2012高中化学 4.2化学电源学案 新人教版选修4

4.2化学电源学案（人教版选修4）[学习目标]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、生活中的实际应用。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。[重点·难点]二次电池及燃料电池的工作原理。1．化学电源(1)定义：将__________转化为______的装置。(2)分类(3)优点①化学电池的____________较高，供能稳定可靠。②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。③使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。(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__________的多少，单位是W·h－1·kg－1或W·h－1·L－1。②比功率：即单位质量或单位体积所能__________的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。③电池的____________的长短。(5)化学电池回收利用废旧电池中含______和______等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约能源。2．一次电池(1)碱性锌锰电池①碱性锌锰电池的构造②工作原理负极：________________________________________，正极：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－，总反应：___________________________________。③特点比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，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工作原理负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2。正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。总反应：________________________________________________________________________。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。3．二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____________或________。(1)铅蓄电池的构造负极：____，正极：______，电解质溶液：______溶液。(2)工作原理①放电时负极：________________________________________________________________________；正极：________________________________________________________________________；总反应：________________________________________________________________________。②充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程：阴极：________________________________________________________________________；阳极：________________________________________________________________________；总反应：________________________________________________________________________。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(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，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。4．燃料电池(1)燃料电池的工作原理①连续地将________(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和____________的化学能直接转换成电能。②电极材料本身____________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换率超过____，普通燃料过程能量转换率仅____多。②污染____。(3)氢氧燃料电池①碱性电解质电极反应为：负极：________________________________________________________________________正极：________________________________________________________________________总反应：2H2＋O2=2H2O②酸性电解质电极反应为：负极：________________________________________________________________________正极：________________________________________________________________________总反应：2H2＋O2=2H2O一、其他常见燃料电池1．烃类燃料电池(1)CH4燃料电池用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式为：负极：________________________________________________________________________正极：________________________________________________________________________总反应式：________________________________________________________________________(2)丁烷燃料电池一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2－。该电池的电极反应式为：负极：________________________________________________________________________正极：________________________________________________________________________总反应式：________________________________________________________________________2．醇类燃料电池用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH(或乙醇)和O2，则发生了原电池反应。甲醇电池的反应式为：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋12H2O正极：________________________________________________________________________总反应式：2CH3OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O3．熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，该原电池的反应式为：负极：2CO＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=4CO2正极：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)总反应式：________________________典例氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是____________，在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。(2)负极反应式为________________________________________________________________________。(3)电极表面镀铂粉的原因是________________________________________________________________________。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ.2Li＋H2eq\o(=,\s\up7(△))2LiHⅡ.LiH＋H2O=LiOH＋H2↑①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。②已知LiH固体密度为0.82g·cm－3，用锂吸收224L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为_____________________________________________。③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。听课记录：变式训练可用于电动汽车的铝­空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－=Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极参考答案课前准备区1．(1)化学能电能(2)发生氧化还原反应胶状干电池充电电池或蓄电池燃料和氧化剂(3)①能量转换效率(4)①输出电能②输出功率③可储存时间(5)重金属酸碱2．(1)①KOHMnO2②Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2(2)②Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag3．充电电池畜电池(1)PbPbO2H2SO4(2)①Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋2H2O(l)②PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)=Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)4．燃料电池(1)①燃料氧化剂②不参与(2)①80%30%②小(3)①2H2＋4OH－－4e－=4H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－②2H2－4e－=4H＋O2＋4H＋＋4e－=2H2O课堂活动区一、1．(1)CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O2O2＋4H2O＋8e－=8OH－CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O(2)2C4H10＋26O2－－52e－=8CO2＋10H2O13O2＋52e－=26O2－2C4H10＋13O2eq\o(=,\s\up7(高温))8CO2＋10H2O2．3O2＋6H2O＋12e－=12OH－3．2CO＋O2=2CO2典例(1)化学能转变为电能a流向b(2)H2－2e－＋2OH－=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快反应速率(4)①LiH2O②8.71×10－4③32解析(1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2＋O2=2H2O，其中H2在负极失电子，即电子从a流向b。(2)负极为H2失电子生成H＋，但溶液为KOH溶液，故负极反应为H2－2e－＋2OH－=2H2O。(3)铂粉的接触面积大，这样增大电极单位面积吸附的H2、O2分子数，可以加快反应速率。(4)反应Ⅰ中Li从0价升至＋1价，作还原剂，反应Ⅱ中H2