2020-2021学年高中化学苏教版选修4学案：专题一 第二单元 第2课时　化学电源 Word版含解析

1、第2课时化学电源一、化学电池1定义将化学能变成电能的装置。2分类3优点化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。4判断电池优劣的主要标准(1)比能量即单位质量或单位体积所能输出电能的多少。(2)比功率即单位质量或单位体积所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。二、一次电池1锌锰干电池(1)碱性锌锰电池的构造(2)工作原理负极：zn2oh2e=zn(oh)2；正极：2mno22h2o2e=2mnooh2oh；总反应：zn2mno22h2o=2mnoohzn(oh)2。(3)特点：比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有所提高，适用于大电流和连续放电。2银锌电池(1)纽扣式银锌电池的构造(2

2、)工作原理负极：zn2oh2e=znoh2o；正极：ag2oh2o2e=2ag2oh；总反应：znag2oh2o=zn(oh)22ag。(3)特点：此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。3锂电池(1)电极材料：负极：li；正极：mno2、cuo、fes2等。(2)特点：比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。三、二次电池二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。1铅蓄电池的构造负极：pb，正极：pbo2，电解质溶液：h2so4溶液。2工作原理(1)放电时负极：pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)；正极：pbo2(s)4h(aq)so(a

3、q)2e=pbso4(s)2h2o(l)；总反应：pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)。(2)充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。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)。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)2pbso4(s)2h2o(l)。3性能及应用电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比

4、能量低、笨重、废弃电池污染环境。四、燃料电池1燃料电池的工作原理(1)连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身不参与氧化还原反应。(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。2燃料电池的优点(1)能量转化率高燃料电池的能量转化率超过80%，普通燃烧过程能量转化率仅30%多。(2)污染小。3氢氧燃料电池(1)碱性电解质电极反应为：负极：2h24oh4e=4h2o；正极：o22h2o4e=4oh；总反应：2h2o2=2h2o(2)酸性电解质电极反应为：负极：2h24e=4h；正极：o24

5、h4e=2h2o；总反应：2h2o2=2h2o探究点一燃料电池电极反应式的书写1燃料电池的组成(1)电极：惰性电极。(2)燃料：包括h2、烃(如ch4)、醇(如c2h5oh)、肼(n2h4)等。(3)电解质：酸性电解质溶液，如h2so4溶液；碱性电解质溶液，如naoh溶液；熔融氧化物，如y2o；熔融碳酸盐，如k2co3等。2书写燃料电池反应式的基本步骤(1)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。如氢氧燃料电池的总反应为2h2o2=2h2o；甲烷燃料电池(电解质溶液为naoh溶液)的反应：ch42o2=co22h2oco22

6、naoh=na2co3h2o式得燃料电池总反应为ch42o22naoh=na2co33h2o。(2)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都是o2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，一般为以下四种情况：酸性电解质溶液环境下电极反应式：o24h4e=2h2o。碱性电解质溶液环境下电极反应式：o22h2o4e=4oh。固体电解质(高温下能传导o2)环境下电极反应式：o24e=2o2。熔融碳酸盐(如熔融k2co3)环境下电极反应式：o22co24e=2co。(3)第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。电池的总反应和正、负极反应之间

7、有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式(消去电子)。故根据第一、二步写出的反应：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物o2。3实例以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应：ch42o2=co22h2o燃料电池正极反应：o24h4e=2h2o×2，得燃料电池负极反应：ch42h2o8e=co28h(2)碱性条件燃料电池总反应：ch42o22naoh=na2co33h2o燃料电池正极反应：o22h2o4e=4oh×2，得燃料电池负极反应：ch410oh8e=co7h

8、2o(3)固体电解质(高温下能传导o2)燃料电池总反应：ch42o2=co22h2o燃料电池正极反应：o24e=2o2×2，得燃料电池负极反应：ch44o28e=co22h2o(4)熔融碳酸盐(如熔融k2co3)环境电池总反应：ch42o2=co22h2o。正极电极反应式：o22co24e=2co。电池总反应正极电极反应式负极反应式：ch44co8e=5co22h2o。注意事项：电池的负极通入可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极通入氧气或空气，得电子，发生还原反应。电极材料一般不参加化学反应，只是一个催化转化元件。书写电极反应式时，要分清电解质溶液的酸碱性。在碱性电解质溶液中

9、，电极反应式中不能出现h；在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现oh。正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式，如甲烷燃料电池。电极反应式遵循质量守恒、电荷守恒定律。1燃料电池与一般化学电池之间的区别是什么？提示：燃料电池与一般化学电池的区别：一般化学电池的活性物质储存在电池内部，受电池容量的限制；燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，反应产物不断地被排出，可以连续不断地提供电能。2氢氧燃料电池的能量利用率是100%，产物为水，不污染环

10、境。正确吗？提示：氢氧燃料电池中产物为水，不污染环境，但能量利用率达不到100%。3如果用稀硫酸作电解质溶液，氢氧燃料电池在放电后溶液的ph将发生怎样的变化？提示：反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，ph增大。【例1】用两根铂丝作电极插入koh溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为ch42koh2o2=k2co33h2o，下列说法错误的是()a通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极b放电时，通入o2一极附近溶液的ph升高c放电一段时间后，koh的物质的量不发生变化d通甲烷一极的电极反应式是ch410oh8e=co7h2o

11、【思路分析】燃料电池的总反应一般与燃烧反应相同，在燃料电池中可燃物作负极发生失电子的氧化反应，助燃物(一般是o2)作正极发生得电子的还原反应。【解析】原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：2o24h2o8e=8oh；负极：ch410oh8e=co7h2o，由此可见选项a、b、d都正确。放电时koh的物质的量减小。【答案】c固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(o2)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(d)a有o2放电

12、的a极为电池的负极b有h2放电的b极为电池的正极ca极对应的电极反应为：o22h2o4e=4ohd该电池的总反应方程式为2h2o22h2o解析：根据该电池的工作原理可知，被氧化的是h2：2h24e2o2=2h2o，b极为原电池的负极；被还原的是o2：o24e=2o2，a极为原电池的正极；总反应式为2h2o22h2o。探究点二可充电电池1二次电池充电时与电源的连接二次电池在充电时，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可充电电池复杂电极反应

13、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。4对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判

14、断可根据电极反应式进行分析。放电(原电池)的负极及充电(电解池)的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电(原电池)的正极及充电(电解池)的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。5对溶液中离子的移动方向的判断放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。6可充电电池充电时与电源的连接可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。1如何给可充电电池充放电？提示：可充电电池充放电时电池的接法：2可充电电池充放电过程的区别与联系是什么？提示：【例2】镍镉(ni­cd)可充电电池在现代生活中

15、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：cd2niooh2h2ocd(oh)22ni(oh)2有关该电池的说法正确的是()a充电时阳极反应：ni(oh)2eoh=nioohh2ob充电过程是化学能转化为电能的过程c放电时负极附近溶液的碱性不变d放电时电解质溶液中的oh向正极移动【思路分析】二次电池放电时为原电池，其充电和放电时的电极反应相反。【解析】由总反应可知，放电时，负极cd发生氧化反应：cd2e2oh=cd(oh)2，负极碱性变弱，c项错误；正极反应为2niooh2e2h2o=2ni(oh)22oh，放电时，oh由正极向负极移动(内电路)，d项错误；充电

16、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ni(oh)2ohe=nioohh2o，a项正确。【答案】aliso2电池具有输出功率高和低温性能好等特点，其电解质是libr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应为li2s2o42li2so2。下列说法正确的是(a)a充电时是电解池，放电时是原电池b放电时，阴极反应为lie=lic充电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动d充电时，每有0.1 mol电子转移，有2.24 l so2生成解析：充电时是电解池，放电时是原电池，a项正确；放电时，负极反应为lie=li，b项错误；充电时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，c项错误；没有指明是

17、在标准状况下，d项错误。1下列有关化学电池的说法中正确的是(c)a化学电池只能将化学能转化为电能b燃料电池能将全部化学能转化为电能c银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长d一次电池包括干电池和蓄电池解析：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)，燃料电池的能量转化率超过80%，但不可能100%转化。蓄电池可重复使用，属于二次电池。故正确答案为c。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。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：zn(s)2mno2(s)h2o(l)=zn(oh)2(s)mn2o3(s)，下列说法错误的是(c)a电池工

18、作时，锌失去电子b电池正极的电极反应式为：2mno2(s)h2o(l)2e=mn2o3(s)2oh(aq)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0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g解析：由电池工作时锌在负极失去电子，故a正确；只要能够理解正极的反应物是mno2，同时能够应用电子转移数目、电荷守恒与元素守恒即可正确地书写电极反应式，而本题只要对其进行正误判断，因此只要从上述三个方面进行验证即可，b选项正确；c中外电路的电子应该由负极流出，流入正极，故c错误；d中只要根据简单的计算，即理解每反应1 mol zn，失去2 mol电子，因此d正确。3.纽扣电池可用于计算

19、器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为zn和ag2o，以koh溶液为电解质溶液，电池的总反应为znag2oh2o=2agzn(oh)2。关于该电池的叙述不正确的是(b)a使用时电子由zn极经外电路流向ag2o极，zn是负极b使用时电子由ag2o极经外电路流向zn极，ag2o是负极c正极的电极反应为ag2o2eh2o=2ag2ohdzn极发生氧化反应，ag2o极发生还原反应解析：由总方程式可以看出，负极为zn，正极为ag2o，使用时电子由负极流向正极，a项正确；b项错误，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，c项正确，d项也正确。4有人设计出利用ch4和o2的反应，用铂电极在koh溶液中

20、构成原电池。该电池的总反应类似于ch4在o2中燃烧的反应，则下列说法正确的是(a)每消耗1 mol ch4可以向外电路提供8 mol e负极上ch4失去电子，电极反应式为ch410oh8e=co7h2o负极上o2获得电子，电极反应式为o22h2o4e=4oh电池放电过程中，溶液的ph不断升高abcd解析：该电池反应的实质是甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，生成的二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子。甲烷中碳元素为4价，碳酸根离子中碳元素为4价，则每消耗1 mol ch4可以向外电路提供8 mol e，正确。燃料甲烷在负极上失去电子，结合氢氧根离子生成碳酸根离子，正确。氧气在正极上得到电子，结合

21、水生成氢氧根离子，错误。由电池的总反应式ch42o22oh=co3h2o可知，放电过程中消耗了氢氧根离子，因此溶液的ph不断降低，错误。综上所述，a选项正确。5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。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，其中电池的电解质是掺杂了y2o3(y为钇)的zro2(zr为锆)晶体，它在高温下能传导o2。若以丁烷(c4h10)代表汽油，总反应为2c4h1013o2=8co210h2o。下列有关该电池的说法中错误的是(c)a该电池负极的电极反应式为c4h1013o226e=4co25h2obo2向负极移动c该电池正极的电极反应式为o24e2h2o=4ohd

22、丁烷在放电时发生氧化反应解析：丁烷失电子发生氧化反应，电极反应式为c4h1026e13o2=4co25h2o，故a正确；原电池中，阴离子向负极移动，即o2向负极移动，故b正确；正极上通入空气，氧气得电子发生还原反应，由电解质的性质知，o2得电子被还原为o2，故电极反应式为o24e=2o2，故c错误；丁烷在负极放电时发生氧化反应，故d正确。6我国科学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(a)铝合金作阳极铝合金作负极海水作电解质溶液铝合金电极发生还原反应a bc d解析：由原电池的工作原理可知，铝合金作负极，负极发生氧化反应，ptfe合金网作正极，电解质溶液是海水，故错误，正确。7一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月，其电池反