2020-2021學(xué)年化學(xué)蘇教版選修4教師用書：專題1 第2單元 第2課時(shí)　化學(xué)電源 含解析

1、祝學(xué)子學(xué)業(yè)有成，取得好成績(jī)第2課時(shí)化學(xué)電源目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化學(xué)電源在生產(chǎn)、生活和國(guó)防中的實(shí)際應(yīng)用.(科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）2.學(xué)會(huì)一次電池、二次電池的反應(yīng)原理，會(huì)書寫電極反應(yīng)式。（宏觀辨識(shí)與微觀探析)一、化學(xué)電源的分類及特點(diǎn)二、一次電池1銀鋅鈕扣電池(1)組成(2)電極反應(yīng)和電池反應(yīng)負(fù)極：zn2oh2e=zn(oh)2正極：ag2oh2o2e=2ag2oh。電池反應(yīng):znag2oh2o=2agzn(oh）2。2鋅錳干電池(1)組成：分為酸性鋅錳電池(普通鋅錳干電池）和堿性鋅錳電池，其正極為石墨棒，負(fù)極為鋅筒，前者電解質(zhì)溶液為nh4cl和zncl2混合液，后者電

2、解質(zhì)為koh.(2)電極反應(yīng)和電池反應(yīng)以堿性鋅錳干電池為例:負(fù)極：zn2oh2e=zn（oh）2。正極：2mno22h2o2e=2mnooh2oh。電池反應(yīng)：zn2mno22h2o=zn（oh）22mnooh。三、燃料電池以koh溶液為電解質(zhì)溶液，寫出氫氧燃料電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng). 電極反應(yīng)(堿性環(huán)境）：負(fù)極：h22oh2e=2h2o；正極：o2h2o2e=2oh；電池反應(yīng):h2o2=h2o。特點(diǎn):連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能,能量利用率高，排放廢棄物少.四、二次電池1構(gòu)造與組成2工作原理放電過(guò)程充電過(guò)程負(fù)極：pb2eso=pbso4；（氧化反應(yīng))陰極：pbso42e=pb

3、so;(還原反應(yīng))正極：pbo24hso2e=pbso42h2o；(還原反應(yīng)）陽(yáng)極:pbso42h2o2e=pbo24hso；(氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o總反應(yīng)：2pbso42h2o=pbpbo22h2so4鉛蓄電池的充、放電過(guò)程：pbpbo22h2so42pbso42h2o3。鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。(2）缺點(diǎn)：比能量低、笨重,廢棄的電池污染環(huán)境。1判斷正誤（正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)。(1)zn具有還原性和導(dǎo)電性，可作鋅錳干電池的負(fù)極材料.()(2）鋅錳干電池放電后可以再次

4、充電使用。（）（3)氫氧燃料電池的正極和負(fù)極本身都不參與電極反應(yīng)。()答案：(1）（2）(3）2下列有關(guān)電池的說(shuō)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b二次電池，即可充電電池，所以a項(xiàng)對(duì)。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),所以b項(xiàng)錯(cuò)。3li。socl2電池可用于心臟起搏器.該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解質(zhì)是lialcl4socl2。電池的總反應(yīng)可表示為:4li2socl2=4liclsso2.請(qǐng)

5、回答下列問(wèn)題：（1）電池的負(fù)極材料為_(kāi)，發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi).(2）電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)。解析：(1)分析反應(yīng)的化合價(jià)變化,可得li為還原劑(作負(fù)極)，失電子：lie=li。(2)socl2為氧化劑，得電子，從題給電池反應(yīng)可推出產(chǎn)物：cl、s、so2。（或用總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)）。答案:(1）lilie=li(2）2socl24e=4clsso2化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫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).(1）先分析裝置圖，確定原電池的正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì).（2)書寫電極反應(yīng)式負(fù)極：活潑金屬或h2失去電子生成陽(yáng)離子；若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生

6、成的陽(yáng)離子不共存，則該陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式.如鉛蓄電池的負(fù)極：pbso2e=pbso4。正極：陽(yáng)離子得到電子生成單質(zhì)(或低價(jià)離子），或o2得到電子,若是o2發(fā)生電極反應(yīng),則有兩種情況:電解質(zhì)是堿性或中性:o22h2o4e=4oh；電解質(zhì)是酸性：o24h4e=2h2o。（3)正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式。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。以2h2o2=2h2o為例，當(dāng)電解質(zhì)溶液為koh溶液時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式的書寫步驟：（1）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

7、數(shù)為4e：2h24e=4h。(2)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：在堿性溶液中，電極反應(yīng)式不出現(xiàn)h。(3）利用元素守恒驗(yàn)證，即得2h24e4oh=4h2o.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、逆方向都能反應(yīng)，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(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，對(duì)應(yīng)元素的化合價(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)元素的化合價(jià)降低。4給出電極反應(yīng)式，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

8、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?！纠?】高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3zn2k2feo48h2o3zn(oh）22fe（oh）34koh，下列敘述不正確的是（)a放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為zn2e2oh=zn(oh）2b充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為fe(oh）33e5oh=feo4h2oc放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol k2feo4被氧化d放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)c根據(jù)題給總反應(yīng)式

9、，高鐵電池放電時(shí)高鐵酸鈉在正極得到電子，被還原。電極反應(yīng)式書寫的兩個(gè)注意點(diǎn)(1)在電極反應(yīng)式中，只有能溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)才能寫成離子。（2）在酸性溶液中，可發(fā)生消耗h和產(chǎn)生h的反應(yīng)，不可能發(fā)生消耗oh和產(chǎn)生oh的反應(yīng)，同理在堿性溶液中,可發(fā)生消耗oh和產(chǎn)生oh的反應(yīng)，不可能發(fā)生消耗h和產(chǎn)生h的反應(yīng)。1某堿性蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為fenio22h2ofe（oh)2ni(oh)2，下列說(shuō)法中正確的是()a放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是feb放電時(shí)，正極反應(yīng)是nio22e2h=ni（oh）2c充電時(shí),陰極反應(yīng)是ni(oh）22e2oh=nio22h2od充電時(shí)，陽(yáng)極附近ph增大a原電池的負(fù)極

10、發(fā)生氧化反應(yīng)，該原電池的負(fù)極為fe，a項(xiàng)正確；該電池的正極為nio2，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為nio22e2h2o=ni(oh）22oh，b項(xiàng)錯(cuò)誤;充電時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為fe(oh）22e=fe2oh,c項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)為ni（oh)22oh2e=nio22h2o，ph減小,d項(xiàng)錯(cuò)誤。常見(jiàn)燃料電池的比較1.常見(jiàn)的四種典型燃料電池名稱電解質(zhì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)氫氧燃料電池koh正極：o24e2h2o=4oh負(fù)極：2h24e4oh=4h2o總反應(yīng)：2h2o2=2h2oh2so4正極:o24e4h=2h2o負(fù)極：2h24e=4h總反應(yīng)：2h2o2=2h2o甲烷燃料電池koh正

11、極：2o24h2o8e=8oh負(fù)極：ch410oh8e=co7h2o總反應(yīng)：ch42o22koh=k2co33h2o甲醇燃料電池koh正極：3o26h2o12e=12oh負(fù)極：2ch3oh16oh12e=2co12h2o總反應(yīng)：2ch3oh3o24koh=2k2co36h2o肼燃料電池koh正極:o22h2o4e=4oh負(fù)極:n2h44oh4e=n24h2o總反應(yīng):n2h4o2=n22h2o2。書寫燃料電池電極反應(yīng)式的三步驟【例2】(1）現(xiàn)有反應(yīng)2h2o22h2o,要構(gòu)成燃料電池,則負(fù)極通入的應(yīng)是_，正極通入的應(yīng)是_,電極反應(yīng)式分別為_(kāi)、_.(2)如把koh改為稀硫酸作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式分

12、別為_(kāi)、_.（3)上述(1)和（2）的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，(1)中溶液ph變_(填“大”或“小”，下同),（2）中溶液ph變_。解析：解答此題的關(guān)鍵是弄清原電池的有關(guān)概念。(1)根據(jù)總反應(yīng)式可知h2在反應(yīng)中被氧化,o2被還原,h2應(yīng)在負(fù)極上反應(yīng)，o2應(yīng)在正極上反應(yīng),又因?yàn)槭菈A性溶液不可能有h參加或生成，故負(fù)極反應(yīng)為2h24oh4e=4h2o，正極反應(yīng)為o22h2o4e=4oh.(2）若將導(dǎo)電物質(zhì)換成酸性溶液，此時(shí)應(yīng)考慮不可能有oh參加反應(yīng)，也不可能有oh生成,負(fù)極：2h24e=4h，正極：o24h4e=2h2o。（3）由于（1)是在堿性條件下反應(yīng)，koh量不變，但工作時(shí)h2o增多，故溶液變

13、稀，ph將變小；而（2）中為酸溶液，h2so4不變，水增多，溶液酸性變小，故ph將變大。答案:(1)h2o2負(fù)極：2h24oh4e=4h2o正極：o22h2o4e=4oh(2)負(fù)極：2h24e=4h正極：o24h4e=2h2o(3）小大（1)以c2h5oh為燃料的燃料電池在酸性、堿性電解質(zhì)溶液中的負(fù)極的電極反應(yīng)式是否相同？試寫出。（2）已知?dú)錃饪梢栽诼葰庵腥紵?，根?jù)燃料電池的原理，能否以該反應(yīng)設(shè)計(jì)燃料電池?提示:(1)不同。堿性（生成碳酸鹽):c2h5oh16oh12e=2co11h2o，酸性(生成co2)：c2h5oh12e3h2o=2co212h.（2)能.在負(fù)極通入氫氣，正極通入氯氣,可

14、用鹽酸作電解質(zhì)溶液，既可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又可以制備鹽酸.2一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率.現(xiàn)用li2co3和na2co3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，一極通co氣體,另一極通o2和co2混合氣體，其總反應(yīng)為2coo2=2co2.則下列說(shuō)法正確的是(）a通co的一極是電池的正極b負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是o22co24e=2coc負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是coco2e=2co2d正極發(fā)生氧化反應(yīng)c據(jù)題意知通入co的一極為電源的負(fù)極，co失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)閏o2，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，故a、b、d項(xiàng)錯(cuò)誤，c項(xiàng)正確。1下面是幾種常見(jiàn)的化學(xué)電源示意圖，有關(guān)說(shuō)法不正確的是()干電池示意圖鉛蓄電池示意圖氫氧燃料電池示意

15、圖a上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池b干電池在長(zhǎng)時(shí)間使用后,鋅筒被破壞c鉛蓄電池工作過(guò)程中，每通過(guò)2 mol電子,負(fù)極質(zhì)量減輕207 gd氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源c在干電池中，zn作負(fù)極,被氧化，b正確；氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)，且工作的最終產(chǎn)物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源，d正確;c項(xiàng)忽略了硫酸鉛在該極上析出，該極質(zhì)量應(yīng)該增加而非減小，c錯(cuò)誤。2電子表和電子計(jì)算器的電源通常用微型銀鋅電池，其電極分別是ag2o和zn，電解質(zhì)溶液為koh溶液，總反應(yīng)式為ag2oh2ozn=zn（oh）22ag.下列說(shuō)法正確的是 （）aag

16、2o是正極,zn是負(fù)極bzn是正極，ag2o是負(fù)極c工作時(shí)，電池負(fù)極區(qū)溶液ph增大d工作時(shí)，電子由ag2o極經(jīng)外電路流向zn極a根據(jù)總反應(yīng)式可知，金屬鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作該電池的負(fù)極,氧化銀得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，作該電池的正極,a項(xiàng)正確,b項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極區(qū)鋅離子與氫氧根離子結(jié)合,溶液中氫氧根離子濃度減小，則其ph減小，c項(xiàng)錯(cuò)誤;該電池工作時(shí)，電子由鋅極經(jīng)外電路流向氧化銀極，d項(xiàng)錯(cuò)誤。3鉛蓄電池的兩極分別為pb、pbo2,電解質(zhì)溶液為h2so4，工作時(shí)的電池反應(yīng)方程式為pbpbo22h2so4=2pbso42h2o，下列結(jié)論正確的是()apb為正極被氧化b電解質(zhì)溶液的ph不斷減小cso向pb

17、o2處移動(dòng)d電解質(zhì)溶液的ph不斷增大d由題給電池反應(yīng)可以看出h2so4不斷被消耗,故ph不斷增大，所以b不正確,d正確；由pb元素化合價(jià)的變化,可以看出pb是負(fù)極,所以a不正確；原電池工作時(shí)，整個(gè)電路中負(fù)電荷的流向是一致的，外電路中，電子由pb極流向pbo2極，內(nèi)電路中，so移向pb極，所以c不正確。4燃料電池是利用燃料（如h2、co、ch4等)跟氧氣反應(yīng)從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置.下列關(guān)于co燃料電池(naoh作電解質(zhì)）的說(shuō)法中正確的是（）a負(fù)極反應(yīng)為：o22h2o4e=4ohb負(fù)極反應(yīng)為：co2e4oh=co2h2oc放電時(shí)正極發(fā)生氧化反應(yīng)，外電路中電子從正極流向負(fù)極d隨著放電的進(jìn)行，溶

18、液的ph保持不變ba項(xiàng)所給是正極反應(yīng)式,錯(cuò)誤;c項(xiàng)外電路中電子從負(fù)極流向正極，錯(cuò)誤；d項(xiàng)由電池總反應(yīng)：o22co4oh=2co2h2o，可知反應(yīng)消耗naoh,故ph要減小，錯(cuò)誤。5科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑,美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料電池用于軍事目的.一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢化為電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。回答下列問(wèn)題：（1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是_，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式是_。(3）電解液中的h向_極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是_。（4）比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率高,其次是_