132化學(xué)電源學(xué)案(魯科版選修4)

1、第2課時(shí)化學(xué)電源目標(biāo)要求1.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類。2.掌握常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理。一、化學(xué)電源1根據(jù)原電池的反響原理，人們?cè)O(shè)計(jì)和生產(chǎn)了多種化學(xué)電源，包括一次電池、可充電電池和燃料電池等?？沙潆婋姵匾卜Q為二次電池?？沙潆婋姵胤烹姇r(shí)是一個(gè)原電池，充電時(shí)是一個(gè)電解池。鋰電池是一種高能電池。2目前常見(jiàn)的一次鋅錳干電池分為酸性和堿性兩種。堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性能優(yōu)越，它單位質(zhì)量所輸出的電能多，能提供較大電流并連續(xù)放電。堿性鋅錳電池的負(fù)極是鋅粉，正極是二氧化錳和石墨，電解質(zhì)溶液是KOH溶液。其電極反響為：負(fù)極：Zn2OHZnOH2O2e，正極：MnO22H2O2eMn(OH)22OH，總反響為：

2、ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。3鉛蓄電池是常見(jiàn)的二次電池。它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)溶液是30%H2SO4溶液。放電時(shí)電極反響：負(fù)極：PbSOPbSO42e，正極：PbO24HSO2ePbSO42H2O，放電時(shí)總反響式：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。鉛蓄電池充電時(shí)電極反響：陰極：PbSO42ePbSO，陽(yáng)極：PbSO42H2OPbO24HSO2e，充電時(shí)總反響式：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4?？梢?jiàn)充電過(guò)程和放電過(guò)程是可逆的，可用一個(gè)反響表示為：PbPbO22H2SO4放電充電2PbSO42H2

3、O。4氫氧燃料電池正極通入O2，負(fù)極通入H2。其電極反響為負(fù)極：2H24OH4H2O4e，正極：O24e2H2O4OH，總反響：2H2O2=2H2O。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于普通燃料的燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率。二、廢舊電池的危害及處理1危害廢棄電池中的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)會(huì)造成土壤和水污染，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成很大危害。2回收利用(1)回收重金屬；(2)回收填充材料；(3)對(duì)無(wú)用物質(zhì)集中進(jìn)行無(wú)害處理。知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)電池1堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，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，電池總反響式為ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2以下說(shuō)法中，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是(

4、)A電池工作時(shí)，鋅失去電子B電池正極的電極反響式為MnO22H2O2eMn(OH)22OHC電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g答案C解析此題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極，在反響中失去電子，故A正確；電池工作時(shí)，電流由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極，而電子定向移動(dòng)方向與電流方向相反，故C錯(cuò)誤；由電子守恒知D項(xiàng)正確；由該電池反響的總反響式和原電池的原理寫(xiě)出正極反響式知B正確。2生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，枯燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反響是2PbSO42H2O放電充電Pb

5、O2Pb2H2SO4以下對(duì)鉛蓄電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A需要定期補(bǔ)充硫酸B工作時(shí)鉛是負(fù)極，PbO2是正極C工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反響是PbSOPbSO42eD工作時(shí)電解質(zhì)的密度減小答案A解析鉛蓄電池放電時(shí)相當(dāng)于原電池，Pb是負(fù)極，PbO2是正極，負(fù)極發(fā)生的反響是Pb失去電子生成Pb2，Pb2與溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放電時(shí)消耗的硫酸與充電時(shí)生成的硫酸相等，在電池制備時(shí)，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，枯燥后再安裝，說(shuō)明H2SO4不用補(bǔ)充；放電時(shí)，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。3某新型可充電電池，能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反

6、響式為3Zn2K2FeO48H2O放電充電3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()A放電時(shí)負(fù)極反響式為Zn2OHZn(OH)22eB放電時(shí)正極反響式為FeO4H2O3eFe(OH)35OHC放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化D充電時(shí)陽(yáng)極附近溶液的堿性減弱答案C解析選項(xiàng)A，放電時(shí)，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn2OHZn(OH)22e；選項(xiàng)B，根據(jù)放電時(shí)總電池反響式減去負(fù)極反響式(電子數(shù)需相等)可得放電時(shí)正極反響式為FeO4H2O3eFe(OH)35OH；選項(xiàng)C，放電時(shí)，K2FeO4被復(fù)原；選項(xiàng)D，充電是放電的逆向反響，所以充電時(shí)

7、，陽(yáng)極消耗OH，導(dǎo)致陽(yáng)極附近溶液的堿性減弱。知識(shí)點(diǎn)二燃料電池4.氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，電極反響產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反響式如下：負(fù)極：2H24OH4H2O4e正極：O22H2O4e4OH當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()A1.8molB3.6molC100molD200mol答案D解析n(H2O)100 mol2H2O4e2=2H2O即每生成1 mol H2O那么轉(zhuǎn)移2 mol e，當(dāng)生成100 mol H2O時(shí)，轉(zhuǎn)移200 mol e。5將兩個(gè)鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，即可構(gòu)成CH4燃料電池。通入CH4的一極，其電極反響式

8、是：CH410OHCO7H2O8e；通入O2的另一極，其電極反響式是：O22H2O4e4OH，該電池放電時(shí)，以下有關(guān)表達(dá)中，不正確的選項(xiàng)是()A通入CH4的電極為負(fù)極B正極發(fā)生氧化反響C燃料電池工作時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)D該電池使用一段時(shí)間后應(yīng)補(bǔ)充KOH答案B解析根據(jù)原電池的工作原理和題給電極反響式可知：CH4在負(fù)極上被氧化，O2在正極上被復(fù)原，在內(nèi)電路陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。由于反響過(guò)程中消耗KOH生成K2CO3，故該燃料電池工作一段時(shí)間應(yīng)補(bǔ)充KOH。6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(guò)。該電池的工作原理如以下列

9、圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反響。以下判斷正確的選項(xiàng)是()A有O2參加反響的a極為電池的負(fù)極Bb極的電極反響式為H2O2H2O2eCa極對(duì)應(yīng)的電極反響式為O22H2O4e4OHD該電池的總反響式為2H2O22H2O答案D解析因?yàn)殡娮訌腷電極流向a電極，所以b電極為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反響；a電極為正極，O2在該極發(fā)生復(fù)原反響。由此推斷該原電池的負(fù)極反響式為H22H2e，正極電極反響式為O22eO2，那么電池總反響式為2H2O22H2O。練根底落實(shí)1以下對(duì)堿性鋅錳電池的表達(dá)不正確的選項(xiàng)是()AZn是正極，MnO2是負(fù)極B電解質(zhì)是KOH溶液CZn發(fā)生氧化反響，MnO2發(fā)生復(fù)原反響D它

10、的能量和儲(chǔ)存時(shí)間比普通鋅錳電池高答案A解析Zn化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反響，是負(fù)極，MnO2發(fā)生復(fù)原反響，是正極。2鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時(shí)的電池反響式為PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，以下結(jié)論正確的選項(xiàng)是()APb為正極被氧化B溶液的pH不斷減小CSO只向PbO2處移動(dòng)D電解質(zhì)溶液的pH不斷增大答案D解析由題給電極反響式可以看出H2SO4不斷被消耗，故pH不斷增大，所以B不正確，D正確；由Pb元素化合價(jià)的變化，可以看出Pb是負(fù)極，所以A不正確；原電池工作時(shí)，整個(gè)電路中負(fù)電荷的流向是一致的，外電路中，電子由Pb極流向PbO2極；內(nèi)電路中，負(fù)

11、電荷(SO和OH)移向Pb極，所以C不正確。3據(jù)報(bào)道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因?yàn)殇\電池容量更大，而且沒(méi)有鉛污染，其電池反響為2ZnO2=2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣，那么以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是()A鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反響B(tài)負(fù)極反響為Zn2OHZnOH2O2eC正極發(fā)生氧化反響D電解液可以是強(qiáng)酸也可以是強(qiáng)堿答案B解析2ZnO2=2ZnO，Zn失電子，O2得電子，即Zn為原電池負(fù)極，O2在正極上反響，故B正確；假設(shè)電解液為強(qiáng)酸，ZnO那么不能存在，故D不正確。4一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反響為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反響是()ACH3OH

12、(g)O2(g)H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)CO2(g)6H(aq)6eDO2(g)2H2O(l)4e4OH(aq)答案C5以下有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()A 上用的鋰離子電池屬于二次電池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(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤；電池的實(shí)質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項(xiàng)正確；Zn失去電子生成Zn2，故作

13、為負(fù)極，D項(xiàng)正確。練方法技巧6燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣反響，將此反響的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)通常是KOH溶液。那么以下關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A負(fù)極反響式為：CH410OHCO7H2O8eB負(fù)極反響式為：O22H2O4e4OHC隨著反響進(jìn)行，電解質(zhì)溶液堿性不變D該電池的總反響與甲烷燃燒的反響方程式相同，反響式為：CH42O2=CO22H2O答案A解析此題考查燃料電池的反響原理、電極反響式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)。對(duì)于該燃料電池，負(fù)極CH4失電子被氧化，其中產(chǎn)物之一應(yīng)是CO2，但在KOH溶液中，一定會(huì)變?yōu)镃O。故電極反響為：CH410OHCO7H2O8e；

14、正極O2得電子被復(fù)原，生成物應(yīng)與電池中電解質(zhì)溶液相關(guān)。電極反響為：O22H2O4e4OH；將兩個(gè)電極反響式相加，即可得到總反響式為：CH42OH2O2=CO3H2O?？梢?jiàn)隨著反響的進(jìn)行，電解質(zhì)溶液中c(OH)不斷減小。7一個(gè)完整的氧化復(fù)原反響方程式可以拆分，寫(xiě)成兩個(gè)“半反響式，一個(gè)是“氧化反響式，一個(gè)是“復(fù)原反響式。如2Fe3Cu=2Fe2Cu2，可以寫(xiě)成：氧化反響：CuCu22e；復(fù)原反響：2Fe32e2Fe2。(1)根據(jù)以上信息將反響3NO2H2O=2H2NONO拆分為兩個(gè)“半反響式：氧化反響式為_(kāi)；復(fù)原反響式為_(kāi)。(2)某一反響的“半反響式為CH410OHCO7H2O8e；O22H2O4

15、e4OH，那么總反響式為_(kāi)。答案(1)2NO22H2O2NO4H2eNO22H2eNOH2O(2)CH42O22OH=CO3H2O解析(1)根據(jù)題目提供的信息，復(fù)原劑失去電子作負(fù)極，發(fā)生氧化反響；氧化劑得到電子作正極，發(fā)生復(fù)原反響。反響式為：氧化反響：2NO22H2O2NO4H2e；復(fù)原反響：NO22H2eNOH2O。(2)知道兩個(gè)半反響，根據(jù)得失電子守恒，將兩式相加，即可得總反響式。練綜合拓展8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(guó)已方案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)中直接參加純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。答復(fù)

16、以下問(wèn)題：(1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反響方程式：_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反響：_，負(fù)極發(fā)生的電極反響： _。(3)電解液中H向_極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是_。(4)使用該燃料電池的另一個(gè)好處是_。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e6H2O2CH3OH2H2O2CO212H12e(3)正負(fù)極(4)對(duì)環(huán)境無(wú)污染解析(1)燃料電池的電池反響為燃料的氧化反響，在酸性條件下生成的CO2不與H2SO4反響，故電池總反響式為2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會(huì)生成H2O，用電池總反響式減去正極反響式即可

17、得出負(fù)極的電極反響式。(3)H移向正極，在正極生成水。(4)產(chǎn)物是CO2和H2O，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。9我國(guó)首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。那么該電源負(fù)極材料為_(kāi)，正極材料為_(kāi)，正、負(fù)極反響分別為_(kāi)，_。答案鋁石墨3O26H2O12e12OH4Al4Al312e解析根據(jù)原電池構(gòu)成的條件，活潑金屬做負(fù)極(失去電子)，發(fā)生氧化反響；惰性材料做正極(得到電子)，發(fā)生復(fù)原反響。在題目中，發(fā)生的反響是4Al3O2=2Al2O3，所以鋁被氧化而做負(fù)極，在正極上氧氣得到電子被復(fù)原。類似于鋼鐵的電化學(xué)腐蝕。10鉛蓄電池是典型的可充電型電池，它的正負(fù)極極板是惰性材料，電池總反響式為：PbPbO24H2SO放電充電2PbSO42H2O請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題(不考慮氫、氧的氧化復(fù)原)：(1)放電時(shí)：正極的電極反響式是_；電解液中H2SO4濃度將變_；電流方向從_極流向_極。當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加_g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，假設(shè)按如圖連接，電解一段時(shí)間后，那么在A電極上生成_、B電極上生成_，此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將_。答案(1)PbO22e4HSOPbSO42H2O小正負(fù)48(2)PbPbO2對(duì)換解析解答此題要注意以下兩點(diǎn)：(1)原電池正極、電解