第二节化学电源学生版

1第二单元化学能与电能的转化化学电源内容：1．化学电池是将________转变成______的装置(1)化学电池的分类①______电池(普通锌锰电池、碱性锌锰电池)。②_______电池(铅蓄电池)③_______电池(氢氧燃料电池)。(2)化学电池的优点①化学电池的______________较高，供能稳定可靠。②可制成各种形状和大小、不同___________的电池及电池组。③使用方便，易于维护。(3)判断电池优劣的主要标准①比能量：即单位质量或单位体积所能_________的多少，单位(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。②比功率：即单位质量或单位体积所能__________的多少，单位W·kg－1或W·L－1。③电池的_____________的长短。(4)废旧电池的处理回收利用废旧电池，不仅可以减少我们对生存环境的_______，又可节约_______。2．碱性锌锰电池是一次电池，负极是____，正极是________，电解质是______，其电极反应为：负极：_____________________________，正极：_____________________________,电池总反应为：__________________________________________。3．铅蓄电池是一种二次电池(即可充电电池)，它的负极是_______，正极是__________，它的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，电极反应为：负极：_________________________正极：_______________________。4．氢氧燃料电池(酸性电解质)电极反应：负极：——————。正极：——————————————。总反应：2H2＋O2===2H2O。2典型例题：例1．锰锌干电池在放电时总反应方程式可以表示为：Zn(s)＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3＋H2O，在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是()A．ZnB．碳C．MnO2和NH＋4D．Zn和NH3例2．(2013·东阿县第一中学高二测试)被称之为“软电池”的纸质电池，其电池总反应Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是()A．该电池的正极为锌B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C．当65gZn完全溶解时，流经电极的电子1molD．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O==MnO(OH)＋OH－核心突破：1．一次电池是指活性物质消耗到一定程度，就不能使用了(1)碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH，则其电极反应为：负极：_______________________________________________正极：2H2O＋2MnO2＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应为：________________________________________________(2)银锌电池纽扣式银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应为：负极：________________________________________________正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应为：________________________________________________(3)锂电池锂电池的负极是Li，正极可以是MnO2、CuO、FeS2等，电解质一般是由含锂的化合物和非水溶剂组成(如LiAlCl4和SOCl2组成)。其负极反应为：_______________________。2．二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，可多次重复使用(1)铅蓄电池铅蓄电池中金属铅作负极，PbO2作正极，电解质是硫酸。放电时，电极反应为：负极：________________________________________________3正极：________________________________________________总反应式：________________________________________________放电到一定程度之后又必须进行充电，充电时用直流电源与蓄电池相接(直流电源正极与蓄电池正极相连，负极与负极相连)，充电时发生放电时的逆反应(二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应)。阴极：________________________________________________阳极：________________________________________________总反应式：________________________________________________总反应式为：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)镍镉蓄电池镍镉蓄电池中，Cd作负极，NiOOH作正极，KOH(aq)作电解质溶液。放电时电极反应：负极：Cd＋2OH－－2e－===Cr(OH)2正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－充电时电极反应：阴极：Cr(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2巩固练习：1．(2013·福建八县(市)高二期中联考)爱迪生电池在充电和放电时发生的反应：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2，下列该蓄电池推断正确的是()①放电时，Fe参与负极反应，NiO2参与正极反应②充电时，阴极上的电极反应式为：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－③放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动④放电时，负极上的电极反应式为：Fe＋2H2O－2e－===Fe(OH)2＋2H＋⑤蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中A．①②⑤B．①②④C．④⑤D．①③2．(2013·东阿县第一中学高二测试)铅蓄电池是最常见的二次电池，它是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板上覆盖PbO2，负极板上覆盖Pb，电解质是硫酸。电池总反应式为：4Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2－42PbSO4＋2H2O请回答下列问题：(1)放电时：正极的电极反应式是________________________________；电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、在B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。燃料电池例3．(1)美国“阿波罗”宇宙飞船中使用的氢氧燃料电池，其构造如图所示：KOH作电解质，其反应为：2H2＋O2===2H2O，则负极通入的是________，电极反应式为：______；正极通入的是________，电极反应式为：________。(2)如果KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为：负极________，正极________。(3)如把H2改为CH4，KOH作电解质，则电极反应式为：负极________，正极________。核心突破：1．工作原理(1)连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。(2)燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。5(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。2．氢氧燃料电池(1)电池组成：氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极。(2)工作原理：如图所示，在负极室通入H2，它在Pt电极上被催化分解为H原子，再失去电子成为H＋进入电解质溶液，透过隔膜，进入正极室；在正极室通入O2，经过Pt电极的催化，O2、H＋在正极上放电生成H2O。(3)在不同介质中发生的电极反应电池反应：2H2＋O2===2H2O①酸性(H＋)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②中性(Na2SO4)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－③碱性(NaOH)负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－3．甲烷燃料电池电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：正极(通O2)：________________________________________________负极(通CH4)：________________________________________________总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O4．甲醇燃料电池电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：正极(通O2)：________________________________________________负极(通CH3OH)：________________________________________________6总反应式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O5．书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体，得电子，发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。(3)电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。(4)写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式中不能出现H＋，酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。又如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO2－3的形式存在。(5)正负极两极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相加后的电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。巩固练习：1．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：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移D．在电池反应中，每消耗1mol氧气理论上能生成标准状况下CO2气体22.46L2．高效能电池的研发制约着电动汽车的推广。有一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应式为：2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是()A．负极反应为：14H2O＋7O2＋28e－===28OH－B．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14molC．放电过程中KOH的物质的量浓度不变7D．放电一段时间后，负极周围的pH升高课后作业：1.用吸附了氢气的纳米碳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，正极的电极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2OB．充电时，阳极的电极反应为：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2OC．放电时，OH－移向镍电极D．充电时，将电池的碳电极与外电源的正极相连2．(2013·福建四地六校高二联考)市场上经常见到的标记为Li­ion的电池。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列说法不正确的是()A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C．该电池不能用水溶液作为电解质D．放电过程中Li＋向负极移动3．肼(N2H4)—空气燃料电池是一种环保