第四章第二節(jié)化學(xué)電源學(xué)案

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第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 化學(xué)電源 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) 1了解常用電池的構(gòu)造，2一次電池和二次電池的區(qū)別 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 閱讀書(shū)本，回答以下問(wèn)題： 1、什么是一次電池？ 2、什么是二次電池？ 3.判斷一種電池的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 4、日常生活中電池有那些應(yīng)用？ 如何書(shū)寫(xiě)復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？ 三、通過(guò)預(yù)習(xí)提出疑惑 同學(xué)們，通過(guò)你的自主學(xué)習(xí)，你還有哪些疑惑，請(qǐng)把它填在下面的表格中 疑惑點(diǎn) 疑惑內(nèi)容 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 應(yīng)用原電池原理，進(jìn)一步學(xué)習(xí)常見(jiàn)一次電池、二次電池、燃料電池的工作原理。能根據(jù)電池總反應(yīng)式判斷：正、負(fù)電極，寫(xiě)出電極反應(yīng)式 學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：能根據(jù)電池總反應(yīng)式判斷：正、負(fù)電極，寫(xiě)出電極反應(yīng)式 二、學(xué)習(xí)過(guò)程 一、一次電池 1.堿性鋅錳電池 電極材料為Zn 和MnO2，電解質(zhì)是KOH. 總反應(yīng)式：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2 如何書(shū)寫(xiě)復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？ 負(fù)極：( )________________________________________________ 正極：( )_________________________________________________ 2．鋅銀電池 銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。 電極材料為Zn 和Ag2O，電解質(zhì)是KOH. 總反應(yīng)式：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag 負(fù)極：( )________________________________________________ 正極：( )________________________________________________ 二、二次電池 放電 充電 鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。 蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O 放電的電極反應(yīng)為： 負(fù)極：( )________________________________________________ 正極：( )_________________________________________________ 目前汽車(chē)上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。 三．燃料電池 燃料電池是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池，。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷地從外界輸入，同時(shí)把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。燃料電池的正極和負(fù)極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣?；瘜W(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點(diǎn)是能量利用率高，設(shè)備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%以上。 1.氫氧燃料電池 它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細(xì)分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強(qiáng)的催化活性。電池反應(yīng)總式是_______________________________________________ a.電解質(zhì)是酸 負(fù)極：________________________________________________ 正極：_________________________________________________ b.電解質(zhì)是堿 負(fù)極： ________________________________________________ 正極： _________________________________________________ c.電解質(zhì)是固體熔融物 負(fù)極： ________________________________________________ 正極： _________________________________________________ 2. 甲烷燃料電池 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。 電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 負(fù)極： ________________________________________________ 正極： _________________________________________________ 課堂練習(xí)與提高 一、選擇題 1.如圖裝置能組成原電池的是( ) 2.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反應(yīng)為Zn+Ag2O+H2O====2Ag+Zn(OH)2,則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是( ) A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn 3.（2008江蘇高考，5）鎳鎘（NiCd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行: Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2 有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是（ ） A.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng):Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O B.充電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程 C.放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變 D.放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動(dòng) 4.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為: Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列說(shuō)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)+H2O(l)+2e-====Mn2O3(s)+2OH-(aq) C.電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極 D.外電路中每通過(guò)0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g 5.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為:Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸。以下說(shuō)法中正確的是( ) ①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng) ②以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng) ③充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? ④放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 6.用Pt電極放置于KOH溶液中，然后分別向兩極通入CO和O2，即可產(chǎn)生電流，下列敘述中正確的是( ) ①通入CO的電極為陰極 ②通入CO的電極反應(yīng)式為:2CO+O2+4e-====2CO2 ③正極電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-====4OH- ④負(fù)極電極反應(yīng)式為:CO+4OH--2e-====+2H2O⑤電池工作時(shí)溶液中的陽(yáng)離子向原電池的負(fù)極移動(dòng) ⑥放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng) A.①④⑥ B.③④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③ 7.我國(guó)首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為:4Al+3O2+6H2O====4Al(OH)3,下列說(shuō)法不正確的是( ) A.正極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-====4OH- B.電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極 C.以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積 D.該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用 8.國(guó)外新型研制的溴鋅蓄電池的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液為電解質(zhì)溶液。現(xiàn)有四個(gè)電極反應(yīng): ①Zn-2e-====Zn2+ ②Zn2++2e-====Zn ③Br2+2e-====2Br- ④2Br--2e-====Br2 那么充電和放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)的是( ) A.③① B.④① C.②③ D.②④ 9.如圖所示為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是( ) A.a電極是負(fù)極 B.b電極的電極反應(yīng)為:4OH--4e-====2H2O+O2↑ C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 10.將純鋅片和純銅片按如圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是 …( ) A.兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生 B.甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極 C.兩燒杯中溶液的pH均增大 D.產(chǎn)生氣泡的速度甲比乙慢 11.燃料在電池中直接氧化而產(chǎn)生電能的裝置叫燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子（H2N—NH2）可以在氧氣中燃燒生成氮?dú)夂退?，利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，請(qǐng)寫(xiě)出該電池反應(yīng)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式:__________________________________； 并指出電解質(zhì)溶液中，OH-離子向哪極移動(dòng):_________________________________________。 5解析:充電、放電時(shí)反應(yīng)條件不同，故不是可逆反應(yīng)，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 答案:B 6解析:CO燃料電池總反應(yīng)為2CO+O2+4KOH====2K2CO3+2H2O,故③④正確。在負(fù)極消耗OH-,故陰離子向負(fù)極移動(dòng)，⑥正確。 答案:B 7解析:由電池總反應(yīng)知，Al為負(fù)極，Al-3e-====Al3+,鉑網(wǎng)為正極:O2+4e-====+2H2O4OH-,電子由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極。故A對(duì)。電子由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，電流方向恰好相反，故B錯(cuò)。 答案:B 8解析:用惰性電極，故為電解質(zhì)溶液中離子放電，得到電子被還原，故為②③。選c 9解析:氫氧燃料電池的總反應(yīng)為2H2+O2====2H2O，故通氫氣的a電極為負(fù)極，通氧氣電極為正極，電極反應(yīng)為O2-4e-+2H2O====4OH-,A正確，B錯(cuò)誤；電池產(chǎn)物為H2O，故為綠色電源，C正確；隨時(shí)不斷通入H2和O2，D正確。 答案:B 10解析:本題考查原電池的構(gòu)成條件及工作原理。題目中可以應(yīng)用的信息主要是①鋅片、銅片兩種活潑性不同的金屬，②甲、乙兩圖。解答該題時(shí)，首先根據(jù)原電池的構(gòu)成條件判斷甲、乙是否能形成原電池，然后再根據(jù)原電池的原理具體分析、判斷，甲裝置符合原電池條件，c可構(gòu)成原電池，乙裝置不能構(gòu)成原電池。甲中銅片有氣泡，乙中無(wú)；由于都消耗H上標(biāo)+，所以pH都增大，C正確。 答案:C 11解析:肼燃料電池總反應(yīng)為N2H4+O2N2+2H2O，負(fù)極反應(yīng)為:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O,正極反應(yīng)為:O2+4e-+2H2O====4OH-。負(fù)極上消耗OH-，正極上產(chǎn)生OH-，故OH-向負(fù)極移動(dòng)。 答案:負(fù)極:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O 正極:O2+4e-+2H2O====4OH- 總反應(yīng)式:N2H4+O2====N2+2H2O OH-離子向負(fù)極移動(dòng) 5