2019-2020学年高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第3单元 化学能与电能的转化 第2课时

第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源[目标导学]1．了解常见的化学电源及其应用，并能利用原电池原理设计一些简单的化学电池。2．理解燃料电池的工作原理。3．了解铅蓄电池，纽扣电池等常见电池的工作原理。[背诵经典导学]1．铅蓄电池，是二次电池，负极为Pb，正极为PbO2，电解质溶液为稀H2SO4。2．燃料电池，负极是燃料失电子，正极是O2等氧化剂得电子。3．锌锰干电池，锌筒为负极，石墨棒为正极，MnO2和NH4Cl作电解质。扬帆起航温习双基课前学习空间1．化学电源定义及分类(1)化学电源依据______________反应原理，能量转化率是燃料燃烧无法比拟的。(2)化学电源可分为一次电池和二次电池，一次电池是______________________；二次电池是__________________。原电池用过之后不能复原充电后能继续使用2．常见的几种化学电源(1)碱性锌锰干电池的反应原理是_________________________________________________________。(2)铅蓄电池的反应原理是___________________________________________________。(3)氢氧燃料电池的电极反应为负极______________________________，正极___________________________。Zn＋2NH4Cl＋2MnO2PbO2＋Pb＋2H2SO42H2＋4OH－－4e－O2＋2H2O＋4e－===4OH－===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)===4H2O2PbSO4＋2H2O——小试身手考查：1,21．(2019·浙江选考卷)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降解析：Zn比Cu活泼，Zn作负极，Zn失电子变Zn2＋，电子由锌电极经导线转移到铜电极，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋氧化性较强，得电子变H2，因而c(H＋)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B项正确；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。答案：A考查：1,22．思考辨析(1)手机上用的锂离子电池属于二次电池。()(2)锌锰干电池中，锌电极是正极。()(3)氢氧燃料电池中通入氢气的一极为负极，发生还原反应。()(4)废旧电池需回收集中处理的原因是为了回收电池外壳的金属材料。()解析：(1)手机上用的锂离子电池是可充电电池，属于二次电池。(2)锌锰干电池中，锌电极是负极。(3)氢氧燃料电池中通入氢气的一极为负极，发生氧化反应。(4)废旧电池中含有重金属离子会污染土壤及水质，故需要回收集中处理。答案：(1)√(2)×(3)×(4)×核心要点突破定位重点深化理解知识点一常见的化学电源1．干电池锌锰电池的电极分别是锌(负极)和石墨棒(正极)，内部填充的是糊状的MnO2和NH4Cl。负极(锌筒)：Zn－2e－===Zn2＋正极(石墨棒)：2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O总反应：Zn＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O干电池是“一次”电池，不能充电再生。2．蓄电池蓄电池能够充电再生，当其放电时，发生自发的氧化还原反应，它起原电池的作用；充电时发生电解反应，起电解池的作用，可使原来的反应物再生。当电池放电时，发生下列反应：负极(Pb)：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O当电池充电时，就是通以直流电，铅板与电源负极相连，二氧化铅板与电源正极相连，在电解过程中，上述电极反应都逆向进行：阳极(PbO2)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4阴极(Pb)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4故该铅蓄电池的反应可表示为：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O3．纽扣电池纽扣电池最常见的为微型的Ag­Zn电池，它是用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒。盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充Zn­Hg合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH。电极反应为：负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)24．海水电池1991年我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯，它以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝氧化而不断产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的光，其能量比干电池高20～50倍。电极反应为：负极：4Al－12e－===4Al3＋正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)35．镍氢电池由贮氢合金、泡沫氧化镍作电极，氢氧化钾溶液为电解质溶液组成原电池。放电时起原电池作用，电极反应式为：负极：MH＋OH－－e－===M＋H2O正极：NiO(OH)＋e－===NiO＋OH－充电时起电解池作用，电极反应式为：阳极：NiO＋OH－－e－===NiO(OH)阴极：M＋H2O＋e－===MH＋OH－总反应式为：NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O知识点二燃料电池燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，具有能量利用率高，可连续使用和污染小等优点。燃料电池是把燃烧这一自发的氧化还原反应分成两部分，燃料(如H2、CO、CH4等)在负极失电子发生氧化反应，助燃剂(如氧气)在正极发生还原反应。1．氢氧燃料电池(1)用KOH溶液作电解质溶液，电极反应为：负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应：2H2＋O2===2H2O(2)用H2SO4溶液作电解质溶液，电极反应为：负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O电池总反应：2H2＋O2===2H2O——对点训练考查：知识点一1【例1】日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋4＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述已知条件判断，下列结论中正确的是()A．电池工作时，Zn为正极，石墨棒为负极B．电池工作时，Zn被氧化，石墨棒被还原C．工作时，电子由石墨棒极经过电路流向Zn极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出而腐蚀用电器【解析】电池工作时，Zn为负极被氧化，石墨棒为正极，NH＋4在石墨棒上得电子被还原，电子由Zn极经过电路流向石墨电极。【答案】D考查：知识点一2【例2】蓄电池在放电时起原电池作用，铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。据此判断下列说法正确的是()A．放电时负极反应式：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2OB．放电时，正负电极的质量均减少C．转移2mol电子时，消耗硫酸2molD．若要使1molPbO2转化，则经过溶液的电子数为2mol【解析】放电时负极发生氧化反应，失去电子，故A错误；根据反应式，生成的PbSO4难溶于水，因此放电时，正负电极的质量均增大，故B错误；根据反应式，转移2mol电子时，消耗硫酸2mol，故C正确；电子不能经过溶液，溶液是通过自由移动的离子导电的，故D错误，故选C。【答案】C考查：知识点一3【例3】微型纽扣电池在现代生活中被广泛使用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液是KOH，电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O和Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应式为：Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO，根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是()A．在使用过程中，电池负极区溶液pH增大B．在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应【解析】根据电极反应可知，Zn是负极，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O是正极，电极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，C正确；电池负极区消耗了OH－，故溶液的pH减小，A错；电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，B错；Zn电极发生氧化反应，Ag2O电极发生还原反应，D错。【答案】C考查：知识点一4【例4】我国首先研制的以铝、空气、海水为能源的新型航标灯，是以海水为电解质溶液的。只要把灯放入海水中数分钟后就会发出耀眼的光，其能量比普通干电池高20～50倍，试推测此电池的基本结构：(1)电池的负极是________，其电极反应式为_____。(2)可用____________________材料作正极。(3)已知正极发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则电池的总反应方程式为____________________。【解析】由铝、空气、海水为能源的电池可知铝作负极，失去电子电极反应为Al－3e－===Al3＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以正极材料是比铝不活泼的金属或能导电的非金属单质，由正负极电极反应及得失电子守恒可得电池总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。【答案】(1)铝Al－3e－===Al3＋(2)金属性比铝弱的导体或导电的非金属单质(3)4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3考查：知识点一5【例5】镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在放电过程中的总反应方程式是NiO(OH)＋MH===Ni(OH)2＋M。下列说法错误的是()A．放电过程中负极的电极反应式：MH＋OH－－e－===H2O＋MB．放电过程中OH－向负极迁移C．放电时若有1molM生成，则转移的电子数目为NA(NA为阿伏加德罗常数的值)D．NiMH电池中不能用KOH溶液作为电解质溶液【解析】负极上MH失电子发生氧化反应，电极反应式为MH＋OH－－e－===M＋H2O，A项正确；该电池放电时，阴离子移向负极，B项正确；根据电池总反应式可知，该反应转移了1mol电子，即若有1molM生成，则转移电子数目为NA，C项正确；根据电池反应式可知，该电池可以在碱性环境下工作，即能用KOH溶液作为电解质溶液，D项错误。【答案】D2.甲烷燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为：负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－电池总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O3．甲醇空气电池该电池用钯碳/甲醇、铂与烧结镍/空气作电极，用氢氧化钾溶液作电解质溶液组成原电池。电极反应式为：负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O正极：3O2＋6H2O