人教版選修4 第四章第二節(jié)　化學(xué)電源 學(xué)案.doc

第二節(jié)化學(xué)電源1了解化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)及在各方面的應(yīng)用。2認(rèn)識(shí)一次電池、二次電池和燃料電池。3了解廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，樹立環(huán)保意識(shí)?，F(xiàn)在，各種各樣的電池特別多，像手電筒上用的干電池，手機(jī)上用的鋰電池，汽車上用的蓄電池，還有新型環(huán)保公交車上的燃料電池等，種類繁多。你知道化學(xué)電源是怎樣分類的嗎？各式各樣的電池提示：化學(xué)電源通常分為一次電池、二次電池和燃料電池三類。一、化學(xué)電池化學(xué)電池是將_能變成_能的裝置。1化學(xué)電池的分類?；瘜W(xué)電池2化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)。(1)化學(xué)電池的_較高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種_、不同_的電池及電池組。(3)使用方便，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。3判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)。(1)比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能_的多少，單位(wh)/kg或(wh)/l。(2)比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能_的多少，單位w/kg或w/l。(3)電池的_的長(zhǎng)短。二、一次電池一次電池的電解質(zhì)溶液制成_，不流動(dòng)，也叫做干電池。1特點(diǎn)：一次電池不能充電，不能反復(fù)使用。2常見的一次電池。三、二次電池二次電池放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，又稱_或_。1鉛蓄電池的構(gòu)造。負(fù)極：_，正極：_，電解質(zhì)溶液：_溶液。2工作原理。(1)放電時(shí)。負(fù)極：_；正極：_；總反應(yīng)：_。(2)充電時(shí)。鉛蓄電池的充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆過程。陰極：_；陽極：_；總反應(yīng)：_。上述充放電反應(yīng)可寫成一個(gè)可逆反應(yīng)方程式：_。3性能及應(yīng)用。電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉，所以在生產(chǎn)、生活中使用廣泛。缺點(diǎn)是比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境。自主思考：回收廢舊電池的意義是什么？四、燃料電池1燃料電池的工作原理。(1)連續(xù)地將_(如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和_的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。(2)電極材料本身_氧化還原反應(yīng)。(3)工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除。2燃料電池的優(yōu)點(diǎn)。(1)能量轉(zhuǎn)化率高。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過_，普通燃燒過程能量轉(zhuǎn)換率僅_多。(2)污染_。3氫氧燃料電池。(1)堿性電解質(zhì)。電極反應(yīng)：負(fù)極：_；正極：_；總反應(yīng)：2h2o2=2h2o。(2)酸性電解質(zhì)。電極反應(yīng)：負(fù)極：_；正極：_；總反應(yīng)：2h2o2=2h2o。答案：一、化學(xué)電1一次二次燃料2(1)能量轉(zhuǎn)換效率(2)形狀和大小容量和電壓3(1)輸出電能(2)輸出功率(3)可儲(chǔ)存時(shí)間二、膠狀2znmno2kohznag2okoh大電流連續(xù)放電小電流連續(xù)放電三、充電電池蓄電池1pbpbo2h2so42(1)pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)pbo2(s)4h(aq)so(aq)2e=pbso4(s)2h2o(l)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)=2pbso4(s)2h2o(l)(2)pbso4(s)2e=pb(s)so(aq)pbso4(s)2h2o(l)2e=pbo2(s)4h(aq)so(aq)2pbso4(s)2h2o(l)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)pb(s)pbo2(s)2h2so4(aq)2pbso4(s)2h2o(l)自主思考提示：廢舊電池中含有汞、鎘、鉻、鉛等大量毒性很強(qiáng)的重金屬，隨處丟棄會(huì)給土壤、水源等環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，并通過食物鏈給人體健康造成威脅和危害。另一方面，如果能回收再利用這些廢舊電池，不僅可以減少對(duì)我們生存環(huán)境的破壞，而且也是對(duì)資源的節(jié)約。四、1.(1)燃料氧化劑(2)不參與2(1)80%30%(2)小3(1)2h24oh4e=4h2oo22h2o4e=4oh(2)2h24e=4ho24h4e=2h2o一、電極反應(yīng)式的書寫方法1書寫要遵循的原則。原電池兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，因此，電極反應(yīng)式的書寫要遵循質(zhì)量守恒、電子守恒及電荷守恒。弱電解質(zhì)、氣體和難溶物均寫化學(xué)式，其余的以離子符號(hào)表示。正極反應(yīng)、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物根據(jù)題意或化學(xué)方程式確定，也要注意電解質(zhì)溶液的成分對(duì)電極產(chǎn)物的影響。2電極反應(yīng)式的書寫類型。(1)根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式。首先判斷該電池所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)，從而確定兩個(gè)半反應(yīng)即電極反應(yīng)。(2)給出總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式。各類電極反應(yīng)式的一般書寫步驟為：列出物質(zhì)，標(biāo)電子的得失；選離子，配電荷；配個(gè)數(shù)，巧用水；兩式加，驗(yàn)總式。如以2h2o2=2h2o為例，當(dāng)電解質(zhì)溶液為koh溶液時(shí)的電極反應(yīng)式的書寫步驟如下。負(fù)極反應(yīng)式的書寫：根據(jù)總反應(yīng)方程式列出總式兩邊化合價(jià)升高的有關(guān)物質(zhì)為h2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4e：2h24e=4h。根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用h或oh或其他離子配平，使兩邊電荷總數(shù)相等。2h24e4oh=4h2o注意：電子帶負(fù)電荷；在堿性溶液中，電極反應(yīng)式不出現(xiàn)h；利用h2o使兩邊的元素守恒，即得：2h24e4oh=4h2o。同理，正極反應(yīng)式的書寫如下：o24e=2o2；o24e2h2o=4oh，注意在堿性溶液中提供h使o2變?yōu)閛h的是水，要寫成化學(xué)式的形式。將正負(fù)極反應(yīng)式相加，若得到總反應(yīng)式，說明寫法正確。(3)可充電電池電極反應(yīng)式的書寫。在書寫可充電電池電極反應(yīng)式時(shí)，由于電極都參加反應(yīng)，且正方向、逆方向反應(yīng)都能進(jìn)行，所以要明確電池和電極，放電為原電池，充電為電解池；原電池的負(fù)極與電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)升高；原電池的正極與電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)，對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)降低。(4)給出電極反應(yīng)書寫總反應(yīng)方程式。根據(jù)給出的兩個(gè)電極反應(yīng)式，寫出總反應(yīng)方程式時(shí)，首先要使兩個(gè)電極反應(yīng)式的得失電子數(shù)相等后將兩式相加，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物質(zhì)即可。注意若反應(yīng)式同側(cè)出現(xiàn)不能共存的離子，如h和oh、pb2和so，要寫成反應(yīng)后的物質(zhì)，如h2o、pbso4。解答書寫有關(guān)電極反應(yīng)式的題目時(shí)，應(yīng)先寫出總化學(xué)方程式，再找出電解質(zhì)溶液的成分，最后分別寫出正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式，從而作出合理的判斷。二、各種化學(xué)電源特點(diǎn)的比較名稱一次電池(干電池)二次電池(充電電池或蓄電池)燃料電池定義發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)消耗到一定程度，就不能再使用放電后可以再充電使發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)獲得再生一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池特點(diǎn)電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)可以多次重復(fù)使用與一般化學(xué)電池不同，工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能舉例普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池鉛蓄電池、氫鎳電池、鎘鎳電池氫氧燃料電池、ch4燃料電池、ch3oh燃料電池知識(shí)點(diǎn)1 一次電池【例題1】 堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，故得到廣泛應(yīng)用。鋅錳堿性電池以koh溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為zn(s)2mno2(s)2h2o(l)=zn(oh)2(s)2mnooh(s)下列說法錯(cuò)誤的是()。a電池工作時(shí)，鋅失去電子b電池正極的電極反應(yīng)式為2mno2(s)2h2o(l)2e=2mnooh(s)2oh(aq)c電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極d外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g解析：根據(jù)題意，該電池的負(fù)極材料是鋅。電池工作時(shí)，鋅本身失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng)，失去的電子通過外電路移向另一極(正極)。在該電極上，mno2獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成mnooh：2mno22e2mnooh。從元素守恒的角度來看，右側(cè)還多2個(gè)氫。在堿性溶液中不出現(xiàn)h，故正極反應(yīng)為2mno22h2o2e=2mnooh2oh。反應(yīng)中，失去0.2 mol電子，消耗掉0.1 mol鋅，質(zhì)量為6.5 g。答案：c點(diǎn)撥：原電池工作時(shí)，活潑金屬為負(fù)極，失去電子，所以電子流向?yàn)樨?fù)極導(dǎo)線正極。知識(shí)點(diǎn)2 二次電池【例題2】 生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，在兩極板上的鉛、銻合金柵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(yīng)是：2pbso42h2o pbo2pb2h2so4下列對(duì)鉛蓄電池的說法錯(cuò)誤的是()。a需要定期補(bǔ)充硫酸b工作時(shí)鉛是負(fù)極，pbo2是正極c工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是pb2eso=pbso4d工作時(shí)電解質(zhì)溶液的密度減小解析：鉛蓄電池在工作時(shí)相當(dāng)于原電池，發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是正極，所以pb是負(fù)極，pbo2是正極。在工作時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是鉛失去電子生成pb2，pb2與溶液中的so反應(yīng)生成pbso4沉淀。放電時(shí)消耗的硫酸與充電時(shí)生成的硫酸等量。在電池制備時(shí)，pbso4的量是一定的，制成膏狀的pbso4干燥后安裝，說明h2so4不用補(bǔ)充。放電時(shí)，h2so4被消耗，溶液中的h2so4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。答案：a點(diǎn)撥：硫酸溶液的密度與其物質(zhì)的量濃度成正比，這是此類題的隱含條件。知識(shí)點(diǎn)3 燃料電池【例題3】 一種甲醇、氧氣和強(qiáng)堿溶液作電解質(zhì)的新型手機(jī)電池，可連續(xù)使用一個(gè)月，其電池反應(yīng)為：2ch3oh3o24oh2co6h2o，則有關(guān)說法正確的是()。a放電時(shí)，ch3oh參與反應(yīng)的電極為正極b放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)為ch3oh8oh6e=co6h2oc標(biāo)準(zhǔn)狀況下，通入5.6 l o2并完全反應(yīng)后，有0.5 mol 電子轉(zhuǎn)移d放電一段時(shí)間后，通入氧氣的電極附近溶液的ph降低解析：從電池反應(yīng)可知，ch3oh為原電池的負(fù)極，a選項(xiàng)錯(cuò)誤；正極反應(yīng)為：o22h2o4e=4oh，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，5.6 l o2為0.25 mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1 mol，c選項(xiàng)錯(cuò)誤；從正極反應(yīng)可以看出，正極附近溶液oh的濃度增大，ph升高，d選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：b點(diǎn)撥：解此類題目應(yīng)先寫出總化學(xué)方程式，再找出電解質(zhì)溶液的成分，最后分別寫出正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式，從而作出合理的判斷。1(雙選)一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(y2o3)的氧化鋯(zro2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)o2。下列對(duì)燃料電池說法正確的是()。a在熔融電解質(zhì)中，o2由負(fù)極移向正極b電池的總反應(yīng)是：2c4h1013o2=8co210h2oc通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：o24e=2o2d通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：c4h1013o226e=4co25h2o2阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電極總反應(yīng)方程式為：2h2o2=2h2o；電解質(zhì)溶液為koh溶液，反應(yīng)保持在較高溫度，使水蒸發(fā)，下列敘述正確的是()。a此電池能見到淺藍(lán)色火焰bh2為正極，o2為負(fù)極c工作時(shí)電解液的ph不斷增大d電極反應(yīng)為：負(fù)極2h24oh4e=4h2o，正極o22h2o4e=4oh3下列有關(guān)電池的說法不正確的是()。a手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池b銅鋅原電池工作時(shí)，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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能d鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極4電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是()。a鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì)b氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躢氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化d太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅5鉛蓄電池是化學(xué)電源，其電極材料分別是pb和pbo2，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，工作時(shí)該電池的總反應(yīng)式為pbpbo22h2so4=2pbso42h2o。試根據(jù)上述情況判斷：(1)蓄電池的負(fù)極材料是_。(2)工作時(shí)，正極反應(yīng)為_。(3)工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的ph_(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子移向_極。(5)電流方向從_極流向_極。答案：1bc該燃料電池中，o2在正極得到電子變成o2，所以o2應(yīng)由正極移向負(fù)極，a項(xiàng)錯(cuò)；丁烷是還原劑，所以通入丁烷的一極應(yīng)是負(fù)極，d項(xiàng)錯(cuò)。2d氫氧燃料電池在放電時(shí)，氫氣和氧氣在鉑的催化下反應(yīng)，并不燃燒；根據(jù)氫氣和氧氣在反應(yīng)中化合價(jià)的變化，可以確定氫氣在負(fù)極上反應(yīng)，而氧氣在正極上反應(yīng)；電極反應(yīng)式為：負(fù)極2h24oh4e=4h2o，正極o22h2o4e=4oh，總反應(yīng)2h2o2=2h2o；因?yàn)榉磻?yīng)生成的水蒸發(fā)，所以koh溶液的濃度保持不變，故整個(gè)溶液的ph保持不變。3b二次電池，即可充電電池，所以a項(xiàng)對(duì)。b中，在原電池中，活潑金屬zn是負(fù)極，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，因此電子的流向是由負(fù)極(鋅電極)流向正極(銅電極)，b項(xiàng)錯(cuò)。4c因?yàn)殇\錳干電池中鋅棒為負(fù)極，鋅棒變細(xì)，碳棒不變，a錯(cuò)；原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，b錯(cuò)；氫氧燃料電池負(fù)極反應(yīng)為h22e=2h，c正確；太陽能電池采用硅材料制作，d