2021-第二学期人教版化学选修4课时突破：4.2化学电源

1、选修4课时突破：化学电源|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.【要点导学】一、化学电池化学电池是将化学能变成电能的装置；1化学电池的分类一次电池一般锌锰电池、碱性锌锰电池化学电池二次电池铅蓄电池|迎迎.|下下.|载载.燃料电池氢氧燃料电池2判定电池优劣的主要标准(1) 比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是11W·h·kg或W·h·L；(2) 比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是11W·kg或W·L；(3) 电池可储存时间的长短；3化学电池回收利用废

2、旧电池中含重金属和酸碱等有害物质，应回收利用，既削减污染，又节省资源；1以下说法中，不正确选项A化学电池是将化学能转变成电能的装置B化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C化学电池供能稳固牢靠，可以制成各种外形和大小，使用方第第11页页，共共1144页页便，易于保护D废旧电池可以随便丢弃解析：选D废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随便丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收处理；2废电池必需进行集中处理的问题被提到议事日程；其首要原|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.因是A为了利用电

3、池外壳的金属材料B防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极解析：选B废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必需进行集中处理；二、一次电池1碱性锌锰电池(1) 基本构造：(2) 工作原理：负极反应：Zn2OH2e=ZnOH2；正极反应：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZnOH2；(3) 性能优点：碱性锌锰电池比一般锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间第第22页页，共共1144页页均有提高，适用于大电流和连续放电；2锌银电池(1) 基本构造：|精精.|品品.(2)

4、工作原理：|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.负极反应：Zn2OH2e=ZnOH2；正极反应：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；总反应：ZnAg2OH2O=ZnOH22Ag；(3) 电池特点：比能量大，电压稳固，储存时间长，相宜小电留恋续放电；3锂电池(1) 基本组成：负极：锂，正极：MnO2、CuO、FeS2等，电解质：非水溶剂；(2) 特点：比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长；特殊提示判定某电极发生反应的物质时，除考虑在该电极上得或失电子的物质外，仍要考虑得或失电子后形成的新物质是否会和电解质溶液中的离子发生反应；1

5、一般锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为Zn22MnO22NH4=ZnMn2O32NH3H2O；在此电池放电时，正极碳棒上发生反应的物质是24AMnO和NH4BZn2和NHCZnD碳棒第第33页页，共共1144页页解析：选A在电池的正极上发生的是得电子的仍原反应，是电池总反应中氧化剂发生反应的电极；由一般锌锰干电池的总反应式可知，MnO2与NH4发生的反应为正极反应；2碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用；碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.Zns2

6、MnO2s2H2Ol=ZnOH2s2MnOOHs，以下说法错误选项A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为2MnO2s2H2Ol2e=2MnOOHs2OHaq|下下.|载载.C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上削减6.5g解析：选C由所给的电池总反应式可知，电池工作时，每有1molZn参与反应，就会有2mol电子从负极Zn经外电路流向正极，并在正极发生反应：2MnO2s2H2Ol2e=2MnOOHs2OHaq；外电路每通过0.2mol电子，Zn的质量削减6.5g；3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=ZnO

7、H22Ag；其工作示意图如右；以下说法不正确选项AZn电极是负极BAg2O电极发生仍原反应CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=ZnOH2D放电前后电解质溶液的pH保持不变解析：选D该电池的电解质溶液为KOH，电池工作时负极发生第第44页页，共共1144页页反应为Zn2e2OH=ZnOH2，正极发生反应为Ag2O2eH2O=2OH2Ag，OH数目不变，但水被消耗，溶液pH上升；三、二次电池以铅蓄电池为例1基本构造|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.2组成负极：Pb，正极：PbO2，电解质：H2SO4溶液；3工作

8、原理(1) 放电过程原电池原理：2负极：PbsSO4aq2e=PbSO4s；22442正极：PbOs4HaqSOaq2e=PbSOs2HOl；总反应：PbsPbO2s2H2SO4aq=2PbSO4s2H2Ol；(2) 充电过程：2444阴极：PbSOs2e=PbsSOaq发生仍原反应；阳极：PbSO4s2H2Ol2eaq发生氧化反应；=PbO2s4HaqSO2总反应：2PbSO4s2H2Ol=PbsPbO2s2H2SO4aq；4铅蓄电池的优缺点(1) 优点：可重复使用、电压稳固、使用便利、安全牢靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛；(2) 缺点：比能量低、笨重，废弃电池污染环境；第第55页页，

9、共共1144页页已知铅蓄电池的充、放电过程：PbsPbO2s2H2SO4aq放电充电2PbSO4s2H2Ol；(1) 铅蓄电池放电时，正极区域溶液的pH是如何变化的？2提示：铅蓄电池放电时，正极反应式为PbO24HSO42e=PbS4O2H2O，反应消耗H，故cH下降，pH上升；|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.(2) 铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？充电时两极发生什么反应？据此，在充电时，怎样连接电源的两极？提示：放电时，负极发生氧化反应，正极发生仍原反应；充电时，阴极发生仍原反应，阳极发生氧化反应；铅蓄电

10、池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正极；【总结归纳】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；(1) 放电时，电极正极仍原反应负极氧化反应(2) 充电时，电极阳极氧化反应阴极仍原反应3可充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：4Pb失去2e，发生氧化反应PbO2得到2e，发生仍原反应第第66页页，共共114

11、4页页放电22H2SO42PbSO42H2O其次步：写出一个比较简单书写的电极反应式，书写时肯定要留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Pb2SO42e=PbSO4；|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.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，|资资.22|料料.*|*|*|*|即PbPbO24HPbSO4，2SO4PbSO42e=2PbSO42H2O|欢欢.2|迎迎.|下下.|载载.整理得：PbO24HSO42e=PbSO42H2O；1镍镉Ni-Cd可充电电池在现代

12、生活中有广泛应用；已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：放电Cd2NiOOH2H2O充电CdOH22NiOH2有关该电池的说法正确选项A充电时阳极反应：NiOH2eOH=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极邻近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH向正极移动解析：选A由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：Cd2e2OH=CdOH2，负极碱性变弱，C项错误；正极反应为2NiOOH2e2H2O=2NiOH22OH，放电时，OH由正极向负极移动，D项错误；充电时，电能转化为化学能，B项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为NiOH2OHe=NiO

13、OHH2O，A项正确；第第77页页，共共1144页页|精精.|品品.|可可.|编编.2氢镍电池的总反应式是H22NiOOH据此反应判定，以下表达中不正确选项A电池放电时，镍元素被氧化B电池充电时，氢元素被仍原C电池放电时，镍元素被仍原D电池放电时，H2在负极被氧化放电充电2NiOH2；根|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.解析：选A电池放电时，Ni元素化合价降低被仍原，A错误，C正确；充电时，H元素化合价从10，化合价降低，被仍原，B正确；放电时，H元素化合价上升，在负极被氧化，D正确；3. 如下列图的水溶液锂离子电池体系；以下表达错误选项Aa

14、为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移解析：选C锂离子电池中，b电极为Li，放电时，Li失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以a为电池的正极，A正确；充电时，Li在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi，B正确；放电时，a为正极，正极上Li1xMn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，C错误；放电时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中Li从b向a迁移，D正确；4联合国开发方案署在中国的首个“氢经济示范城市”在江苏第第88页页，共共114

15、4页页如皋落户；用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示；以下说法正确选项|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*A放电时，甲电极为正极，OH移向乙电极B放电时，乙电极反应式为NiOOHH2Oe=NiOH2OH|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.C充电时，电池的碳电极与直流电源的正极相连D放电时，化学能完全转化为电能22解析：选B用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池，碳纳米管作负极，乙电极为正极；放电时，乙电极为正极，OH移向甲电极负极，故A错误；放电时，乙电极是正极，发生仍原反应，电极反应式为NiOOHHOe=NiOHOH，故B

16、正确；充电时，充电器的负极与电池的负极相连，即电池的碳电极与直流电源的负极相连，故C错误；原电池能够提高能量的利用率，但化学能不能完全转化为电能，一般会伴有热能放出等，故D错误；四、燃料电池以氢氧燃料电池为例1基本构造2工作原理：通入可燃物H2的一极为电池的负极，通入O2的一极为电池的正极；第第99页页，共共1144页页(1) 酸性氢氧燃料电池电解质为H2SO4负极反应：2H24e=4H，正极反应：O24H4e=2H2O，总反应：2H2O2=2H2O；(2) 碱性氢氧燃料电池电解质为KOH|精精.负极反应：2H24OH4e=4H2O，|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料

17、料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.正极反应：2H2OO24e=4OH，总反应：2H2O2=2H2O；3电池特点(1) 能量转换率高，污染小；(2) 工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供应，在电极上不断进行反应，连续不断地供应电能；特殊提示(1) 燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应；(2) 酸性介质中的燃料电池氧化剂为O2的正极反应式为O24H4e=2H2O；碱性介质中的燃料电池氧化剂为O2的正极反应式为O22H2O4e=4OH；1用稀H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式；提示：总反应式是甲烷燃烧的化学方程式CH4

18、2O2=CO22H2O，其中正极反应式为2O28H8e=4H2O，负极反应式为CH48e2H2O=C2O8H；第第1100页页，共共1144页页2用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？试分别写出两极的电极反应式；提示：不相同；由于CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH242O22OH=CO33H2O，其中正极反应式为2O24H2O8e2432=8OH，负极反应式为CH10OH8e=CO7HO；|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.|资资.|料料.*|*|*|*|欢欢.|迎迎.|下下.|载载.【总结归纳】有机燃料电池电极反应式书写方法电

19、池的负极肯定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规章，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，发生仍原反应，特殊留意电解质溶液酸碱性不同的区分；可依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H22O，故生成物为CO3和H2O；其次步：确定价态的变化及转移电子数；26乙醇CHO中碳元素的化合价为2，CO2中碳元素的化合价为34，故1mol乙醇完全反应失去2×4212mol电子；第三步：列出表达式；2C2H5OHOH12eCO3H2

20、O；第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数；2由碳原子守恒确定CO3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12个单位正电荷第第1111页页，共共1144页页再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11，2故负极反应式为C2H5OH16OH12e=2CO311H2O；1肼N2H4-空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质为20%30%的KOH溶液，电池总反应式为N2H4O2=N22H2O；以下关于该电池工作时说法中正确选项|精精.|品品.|可可.|编编.|辑辑.|学学.|习习.A溶液的pH保持不变B溶液中的阴离子向正极移动|资资.|料料.*|*

21、|*|C正极的电极反应式：O24H4e=2H2O*|欢欢.|迎迎.D负极的电极反应式：N2H44OH4e=4H2ON2|下下.|载载.解析：选DA项，由于有水生成，溶液的pH会减小，A项错误；B项，原电池中，溶液中的阴离子总是移向电池的负极，B项错误；C项，溶液介质为碱性，正极的电极反应式是O22H2O4eC项错误；=4OH，2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下列图；关于该电池的表达正确选项A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况22.4下CO2气体6L第第1122页页，共共1144页页解析：选BA项，高温条件下微生物会变性，错误；B项，负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，正确；C项，原电池内部阳离子应向正极移动，错误；D项，消耗1mol氧气生成1mol二氧化碳，标准状况下体积是22.4L，错误；3科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高；|精精.一个电极通入空气