新教材适用2024-2025学年高中化学第6章化学反应与能量第1节化学反应与能量变化第3课时化学电源学案新人教版必修第二册

第3课时化学电源学习目标1．知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。2．驾驭构成化学电池的基本要素，了解常见化学电池的工作原理。核心素养通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。主动关切与资源开发等有关的社会热点问题。一、一次电池二次电池对应学生用书学案P0531．一次电池——锌锰干电池工作原理负极_锌筒__锌被氧化，渐渐消耗正极_石墨棒___二氧化锰__被还原电解质_氯化铵糊__——特点放电后_不能__充电便于携带，价格低2．二次电池正|误|判|断(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(×)(2)充电电池可以无限制地反复充电、放电。(×)(3)二次电池充电时化学能转化为电能。(×)深|度|思|考铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4＋2H2O。按要求回答下列问题：(1)负极材料是_Pb__，正极材料是_PbO2__，电解质溶液是_稀硫酸__。(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向_PbO2(或正)__极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)当铅酸蓄电池向外电路供应2mole－时，理论上负极板的质量增加_96__g。应|用|体|验1.下列有关锌锰干电池的说法不正确的是(B)A．锌外壳是负极，碳棒是正极材料B．在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C．电流从碳棒流到锌上D．在电池内部阳离子从锌外壳移向碳棒解析：在锌锰干电池中，锌外壳是负极，碳棒是正极，故A项正确；在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故B项错误；电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故C项正确；电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故D项正确。2．(2024·浙江舟山调研)氟离子电池是一种前景广袤的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF3eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))3MgF2＋2Bi(MgF2犯难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是(A)A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－=MgF2B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极C．放电时，化学能完全转化为电能D．放电时，F－向正极移动解析：放电时，Mg作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Mg＋2F－－2e－=MgF2，A项正确；放电时，电子从镁电极流出，经导线流向正极，B项错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，但化学能不行能100%转化为电能，还有部分转化为热能等，C项错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故F－向负极移动，D项错误。铅酸蓄电池的电极反应负极：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，正极：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O，总的电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4＋2H2O。二、燃料电池对应学生用书学案P0541．概念一种将燃料(如_氢气__、_甲烷__、_乙醇__)和氧化剂(如_氧气__)的化学能干脆转化为电能的电化学反应装置。2．特点(1)清洁、平安、高效等；(2)能量转化率可以达到80%以上；(3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部供应，供电量易于调整。3．应用在航天、军事、交通等领域有广袤的应用前景。4．氢氧燃料电池氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，均为2H2＋O2=2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应如下：电解质溶液负极正极酸性(H＋)2H2－4e－=4H＋O2＋4H＋＋4e－=2H2O碱性(OH－)2H2－4e－＋4OH－=4H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－特殊提示：在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。正|误|判|断(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电。(×)(2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应。(×)(3)氢氧燃料电池将热能干脆转变为电能。(×)(4)原电池中正极材料肯定发生还原反应。(×)(5)原电池中的负极反应肯定是电极材料失电子。(×)深|度|思|考1.燃料电池当以氢气为燃料时，产物为水；通氢气等可燃性气体的一极为电池的什么极？氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液，两种电解质溶液工作时溶液的pH如何改变？提示：氢气发生氧化反应，故通H2一端的电极为负极；以氢气为燃料时，产物为水，故碱性环境(如KOH溶液)中pH减小，酸性环境(如硫酸溶液)中pH增大。2．部分心脏病患者须要植入心脏起搏器，一种心脏起搏器以铂和锌为电极材料，依靠人体血液中有肯定浓度的O2和H2O进行工作。该心脏起搏器的负极材料和正极材料分别是什么？写出负极的电极反应式。提示：正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌失电子被氧化，负极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋。应|用|体|验能源危机是当前全球性的问题，“开源节流”是应对能源危机的重要举措。(1)2024年北京冬奥会运用氢燃料电池汽车作为主运力开展示范运营服务，是迄今为止在重大国际赛事中投入规模最大的。氢燃料电池汽车在行驶过程中只排放水，因此被称为“终极环保车”，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是_DE__。A．该电池工作时电能转化为化学能B．该电池中电极a是正极C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD．该电池的总反应：2H2＋O2=2H2OE．氢氧燃料电池是一种不须要将还原剂和氧化剂全部贮存在电池内的新型发电装置F．氢氧燃料电池运用过程中，负极材料的活性肯定比正极材料大(2)已知1mol甲醇燃烧放热726.5kJ，在干脆以甲醇为燃料的电池中，消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为96.6%(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。解析：(1)氢氧燃料电池中通入燃料氢气的一极为负极，则电极a为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极为正极，则电极b为正极，发生还原反应，电池总反应为2H2＋O2=2H2O。燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，故A错误；依据分析，电池中电极a处通入的为氢气，则该电极为负极，故B错误；依据分析，该燃料电池电极a为负极，电极b为正极，外电路中电流由电极b流向a，电子的流向与电流的方向相反，由电极a通过导线流向电极b，故C错误；依据分析，该电池的总反应：2H2＋O2=2H2O，故D正确；氢氧燃料电池不须要将氢气和氧气贮存在电池内，E正确；氢氧燃料电池的两极材料可以相同，所以负极材料的活性不肯定比正极材料大，F错误。(2)该燃料电池的理论效率＝eq\f(702.1kJ,726.5kJ)×100%≈96.6%。几种电池的特点名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到肯定程度后，不能再运用①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复运用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续由外部供应，在电极上不断进行反应，生成物不断被排出举例一般的锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等1．(2024·邯郸高一检测)以电池为动力的纯电动汽车的普及，更有利于我国的环境爱护。下列有关电池的叙述不正确的是(A)A．水果电池是便利好用的家用电池B．铅酸蓄电池是一种常用的二次电池C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳渐渐变薄解析：水果电池产生的电流小，不是好用的家用电池，A项错误；铅酸蓄电池是充电电池，属于二次电池，B项正确；氢氧燃料电池无污染，高效环保，C项正确；锌锰干电池工作中负极被氧化，锌外壳渐渐变薄，D项正确。2．(2024·天津红桥区高一检测)2024年6月5日，神舟十四号载人飞船胜利将3名航天员送入空间站，空间站中一种能量储存系统原理如图所示，图中没有涉及的能量转化形式是(D)A．电能转化为化学能 B．太阳能转化为电能C．化学能转化为电能 D．太阳能转化为动能解析：在装置X中，太阳能电池产生的电能，将水电解生成O2和H2，实现电能转化为化学能，A不符合题意；在太阳能电池板上，太阳能转化为电能，B不符合题意；在装置Y中，O2、H2反应转化为H2O，将化学能转化为电能，C不符合题意；马达工作时，电能转化为机械能，该图中没有涉及太阳能转化为动能，D符合题意。3．如图为发光二极管连接柠檬电池装置，下列说法正确的是(C)A．铁环作为柠檬电池的正极B．电流由铁环经导线流向发光二极管C．负极的电极反应为Fe－2e－=Fe2＋D．可将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置解析：铜线、铁环插入柠檬，制成柠檬电池，由于活泼性：Fe>Cu，所以铜线是柠檬电池的正极，铁环是柠檬电池的负极，故A项错误；电子由负极铁环经导线流向发光二极管，再由发光二极管流向铜线，故B项错误；负极发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，故C项正确；乙醇溶液为非电解质溶液，不能将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置，故D项错误。4．一种干脆铁燃料电池(电池反应为3Fe＋2O2=Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是(B)A．Fe极为电池正极B．KOH溶液为电池的电解质溶液C．电子由多孔碳极沿导线移向Fe极D．5.6gFe参加反应，导线中转移1.204×1023个电子解析：该电池中铁失去电子为电池负极，A项错误；KOH溶液为电池的电解质溶液，B项正确；电子由Fe极沿导线移向多孔碳极，C项错误；依据电池反应3Fe＋2O2=Fe3O4可知，3mol铁参加反应时转移8mol电子，故5.6gFe参加反应，导线中转移约1.605×1023个电子，D项错误。,,对应学生用书练案[11](P162)对点训练题组一一次电池、二次电池1．下列电池不属于二次电池(可充电电池)的是(A) A.锌锰干电池 B.锂离子电池 C.铅酸蓄电池) D.镍镉电池2．一种锂水电池以锂和钢板为电极，LiOH为电解质，运用时加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑。下列有关该电池的说法错误的是(B)A．锂极为负极B．OH－移向正极C．H2为正极产物D．电子由锂经导线流向钢板解析：由方程式可知，Li失去电子，发生氧化反应，作负极，则钢板作正极，A项正确；负极上的电极方程式为Li－e－＋OH－=LiOH，可知OH－移向负极，B项错误；正极上的电极方程式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，可知氢气为正极产物，C项正确；电子会从负极流向正极，即电子由锂经导线流向钢板，D项正确。3．一种以稀硫酸为电解质溶液的钒(V)蓄电池装置如图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时(B)A．电能转化为化学能B．a为电池的正极C．H＋由a极移向b极D．b的电极反应式：V3＋＋e－=V2＋解析：钒(V)蓄电池放电时，化学能转化为电能，充电时，电能转化为化学能，A错误；从放电时外电路中电子的定向移动方向可知，电子从负极流出，经过导线、电流表，流入正极，因此a为电池的正极，b为电池的负极，B正确；内电路中，带正电的阳离子移向正极，带负电的阴离子移向负极，因此氢离子从负极移向正极，即从b极移向a极，C错误；放电时，负极上发生氧化反应，失去电子，元素的化合价上升，则b极上反应式为V2＋－e－=V3＋，D错误。4．(2024·山西高校附中高一检测)“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(A)A．镁片作为正极B．食盐水作为电解质溶液C．电池工作时镁片渐渐被消耗D．在活性炭处O2发生还原反应解析：从电池反应看，Mg由0价上升到＋2价，则镁片失电子，是负极，A错误；食盐水中含有Na＋和Cl－，具有导电性，可作为电解质溶液，B正确；电池工作时，镁片不断失电子生成Mg2＋进入溶液，所以镁片渐渐被消耗，C正确；活性炭是正极，O2得电子发生还原反应，D正确。题组二燃料电池5．(2024·济南高一检测)目前，科学家提出了一种经济而且志向的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是(C)A．燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能B．燃料电池中通入H2的一极作负极，发生氧化反应C．在此循环中发生了反应：2H2O2H2↑＋O2↑D．目前化学家急需解决的问题是找寻合适的光照条件下分解水的催化剂解析：燃料电池是原电池，能将化学能转化为电能，A项正确；燃料电池中通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，B项正确；该循环中，水的分解靠太阳能供应能量，未通电，C项错误；目前化学家急需解决的问题是找寻合适的光照条件下分解水的催化剂，D项正确。6．某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是(B)A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极发生的电极反应是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．电池总反应为2H2＋O2=2H2OD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析：a极通入H2，为负极，电极反应式为2H2－4e－＋4OH－=4H2O，发生氧化反应，A正确；b极通入O2为正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，B错误；正负极反应相加得总反应为2H2＋O2=2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，产物为H2O，对环境无污染，D正确。7．(2024·武汉高一检测)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(C)A．Pt电极上发生的是氧化反应B．外电路中，电子从Pt电极流向NiO电极C．NiO电极上的电极反应式为NO＋O2－－2e－=NO2D．O2的电极反应产物是H2O解析：由离子的定向移动可知NiO电极为原电池的负极，Pt电极为原电池的正极，发生还原反应，A错误；NiO电极为原电池的负极，外电路中，电子从NiO电极流向Pt电极，B错误；NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，所以电极反应式为NO＋O2－－2e－=NO2，C正确；Pt电极为原电池的正极，O2的电极反应产物是O2－，D错误。综合强化8．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。下列推断正确的是(D)A．锌为正极，Ag2O为负极B．在运用过程中，电流由Zn极经外电路流向Ag2O极C．该电池工作时，将电能转化成化学能D．该电池工作时，负极区溶液的pH减小解析：依据化合价改变可知Zn被氧化，应为电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误；在运用过程中电子由负极经外电路移向正极，B错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O，OH－浓度减小，溶液的pH减小，故D正确。9．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—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均不参加电极反应