蘇教版選修四1.2 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第2課時版（含解析） 學(xué)案.doc

第2課時化學(xué)電源目標(biāo)要求1.了解依據(jù)原電池原理開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品化學(xué)電池。2.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍。3.正確書寫原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。一、化學(xué)電池1電池的分類2一次電池與二次電池的不同點(1)一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度就不能使用了，如普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池。(2)二次電池又稱充電電池或蓄電池。放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復(fù)使用，如鉛蓄電池等。二、一次電池1鋅銀電池鋅銀電池負(fù)極是zn，正極是ag2o，電解質(zhì)是koh溶液，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：zn2oh2e=zn(oh)2；正極：ag2o2eh2o=2ag2oh；電池總反應(yīng)式：znag2oh2o=zn(oh)22ag。2堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負(fù)極是zn，正極是mno2，電解質(zhì)是koh溶液，其電極反應(yīng)為：負(fù)極：zn2e2oh=zn(oh)2；正極：2mno22e2h2o=2mnooh2oh；電池總反應(yīng)式：zn2mno22h2o=2mnoohzn(oh)2。三、燃料電池1概念燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。燃料電池的氧化劑和還原劑不是全部儲藏在電池內(nèi)，而是在工作時不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，因此，燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。2氫氧燃料電池(1)結(jié)構(gòu)(如圖所示)氫氧燃料電池示意圖(2)工作原理電解質(zhì)溶液為koh溶液時：電池總反應(yīng)式：2h2o2=2h2o四、鉛蓄電池鉛蓄電池是最常見的二次電池，鉛蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有pbo2，負(fù)極板上覆蓋有pb，電解質(zhì)是h2so4溶液，如圖所示。鉛蓄電池的構(gòu)造工作原理：負(fù)極：pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)(氧化反應(yīng))；正極：pbo2(s)so(aq)4h(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)(還原反應(yīng))；總反應(yīng)：pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)。鉛蓄電池充電的反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆過程：陰極：pbso4(s)2e=pb(s)so(aq)(還原反應(yīng))；陽極：pbso4(s)2h2o(l)2e=pbo2(s)4h(aq)so(aq)(氧化反應(yīng))；總反應(yīng)：2pbso4(s)2h2o(l)=pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)?？梢园焉鲜龇磻?yīng)寫成一個可逆反應(yīng)方程式：pbpbo22h2so4放電充電2pbso42h2o。知識點一化學(xué)電池1堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為znmno2h2o=znomn(oh)2下列說法中，錯誤的是()a電池工作時，鋅失去電子b電池正極的電極反應(yīng)式為mno22h2o2e=mn(oh)22ohc電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極d外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g答案c解析本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極，在反應(yīng)中失去電子，故a正確；電池工作時，電流由正極通過外電路流向負(fù)極，而電子定向移動方向與電流方向相反，故c錯誤；由電子守恒知d項正確；由該電池反應(yīng)的總反應(yīng)式和原電池的原理寫出正極反應(yīng)式知b正確。2最近，科學(xué)家研制出一種紙質(zhì)電池，這種“軟電池”采用薄層紙片作為載體和傳導(dǎo)體，在一邊附著鋅，在另一邊附著二氧化錳。電池總反應(yīng)為zn2mno2h2o=zno2mnooh。下列說法不正確的是()a該電池zn為負(fù)極，mno2為正極b該電池的正極反應(yīng)為mno2eh2o=mnoohohc導(dǎo)電時外電路電子由zn流向mno2，內(nèi)電路電子由mno2流向znd電池工作時水分子和oh都能通過薄層紙片答案c解析原電池反應(yīng)中zn失電子、mno2得電子，因此該電池負(fù)極為zn，正極為mno2。由電池總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式：zn2e2oh=znoh2o即得正極反應(yīng)式：mno2eh2o=mnoohoh。電子只能由zn經(jīng)外電路流向mno2，而不能通過內(nèi)電路。知識點二二次電池3生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的pbso4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是 2pbso42h2o放電充電pbo2pb2h2so4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是()a需要定期補充硫酸b工作時鉛是負(fù)極，pbo2是正極c工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是pb2eso=pbso4d工作時電解質(zhì)的密度減小答案a解析鉛蓄電池放電時相當(dāng)于原電池，pb是負(fù)極，pbo2是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是pb失去電子生成pb2，pb2與溶液中的so生成pbso4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，pbso4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明h2so4不用補充；放電時，h2so4被消耗，溶液中的h2so4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。4某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反應(yīng)式為3zn2k2feo48h2o放電充電3zn(oh)22fe(oh)34koh，以下說法不正確的是()a放電時負(fù)極反應(yīng)式為zn2e2oh=zn(oh)2b放電時正極反應(yīng)式為feo4h2o3e=fe(oh)35ohc放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol k2feo4被氧化d充電時陽極附近的溶液的堿性減弱答案c解析選項a，放電時，在堿性條件下，zn失去電子為電池的負(fù)極：zn2e2oh=zn(oh)2；選項b，根據(jù)放電時總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時正極反應(yīng)式為feo4h2o3e=fe(oh)35oh；選項c，放電時，k2feo4被還原；選項d，充電是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時，陽極消耗oh，導(dǎo)致陽極附近的溶液的堿性減弱。知識點三燃料電池5固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(o2)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()a有o2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極bb極的電極反應(yīng)式為h22eo2=h2oca極對應(yīng)的電極反應(yīng)式為o22h2o4e=4ohd該電池的總反應(yīng)式為2h2o22h2o答案d解析因為電子從b電極流向a電極，所以b電極為負(fù)極，h2在該極發(fā)生氧化反應(yīng)；a電極為正極，o2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為h22e=2h，正極電極反應(yīng)式為o22e=o2，則電池總反應(yīng)式為2h2o22h2o。6一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入koh溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是()a通入乙烷的電極為正極b參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為72c放電一段時間后，koh的物質(zhì)的量濃度減少d負(fù)極反應(yīng)式為c2h66h2o14e=2co18h答案c解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2c2h67o24co26h2o，在該反應(yīng)中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故a答案錯誤；反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為27，故b答案錯誤；考慮到該電池是以koh為電解質(zhì)溶液的，生成的co2會和koh反應(yīng)轉(zhuǎn)化成k2co3，反應(yīng)中消耗koh，koh的物質(zhì)的量濃度減少，故c答案正確；由于該電池是以koh溶液為電解液的，d答案中負(fù)極生成的h顯然在溶液中是不能存在的，故d答案錯誤。考慮到電解質(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2c2h68koh7o24k2co310h2o，正極反應(yīng)式為14h2o7o228e=28oh(正極氧氣得電子，理論上形成o2，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以oh形式存在)，負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2c2h636oh28e=4co24h2o。練基礎(chǔ)落實1電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對人類的一項重大貢獻。下列有關(guān)電池的敘述正確的是()a鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(xì)b氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躢氫氧燃料電池工作時氫氣在負(fù)極被氧化d太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅答案c解析因為鋅錳干電池中鋅棒為負(fù)極，鋅棒變細(xì)，碳棒不變，故a錯；原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所以b錯；氫氧燃料電池負(fù)極反應(yīng)為h22e=2h，所以c正確；太陽能電池采用硅材料制作，故d錯。2下列有關(guān)電池的說法不正確的是()a手機上用的鋰離子電池屬于二次電池b銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極c甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能d鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極答案b解析鋰離子電池可以充電后再次使用，屬于二次電池，a項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故外電路中電流為銅流向鋅，而電子是由鋅流向銅，b項錯誤；電池的實質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，c項正確；zn失去電子生成zn2，故作為負(fù)極，d項正確。3.氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：2h24oh4e=4h2o正極：o22h2o4e=4oh當(dāng)?shù)玫?.8 l飲用水時，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()a1.8 mol b3.6 mol c100 mol d200 mol答案d解析n(h2o)100 mol 即每生成1 mol h2o則轉(zhuǎn)移2 mol e，當(dāng)生成100 mol h2o時，轉(zhuǎn)移200 mol e。4蓄電池在放電時起原電池的作用，在充電時起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)：fenio22h2o放電充電fe(oh)2ni(oh)2下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯誤的是()a放電時，fe是負(fù)極，nio2是正極b蓄電池的電極可以浸入某種酸性電解質(zhì)溶液中c放電時，負(fù)極上的電極反應(yīng)為fe2oh2e=fe(oh)2d放電時，電解質(zhì)溶液中的陰離子向負(fù)極方向移動答案b5如圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(h)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)式為2ch3oh3o2=2co24h2o。下列說法正確的是()a左電極為電池的正極，a處通入的物質(zhì)是甲醇b右電極為電池的負(fù)極，b處通入的物質(zhì)是空氣c負(fù)極反應(yīng)式為ch3ohh2o6e=co26hd正極反應(yīng)式o22h2o4e=4oh答案c解析據(jù)圖知，在左電極有電子流出，應(yīng)為電池的負(fù)極，被氧化的物質(zhì)是甲醇，在酸性電解液中產(chǎn)生co2，故a錯誤，c正確；右電極有電子流入，應(yīng)為電池的正極，b錯誤；由于氫離子通過質(zhì)子交換膜進入正極區(qū)，所以正極反應(yīng)式得到oh是錯誤的。6lifepo4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。電池反應(yīng)為fepo4li放電充電lifepo4，電池的正極材料是lifepo4，負(fù)極材料是石墨，含li導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)lifepo4電池說法正確的是()a可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性b放電時電池內(nèi)部li向負(fù)極移動c充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量增加d放電時電池正極反應(yīng)為：fepo4lie=lifepo4答案d解析由于li能和稀h2so4、h2o反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即lifepo4e=lifepo4，因此陽極材料(lifepo4)質(zhì)量會減少；將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知d正確。練方法技巧7.在下圖裝置中，通電后可觀察到cu極溶解，則下列說法中不正確的是 ( ) a.直流電源中，a是正極b.兩池內(nèi)cuso4溶液濃度均不改變c.兩鐵極上最初析出物相同d.p池內(nèi)溶液的質(zhì)量逐漸減小答案 b解析 由于li能和稀h2so4、h2o反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即lifepo4-e-= li+fepo4，因此陽極材料（lifepo4）質(zhì)量會減少；將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知d正確。8乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200左右時供電，電池總反應(yīng)式為c2h5oh3o2=2co23h2o，電池示意圖，下列說法中正確的是() a電池工作時，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移b電池工作時，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極ca極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 c2h5oh3h2o12e=2co212hdb極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 2h2oo24e=4oh答案b解析通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時，陽離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，a項不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，b項正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，所以c項不正確；因為電池中使用的是磺酸類質(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)oh，d項不正確。練綜合拓展9科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}：(1)這種電池放電時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：_，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：_。(3)電解液中h向_極移動，向外電路釋放電子的電極是_。(4)使用該燃料電池的另一個好處是_。答案(1)2ch3oh3o2=2co24h2o(2)3o212h12e=6h2o2ch3oh2h2o12e=2co212h(3)正負(fù)極(4)對環(huán)境無污染解析(1)燃料電池的電池反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的co2不與h2so4反應(yīng)，故電池總反應(yīng)式為2ch3oh3o2=2co24h2o。(2)電池的正極o2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會生成h2o，用電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式。(3)h移向正極，在正極生成水。(4)產(chǎn)物是co2和h2o，不會對環(huán)境造成污染。10氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是_，在導(dǎo)線中電子流動方向為_(用a、b表示)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為_。(3)電極表面鍍鉑粉的原因為_。(4)該電池工作時，h2和o2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此，大量安全儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：.2lih22lih.lihh2o=liohh2反應(yīng)中的還原劑是_，反應(yīng)中的氧化劑是_。已知lih固體密度為0.82 gcm3，用鋰吸收224 l(標(biāo)準(zhǔn)狀況)h2，生成的lih體積與被吸收的h2體積比為_。由生成的lih與h2o作用，放出的h2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為_mol。答案(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躠到b(2)2h24oh4e=4h2o或h22oh2e=2h2o(3)增大電極單位面積吸附h2、o2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率(4)lih2o1/1 148或8.7110432解析(1)電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，而氫氧燃料電池中通入h2的一極是負(fù)極，故電子由a流動到b。(2)h2在負(fù)極失電子，因為電解質(zhì)溶液是koh溶液，故負(fù)極反應(yīng)式為2h24oh4e=4h2o。(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附h2、o2的分子數(shù)，從而增大反應(yīng)速率。(4)lih中l(wèi)i為1價，h為1價，故反應(yīng)中還原劑是li，反應(yīng)中氧化劑是h2o。由反應(yīng)可知吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 l h2時生成160 g lih，則生成的lih的體積是，則生成的lih的體積與被吸收的h2的體積之比為。由生成的20 mol lih與h2o反應(yīng)，由反應(yīng)可知生成20 mol h2，h22e，能量轉(zhuǎn)化率為80