化学电源导学案

嵩县实验中学高二化学选修四第四章1第二节、化学电源（导学案）主备人：白雪艳参备人：范玲张会朋【三维目标】知识与能力：了解化学电源种类及其工作原理，知道化学电源在生产生活和国防中的应用过程与方法：通过化学电源的学习认识和理解电池的工作原理情感态度与价值观：通过学习化学电源的了解知道化学对社会的意义【自学导航】一、化学电池1．概念：是将________直接转化为______的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。2．化学电池的分类及其特点：一次电池：活性物质消耗到一定程度就不能使用，如：普通的锌锰电池，碱性锌锰电池；二次电池：放电后可以再_____使活性物质获得再生，如：铅蓄电池、镍镉电池燃料电池：燃料________，氧化剂_________，如：氢氧燃料电池3．判断电池优劣的主要标准：(1)比能量：__________________所能输出电能的多少。(2)比功率：__________________所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。二、几种常见化学电池1．一次电池(碱性锌锰电池)(1)构成：负极___，正极_____，电解质_____。(2)电极反应：负极：____________________正极：______________________总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22．二次电池(蓄电池)(1)构成：负极______、正极_______，电解质__________(2)工作原理①放电：负极：_____________________正极：_________________________嵩县实验中学高二化学选修四第四章2总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)②充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：________________阳极：____________________总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个总反应方程式：_________________________3．燃料电池(1)工作原理①连续地将_____(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和_______的化学能直接转换成电能。②电极材料本身不发生氧化还原反应。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电极材料Pt，酸性电解质。②电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________【思考交流】1、若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________2、电解质是NaCl溶液（中性电解质）电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________3、电解质是熔融K2CO3(盐)电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________【注意事项】介质对电极反应式的影响1、中性溶液反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离；嵩县实验中学高二化学选修四第四章32、酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－；3、碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋；4、水溶液中不能出现O2－。【预习诊断】1、下列有关电池的说法不正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极2、锌锰干电池两极分别为碳棒和锌皮，在放电时电池总反应方程式可以表示为：Zn＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，下列结论正确的是()A．放电时正极发生反应的物质为NH＋4B．Zn为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经外电路流向Zn极D.长时间连续使用该电池时，内装糊状物不会流出3．关于铅蓄电池的说法正确的是()A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2e－B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)【方法总结】书写电极反应式注意点：1、正确写出化学方程式，找出氧化剂和还原剂，标出电子转移的方向和数目，确定正负极反应的物质；2、利用电荷守恒分别写出电极反应式；3、负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）4、验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。5、溶液中不存在O2－：在酸性溶液中它与H＋结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH－嵩县实验中学高二化学选修四第四章4【典例分析】Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为_________________。(2)电池正极发生的电极反应为________________________。(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_______________，反应的化学方程式为___________________。(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_____________________________________________________________________。【活学活用】1．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列该电池的电极反应，正确的是()A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOHD．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－2．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是()A．Li是正极，MnO2是负极B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋C．放电时正极的反应：MnO－2＋e－===MnO2D．电池放电时，产生高锰酸根离子3．科学工作者为心脏病患者设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体体液中含有的一定浓度的溶解氧、H＋和Zn2＋进行工作的。该电池工作时，正极的电极反应式为()A．Zn－2e－===Zn2＋B．2H＋＋2e－===H2↑C．4OH－－4e－===O2↑＋2H2OD．O2＋4H＋＋4e－===2H2O嵩县实验中学高二化学选修四第四章5【合作探究】1、甲烷燃料电池电解质是HCl溶液（酸性电解质）电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________电解质是NaOH溶液（碱性电解质）电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________2、甲醇燃料电池电解质是HCl溶液（酸性电解质）电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________电解质是NaOH溶液（碱性电解质）电极反应：负极：_________________正极：____________________总反应：____________________【典例分析】(1)今有2H2＋O2=====KOH2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的是________，正极通的是______，电极反应式分别为__________________、___________________。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为__________________、____________________________。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_________________________________________________。(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、_____________________。【高考链接】1．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为甲烷，然后将甲烷通入以KOH为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为()A．CH4－8e－＋8OH－===CO2＋6H2OB．O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2OD．O2＋2H2O＋4e－===4OH－2．下列电池工作时，O2在正极放电的是()嵩县实验中学高二化学选修四第四章6A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池3．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是()A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2OC．电池工作时，H＋由正极移向负极D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入4．科学家预言，燃料电池将是2l世纪获得电能的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是____________________________________________________。(2)此电池正极发生的电极反应式是_____________________，负极发生的电极反应式是____________________________。(3)电解液中的H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是___________________________________________________________________________________。