2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉化 第2課時 化學電源學案 蘇教版選修4.doc

《2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉化 第2課時 化學電源學案 蘇教版選修4.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉化 第2課時 化學電源學案 蘇教版選修4.doc（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2課時　化學電源 學習目標：1.了解化學電源的種類及其工作原理，知道化學電源在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應用。2.掌握一次電池、二次電池的反應原理，會書寫電極反應式。(重點) [自 主 預 習探 新 知] 1．化學電源的分類及特點 2．銀鋅鈕扣電池(一次電池) (1)組成 (2)電極反應和電池反應 負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。 正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 電池反應：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。 3．鋅錳干電池(一次電池) (1)組成：分為酸性鋅錳電池(普通鋅錳干電池)和堿性鋅錳電池，其正極為石墨棒，負極為鋅筒，前者電解質溶液為NH4Cl和ZnCl2混合液，后者電解質為KOH。 (2)電極反應和電池反應 對于堿性鋅錳干電池： 負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 電池反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。 (3)特點：比能量大，能提供較大電流并連續(xù)放電。 4．燃料電池 以KOH溶液為電解質溶液，寫出氫氧燃料電池的電極反應式和電池反應。 電極反應(堿性環(huán)境)： 負極：H2＋2OH－－2e－===2H2O； 正極：O2＋H2O＋2e－===2OH－； 電池反應：H2＋O2===H2O。 特點：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化成電能，能量利用率高，排放廢棄物少。 5．鉛蓄電池(二次電池) (1)組成 (2)電極反應和電池反應 ①放電時 負極：Pb＋SO－2e－===PbSO4(氧化反應) 正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(還原反應) 電池反應：Pb＋PbO2＋4H＋＋SO===2PbSO4＋2H2O。 ②充電時 鉛蓄電池的充電反應是放電反應的逆反應。 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(還原反應) 陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(氧化反應) 總反應：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO。 上述充、放電反應可寫成如下化學方程式： (3)特點 可重復使用，電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉、生產(chǎn)生活中應用廣泛。缺點是比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境。 [基礎自測] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)二次電池又叫蓄電池，放電后可充電使活性物質再生。(　　) (2)Zn具有還原性和導電性，可作鋅錳干電池的負極材料。(　　) (3)鉛蓄電池電路中轉移2 mol電子時，要消耗1 mol硫酸。(　　) (4)氫氧燃料電池中負極氫氣失去電子，正極氧氣得到電子。(　　) 【答案】　(1)√　(2)√ (3)　鉛蓄電池的負極和正極均要消耗硫酸，故當電路中轉移2 mol電子時，需消耗2 mol硫酸。 (4)√ 2．下列有關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化為電能 D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極 B　[二次電池，即可充電電池，所以A項對。在原電池中，活潑金屬Zn是負極，負極失電子發(fā)生氧化反應，因此電子的流向是由負極(鋅電極)流向正極(銅電極)，所以B項錯。] 3．下列有關化學電池的說法中正確的是(　　) 【導學號：73702040】 A．化學電池只能將化學能轉化為電能 B．燃料電池能將全部化學能轉化為電能 C．鋅銀電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長 D．一次電池包括干電池和蓄電池 C　[蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)；燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換；蓄電池可重復使用，屬于二次電池。] [合 作 探 究攻 重 難] 新型電池中電極反應式的書寫與判斷 一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，其電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2―→CH3COOH＋H2O。 [思考交流] 1．該反應的正極反應寫為O2＋4e－＋2H2O===4OH－正確嗎？為什么？如果不正確，請寫出正確的正極反應式。 【提示】　不正確。因為該電池為酸性燃料電池，在酸性環(huán)境中其電極產(chǎn)物不應寫成OH－。正確的電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 2．根據(jù)(1)中寫出的正極反應式，推出其負極的電極反應式。 【提示】　利用電池反應式減去正極反應式可推知負極的電極反應式為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。 (1)一般電極反應式的書寫 (2)復雜電極反應式的書寫 ＝－ (3)給出電極反應式書寫總反應式 根據(jù)給出的兩個電極反應式，寫出總反應式時，首先要使兩個電極反應式的得失電子相等，然后將兩式相加，消去反應物和生成物中相同的物質即可。 注意：若反應式同側出現(xiàn)不能共存的離子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO，要寫成反應后的物質，如H2O、PbSO4。 (4)根據(jù)裝置書寫電極反應式 ①確定原電池的正負極及放電的物質。 首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結合原電池正負極的判斷方法，確定原電池的正負極及放電的物質。 ②書寫電極反應式。 a．負極反應： 規(guī)律：活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H＋(或其他氧化產(chǎn)物)。 特例：若電解質溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H＋能反應，則該陰離子應寫入電極反應式，如鉛蓄電池的負極反應是Pb＋SO－2e－===PbSO4。 b．正極反應： 規(guī)律：陽離子得電子生成單質或氧氣得電子。 特例：若是氧氣得電子，要考慮電解質溶液的情況。 中性或堿性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③寫出電池總反應方程式。 結合電子守恒將正負極電極反應式相加即得到電池總反應方程式。 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1　一次電池 1．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＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，下列說法錯誤的是(　　) 【導學號：73702041】 A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應式為： 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ C．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0.2 mol電子，鋅的質量理論上減少6.5 g C　[從電池總反應式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH可以確定Zn為負極，電子從負極流出經(jīng)外電路流向正極。當外電路中每通過0.2 mol電子，參加反應的鋅理論上為0.1 mol，即質量減少6.5 g。] 2．鈕扣電池可作計算器、電子表等的電源。有一種鈕扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質溶液，電池的總反應為Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。關于該電池的敘述不正確的是(　　) A．使用時電子由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，Zn是負極 B．使用時電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極，Ag2O是負極 C．正極的電極反應為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ D．Zn極發(fā)生氧化反應，Ag2O極發(fā)生還原反應 B　[由總方程式可以看出，負極為Zn，正極為Ag2O，使用時電子由負極流向正極，A項正確，B項錯誤；負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，C項正確，D項也正確。] 題組2　二次電池 3．關于鉛蓄電池的說法正確的是(　　) 【導學號：73702042】 A．在放電時，正極發(fā)生的反應是Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－ B．在放電時，該電池的負極材料是鉛板 C．在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小 D．在充電時，陽極發(fā)生的反應是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) B　[鉛蓄電池的充放電反應為：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，放電時Pb作負極：Pb(s)－2e－＋SO(aq)===PbSO4(s)，在正極上：PbO2(s)＋2e－＋4H＋(aq)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)；充電時，H2SO4的濃度不斷增大；陽極上發(fā)生的是氧化反應，是失去電子而不是得到電子。] 4．某堿性蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應為Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2，下列說法中正確的是(　　) A．放電時，負極上發(fā)生反應的物質是Fe B．放電時，正極反應是NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2 C．充電時，陰極反應是Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O D．充電時，陽極附近pH增大 A　[原電池的負極發(fā)生氧化反應，該原電池的負極為Fe，A項正確；該電池的正極為NiO2，發(fā)生還原反應，電極反應為NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，B項錯誤；充電時，陰極發(fā)生還原反應，電極反應為Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，C項錯誤；充電時，陽極的電極反應為Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O，pH減小，D項錯誤。] 題組3　燃料電池 5．科學家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機物轉化為甲烷，然后將甲烷通入以KOH為電解質的燃料電池發(fā)電。電池負極反應為(　　) 【導學號：73702043】 A．CH4－8e－＋8OH－===CO2＋6H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C　[甲烷燃料電池的總反應：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，根據(jù)負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，判斷出負極通入甲烷，正極通入氧氣，故B、D錯。然后根據(jù)甲烷中碳元素的化合價變化：H4―→O，寫出1 mol甲烷轉移的電子數(shù)，最后根據(jù)電荷守恒、原子守恒，配平即可得負極反應：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，故A錯，所以正確答案為C。] 6．燃料電池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧氣反應從而將化學能轉化成電能的裝置。下列關于CO燃料電池(NaOH作電解質)的說法中正確的是(　　) A．負極反應為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．負極反應為：CO－2e－＋4OH－===CO＋2H2O C．放電時正極發(fā)生氧化反應，外電路中電子從正極流向負極 D．隨著放電的進行，溶液的pH保持不變 B　[A項所給是正極反應式，錯誤；C項外電路中電子從負極流向正極，錯誤；D項由電池總反應：O2＋2CO＋4OH－===2CO＋2H2O可知，反應消耗NaOH，故pH要減小，錯誤。] 題組4　電極反應式的書寫 7．一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率?，F(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2CO＋O2===2CO2。則下列說法正確的是(　　) 【導學號：73702044】 A．通CO的一極是電池的正極 B．負極發(fā)生的電極反應是O2＋2CO2＋4e－===2CO C．負極發(fā)生的電極反應是CO＋CO－2e－===2CO2 D．正極發(fā)生氧化反應 C　[據(jù)題意知通入CO的一極為電源的負極，CO失去電子轉變?yōu)镃O2，負極發(fā)生氧化反應，故A、B、D項錯誤，C項正確。] 8．(1)現(xiàn)有反應2H2＋O22H2O，要構成燃料電池，則負極通入的應是________，正極通入的應是________，電極反應式分別為________________、________________。 (2)如把KOH改為稀硫酸作導電物質，則電極反應式分別為____________________、____________________。 (3)上述(1)和(2)的電解液不同，反應進行后，(1)中溶液pH變________(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH變________。 (4)如把H2改為甲烷，KOH作導電物質，則電極反應式分別為__________________、____________________。 【導學號：73702045】 【解析】　解答此題的關鍵是弄清原電池的有關概念。(1)根據(jù)總反應式可知H2在反應中被氧化，O2被還原，H2應在負極上反應，O2應在正極上反應，又因為是堿性溶液不可能有H＋參加或生成，故負極反應為2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)若將導電物質換成酸性溶液，此時應考慮不可能有OH－參加反應，也不可能有OH－生成，負極：2H2－4e－===4H＋，正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)由于(1)是在堿性條件下反應，KOH量不變，但工作時H2O增多，故溶液變稀，pH將變?。欢?2)中為酸溶液，H2SO4不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。(4)如把H2改為甲烷，用KOH作導電物質，則負極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，此時不會有CO2放出。 【答案】　(1)H2　O2 負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)負極：2H2－4e－===4H＋ 正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)小　大 (4)負極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ (1)寫電極反應時除考慮電極自身的反應，還要注意電極產(chǎn)物是否與電解質溶液反應。 (2)判斷溶液pH變化時，不能只看某電極上H＋或OH－的生成或消耗。