2018-2019年高中化學 第四章 電化學基礎 4.2 化學電源學案設計 新人教版選修4.docx

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第二節(jié)　化學電源 學習目標 1.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、反應原理及應用。 2.常識性介紹日常生活中常用的化學電源,并能從電極反應的角度認識常見電源的化學原理。 復習回顧 請回顧原電池的相關(guān)知識并完成下表: 一個概念 兩個電極 負極 正極 三個流向 電子 電流 離子 四個條件 課堂探究 【學與問】在日常生活和學習中,你用過哪些電池,你知道電池的其他應用嗎? 一、化學電池簡介 1.化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點? 2.判斷電池的優(yōu)劣標準主要是什么? 3.目前化學電池主要分為哪幾大類?請各舉一例。 二、一次電池 1.堿性鋅錳干電池 (1)優(yōu)點:　。 (2)電池反應: 電池總反應:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2 負極反應:　。 正極反應:　。 電解質(zhì):　。 2.紐扣電池(銀鋅電池) (1)優(yōu)點:　。 (2)用途:應用于電子手表、計算器。 (3)電池反應: 電池總反應:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag 負極反應:　。 正極反應:　。 3.鋰電池 (1)優(yōu)點:　。 (2)用途:　。 (3)以鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)為例,書寫電池反應: 電池總反應:8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S 負極反應:　。 正極反應:　。 【方法歸納】 總結(jié)歸納電池電極反應方程式的書寫方法: (1)　; (2)　; (3)　。 三、二次電池 1.鉛蓄電池 (1)正、負極材料 正極:PbO2 負極:Pb 電解質(zhì):H2SO4溶液 (2)工作原理 鉛蓄電池為典型的可充電電池,其工作原理分為放電和充電兩個過程。 (3)電池反應 ①放電過程 放電過程總反應:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l) 負極反應:　。 正極反應:　。 ②充電過程 充電過程總反應:2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 陰極反應:　。 陽極反應:　。 (4)優(yōu)、缺點簡析 缺點:　。 優(yōu)點:　。 2.其他二次電池 鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池等。 　　四、燃料電池 1.燃料電池簡介 (1)燃料作　　　　,助燃劑氧氣作　　　　。 (2)電極材料一般　　　　,只起　　　　的作用。 (3)優(yōu)點:　。 (4)用途:　。 2.燃料電池與前幾種電池的差別有哪些? 3.氫氧燃料電池 (1)總反應式: (2)不同介質(zhì)中的電極反應: ①酸性介質(zhì) 負極反應:　。 正極反應:　。 ②堿性介質(zhì) 負極反應:　。 正極反應:　。 ③中性介質(zhì) 負極反應:　。 正極反應:　。 【練習1】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,使之構(gòu)成原電池,由于發(fā)生的反應類似于甲烷的燃燒,所以稱作甲烷燃料電池,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　　　　　　　　　　,總反應為　　　　　　　　　　。 【練習2】熔融鹽燃料電池因具有高的發(fā)電效率而受到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物用作電解質(zhì),CO為燃氣,空氣與CO2的混合氣為助燃氣,制得在6500℃下工作的燃料電池,完成該電池有關(guān)的電池反應式:負極反應式為　　　　　　　　　　,正極反應式為O2+2CO2+4e2CO32-,總電池反應式為　　　　　　　　　　。 隨堂檢測 1.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(zhì)獲得再生 D.燃料電池的活性物質(zhì)大量儲存在電池內(nèi)部 2.下列有關(guān)電池的說法不正確的是(　　) A.手機上用的鋰離子電池屬于二次電池 B.銅鋅原電池工作時,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能轉(zhuǎn)化為電能 D.鋅錳干電池中,鋅電極是負極 3.生產(chǎn)鉛蓄電池時,在兩極板上的鉛銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4,干燥后再安裝,充電后即可使用,發(fā)生的反應是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列關(guān)于鉛蓄電池的說法錯誤的是 (　　) A.需要定期補充硫酸 B.工作時鉛是負極,PbO2是正極 C.工作時負極上發(fā)生的反應是Pb+SO42--2e-PbSO4 D.工作時電解質(zhì)的密度減小 4.氫氧燃料電池已用于航天飛機,它是以鉑作電極,KOH溶液作電解質(zhì)溶液,正極反應為O2+2H2O+4e-4OH-,負極反應為2H2+4OH--4e-4H2O,下列敘述不正確的是(　　) A.H2在負極發(fā)生氧化反應 B.燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達100% C.是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置 D.供電時的總反應為2H2+O22H2O 5.市場上經(jīng)常見到的標記為Li-ion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負極材料是金屬鋰和碳的復合材料(碳作為金屬鋰的載體),電解質(zhì)為一種能傳導Li+的高分子材料。這種鋰離子電池的總反應方程式為Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2,下列說法不正確的是(　　) A.放電時,負極的電極反應式:Li-e-Li+ B.充電時,Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應 C.該電池不能用水作為電解質(zhì)溶液的溶劑 D.放電過程中Li+向負極移動 6.甲醇燃料電池(DMFC)可用于筆記本電腦、汽車、遙感通信設備等,其一極通入甲醇,另一極通入氧氣,并利用質(zhì)子交換膜傳導氫離子(H+)。電池工作時,甲醇被氧化為二氧化碳和水,氧氣在電極上的反應是O2+4H++4e-2H2O。下列敘述中不正確的是(　　) A.負極的電極反應式為CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ B.電池的總反應式是2CH3OH+3O22CO2+4H2O C.電池工作時,H+由正極移向負極 D.電池工作時,電子從通入甲醇的一極流出,經(jīng)外電路再從通入氧氣的一極流入 7.Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池,該電池中正極的電極反應式為2Li++FeS+2e-Li2S+Fe。有關(guān)該電池的下列說法中,正確的是(　　) A.Li-Al在電池中作為負極材料,該材料中Li的化合價為+1價 B.該電池的總反應式為2Li+FeSLi2S+Fe C.負極的電極反應式為Al-3e-Al3+ D.充電時,陰極發(fā)生的電極反應式為Li2S+Fe-2e-2Li++FeS 8.科學家成功開發(fā)出便攜式固體氧化物燃料電池,它以丙烷氣體為燃料。電池中的一極通入空氣,另一極通入丙烷氣體,電解質(zhì)是固態(tài)氧化物,在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。下列關(guān)于該燃料電池的說法不正確的是(　　) A.在熔融電解質(zhì)中,O2-由負極移向正極 B.該電池的總反應是C3H8+5O23CO2+4H2O C.電路中每通過5mol電子,約有5.6L標準狀況下的丙烷被完全氧化 D.通入丙烷的電極為電池負極,發(fā)生的電極反應為C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O 9.美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工學院共同研制成功了用于潛航器的鎂-過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示,以下說法中錯誤的是 (　　) A.電池的負極反應為Mg-2e-Mg2+ B.電池工作時,H+向負極移動 C.電池工作一段時間后,溶液的pH增大 D.電池總反應式是Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O 10.如圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖,下列說法正確的是(　　) A.該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化 B.裝置Y中負極的電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH- C.裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生 D.裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放,并能實現(xiàn)化學能與電能間的完全轉(zhuǎn)化 參考答案 復習回顧 一個概念 將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 兩個電極 負極 較活潑金屬—失電子—發(fā)生氧化反應 正極 不活潑金屬或非金屬導體—得電子—發(fā)生還原反應 三個流向 電子 負極→外電路→正極 電流 正極→外電路→負極 離子 陽離子→正極,陰離子→負極 四個條件 ①活動性不同的兩個電極 ②電解質(zhì)溶液 ③閉合電路 ④自發(fā)進行的氧化還原反應 課堂探究 【學與問】 電池廣泛應用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。在高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應用。 一、 1.(1)能量轉(zhuǎn)換效率高,供能穩(wěn)定可靠。 (2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組,使用方便。 (3)易維護,可在各種環(huán)境下工作。 2.(1)比能量[單位是(Wh)kg-1,(Wh)L-1],指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。 (2)比功率(單位是Wkg-1,WL-1),指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。 (3)電池的可儲存時間的長短。 3.(1)一次電池又稱不可充電電池,如干電池。 (2)二次電池又稱充電電池,如蓄電池。 (3)燃料電池,如氫氧燃料電池。 二、 1.(1)大電流、穩(wěn)定,比能量大、可儲存時間長,不會脹氣或漏液。 (2)Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH- KOH 2.(1)電壓穩(wěn)定、存儲時間長、低污染。 (3)Zn+2OH--Ze-Zn(OH)2 Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH- 3.(1)質(zhì)輕、高能(比能量高)、電壓高、工作溫度寬、儲存時間長。 (2)廣泛應用于軍事和空間領(lǐng)域。 (3)8Li-8e-8Li+ 3SOCl2+8e-6Cl-+SO32-+2S 【方法歸納】 (1)明確正、負極 (2)根據(jù)電極反應類型確定在電極上發(fā)生反應的物質(zhì) (3)結(jié)合電解液的成分利用“三個守恒”(電子守恒、電荷守恒、原子守恒)寫出(湊出)電極反應方程式 三、 1.(3)①Pb(s)+SO42-(aq)-2e-PbSO4(s) PbO2(s)+4H++SO42-(aq)+2e-PbSO4(s)+2H2O(l) ②PbSO4(s)+2e-Pb(s)+SO42-(aq) PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-PbO2(s)+4H++SO42-(aq) (4)比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境 可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉 四、 1.(1)負極　正極 (2)不參加化學反應　傳導電子 (3)能量轉(zhuǎn)化率高,可持續(xù)使用,對環(huán)境友好 (4)廣泛應用于宇宙飛船、電動汽車、航天飛機等,應用前景廣闊 2.(1)氧化劑與還原劑在工作時不斷補充; (2)反應產(chǎn)物不斷排出; (3)能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%),有利于節(jié)約能源。 3.(1)O2+2H22H2O (2)①2H2-4e-4H+ O2+4H++4e-2H2O ②2H2+4OH--4e-4H2O O2+2H2O+4e-4OH- ③2H2-4e-4H+ O2+2H2O+4e-4OH- 【練習1】負極　CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O　正極　O2+2H2O+4e-4OH-　CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O 【練習2】2CO+2CO32--4e-4CO2　2CO+O22CO2 隨堂檢測 1.C　2.B　3.A　4.B　5.D　6.C　7.B　8.A　9.B　10.C