高中化學(xué)必修2 　化學(xué)能與電能-“黃岡杯”一等獎

第二節(jié)化學(xué)能與電能一．你如何理解原電池原理的實際應(yīng)用？請舉例說明。提示：原電池原理的實際應(yīng)用可以理解為：(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率實例：鐵鍋生銹(2)比較金屬的活動性強弱重點回憶：上節(jié)課講到的Zn-Cu原電池?？偅篫n+2H+

＝Zn2++H2↑負(fù)極：Zn-2e-＝Zn2+正極：2H++2e-＝H2↑●問題探究二．你認(rèn)為如何根據(jù)電極的特點把化學(xué)電池進(jìn)行分類？提示：電極材料的特點決定了電極在電極反應(yīng)中是否發(fā)生變化，從而可把化學(xué)電池進(jìn)行分類。根據(jù)電極的特點可把化學(xué)電池分類為：(1)活潑金屬作負(fù)極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧化反應(yīng)，如Cu—Zn原電池。(2)兩極都參加反應(yīng)的原電池，如蓄電池。(3)兩電極材料均為惰性電極，電極本身不發(fā)生反應(yīng)，而是由引入到電極上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如燃料電池?！窦?xì)品教材1．干電池最早使用的干電池是鋅錳干電池。其組成和結(jié)構(gòu)如下：負(fù)極是鋅制筒形外殼、正極是位于中央頂蓋有銅帽的石墨，在石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有黑色MnO2粉末作去極劑(吸收正極放出的H2、防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象)。它是一種一次性電池?！案呻姵亍彪妷阂话銥?.5V，不能充電。特點：①一次性電池，放完電后不能再使用，內(nèi)部氧化還原反應(yīng)不可逆。②用KOH代替NH4Cl能提高性能，延長壽命。用途：錄音機(jī)、閃光燈、手電筒、電動玩具、袖珍電視機(jī)以及電視、空調(diào)搖控器等。2．充電電池(1)充電電池的特點充電電池又稱蓄電池，它在放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(一般通過充電器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺M(jìn)行充電)，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。這樣可以實現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；充電時，再由電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。最早使用的充電電池是鉛蓄電池。其正極是PbO2，負(fù)極是Pb，電解質(zhì)溶液是H2SO4。負(fù)極(Pb)：Pb＋SO42-－2e－===PbSO4正極(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－===PbSO4＋2H2O總反應(yīng)式：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O提示：①多次使用，放完電后可再充電使用。內(nèi)部氧化還原在放電、充電“可逆”進(jìn)行。②鎳鎘電池壽命較鉛蓄電池長，但鎘是致癌物，鎳鎘污染環(huán)境。③鋰離子電池質(zhì)量輕，污染少，被稱為綠色電池。用途：①鉛蓄電池用于汽車的電瓶。②鎳鎘電池廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等。③鋰離子電池用于筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)等。3．燃料電池燃料電池也是一種高效、對環(huán)境友好的電池。能量轉(zhuǎn)化率理論上可高達(dá)85%～90%。現(xiàn)已達(dá)到40%～60%。可用CH4、H2等為原料。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是用外加設(shè)備源源不斷地提供燃料和氧化劑，使反應(yīng)能連續(xù)進(jìn)行。

總反應(yīng)式：2H2＋O2===2H2O特點：①能量轉(zhuǎn)化率高，理論上可高達(dá)85%－90%；②無污染；③燃料儲存在外加設(shè)備。用途：航天、航海。A．鋅為正極，碳為負(fù)極B．鋅為負(fù)極，碳為正極C．工作時，電子由碳極經(jīng)過電路流向鋅極D．長時間連續(xù)使用時，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器【解析】根據(jù)原電池的工作原理及正負(fù)極的判斷方法分析。由負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)或根據(jù)原電池形成的條件，相對活潑(指金屬性)的一極為負(fù)極，相對不活潑的一極為正極可判斷出選項B正確，A不正確。在外電路，電子從負(fù)極流向正極，故選項C不正確。長時間連續(xù)使用該原電池，由于鋅皮慢慢溶解而破損，且MnO2不斷吸收H2而生成H2O，糊狀物也越來越稀，故其很可能流出腐蝕用電器，選項D正確?！敬鸢浮?/p>

B、D【例2】如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(chǎn)電極是負(fù)極B．b電極的電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2

C．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和氧化劑全部儲存在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置【解析】本題考查燃料電池的原理及優(yōu)點。由原電池原理知，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，兩電極反應(yīng)式相加得總反應(yīng)方程式。氫氧燃料電池的總化學(xué)方程式為2H2＋O2===2H2O，因此a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2－4e－===4H＋，a電極是負(fù)極；b電極上發(fā)生反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b電極是正極。氫氧燃料電池的能量效率較高，且產(chǎn)物是H2O，是一種具有應(yīng)用前景的綠色能源。氫氧燃料電池通入H2、O2就能工作，無需將H2、O2儲存在電池內(nèi)部?！敬鸢浮?/p>

B【解析】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(yīng)中MnO2所含Mn元素的化合價降低，說明MnO2被還原，為氧化劑。【答案】

C一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷(C4H10)氣體；電解質(zhì)是摻雜質(zhì)氧化銥(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下傳導(dǎo)O2－。下列對該燃料電池的說法中正確的是(

)A．在熔融電解質(zhì)中O2－由負(fù)極移向正極B．電池的總反應(yīng)式是：2C4H10＋13O2=8CO2＋10H2OC．通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)式為：O2＋4e－===2O2－D．通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)式為：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O【解析】燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)，燃料(還原劑)在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣(氧化劑)在正極發(fā)生還原反