高中化學(xué)4.2化學(xué)電源知識導(dǎo)學(xué)素材新人教版選修4202006291134VIP

第二節(jié) 化學(xué)電源案例探究 一次電池是不可重復(fù)利用的電池，如干電池、紐扣電池等；二次電池是可以重復(fù)利用的電池，如鉛蓄電池、鋰電池等。前者只能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化，而后者在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能之后，可以利用外接電源進(jìn)行充電，使其“恢復(fù)”消耗的化學(xué)能而實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。例如電動自行車在行駛一段時間后必須進(jìn)行“充電”。二次性電源的能量轉(zhuǎn)化是“雙向”的，而一次性電源只能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 問題與討論： 請你與同學(xué)們交流一下一次電池與二次電池的不同點(diǎn)是什么？燃燒電池與一般電池有哪些區(qū)別？自學(xué)導(dǎo)引1.堿性鋅錳電池的負(fù)極是_，正極是_，電解質(zhì)是_。其電極反應(yīng)為：負(fù)極，_，正極，_，總反應(yīng)為：_。堿性鋅錳電池比_性能好，它的_和_均有提高，可適用于_和_，是民用電池的升級換代產(chǎn)品之一。答案:鋅外殼（鋅） 碳棒 KOH負(fù)極：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+Zn(OH)2普通鋅錳電池 比能量 儲存時間 大電池 連續(xù)放電2.鉛蓄電池是常見的_，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有_，負(fù)極板上覆蓋有_，電解質(zhì)是_。放電時電極反應(yīng)：負(fù)極：_正極：_放電時總反應(yīng)式：_鉛蓄電池充電時電極反應(yīng)：陰極：_陽極：_充電時總反應(yīng)式：_可見充電過程和放電過程是可逆的，可用一個可逆反應(yīng)表示為：_鉛蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是_、_、_、_，所以在生產(chǎn)、生活中得到廣泛應(yīng)用；缺點(diǎn)是_、_、_。答案:二次電池 PbO2 Pb H2SO4溶液負(fù)極：Pb(s)+ -2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H+(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)總反應(yīng)：PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)陰極：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+ (aq)陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+ (aq)總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)可逆式：2Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)電壓穩(wěn)定 使用方便 安全可靠 價格低廉 比能量低 笨重 廢棄電池污染環(huán)境3.氫氧燃料電池正極通入_，負(fù)極通入_。若電解質(zhì)溶液為酸性介質(zhì)，其電極反應(yīng)為：負(fù)極，_，正極，_，總反應(yīng)，_。若電解質(zhì)溶液為堿性介質(zhì)，電極反應(yīng)為：負(fù)極，_，正極，_，總反應(yīng)，_。答案:O2 H2 2H2-4e-=4H+ O2+4H+4e-=2H2O 2H2+O22H2O2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH- 2H2+O22H2O4.燃料電池能量轉(zhuǎn)化率_，普通燃燒過程，有利于_；燃料電池還可組合成燃料電池發(fā)電站，并使人們譽(yù)為“_”發(fā)電站，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在不僅有_，而且排放的廢棄物也比普通火力發(fā)電站少得多，運(yùn)行時_也低，因此此類電池具有廣闊的發(fā)展前景。答案:超過80% 節(jié)約能源 “綠色” 巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢 噪音5.（1）一次電池是據(jù)原電池原理設(shè)計出的電池，與其他能源相比，電池具有的優(yōu)點(diǎn)是：_，_，_，_，_，_，_。（2）判斷一種電池的優(yōu)劣或是否適合某種需要，主要看_，或者_(dá)以及_。答案:（1）能量轉(zhuǎn)換效率高 供能穩(wěn)定可靠 可以制成各種形狀和大小 不同容量和電壓的電池及電池組 使用方便 易于維護(hù) 可在各種環(huán)境下工作（2）這種電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出能量的多少輸出功率的大小 電池的儲存時間的長短疑難剖析一、一次電池 一次電池是根據(jù)原電池原理設(shè)計出的化學(xué)電池。要能判斷電極及電極反應(yīng)。【例1】 堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列說法錯誤的是（ ）A.電池工作時，鋅失去電子B.電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2C.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)量理論上減小6.5 g解析：該電池中Zn為負(fù)極，失去電子；該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移2e-，通過計算每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，Zn反應(yīng)6.5 g；電子由負(fù)極通過外導(dǎo)線流向正極，所以C錯。答案：C友情提示:原電池工作時，活潑金屬為負(fù)極，失去電子，所以電子流向?yàn)椋贺?fù)極導(dǎo)線正極。二、二次電池 二次電池是指充電電池。二次電池放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解過程?！纠?】 氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：H2+NiO（OH）Ni（OH）2。根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述正確的是（ ）A.電池放電時，電池負(fù)極周圍溶液的OH-濃度不斷增大B.電池放電時，鎳元素被氧化C.電池充電時，氫元素被還原D.電池放電時，H2是負(fù)極解析：充電電池在放電時是一個電源（原電池），發(fā)生原電池反應(yīng)，在這個反應(yīng)方程式中從左到右是放電，根據(jù)發(fā)生氧化反應(yīng)的是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極，所以D正確，B錯誤；而H2作為電池的負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：H2-2e-=2H+，溶液中應(yīng)該是H+濃度增大，OH-濃度減小，所以A錯誤；充電反應(yīng)是從右到左，所以H2被還原，C正確。答案：CD友情提示:原電池的主要考查形式是判斷電極名稱，書寫電極反應(yīng)式，進(jìn)行簡單的電子轉(zhuǎn)移計算，還可與金屬的腐蝕和防護(hù)以及相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合成各種形式的電化學(xué)考查，本題主要是考查了電極的名稱和電極反應(yīng)。【例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：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是（ ）A.需要定期補(bǔ)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：Pb-2e-+=PbSO4D.工作時電解質(zhì)的密度減小解析：鉛蓄電池在工作時相當(dāng)于原電池，發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是正極，所以Pb是負(fù)極，PbO2是正極；在工作時，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是鉛失去電子生成Pb2+，Pb2+與溶液中的生成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，制成膏狀的PbSO4干燥后安裝，說明H2SO4不用補(bǔ)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。答案：A友情提示:硫酸溶液的密度與其物質(zhì)的量濃度成正比，這是本題的隱含條件。三、燃料電池【例4】 燃料電池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧氣或空氣起反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液。下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是（ ）A.負(fù)極反應(yīng)式為：CH4+10OH-8e-=+7H2OB.正極反應(yīng)式為：2O2+4H2O+8e-=8OH-C.隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D.甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大解析：A、B兩項(xiàng)是正確的。綜合A、B兩項(xiàng)知C項(xiàng)不正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，燃燒時產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大得多，D項(xiàng)正確。答案：C友情提示:解此類題目應(yīng)先寫出總化學(xué)方程式，再找出電解質(zhì)溶液的成分，最后分別寫出正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式，從而作出合理的判斷。拓展遷移拓展點(diǎn)一：CH4燃料電池 用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH4、O2；原電池反應(yīng)的離子方程式：CH4+2O2+2OH-=+3H2O負(fù)極：CH4+10OH-8e-=+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-總體上，OH-濃度減小，溶液的pH減小。拓展點(diǎn)二：甲醇（CH3OH）燃料電池 用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH3OH和O2，則發(fā)生了原電池反應(yīng)，該原電池反應(yīng)的離子方程式為：2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2