2019-2020年高中化學《化學電源》教案6 新人教版選修4

2019-2020年高中化學化學電源教案6新人教版選修4一、化學電池的種類電池等。干電池示意閣鉛蓄電池示意圖氫氣手化學電池：借助于化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置?；瘜W電池的主要部分是電解質(zhì)溶液，和浸在溶液中的正極和負極，使用時將兩極用導線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能?；瘜W電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池等；有的不能充電復原，稱為原電池，如干電池、燃料廢電解質(zhì)互氧氣_ti_冷&®rifiW氫氧燃料電池示意圉電解質(zhì)氧化劑電極圖2-15下面介紹化學電池的種類：1干電池：普通鋅錳干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl、NHCl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO作去極化劑吸收正極放出的H，2 422防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑，淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。電極反應為：負極Zn2e=Zn2+正極2+2e=2NH+H32H+2MnO=MnO+HO22232正極產(chǎn)生的NH又和ZnCl作用：Zn2+4NH=ZnNH2+3 2334干電池的總反應式：Zn+2NHCl+2MnO=ZnNHCl+MnO+HO4 2322232或2Zn+4NHCl+2MnO=ZnNHCl+ZnCl+MnO+HO423222232正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。干電池的電壓15V16V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復原，因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小性能好的堿性鋅錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導電性能更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。2鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，用含銻5%8%的鉛銻合金鑄成格板，在正極格板上附著一層PbO2，負極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液密度為1251228g/cm3中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應為：負極：Pb+-2e-=PbSO；4正極：PbO+4H+2e-=PbSO；+2HO242鉛蓄電池的電壓正常情況下保持20V,當電壓下降到185V時，即當放電進行到硫酸濃度降低，溶液密度達118g/cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進行充電，其電極反應為：陽極：PbSO+2HO-2e-=PbO+4H+422陰極：PbSO+2e-=Pb+4當密度增加至128g/cm3時，應停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺點是比較笨重。蓄電池放電和充電的總反應式：PbO+Pb+2HS0単第bSO；+2HO224充電42目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。3銀鋅蓄電池銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH溶液。常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開。負極：Zn+20H-2e=ZnOH2正極：Ag0+H0+2e=2Ag+20H銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用放電一段時間后就要充電，充電過程表示如下：陽極：2Ag+2OH-2e=AgO+HO陰極：ZnOH+2e=Zn+2OH2總反應式：Zn+AgO+HO當電ZnOH+2Ag22充電2一粒鈕扣電池的電壓達159V,安裝在電子表里可使用兩年之久。4燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿如氫氧化鈉或氫氧化鉀等把兩個電極隔開。化學反應的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達70%以上。當前廣泛應用于空間技術(shù)的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。電極反應式為：負極H22H2H+20H-2e=2H02正極O+2H0+4e=40H22電池總反應式為：2H+0=2H0222另一種燃料電池是用金屬鉑片插入K0H溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷燃料和氧氣氧化劑。電極反應式為：負極：CH+100H-8e=+7H0；42正極：4H0+20+8e=80H-O22電池總反應式為：CH+20+2K0H=KC0+3H042232目前已研制成功的鋁空氣燃料電池，它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。5. 鋰電池：鋰電池是金屬鋰作負極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯S0CI在炭極上發(fā)生還原反應。電解液是由四氯鋁化鋰LiAlCl溶解于亞硫酰氯中組成。它的4總反應是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。8Li+3S0Cl=6LiCl+LiS0+2S2223鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在21633441K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池,它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點，因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導彈等的動力資源。微型電池：常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在567°C711°C溫度范圍內(nèi)正常工作。6. 海水電池1991年，我國首創(chuàng)以鋁一空氣一海水電池為能源的新型電池，用作海水標志燈已研制成功。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，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，就會發(fā)出耀眼的白光，其能量比干電池高2050倍。負極材料是鋁，正極材料可以用石墨。電極反應式為：負極反應：Al3e=Al3+,正極反應：2H0+0+4e=40H-o22電池總反應式為：4Al+306H0=4Al0H2237. 溴鋅蓄電池國外新近研制的的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液作電解液。電極反應式為：負極反應：Zn2e=Zn2+正極反應：Br+2e=2Br2電池總反應式為：Zn+Br=ZnBr22二、相關(guān)考題和練習例1（xx年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用LiCO和NaCO的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO的混合氣體23232為陰極助燃氣，制得在650°C下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應式：陽極反應式：2CO+2CO2-4e-=4C032陰極反應式：，電池總反應式：。解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應式為：2CO+O2=2CO2。用總反應式減去電池負極（即題目指的陽極）反應式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應式：O2+2CO2+4e-=2C0j-。例2（xx年全國高考化學題）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：（1/2）H+NiO（OH）Ni（OH）22根據(jù)此反應式判斷下列敘述中正確的是（）A. 電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時，鎳元素被氧化C.電池充電時，氫元素被還原D.電池放電時，H2是負極解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。根據(jù)氫鎳電池放電時的總反應式可知，電解質(zhì)溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性溶液，因為在強酸性溶液中NiO（OH）和Ni（OH）2都會溶解。這樣可寫出負極反應式：H2+20H-2e-=2屯0,屯為負極，附近的pH應下降。放電時鎳元素由+3價變?yōu)?2價，被還原，充電時氫元素由+1價變?yōu)?價，被還原。故答案為C、D項例3.有人設計出利用CH和0的反應，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反42應類似于CH在0中燃燒，則下列說法正確的是（）42 每消耗1molCH可以向外電路提供8mole-4 負極上CH失去電子，電極反應式CH+100H-8e-=C02-+7H04432 負極上是O2獲得電子，電極反應式為02+2H20+4e-=40H- 電池放電后，溶液PH不斷升高22A.B.C.D.點撥：本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應用，首先要判斷出電池的正負極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應，若發(fā)生的是失電子反應是原電池的負極，反之是正極。CH在鉑電極上發(fā)生類似于CH在0燃燒反應，即CH一4424C02嚴格講生成的C02還與KOH反應生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負極，電極反應式為CH-8e-+100H-=C02-+7H0,ImolCH參加反應有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，0在正極43242上發(fā)生反應，獲得電子，電極反應式為02+2H20+4e-=40H-。雖然正極產(chǎn)生0H-,負極消耗0H-,但從總反應CH+20+2K0H=KCO+3H0可看出是消耗KOH,所以電池放電時溶液的PH42232值不斷下降，故正確，錯誤。答案：A例4(xx年天津高考理綜題)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()miA.a電極是負極B.b電極的電極反應為：40H-4e-=20+0?fC. 氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源D. 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負極，其電極反應為：2H2-4e-=4H+，b極為正極，其電極反應為：02+2H20+4e-=40H-，電池總反應式為：2屯+02=2叩。H2為還原劑，02為氧化劑，H2、02不需全部儲藏在電池內(nèi)。故答案為B項。例5.(xx年江蘇高考化學題)堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為：Zn(s)+2Mn0(s)+H0(l)=Zn(0H)(s)+Mn0(s)22223下列說法錯誤的是()A.電池工作時，鋅失去電子B. 電池正極的電極反應式為：2Mn0(s)+H0(l)+2e-=Mn0(s)+20H-(aq)2223C. 電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D. 外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g解析：該電池的電解液為KOH溶液,結(jié)合總反應式可寫出負極反應式:Zn(s)+20H-(aq)-2e-=Zn(0H)2(s)，用總反應式減去負極反應式，可得到正極反應式：2Mn02(s)+H20(l)+2e-=Mn203(s)+20H-(aq)。Zn為負極，失去電子，電子由負極通過外電路流向正極。ImolZn失去2mol電子，外電路中每通過0.2mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5g。故答案為C項2019-2020年高中化學化學電源教案7新人教版選修4學習目標：了解常見的化學電源的種類及其工作原理，知道它們在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應用。學習重點、難點：常見化學電源的工作原理學習過程：【自學指導一】閱讀教材79-83頁，思考下列問題并把答案填寫在下面的知識總結(jié)中。問題：目前化學電池主要分為哪幾個大類？在性能等方面它們各有什么特點？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？ 化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？ 判斷電池的優(yōu)劣標準主要是什么？【知識總結(jié)】化學電池1）概念:2）分類:3）優(yōu)點:4）電池優(yōu)劣的判斷標準:5）各類電池一次電池二次電池燃料電池普通鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅電池鋰電池鉛蓄電池負極材料正極材料電解質(zhì)溶液6）燃料電池介質(zhì)電池反應：2H2+O2=2H2O222酸性負極正極中性負極正極堿性負極正極【練習】將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應的實質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為，這一極的電極反應為；通入氧氣的一極為，電極反應為一,總反應為?！拘〗Y(jié)】書寫電極反應式應注意以下幾點：1電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；2將兩極反應的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；3負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32形式存在）；【鞏固練習】1、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），為了除去銀器表面Ag2s,可采用如下方法：在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請用電極反應式和離子方程式表示上述過程2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣，制得在65°C下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應式：2-負極反應式：2CO+2CO3=4CO2+4e正極反應式：總反應式：.3鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應為Li+MnO2=LiMnO2,下列說法正確的是（）A、Li是正極，電極反應為Lie-=Li+B、Li是負極，電極反應為Lie-=Li+C、Li是負極，電極反應為MnO2+e-=MnO2D、Li是負極，電極反應為Li2e-=Li2+Li4、1991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20到50倍。運用所學的化學知識，推測該新型電池兩極上可能發(fā)生的電極反應。負極正極5已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用這一反應，試設計一個原電池，畫出示意圖，標明電極材料名稱，電解質(zhì)溶液，然后填空：負極,電極反應