必修二化學 第二章第二節(jié)第2課時發(fā)展中的化學電源

1、必修二化學 第二章第二節(jié)第2課時發(fā)展中的化學電源1.了解化學電池的工作原理及研制新型電池的重要性。(重點)2.了解化學電源的分類、應用及發(fā)展前景。3.了解化學電池對環(huán)境的影響。干電池閱讀教材P421.干電池中內容，完成以下問題。干電池(1)鋅錳電池：(2)堿性鋅錳電池：將鋅錳干電池中的電解質NH4Cl換成濕的KOH，并在構造上作了改進?！舅伎肌夸\錳電池在放電時總反應方程式可表示為Zn2NH=Zn22NH3H2，此電池放電時，正極上發(fā)生反應的物質是什么？【提示】原電池正極是電子流入的一極，氧化劑在此處得電子被還原。而總反應中NH得電子生成H2，正極上發(fā)生反應的物質是NH。充電電池閱讀教材P43內

2、容，完成以下問題。 充電電池又稱二次電池，它在放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。(1)鉛蓄電池：(2)鎳鎘電池：正極材料為NiO(OH)，負極材料為Cd ，電解質為KOH。(3)鋰離子電池：新一代可充電的綠色電池，低功耗電器的主流電源。【思考】充電電池與一次電池在我們生活中都非常普遍，結合課前預習內容和生活實際，思考充電電池與一次電池相比有何優(yōu)點？如何科學合理地使用充電電池？【提示】充電電池比一次電池更持久耐用，更方便實惠，可以節(jié)約資源，減少廢電池的處理量等。使用充電電池時需注意要合理充電，不能過充，使用不要虧電，不使用時要從用電器中取出，密封貯存于干

3、燥處等。燃料電池閱讀教材P44習題以上內容，完成以下問題。1原理利用原電池的工作原理將燃料和氧化劑反應所放出的化學能直接轉化為電能。2與其他電池的區(qū)別反應物由外設裝備提供，如燃料和氧化劑等。3實例氫氧燃料電池負極：H2失電子；正極：O2得電子；電解質是氫氧化鉀或硫酸?！九袛唷?手機上用的鋰離子電池屬于二次電池。()2鋅錳干電池中，鋅電極是正極。(×)3甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為負極，發(fā)生還原反應。(×)4廢舊電池需回收集中處理的原因是為了利用電池外殼的金屬材料。(×)原電池中電極反應式、電池反應式的書寫1電極反應式的書寫(1)負極反應式的書寫?；顫娊饘僮髫摌O時

4、，本身被氧化：若生成的陽離子不與電解質溶液反應，可直接寫成產物為金屬陽離子，如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金屬陽離子與電解質溶液反應，應寫成“金屬失電子的反應式”與“陽離子與電解質溶液反應的反應式”相疊加的形式。如：Mg­Al(KOH)原電池，負極反應式：Al3e4OH=AlO2H2O；鉛蓄電池負極反應式：Pb2eSO=PbSO4。負極材料本身不反應時，常見書寫方法：H2­O2(H2SO4)燃料電池，負極反應式為：H22e=2HH2­O2(KOH)燃料電池，負極反應式為：H22e2OH=2H2O(2)正極反應式的書寫。首先，根據(jù)化合價變化或氧化性

5、強弱判斷哪種微粒得電子。其次，確定該微粒得電子后變成哪種形式。如：H2­O2(H2SO4)原電池，正極反應式為：O24e4H=2H2OH2­O2(KOH)原電池，正極反應式為：O24e2H2O=4OH2原電池反應式的書寫兩電極反應式，得失電子數(shù)相等時，將兩電極反應式相加即得原電池反應式。【活學活用】鋰離子電池是新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰離子電池，某種鋰離子電池的總反應式為LiMnO2=LiMnO2，下列說法正確的是()ALi是正極，電極反應式為Lie=LiBLi是負極，電極反應式為Lie=LiCLi是負極，電極反應式為MnO2e=

6、MnODLi是負極，電極反應式為Li2e=Li2【解析】本題根據(jù)總反應式可判斷Li被氧化，應為負極材料，其失電子成為Li，正極放電的為MnO2。若已知電池總反應式，要寫電極反應式，一般方法是：根據(jù)規(guī)律先判斷負極材料，若負極材料是金屬則失電子而變?yōu)橄鄳年栯x子(其中Fe失電子變?yōu)镕e2)，若負極材料是其他被氧化的物質，則失電子變?yōu)橄鄳难趸a物，然后再推斷正極反應式，可利用總反應式與已知負極的電極反應式作差推出?！敬鸢浮緽預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中：問題1問題2問題3問題4氫氧燃料電池的分析討論探究背景氫氧燃料電池是一種新型化學電源，高效且對環(huán)境友好。其工作原理如圖所

7、示：探究問題1今有H2、O2和KOH溶液構成的燃料電池，分析該電池中的正極、負極，寫出相應的電極反應式和電池反應式?！咎崾尽客ㄈ際2的電極為負極，電極反應式為2H24e4OH=4H2O；通入O2的電極為正極，電極反應式為O24e2H2O=4OH；電池總反應為2H2O2=2H2O2如果把KOH溶液改為硫酸溶液，電極反應式應怎樣書寫？【提示】負極：2H24e=4H；正極：O24e4H=2H2O。3電解質溶液不同的氫氧燃料電池，工作一段時間后，溶液的pH各有何變化？【提示】KOH溶液pH減?。涣蛩崛芤簆H增大。應用原電池原理分析新型化學電源氫氧燃料電池可以使用在航天飛機上，其反應原理示意圖如圖。下列

8、有關氫氧燃料電池的說法正確的是()A該電池工作時電能轉化為化學能B該電池中電極a是正極C外電路中電子由電極b通過導線流向電極aD該電池的總反應：2H2O2=2H2O【思路點撥】對于新型燃料電池類試題，一般的解題思路如下：【解析】A中，該燃料電池屬于原電池，而原電池是一種把化學能轉化為電能的裝置。依據(jù)“可燃性氣體作負極，助燃性氣體作正極”的基本規(guī)律，確定電極a為負極，電極b為正極，而外電路中電子是由負極(電極a)通過導線流向正極(電極b)的。故A、B、C均不正確。D中，氫氧燃料電池就是利用H2、O2化合生成H2O過程中的化學能轉化為電能的，即電池的總反應式為2H2O2=2H2O，D正確。【答案】

9、D燃料電池的正極反應式的書寫要求燃料電池正極上的反應物質一般是O2。(1)電解質溶液為中性或堿性，則H2O必須寫入正極反應式中，且O2生成OH，電極反應式為O22H2O4e=4OH。(2)電解質溶液為酸性，則H必須寫入正極反應式中，且O2生成H2O，電極反應式為O24H4e=2H2O。名稱干電池(一次電池)充電電池(二次電池)燃料電池特點活性物質(發(fā)生氧化還原反應的物質)消耗到一定程度后，不能再使用電解質溶液為膠狀，不流動放電后可再充電使活性物質獲得再生可以多次充電，重復使用電極本身不包含活性物質，只是一個催化轉換元件工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被

10、排出舉例普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等鉛蓄電池、鋰電池、鎳鎘電池等氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等1(2013·北京理綜)下列設備工作時，將化學能轉化為熱能的是()【解析】A、C分別將太陽能轉化為電能、熱能；B是鋰離子電池，將化學能轉化為電能；D是將化學能轉化為熱能?！敬鸢浮緿2酸性鋅錳干電池在放電時，電池總反應方程式可以表示為：Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O。在此電池放電時，正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質為()AZn B碳棒CMnO2和NH DZn2和NH【解析】原電池正極上發(fā)生還原反應，銨根離子得到電子被還原得氫氣，氫氣被二氧化錳氧

11、化得水?！敬鸢浮緾3廢電池處理不當不僅造成浪費，還會對環(huán)境造成嚴重污染，對人體健康也存在極大的危害。有同學想變廢為寶，他的以下想法你認為不正確的是()A把鋅皮取下洗凈用于實驗室制氫氣B石墨棒取出洗凈用作電極C把銅帽取下洗凈回收利用D電池內部填有NH4Cl等化學物質，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥用【解析】電池內部的黑色糊狀物中含有重金屬離子，能污染水和土壤?！敬鸢浮緿4已知空氣­鋅電池的電極反應為：鋅片：Zn2OH2e=Zn(OH)2石墨：O22H2O4e=4OH根據(jù)此判斷，鋅片是()A負極，并被氧化 B負極，并被還原C正極，并被氧化 D正極，并被還原【解析】由電極反應：Zn2OH2e

12、=Zn(OH)2可知，Zn失去電子被氧化，作電源的負極?！敬鸢浮緼5.(1)普通鋅錳干電池的結構如圖所示?；卮鹣铝袉栴}。電池中電解質溶液為_。負極反應式為_。放電時NH向_(填“正極”或“負極”)移動。(2)廢電池中的鋅皮常用于實驗室制氫氣，廢鋅皮和純鋅粒分別與同濃度的稀硫酸反應，產生氫氣速率較大的是_，原因是_?！窘馕觥?1)該電池的工作原理：負極失去電子被氧化，正極上富集電子，陽離子向正極移動。(2)構成原電池能加大負極金屬鋅失電子速率。【答案】(1)NH4Cl溶液Zn2e=Zn2正極(2)廢鋅皮廢鋅皮在稀硫酸中可構成原電池，加大負極失電子速率，相應產生氫氣速率較大A組基礎過關1據(jù)報道，氫

13、氧燃料電池公交汽車已經(jīng)駛上北京街頭。下列說法正確的是()A電解水制取氫氣是理想而經(jīng)濟的制氫方法B發(fā)展氫氧燃料電池汽車不需要安全高效的儲氫技術C氫氧燃料電池汽車的使用可以有效減少城市空氣污染D氫氧燃料電池把氫氣燃燒放出的熱能轉化為電能【解析】電解水制備氫氣需要大量的電能，A不正確；氫氣屬于易燃氣體，容易發(fā)生危險，所以需要考慮安全高效的儲氫技術，B不正確；氫氧燃料電池為化學能轉化為電能，產物為水，對環(huán)境沒有污染，C正確，D不正確?！敬鸢浮緾2下列有關電池敘述正確的是()A水果電池是高效環(huán)保的家用電池B鋅錳干電池是一種常用的二次電池C鋅錳干電池碳棒是負極，鋅片是正極D鋅錳干電池工作一段時間后鋅外殼逐

14、漸變薄【解析】水果電池產生的電流非常微弱，不能作為家用電池，A錯誤；鋅錳干電池是一種常用的一次電池，其中鋅作負極，碳棒作正極；鋅錳干電池工作時，Zn放電消耗，故工作一段時間后鋅外殼會逐漸變薄，故B、C錯誤，D正確?！敬鸢浮緿3下列說法正確的是()A堿性鋅錳電池是二次電池B鉛蓄電池是一次電池C二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質獲得再生D燃料電池的活性物質儲存在電池內【解析】堿性鋅錳電池是一次電池，鉛蓄電池是二次電池，燃料電池的活性物質沒有儲存在電池內而是不斷被輸入?！敬鸢浮緾4汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O根據(jù)此

15、反應判斷，下列敘述中正確的是()APb是正極BPbO2得電子，被氧化C負極反應是PbSO2e=PbSO4D電池放電時，溶液的酸性增強【解析】從鉛蓄電池的放電反應可以看出：放電過程中Pb失去電子變?yōu)镻b2，發(fā)生氧化反應，因而Pb是負極；PbO2得到電子發(fā)生還原反應，被還原；反應過程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性減弱?！敬鸢浮緾5電池是人類生產和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)展是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關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B氫氧燃料電池可將熱能直接轉變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅【解析】鋅

16、錳干電池中碳棒并不參加反應，A錯；氫氧燃料電池是將化學能直接轉變?yōu)殡娔?，B錯；太陽能電池的主要材料是高純度的單質硅，故D錯?！敬鸢浮緾6目前，科學家提出了一種經(jīng)濟而且理想的獲得氫能源的循環(huán)體系(如圖)。關于此循環(huán)體系，下列說法中錯誤的是()A燃料電池能夠使化學反應產生的能量轉化為電能B燃料電池中通入H2的一極作負極，發(fā)生氧化反應C在此循環(huán)中發(fā)生了反應：2H2O2H2O2D目前化學家急需解決的問題是尋找合適的光照條件下分解水的催化劑【解析】原電池都是將化學能轉化為電能的裝置，故A正確。氫氧燃料電池的負極通入H2，發(fā)生氧化反應；正極通入O2，發(fā)生還原反應，故B正確。推廣氫能的關鍵是尋找合適的催化劑

17、，利用太陽能分解水，故D正確。【答案】C7根據(jù)國外媒體報道，某公司將推出一種全新的銀鋅電池，這種銀鋅電池的續(xù)航能力要比鋰離子電池強，有望取代鋰電池。其放電過程可表示為Ag2OZn=ZnO2Ag，此電池放電時，有關說法正確的是()A電能轉化為化學能B電解質溶液是稀硫酸C電子通過外電路從正極流向負極DZn作負極被氧化【解析】原電池是化學能轉化為電能的裝置，A選項錯誤；從總反應方程式可以看出，電池放電后生成了ZnO，ZnO在酸性溶液中不能存在，所以電解質溶液為堿液，B選項錯誤；原電池中，電子是從負極流向正極，C選項錯誤；負極發(fā)生氧化反應，D選項正確。【答案】D8日常所用干電池其電極分別為碳棒(上面有

18、銅帽)和鋅皮，以糊狀NH4Cl和ZnCl2作電解質(其中加入MnO2吸收H2)，電極反應可簡化為：Zn2e= Zn2，2NH2e=2NH3H2(NH3與Zn2絡合)。根據(jù)以上敘述判斷下列結論不正確的是()AZn為正極，碳為負極B正極發(fā)生還原反應C工作時電流由碳極經(jīng)外電路流向Zn極D長時間連續(xù)使用時內裝糊狀物可能流出腐蝕用電器【解析】由電極反應方程式可知，發(fā)生氧化反應的為電源的負極，正極發(fā)生還原反應。電池工作時電子由鋅極流出通過外電路流向碳棒，電流方向和電子移動方向相反?！敬鸢浮緼9科學家預言，燃料電池將是21世紀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上。一種甲醇燃料電池是采用鉑或

19、碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解液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)生反應的化學方程式是_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應式是_。(3)電解液中的H向_極移動；向外電路釋放電子的電極是_。(4)比起直接燃燒燃料產生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉化效率高，其次是_。【解析】甲醇燃料電池中加入甲醇的電極為負極，通入空氣的電極為正極，同時要考慮稀硫酸電解液，來解決問題?！敬鸢浮?1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)O24H4e=2H2O(3)正負極(4)燃料電池減少了對空氣的污染B組能力提升10有一

20、種紙質軟電池，該電池采用薄層紙片作為載體和傳導體，一面附著鋅，另一面附著二氧化錳。電池總反應為Zn2MnO2H2O=ZnO2MnO(OH)，關于此電池，下列說法正確的是() A該電池Zn為負極，ZnO為正極，MnO2作催化劑B該電池的正極反應式為MnO2eH2O=MnO(OH)OHC放電時外電路電子由Zn流向MnO2，內電路電子由MnO2流向ZnD電池工作時，OH通過薄層紙片向附著二氧化錳的電極移動 【解析】從總反應看，電解質環(huán)境為堿性。Zn發(fā)生氧化反應(負極)：Zn2e2OH=ZnOH2O，MnO2發(fā)生還原反應(正極)：MnO2eH2O=MnO(OH)OH，A項錯誤、B項正確；外電路電子由Z

21、n流向MnO2，內電路通過離子移動導電，OH移向鋅極，C、D項錯誤。【答案】B11下圖是氫氧燃料電池構造示意圖。關于該電池的說法不正確的()Aa極是負極B供電時的總反應為2H2O2=2H2OC電子由b通過燈泡流向aD氫氧燃料電池是環(huán)保電池【解析】a電極發(fā)生反應：H22e=2H，故電子應由a通過燈泡流向b?！敬鸢浮緾12一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率。現(xiàn)用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，一極通CO氣體，另一極通O2和CO2混合氣體，其總反應為：2COO2=2CO2。則下列說法中正確的是()A通CO的一極是電池的正極B負極發(fā)生的電極反應是：O22CO24e=2COC負極發(fā)生

22、的電極反應是：COCO2e=2CO2D正極發(fā)生氧化反應【解析】燃料電池中燃料(氣體)在負極失去電子發(fā)生氧化反應，電解質離子可能參與反應，A、B、D不正確，C正確?！敬鸢浮緾13(2013·安徽高考)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb下列有關說法正確的是()A正極反應式：Ca2Cl2e=CaCl2B放電過程中，Li向負極移動C每轉移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g PbD常溫時，在正負極間接上電流表

23、或檢流計，指針不偏轉【解析】A分析電池總反應，Ca在反應中失電子，所以Ca應作負極；PbSO4中的Pb2得電子生成單質鉛，所以正極反應物應是PbSO4，所以A項錯誤。B.放電過程中，負極失電子，電子通過導線流向正極，所以正極表面聚集大量電子，能夠吸引電解質中的陽離子向正極移動，所以B項錯誤。C.根據(jù)方程式知，每轉移0.1 mol電子，生成0.05 mol鉛，其質量為10.35 g，所以C項錯誤。D.根據(jù)題給信息，該電池為熱激活電池，常溫下，無水LiCl­KCl為固態(tài)，沒有自由移動的離子，該裝置不能形成閉合回路，處于非工作狀態(tài)，所以沒有電流產生，即電流表或檢流計的指針不會發(fā)生偏轉?！敬鸢浮?/p>