化學(xué)選修ⅳ蘇教版1-2課時(shí)2化學(xué)電源學(xué)案

1、1-2 課時(shí)2 化學(xué)電源知能定位1.了解化學(xué)電源的種類及工作原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)際意義。2.了解常見(jiàn)的一次電池、二次電池和燃料電池。3.了解廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，樹(shù)立環(huán)保意識(shí)。情景切入各種電池在我們的生活中發(fā)揮著重要作用，你想知道它們的構(gòu)造嗎？它們工作的原理是怎樣的呢？自主研習(xí)一、 電池的種類及特點(diǎn)電池一次電池可充電電池燃料電池特點(diǎn)只能放電，不能充電可反復(fù)充電和放電，充電時(shí)是一個(gè)電解池；放電時(shí)是一個(gè)原電池能量利用率高可連續(xù)使用，污染輕二、常見(jiàn)電池1.銀鋅紐扣電池（一次電池）（1）組成正極為Ag2O，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。（2）電極反應(yīng)和電池反應(yīng)正極反應(yīng)： H2O+Ag2

2、O+2e-=2Ag+2OH負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH-=2e+Zn(OH) 2電池反應(yīng)：H2O+Ag2O+Zn=2Ag+Zn(OH) 22.鋅錳干電池（一次電池）（1）組成：分為酸性鋅錳干電池（普通鋅錳干電池）和堿性鋅錳干電池，其正極為石墨棒，負(fù)極為鋅筒，前者電解質(zhì)溶液為NH4Cl和ZnCl2混合液，后者電解質(zhì)為KOH。（2）電極反應(yīng)及電池反應(yīng)堿性鋅錳干電池負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH-2e-=Zn(OH) 2正極反應(yīng)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH電池反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH) 2+2MnOOH3.鉛蓄電池（二次電池）（1）組成：正極材料為PbO2,負(fù)極材料為P

3、b,電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液。（2）電極反應(yīng)及電池反應(yīng)鉛蓄電池的放電反應(yīng)是原電池反應(yīng)，其電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式為：負(fù)極：Pb+SO-42-2e-=PbSO4正極： PbO2+4H+2e-+SO2-4=PbSO4+2H2O+2OH-電池反應(yīng)：Pb+PbO2+4H+2SO2-4=2PbSO4+2H2O鉛蓄電池充電反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆反應(yīng)：陰極：PbSO4+2e-=Pb+SO2-4陽(yáng)極： PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO2-4總反應(yīng)式：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H+2SO2-4鉛蓄電池的充、放電原理可用化學(xué)方程式表示：Pb+PbO2+2H2SO4 充電 放電 PbS

4、O4+2H2氫氧燃料電池是以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑的燃料電池，其工作原理如上圖所示。氫氣、氧氣分別在多孔金屬電極上發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，其反應(yīng)可表示如下：負(fù)極： H2-2e-+2OH-=2H2O正極：O2+H2O+2e-=2OH-電池反應(yīng)： H2+O2=H2O課堂師生互動(dòng)知識(shí)點(diǎn)1 可充電電池的工作原理（1）放電時(shí)對(duì)外做功，發(fā)生原電池反應(yīng)，充電時(shí)則是外電源對(duì)電池做功，發(fā)生電解反應(yīng)。（2）電極：放電時(shí)的負(fù)極在充電時(shí)與外電源的負(fù)極相連，作陰極；放電時(shí)的正極在充電時(shí)與外電源的正極相連，作陽(yáng)極。（3）電極反應(yīng)屬性：放電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極在充電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)，放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)的電極在充電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)

5、。原電池的負(fù)極與電解池的陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng)，對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)升高。原電池的正極與電解池的陰極均發(fā)生還原反應(yīng)，對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)降低?？祭? 鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛的應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH 2+2Ni(OH)2,有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是 ( )A.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH) 2-e-+OH-=NiOOH+H2O-向正極移動(dòng)解析：由充電時(shí)方程式中的Cd和Ni的化合價(jià)的變化可知，Ni(OH) 2作陽(yáng)極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應(yīng)式為:Ni(OH) 2-e-+OH-=NiOOH+H2O； C

6、d(OH) 2作陰極；Cd(OH) 2+2e-=Cd+2OH；充電的過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；放電時(shí)，Cd作負(fù)極：Cd-2e-+2OH=Cd(OH) 2,Cd周圍的c (OH-)下降，OH-向負(fù)極移動(dòng)。答案： A變式探究1 LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可用于電動(dòng)汽車。電池反應(yīng)為:FePO4+LiLiFePO4，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(shuō)法不正確的是 ( )+向正極移動(dòng)C.充電過(guò)程中，電池正極材料的質(zhì)量減少D.放電時(shí)電池正極反應(yīng)為：FePO4+Li+e-=LiFePO4答案： A解析：放電時(shí)，

7、負(fù)極：Li-e-=Li+,正極：FePO4+Li+e-=LiFePO4；充電時(shí)，陽(yáng)極：LiFePO4-e=FePO4+Li+，陰極：Li+e-=Li,所以易知C、D正確。若加入硫酸，與Li單質(zhì)（固體）發(fā)生反應(yīng)，故A不正確；放電時(shí)，Li+（正電荷）應(yīng)在電池內(nèi)部（電解質(zhì)中）向正極移動(dòng)，故B正確。變式探究2 （2011·龍巖高二檢測(cè)）鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH) 2+2Ni(OH) 2該電池的負(fù)極材料是 ( )A.Cd(OH) 2 C.Ni(OH) 2 答案： B解

8、析：在該電池中Cd失電子，作負(fù)極。NiOOH在正極得電子。知識(shí)點(diǎn)2 化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)和原理原電池的類型原電池基本類型較多：（1）負(fù)極參與反應(yīng)的原電池：活潑金屬作電極構(gòu)成原電池，被腐蝕的金屬作負(fù)極；（2）兩電極都參加反應(yīng)的電極：可充電電池是兩個(gè)電極都參與反應(yīng)的原電池；（3）兩個(gè)電極不參加反應(yīng)的原電池：用惰性電極作兩極，分別向兩極上通入?yún)⑴c氧化還原反應(yīng)的氣體，從而形成原電池?？祭? （2011·拉薩高二檢測(cè)）下列有關(guān)電池的敘述正確的是 ( )解析：選項(xiàng)原因分析結(jié)論A鋅錳干電池工作后碳棒不變了錯(cuò)誤B氫氧燃料電池工作時(shí)都是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),H2-2e-=2H+正確C太陽(yáng)能電池的主要材料是高純度

9、的硅錯(cuò)誤D氫氧燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苠e(cuò)誤答案： B變式探究3 （2009·江蘇，12）以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是（ ）A.該電池能夠在高溫下工作B.電池的負(fù)極反應(yīng)為：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+C.放電過(guò)程中，H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D.在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體L答案： B解析：本題考查原電池知識(shí)。微生物燃料電池只能在常溫下工作，A錯(cuò)；放電過(guò)程為原電池反應(yīng)，H+應(yīng)向正極遷移，C錯(cuò)；由電池反應(yīng)C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O知，每消耗1 mol O2理論上

10、生成1 mol CO2，即標(biāo)況下22.4 L，D錯(cuò)。變式探究4 日常所用的干電池其電極分別為碳棒（上面有銅帽）和鋅（皮），以糊狀NH4Cl和ZnCl2作為電解質(zhì)（其中加入MnO2吸收H2），電極反應(yīng)可簡(jiǎn)化為：Zn-2e-=Zn2+，2NH+4+2e-=2NH3+H2（NH3與Zn2+結(jié)合），根據(jù)上述敘述判斷（ ）A.Zn為正極，碳為負(fù)極B.Zn為負(fù)極，碳為正極C.工作時(shí)電子由碳極經(jīng)外電路流向鋅極D.長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用時(shí)內(nèi)裝的糊狀物可能流出腐蝕所用的電器答案: BD解析:對(duì)于原電池，相對(duì)活潑（指金屬性）的一極為負(fù)極，相對(duì)不活潑的一極為正極，B項(xiàng)正確。在外電路中，正極的電勢(shì)比負(fù)極的電勢(shì)高，故電路中電流

11、的方向是正極指向負(fù)極，所以電子應(yīng)從負(fù)極流向正極，C選項(xiàng)不正確。長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用該原電池由于鋅皮慢慢溶解而被腐蝕，且MnO2不斷吸收H2生成H2O，糊狀物也越來(lái)越稀，故很可能流出腐蝕電器，D正確。變式探究5 下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是（ ）A.a電極是負(fù)極B.b電極的電極反應(yīng)式為：4OH-4e-=2H2O+O2C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑、氧化劑全部貯藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置答案： B解析：首先明確燃料電池是一種原電池。選項(xiàng)A中a電極通氫氣，氫氣是還原性的氣體，是負(fù)極。選項(xiàng)B中參加反應(yīng)的是氧化性的氧氣，電極反

12、應(yīng)為：2H2O+O2+4e=4OH-。選項(xiàng)C中該燃料電池總反應(yīng)生成水，是綠色電源。選項(xiàng)D中燃料電池在工作時(shí)，氫氣、氧氣不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名副其實(shí)的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。課后強(qiáng)化作業(yè)基礎(chǔ)夯實(shí)1. (2009·廣東理基)下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是 ( )B.銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D.鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極答案： B2.電子表所用紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)如下：鋅極：Zn+2OH-2e-=Zn(OH) 2，氧化銀極：Ag2O+H2O+2

13、e-=2Ag+2OH-，下列說(shuō)法正確的是（ ）A.鋅為正極，被氧化B.Ag2O是正極，發(fā)生還原反應(yīng)C.電子從負(fù)極流向Ag2O極D.Zn為負(fù)極，被還原答案： BC解析：依據(jù)原電池工作原理分析A、B、C、D四項(xiàng)。從已知反應(yīng)式可知，鋅失電子，被氧化，而原電池的負(fù)極失電子被氧化，故Zn極為負(fù)極，A、D錯(cuò)誤。Ag2O中得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，故為正極，B正確，原電池的外電路中，電子是從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流到正極，故C正確。3.已知空氣鋅電池的電極反應(yīng)式為：鋅：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,石墨：O2+H2O+2e-=2OH-，據(jù)此判斷鋅片是 ( )A.負(fù)極，并被氧化 B.負(fù)極，并被還原C.正極，并被氧化

14、D.正極，并被還原答案： A解析：負(fù)極為失電子的活潑金屬，發(fā)生氧化反應(yīng)。4.氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)，它是以鉑作電極，KOH溶液作電解質(zhì)，正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-,負(fù)極反應(yīng)為：2H2+4OH-4e-=4H2O,下列敘述不正確的是 ( )2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)B.燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%C.是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置D.供電時(shí)的總反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O答案： B解析：該燃料電池中，通H2的電極作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通O2的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，總反應(yīng)式為2H2+O2=2H2O,是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置，燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率比燃料直接燃燒時(shí)高，但達(dá)不到10

15、0%。5.氫鎳電池是近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。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(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化C.電池充電時(shí)，氫元素被還原D.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極答案： CD解析：放電時(shí)，H2在負(fù)極上參與反應(yīng)產(chǎn)生H+，使負(fù)極周圍的pH下降，故A錯(cuò)誤，鎳元素的原子得到電子被還原，故B錯(cuò)誤。充電時(shí)，氫元素的原子得到電子被還原，選項(xiàng)C正確。H2失去電子，是負(fù)極，D項(xiàng)正確。6.我國(guó)首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極，鉑為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)

16、生電流。電池總反應(yīng)為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH) 3，下列說(shuō)法不正確的是（ ）A.正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-B.電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極C.以狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積D.該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用答案： B解析：該原電池負(fù)極反應(yīng)為：Al-3e-=Al3+，正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH-。工作時(shí)電子由負(fù)極（鋁電極）流向正極（鉑電極）。7.鉛蓄電池（原電池）工作時(shí)，總反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O由此可以判斷：（1）原電池的電極材料：正極為 ，負(fù)極為 。（2）兩極的電極反應(yīng)式：正極為 ，負(fù)

17、極為 。（3）工作后，蓄電池里電解質(zhì)溶液的pH（填“變大”、“變小”或“不變”） ，理由是 。答案：（1）PbO2 Pb （2）PbO2+4H+SO2-4+2e-=PbSO4+2H2O Pb-2e-+SO2-4=PbSO4 （3）變大 反應(yīng)消耗H2SO4， c (H+)下降，pH變大能力提升1.隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程上來(lái)，其首要原因是（ ）A.利用電池外殼的金屬材料B.防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染C.不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D.回收其中石墨電極答案： B解析：電池的制造需要一些重金屬單質(zhì)或其化合物，發(fā)生電池反應(yīng)后形

18、成重金屬離子，這些重金屬離子會(huì)污染土壤和水源，最終會(huì)危及人類，故需要集中處理廢電池。2.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH2+2Fe(OH) 3+4KOH下列敘述不正確的是（ ）A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為： Zn-2e-+2OH-=Zn(OH) 2B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為： Fe(OH) 3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2OC.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D.放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)答案： C解析：放電時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)Zn-2e-+2OH-=

19、Zn(OH) 2，正極發(fā)生還原反應(yīng)：FeO4+3e+4H2O=Fe(OH) 3+5OH-，電極附近溶液堿性增強(qiáng)，D正確，C不正確。在充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe(OH) 3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2O，B正確。2和O2分別通入電池，穿過(guò)浸入20%40%的KOH溶液的多孔碳電極，其電極反應(yīng)式為：H2+2OH-2e-=2H2O和1/2O2+H2O+2e-=2OH-，則下列敘述正確的是（ ）A.通H2的一極是正極，通O2的一極是負(fù)極B.通O2的一極是正極，通H2的一極是負(fù)極C.工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液pH增大D.工作時(shí)負(fù)極區(qū)附近pH減小答案： BD解析：根據(jù)原電池的工作原理，負(fù)極發(fā)生氧

20、化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。鈉硫電池，它是以熔融的鈉和硫?yàn)閮蓸O，以Na+導(dǎo)電的-Al2O3陶瓷作固體電解質(zhì)，反應(yīng)式為2Na+xSNa2Sx。以下說(shuō)法正確的是（ ）A.放電時(shí)，鈉作正極，硫作負(fù)極B.放電時(shí)，鈉極發(fā)生還原反應(yīng)C.充電時(shí)，鈉極與外接電源正極相連，硫極與外電源負(fù)極相連D.充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)S2-x=xS+2e-答案： D解析：放電時(shí)Na為活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時(shí)，陽(yáng)極應(yīng)為S，使S2-x失電子重新變?yōu)镾。5.某蓄電池放電、充電時(shí)的反應(yīng)為：Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH) 2+2Ni(OH) 2下列推斷中正確的是（ ）放電時(shí)， Fe為正極，Ni2O3為負(fù)極充電時(shí)，陰極上的

21、電極反應(yīng)式是：Fe(OH) 2+2e-=Fe+2OH-充電時(shí)，Ni(OH) 2為陽(yáng)極該蓄電池的電極必須是浸在某種堿性電解質(zhì)溶液中A. B.C. D.答案： D解析：蓄電池在放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽辉诔潆姇r(shí)發(fā)生電解反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。反應(yīng)方程式的左右各物質(zhì)互為反應(yīng)物和生成物。此蓄電池在放電時(shí)的反應(yīng)：+2O3+3H2O放電(OH) 2+2 (OH) 2生成物為Fe(OH) 2、Ni(OH) 2，電解質(zhì)溶液應(yīng)為堿性溶液。Fe為負(fù)極，其電極反應(yīng)為：Fe+2OH-=Fe(OH) 2+2eNi2O3為正極，其電極反應(yīng)為：Ni2O3+2e-+3H2O=2Ni(OH) 2+2OH-蓄電

22、池在充電時(shí)的反應(yīng)：Fe(OH) 2+2Ni(OH) 2充電Fe+Ni2O3+3H2O陽(yáng)極Ni（OH）2發(fā)生氧化反應(yīng)：2Ni(OH) 2+2OH-=Ni2O3+3H2O+2e-陰極Fe(OH) 2發(fā)生還原反應(yīng)：Fe(OH) 2+2e-=Fe+2OH-由上述放電和充電的過(guò)程可看出，反應(yīng)是在堿性電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的。6.（2011·海南卷，6）一種充電電池放電時(shí)的電極反應(yīng)為H2+2OH-2e=2H2O；NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH) 2+OH-，當(dāng)為電池充電時(shí)，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應(yīng)是（ ）2O的還原 B.NiO(OH)的還原2的氧化 D.Ni(OH) 2的氧化答案：

23、 D解析：本題考查了原電池原理的應(yīng)用中化學(xué)電源正負(fù)極反應(yīng)的判斷。由題中所給的兩個(gè)電極反應(yīng)可知， NiO(OH)在正極上反應(yīng)，當(dāng)給電池充電時(shí)，該極應(yīng)連接電源的正極，故電極反應(yīng)為Ni(OH) 2-e-+OH-=NiO(OH)+H2O，故只有D正確。7. 1958年世界上第一個(gè)心臟起搏器在瑞典植入人體成功，使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年之久。這種能源起搏器中安裝壽命最長(zhǎng)、可靠性最高的鋰碳電池，這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在-56.7溫度范圍內(nèi)正常工作，現(xiàn)已在火箭、移動(dòng)電話、筆記本電腦中廣泛使用。它采用鋰和石墨作電極，四氯化鋁鋰（LiAlCl4）溶解在亞硫酰氯中（SOCl2）組成電解質(zhì)溶液。電池總反應(yīng)為：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S。（1）此電池中 作負(fù)極，電極反應(yīng)為 ， 作正極；（2）該電池用于心臟起搏器時(shí)，在生理上的作用是 。答案：（1）Li Li-e-=Li+ 石墨（2）起搏器遵循天然心臟的工作原理通過(guò)向心臟發(fā)送電脈沖以控制心臟的跳動(dòng)8.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為Cd+2N