连接外接电源的正极；阴极连接外接电源的负极。对点训练教师备选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充电时作

5、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。1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()【导学号：41722044】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减小a由电池反应式可知，

6、不需要定期补充硫酸，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项正确。2lifepo4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

7、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。可充电电池原理(1)可充电电池电极反应(2)可充电电池充电时的连接方法充电时属于电解池，此时电池的负极与外接电源的负极相连，作阴极发生还原反应，电池的正极与外接电源的正极相连，作阳极发生氧化反应。燃料电池电极反应式的书写一种熔融碳酸

8、盐燃料电池原理示意如图思考交流1电极a上的电极反应式如何书写？提示coh22co4e=h2o3co2。2电极b上的电极反应式如何书写？提示o22co24e=2co。3电池总反应式如何书写？提示coh2o2=co2h2o。对点训练1某固体酸燃料电池以cshso4固体为电解质传递h，其基本结构见如图，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

9、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。2甲烷燃料电池在不同环境下电极反应式的书写：(1)酸性条件电池总反应式ch42o2=co22h2o正极反应式：o24h4e=2h2o×2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件电池总反应式：ch42o22naoh=na2co33h2o 正极反应式：o22h2o4e=4oh ×2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导o2)电池总反应式：ch42o2=co22h2o 正极反应

10、式：o24e=2o2 ×2，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融k2co3)环境下电池总反应式：ch42o2=co22h2o 正极反应式：o22co24e=2co ×2，得燃料电池负极反应式：_。答案(1)ch48e2h2o=co28h(2)ch410oh8e=co7h2o(3)ch44o28e=co22h2o(4)ch44co8e=5co22h2o三步突破燃料电池电极反应式的书写第一步：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和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为naoh溶液)的反应式为：ch42o2=co22h2

11、o co22naoh=na2co3h2o 式式得燃料电池总反应式为：ch42o22naoh=na2co33h2o。第二步：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是o2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：o24h4e=2h2o(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：o22h2o4e=4oh(3)固体电解质(高温下能传导o2)环境下电极反应式：o24e=2o2(4)熔融碳酸盐(如熔融k2co3)环境下电极反应式：o22co24e=2co。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总

12、反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为o2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除o2。当 堂 达 标·固 双 基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)mn2o3(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氢氧燃料电池是将h2和o2分别通到浸入20%40%(质量分数)的koh溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2h2o2=2h2o，则下

13、列叙述正确的是()a通入h2的一极是正极，通入o2的一极是负极b通入o2的一极是正极，通入h2的一极是负极c该电池工作一段时间后，电解质溶液的ph增大d该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的ph增大b根据电池总反应可知，该电池工作时不断有h2o生成，则电解质溶液的ph不断减小。通入o2的一极作正极，通入h2的一极作负极，h2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2h24oh4e=4h2o，负极区附近溶液中oh浓度降低，则ph减小。综上分析，b项正确。3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 () 【导学号：41722045】a

14、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c(oh)增大a电池的负极发生氧化反应，该蓄电池的负极为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，c(oh)减小，d项错误。教师备选铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是pb和pbo2，电解质溶液为稀硫酸，工作时该电

15、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，正极反应式为_。(3)工作时，电解质溶液的酸性_(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)外电路电流从_极流向_极。解析蓄电池工作(放电)时，起原电池作用。根据原电池原理，负极失去电子发生氧化反应，元素化合价升高，所以pb为负极；正极得到电子发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，pbo2是氧化剂，即正极反应式为pbo22e4hso=pbso42h2o；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，所以酸性

16、减小；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)pbo22e4hso=pbso42h2o(3)减小(4)负(5)正负4(1)直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性， 【导学号：41722046】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(1)负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水反应生成氢离子：ch3o