近年高中化学第四章第二节化学电源教案新人教版选修4.pdf

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1、2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 1 第二节 化学电源 课标要求 1了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式.1碱性锌锰电池的负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质溶液是 KOH。2铅蓄电池是最常见的二次电池,正极是 PbO2,负极是 Pb,电解质溶液是 H2SO4溶液.3氢氧燃料电池两类型：（1)酸性电解质时：负极反应式:2H24e=4H；正极反应式：O24H4e=2H2O.(2）碱性电解质时:负极反应式：2H2

2、4OH4e=4H2O；正极反应式：2H2OO24e=4OH。错误!化学电池是将化学能变成电能的装置。1化学电池的分类 化学电池错误!2判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1.(2）比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是 Wkg1或 WL1。(3)电池可储存时间的长短。3化学电池回收利用 废旧电池中含重金属和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 2 1下列说法中，不正确的是（)A化学电池是将化学能转变成电能的装置 B化学电池的种类包

3、括一次电池、二次电池和燃料电池等 C化学电池供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小，使用方便，易于维护 D废旧电池可以随意丢弃 解析：选 D 废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃,对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收处理。2废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是()A为了利用电池外壳的金属材料 B防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中的石墨电极 解析：选 B 废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理.一次电池 1碱性锌锰电池（1）基本构造：(2）工作原理：负极反应：Zn

4、2OH2e=Zn（OH)2；正极反应:2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH）2。（3)性能优点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好,它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电.2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 3 2锌银电池(1）基本构造：(2)工作原理：负极反应：Zn2OH2e=Zn（OH）2；正极反应：Ag2O2eH2O=2Ag 2OH；总反应：ZnAg2OH2O=Zn(OH）22Ag。(3）电池特点：比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。3锂电池(1)基本组成：负极：锂

5、，正极：MnO2、CuO、FeS2等，电解质：非水溶剂。(2）特点：比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。特别提醒 判断某电极发生反应的物质时，除考虑在该电极上得(或失）电子的物质外，还要考虑得(或失）电子后形成的新物质是否会和电解质溶液中的离子发生反应。1普通锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为 Zn2MnO22NH，4=Zn2Mn2O32NH3H2O。在此电池放电时,正极(碳棒）上发生反应的物质是()AMnO2和 NH错误!BZn2和 NH错误!CZn D碳棒 解析：选 A 在电池的正极上发生的是得电子的还原反应，是电池总反应中氧化剂发生反应的电极。由普通锌锰干电池的总反应式

6、可知，MnO2与 NH4发生的反应为正极反应.2碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为 Zn(s)2MnO2（s)2H2O（l)=Zn(OH)2(s）2MnOOH（s），下列说法错误的是（）A电池工作时,锌失去电子 B电池正极的电极反应式为 2MnO2(s)2H2O(l）2e=2MnOOH（s）2OH（aq)2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 4 C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D外电路中每通过 0。2 mol 电子,锌的质量理论上减少 6.5 g 解析：选 C 由所给的电池总反

7、应式可知，电池工作时，每有 1 mol Zn参加反应,则会有2 mol 电子从负极 Zn 经外电路流向正极,并在正极发生反应：2MnO2（s）2H2O(l)2e=2MnOOH(s）2OH(aq)。外电路每通过 0。2 mol 电子，Zn 的质量减少 6。5 g.3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意图如右。下列说法不正确的是（)AZn电极是负极 BAg2O电极发生还原反应 CZn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2 D放电前后电解质溶液的 pH保持不变 解析：选 D 该电池的电解质溶液为 KOH，电池工作时负极发生反应为 Z

8、n2e2OH=Zn(OH)2,正极发生反应为 Ag2O2eH2O=2OH2Ag,OH数目不变,但水被消耗，溶液 pH升高。二次电池以铅蓄电池为例 1基本构造 2组成 负极:Pb,正极：PbO2，电解质：H2SO4溶液.3工作原理（1)放电过程（原电池原理）:负极：Pb（s）SO错误!(aq)2e=PbSO4(s)；正极：PbO2（s）4H（aq)SO错误!(aq）2e=PbSO4（s)2H2O(l)；2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 5 总反应:Pb（s)PbO2（s)2H2SO4(aq)=2PbSO4（s）2H2O（l）。(2)充电过程：阴极:PbSO4(s

9、）2e=Pb(s）SO2，4（aq）(发生还原反应）；阳极：PbSO4（s)2H2O(l)2e=PbO2（s)4H(aq)SO24(aq)（发生氧化反应）；总反应：2PbSO4（s）2H2O（l）=Pb(s）PbO2（s）2H2SO4（aq)。4铅蓄电池的优缺点（1）优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛.（2)缺点：比能量低、笨重，废弃电池污染环境。已知铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s）PbO2（s)2H2SO4(aq）错误!2PbSO4(s）2H2O（l）。(1）铅蓄电池放电时,正极区域溶液的 pH是如何变化的?提示：铅蓄电池放电时，正极反应式为

10、PbO24HSO2，42e=PbSO42H2O，反应消耗 H，故c(H)下降，pH升高。(2）铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？充电时两极发生什么反应？据此,在充电时，怎样连接电源的两极？提示：放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；铅蓄电池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正极。1二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接,电池的负极应与充电电源的负极相连接。2充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程.（1）放电时，错误!错误!错误!（2）充电时，电极错

11、误!错误!3可充电电池复杂电极反应式的书写方法 第一步:先标出放电(原电池）总反应式中变价元素的化合价,确定电子转移的方向与数目,指出参与负极和正极反应的物质.如铅蓄电池中:2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 6 错误!错误!错误!bO2得到 2e，发生还原反应2H2SO4错误!2错误!bSO42H2O 第二步：写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。如铅蓄电池的负极反应式为 PbSO错误!2e=PbSO4。第三步：在电子守恒的基础上,用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式.如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式负

12、极反应式得到，即 PbPbO24H2SO2，4(PbSO错误!2e)=2PbSO42H2OPbSO4，整理得：PbO24HSO242e=PbSO42H2O。1 镍镉（Ni.Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用.已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH 2H2O错误!Cd（OH）22Ni（OH)2 有关该电池的说法正确的是（）A充电时阳极反应：Ni（OH)2eOH=NiOOH H2O B充电过程是化学能转化为电能的过程 C放电时负极附近溶液的碱性不变 D放电时电解质溶液中的 OH向正极移动 解析：选 A 由总反应可知,放电时，负极 Cd 发生氧化反应:C

13、d2e2OH=Cd（OH)2,负极碱性变弱，C项错误；正极反应为 2NiOOH 2e2H2O=2Ni(OH）22OH，放电时,OH由正极向负极移动，D 项错误；充电时，电能转化为化学能，B 项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为 Ni(OH)2OHe=NiOOH H2O，A项正确.2氢镍电池的总反应式是 H22NiO(OH)错误!2Ni（OH）2。根据此反应判断，下列叙述中不正确的是()A电池放电时，镍元素被氧化 B电池充电时，氢元素被还原 C电池放电时，镍元素被还原 D电池放电时，H2在负极被氧化 解析:选 A 电池放电时，Ni 元素化合价降低被还原,A 错误，C正确;充电时，H元素化合价从1

14、0,化合价降低，被还原，B正确；放电时，H元素化合价升高,在负极被氧化，D正确。3。如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（）2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 7 Aa 为电池的正极 B电池充电反应为 LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi C放电时，a 极锂的化合价发生变化 D放电时，溶液中 Li从 b 向 a 迁移 解析：选 C 锂离子电池中，b 电极为 Li,放电时,Li 失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以 a 为电池的正极，A 正确；充电时，Li在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为 LiMn2O4=Li1x

15、Mn2O4xLi，B正确；放电时，a 为正极，正极上 Li1x Mn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，C错误；放电时,溶液中阳离子向正极移动，即溶液中 Li从 b 向a 迁移，D正确。4联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市在江苏如皋落户。用吸附了 H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是（)A放电时，甲电极为正极,OH移向乙电极 B放电时，乙电极反应式为 NiOOH H2Oe=Ni（OH）2OH C充电时，电池的碳电极与直流电源的正极相连 D放电时，化学能完全转化为电能 解析：选 B 用吸附了 H2的碳纳米管等材料制作的二次电池，碳纳米管作负极，乙电极

16、为正极.放电时，乙电极为正极，OH移向甲电极(负极）,故 A 错误;放电时，乙电极是正极，发生还原反应，电极反应式为 NiOOH H2Oe=Ni(OH)2OH，故 B正确；充电时，充电器的负极与电池的负极相连，即电池的碳电极与直流电源的负极相连,故 C 错误；原电池能够提高能量的利用率,但化学能不能完全转化为电能,一般会伴有热能放出等，故 D错误.燃料电池以氢氧燃料电池为例 2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 8 1基本构造 2工作原理：通入可燃物(H2）的一极为电池的负极，通入 O2的一极为电池的正极。(1）酸性氢氧燃料电池（电解质为 H2SO4)负极反应:2

17、H24e=4H，正极反应：O24H4e=2H2O，总反应：2H2O2=2H2O.(2)碱性氢氧燃料电池（电解质为 KOH）负极反应：2H24OH4e=4H2O,正极反应：2H2OO24e=4OH，总反应:2H2O2=2H2O.3电池特点(1)能量转换率高，污染小。(2)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。特别提醒 (1）燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。(2)酸性介质中的燃料电池(氧化剂为 O2）的正极反应式为 O24H4e=2H2O；碱性介质中的燃料电池（氧化剂为 O2)的正极反应式为 O22H2O4e=4OH.1用稀

18、H2SO4作电解质溶液时,甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式。提示:总反应式是甲烷燃烧的化学方程式 CH42O2=CO22H2O，其中正极反应式为 2O28H8e=4H2O，负极反应式为 CH48e2H2O=CO28H。2用 KOH作电解质溶液时,甲烷燃料电池的总反应式与“1中相同吗?试分别写出两极的2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 9 电极反应式。提示：不相同；因为 CO2与 KOH 溶液反应生成 K2CO3，故总反应式为 CH42O22OH=CO错误!3H2O，其中正极反应式为 2O24H2O8e=8OH，负极反应式为 CH410OH8e

19、=CO2，37H2O。有机燃料电池电极反应式书写方法 电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则,燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子,发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别.可根据电荷守恒来配平电极反应式。如乙醇碱性（KOH 溶液）燃料电池负极反应式的书写方法。第一步：确定生成物。乙醇燃烧生成 CO2和 H2O,其中 CO2与 KOH 溶液反应生成 K2CO3和 H2O，故生成物为 CO错误!和H2O。第二步：确定价态的变化及转移电子数。乙醇(C2H6O）中碳元素的化合价为2，CO23中碳元素的化合价为4,故 1 mol 乙醇完全反应失

20、去 24（2）12 mol 电子.第三步:列出表达式.C2H5OH OH12eCO错误!H2O。第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数.由碳原子守恒确定 CO错误!的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH的化学计量数为 16。(注：失去 12 个电子，相当于带 12 个单位正电荷)再由氢原子守恒确定 H2O的化学计量数为 11，故负极反应式为 C2H5OH 16OH12e=2CO2311H2O.1肼（N2H4）。空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池,电解质为 2030%的 KOH 溶液，电池总反应式为 N2H4O2=N22H2O。下列关于该电池工作时说法中正确的是（）A溶液的 pH保持不变 B

21、溶液中的阴离子向正极移动 2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 10 C正极的电极反应式:O24H4e=2H2O D负极的电极反应式:N2H44OH4e=4H2ON2 解析:选 D A项,因为有水生成,溶液的 pH会减小，A项错误；B项，原电池中，溶液中的阴离子总是移向电池的负极，B项错误；C项，溶液介质为碱性，正极的电极反应式是 O22H2O4e=4OH，C项错误.2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A该电池能够在高温下工作 B电池的负极反应为 C6H12O66H2O24e=6CO224H C放电过程中，H从正极区向负

22、极区迁移 D在电池反应中,每消耗 1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下 CO2气体错误!L 解析:选 B A项，高温条件下微生物会变性，错误；B项,负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，正确；C项，原电池内部阳离子应向正极移动,错误；D项，消耗 1 mol 氧气生成 1 mol 二氧化碳,标准状况下体积是 22.4 L，错误。3科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，其中电池的电解质是掺杂了 Y2O3（Y为钇）的 ZrO2（Zr 为锆）晶体，它在高温下能传导 O2.若以丁烷(C4H10)代表汽油，总反应为 2C4H1013O2=8CO210H

23、2O。有关该电池的说法错误的是(）A该电池负极的电极反应式为 C4H1013O226e=4CO25H2O BO2向负极移动 C该电池正极的电极反应式为 O24e2H2O=4OH D丁烷在放电时发生氧化反应 解析：选 C 丁烷失电子发生氧化反应,电极反应式为 C4H1026e13O2=4CO25H2O，故 A正确；原电池中，阴离子向负极移动，即 O2向负极移动,故 B正确；正极上通入空气，氧气得电子发生还原反应，由电解质的性质知，O2得电子被还原为 O2,故电极反应式为 O24e=2O2，故 C错误;丁烷在负极放电时发生氧化反应,故 D正确。2019 高中化学 第四章 第二节 化学电源教案 新人教版选修 4 11 4.Mg.H2O2燃料电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,原理如图.该电池工作时，下列说法正确的是(）AMg电极是该电池的正极 BH2O2在 Pt 电极上发生氧化反应 CPt 电极附近溶液的 pH增大 D溶液中 Cl向正极移动 解析:选 C Mg易失电子发生氧化反应，作负极,故 A错误；H2O2在 Pt 电极上得电子发生还原反应，故 B错误；Pt 电极反应式为 H2O22H2e=2H2O,H浓度减小，则溶液 pH增大，故C正确；放电时，Cl向负极移动,故 D错误。