-年第二學(xué)期人教版化學(xué)選修4課時(shí)突破：4.2化學(xué)電源【要點(diǎn)透析、提升訓(xùn)練】

1、選修 4 課時(shí)突破：化學(xué)電源【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】一、化學(xué)電池化學(xué)電池是將化學(xué)能變成電能的裝置；1化學(xué)電池的分類(lèi)化學(xué)電池一次電池一般鋅錳電池、堿性鋅錳電池二次電池鉛蓄電池燃料電池氫氧燃料電池2判定電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)(1) 比能量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是 1 1w·h ·kg或w· h · l；(2) 比功率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是 11w· kg或 w· l；(3) 電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短；3化學(xué)電池回收利用廢舊電池中含重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，應(yīng)回收利用， 既削減污染，又節(jié)省資源；1以下說(shuō)法中，不正確選

2、項(xiàng) a化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 b化學(xué)電池的種類(lèi)包括一次電池、二次電池和燃料電池等 c化學(xué)電池供能穩(wěn)固牢靠，可以制成各種外形和大小，使用方便，易于保護(hù)d廢舊電池可以隨便丟棄解析：選d廢舊電池中含有重金屬和酸、堿等有害物質(zhì)，隨便丟棄，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康危害很大，所以廢舊電池應(yīng)回收處理；2廢電池必需進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程；其首要緣由是a為了利用電池外殼的金屬材料 b防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染c不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 d回收其中的石墨電極解析：選 b廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對(duì)土壤和水源造成污染，必需進(jìn)行集中處理；二、一次電池1堿性鋅錳電池(

3、1) 基本構(gòu)造：(2) 工作原理：負(fù)極反應(yīng)： zn2oh 2e=znoh2；正極反應(yīng)： 2mno22e 2h2o=2mnooh2oh；總反應(yīng)： zn 2mno2 2h2o=2mnoohznoh2；(3) 性能優(yōu)點(diǎn)：堿性鋅錳電池比一般鋅錳電池性能好，它的比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電；2鋅銀電池(1) 基本構(gòu)造：(2) 工作原理：負(fù)極反應(yīng)： zn2oh 2e=znoh2；正極反應(yīng)： ag2o2eh2o=2ag2oh；總反應(yīng)： zn ag2o h2o=znoh22ag；(3) 電池特點(diǎn)：比能量大，電壓穩(wěn)固，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，相宜小電留戀續(xù)放電；3鋰電池(1) 基本組成：負(fù)極：鋰，正極

4、：mno2、cuo、fes2 等，電解質(zhì)：非水溶劑；(2) 特點(diǎn)：比能量高、電壓高、工作溫度寬，可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)； 特殊提示 判定某電極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)時(shí)， 除考慮在該電極上得 或失 電子的物質(zhì)外，仍要考慮得 或失 電子后形成的新物質(zhì)是否會(huì)和電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)；1一般鋅錳干電池在放電時(shí)電池總反應(yīng)方程式可以表示為zn22mno22nh4 =zn mn2 o32nh3 h2 o；在此電池放電時(shí)， 正極 碳棒上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是24a mno和 nh4bzn2 和 nhc znd碳棒解析：選 a在電池的正極上發(fā)生的是得電子的仍原反應(yīng)，是電池總反應(yīng)中氧化劑發(fā)生反應(yīng)的電極；由一般鋅錳干電池的總反應(yīng)式可知

5、， mno2 與 nh4 發(fā)生的反應(yīng)為正極反應(yīng)；2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；堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為zn s 2mno2 s 2h2ol=znoh 2s 2mnoohs，錯(cuò)誤選項(xiàng) a電池工作時(shí)，鋅失去電子以下說(shuō)法b 電 池 正 極 的 電 極 反 應(yīng) 式 為2mno2s 2h2 ol 2e=2mnoohs 2ohaqc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)量理論上削減6.5 g解析：選 c由所給的電池總反應(yīng)式可知， 電池工作時(shí)，每有 1 mol zn 參與反應(yīng)，就會(huì)有2 mol電子從負(fù)極zn

6、 經(jīng)外電路流向正極，并在正極發(fā)生反應(yīng)：2mno2 s 2h2ol 2e=2mnoohs2ohaq ；外電路每通過(guò)0.2 mol電子， zn 的質(zhì)量削減6.5 g；3. 銀鋅電池是一種常見(jiàn)化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：zn ag2o h2o=znoh2 2ag；其工作示意圖如右； 以下說(shuō)法不正確選項(xiàng)a zn 電極是負(fù)極b ag2o電極發(fā)生仍原反應(yīng)c zn 電極的電極反應(yīng)式：zn2e2oh=znoh2d放電前后電解質(zhì)溶液的ph保持不變解析：選d該電池的電解質(zhì)溶液為koh，電池工作時(shí)負(fù)極發(fā)生反應(yīng)為zn 2e 2oh =znoh2 ，正極發(fā)生反應(yīng)為ag2o 2eh2o=2oh 2ag， oh數(shù)目不變，但水被消

7、耗，溶液ph上升；三、二次電池以鉛蓄電池為例1基本構(gòu)造2組成負(fù)極： pb，正極： pbo2，電解質(zhì)： h2so4 溶液； 3工作原理(1) 放電過(guò)程 原電池原理 ：2負(fù)極： pbs so4aq 2e=pbso4s ；22442正極：pbos 4h aq so aq 2e =pbsos 2h ol ；總反應(yīng)： pbs pbo2s 2h2so4aq=2pbso4s 2h2ol ；(2) 充電過(guò)程：2444陰極： pbsos 2e=pbs so aq發(fā)生仍原反應(yīng) ；陽(yáng) 極 ： pbso4s 2h2ol 2eaq發(fā)生氧化反應(yīng) ；=pbo2s 4haq so2總反應(yīng)： 2pbso4s 2h2ol=pbs

8、pbo2s 2h2 so4aq ；4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)固、使用便利、安全牢靠、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，廢棄電池污染環(huán)境；已知鉛蓄電池的充、放電過(guò)程：pbs pbo2s2h2so4aq放電充電2pbso4s 2h2ol ；(1) 鉛蓄電池放電時(shí)，正極區(qū)域溶液的ph是如何變化的？2提示：鉛蓄電池放電時(shí)，正極反應(yīng)式為pbo2 4h so42e=pbs4o2h2o，反應(yīng)消耗h， 故 ch 下降， ph 上升；(2) 鉛蓄電池放電時(shí)，兩極發(fā)生什么反應(yīng)？充電時(shí)兩極發(fā)生什么反應(yīng)？據(jù)此，在充電時(shí)，怎樣連接電源的兩極？提示：放電時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧

9、化反應(yīng)， 正極發(fā)生仍原反應(yīng)； 充電時(shí)，陰極發(fā)生仍原反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)；鉛蓄電池在充電時(shí)，負(fù)極接電源負(fù)極，正極接電源正極；【總結(jié)歸納】1二次電池在充電時(shí)，正、負(fù)電極上發(fā)生的反應(yīng)正好與放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)相反， 因而充電時(shí)， 二次電池的正極應(yīng)與充電電源的正極相連接，電池的負(fù)極應(yīng)與充電電源的負(fù)極相連接；2充電時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)和總反應(yīng)是放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)的逆過(guò)程；(1) 放電時(shí)， 電極正極仍原反應(yīng)負(fù)極氧化反應(yīng)(2) 充電時(shí)， 電極陽(yáng)極氧化反應(yīng)陰極仍原反應(yīng)3可充電電池復(fù)雜電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法第一步：先標(biāo)出放電 原電池 總反應(yīng)式中變價(jià)元素的化合價(jià)，確定電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)；如鉛

10、蓄電池中： 4pb失去2e ，發(fā)生氧化反應(yīng) pbo2 得到2e ，發(fā)生仍原反應(yīng)放電 22h2so42 pbso42h2o其次步：寫(xiě)出一個(gè)比較簡(jiǎn)單書(shū)寫(xiě)的電極反應(yīng)式，書(shū)寫(xiě)時(shí)肯定要留意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存；如鉛蓄電池的負(fù)極反應(yīng)式為pb2 so42e =pbso4；第三步：在電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去寫(xiě)出的電極反應(yīng)式，即得另一極的反應(yīng)式；如鉛蓄電池的正極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式得到，2 2即pb pbo 4h 2so pb so 2e=2pbso2h o24442pbso4，2 整理得： pbo2 4h so4 2e=pbso42h2o；1鎳鎘 ni - cd可充電電池在現(xiàn)代生活中有

11、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：放電cd2niooh 2h2o充電cdoh2 2nioh 2有關(guān)該電池的說(shuō)法正確選項(xiàng)a充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：nioh 2e oh =nioohh2ob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)極鄰近溶液的堿性不變 d放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的oh 向正極移動(dòng)解析：選a由總反應(yīng)可知，放電時(shí)，負(fù)極cd 發(fā)生氧化反應(yīng)：cd 2e2oh =cdoh2，負(fù)極堿性變?nèi)?，c 項(xiàng)錯(cuò)誤；正極反應(yīng)為2niooh2e2h2o=2nioh22oh ，放電時(shí)， oh 由正極向負(fù)極移動(dòng)， d 項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，b 項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，

12、即為nioh2 oh e=nioohh2o， a 項(xiàng)正確；2氫鎳電池的總反應(yīng)式是h22niooh據(jù)此反應(yīng)判定，以下表達(dá)中不正確選項(xiàng) a電池放電時(shí)，鎳元素被氧化 b電池充電時(shí)，氫元素被仍原 c電池放電時(shí)，鎳元素被仍原d電池放電時(shí)，h2 在負(fù)極被氧化放電充電2nioh 2 ；根解析：選a電池放電時(shí)， ni 元素化合價(jià)降低被仍原，a 錯(cuò)誤，c 正確；充電時(shí)，h 元素化合價(jià)從10，化合價(jià)降低，被仍原，b正確；放電時(shí)，h元素化合價(jià)上升，在負(fù)極被氧化，d正確；3. 如下列圖的水溶液鋰離子電池體系；以下表達(dá)錯(cuò)誤選項(xiàng)a a 為電池的正極b電池充電反應(yīng)為limn2o4=li1 xmn2o4xli c放電時(shí)， a

13、 極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化 d放電時(shí)，溶液中l(wèi)i 從 b 向 a 遷 移解析：選 c鋰離子電池中， b 電極為 li ，放電時(shí)， li失電子為負(fù)極，limn2o4 得電子為正極， 所以 a 為電池的正極， a 正確；充電時(shí)， li 在 陰 極 得 電 子 ， limn2o4在 陽(yáng) 極 失 電 子 ， 電 池 充 電 反 應(yīng) 為 limn2o4=li1 x mn2o4 xli ，b 正確；放電時(shí)，a 為正極，正極上li 1 x mn2o4 中錳元素得電子，所以鋰的化合價(jià)不變，c 錯(cuò)誤；放電時(shí)，溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，即溶液中l(wèi)i 從 b 向 a 遷移， d正確；4聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)方案署在中國(guó)的首個(gè)“氫經(jīng)濟(jì)

14、示范城市”在江蘇如皋落戶(hù)；用吸附了h2 的碳納米管等材料制作的二次電池的原理如圖所示；以下說(shuō)法正確選項(xiàng)a放電時(shí)，甲電極為正極，oh 移向乙電極b放電時(shí)，乙電極反應(yīng)式為nioohh2o e=nioh2 ohc充電時(shí)，電池的碳電極與直流電源的正極相連d放電時(shí)，化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能解析：選 b 用吸附了 h2 的碳納米管等材料制作的二次電池， 碳納米管作負(fù)極，乙電極為正極；放電時(shí)，乙電極為正極， oh 移向甲電極 負(fù)極 ，故 a 錯(cuò)誤；放電時(shí)，乙電極是正極，發(fā)生仍原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為niooh h2oe=nioh2 oh，故b 正確；充電時(shí)，充電器的負(fù)極與電池的負(fù)極相連，即電池的碳電極與直流電源的負(fù)

15、極相連， 故 c錯(cuò)誤；原電池能夠提高能量的利用率，但化學(xué)能不能完全轉(zhuǎn)化為電能，一般會(huì)伴有熱能放出等，故d錯(cuò)誤；四、燃料電池以氫氧燃料電池為例1基本構(gòu)造2工作原理：通入可燃物h2 的一極為電池的負(fù)極，通入o2 的一極為電池的正極；(1) 酸性氫氧燃料電池 電解質(zhì)為h2so4負(fù)極反應(yīng)： 2h2 4e =4h，正極反應(yīng)： o2 4h 4e=2h2o，總反應(yīng)： 2h2 o2=2h2o；(2) 堿性氫氧燃料電池 電解質(zhì)為koh負(fù)極反應(yīng)： 2h2 4oh4e=4h2 o，正極反應(yīng)： 2h2oo2 4e=4oh，總反應(yīng)： 2h2 o2=2h2o；3電池特點(diǎn)(1) 能量轉(zhuǎn)換率高，污染??；(2) 工作時(shí)，燃料和

16、氧化劑連續(xù)地由外部供應(yīng)，在電極上不斷進(jìn)行反應(yīng)，連續(xù)不斷地供應(yīng)電能； 特殊提示 (1) 燃料電池的兩個(gè)電極與其他電池不同，電極材料本身不參與電極反應(yīng)；(2) 酸性介質(zhì)中的燃料電池 氧化劑為o2 的正極反應(yīng)式為o24h 4e=2h2o；堿性介質(zhì)中的燃料電池 氧化劑為 o2 的正極反應(yīng)式為o22h2o4e=4oh；1用稀 h2so4 作電解質(zhì)溶液時(shí)，甲烷燃料電池的正、負(fù)極反應(yīng)式如何書(shū)寫(xiě)？并寫(xiě)出總反應(yīng)式；提示：總反應(yīng)式是甲烷燃燒的化學(xué)方程式ch4 2o2=co22h2o，其中正極反應(yīng)式為2o28h8e=4h2o，負(fù)極反應(yīng)式為ch4 8e2h2o=c2o 8h ；2用 koh作電解質(zhì)溶液時(shí)，甲烷燃料電池

17、的總反應(yīng)式與“1”中相同嗎？試分別寫(xiě)出兩極的電極反應(yīng)式；提示：不相同；由于co2 與 koh溶液反應(yīng)生成k2co3 ，故總反應(yīng)式為 ch24 2o22oh=co3 3h2o，其中正極反應(yīng)式為2o24h2o8e2432=8oh，負(fù)極反應(yīng)式為ch10oh 8e =co 7ho；【總結(jié)歸納】有機(jī)燃料電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)方法電池的負(fù)極肯定是可燃物， 有機(jī)燃料中各元素的化合價(jià)變化遵循一般化合價(jià)規(guī)章， 燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電池的正極多為氧氣或空氣得電子，發(fā)生仍原反應(yīng)，特殊留意電解質(zhì)溶液酸堿性不同的區(qū)分；可依據(jù)電荷守恒來(lái)配平電極反應(yīng)式；如乙醇?jí)A性 koh溶液 燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法；第一步：確定生成

18、物；乙醇燃燒生成co2 和 h2o，其中co2 與 koh溶液反應(yīng)生成k2co3 和 h22o，故生成物為co3和 h2o；其次步：確定價(jià)態(tài)的變化及轉(zhuǎn)移電子數(shù)；26乙醇ch o中碳元素的化合價(jià)為2， co2 中碳元素的化合價(jià)為3 4，故 1 mol乙醇完全反應(yīng)失去2×4 2 12 mol電子；第三步：列出表達(dá)式；2c2h5oh oh 12eco3 h2o；第四步：確定電極反應(yīng)式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)；2由碳原子守恒確定co3的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，由電荷守恒確定oh的化學(xué)計(jì)量數(shù)為16； 注：失去12 個(gè)電子，相當(dāng)于帶12 個(gè)單位正電荷 再由氫原子守恒確定h2 o的化學(xué)計(jì)量數(shù)為11，2故負(fù)極反

19、應(yīng)式為c2h5oh 16oh 12e =2co311h2o；1肼 n2h4 - 空氣燃料電池是一種環(huán)保型堿性燃料電池，電解質(zhì)為 20%30%的 koh溶液，電池總反應(yīng)式為n2h4o2=n22h2o；以下關(guān)于該電池工作時(shí)說(shuō)法中正確選項(xiàng)a溶液的ph保持不變 b溶液中的陰離子向正極移動(dòng)c正極的電極反應(yīng)式：o24h 4e=2h2od負(fù)極的電極反應(yīng)式：n2h44oh 4e=4h2o n2解析：選 da 項(xiàng)，由于有水生成， 溶液的ph會(huì)減小， a 項(xiàng)錯(cuò)誤；b 項(xiàng)，原電池中，溶液中的陰離子總是移向電池的負(fù)極，b 項(xiàng)錯(cuò)誤； c項(xiàng)，溶液介質(zhì)為堿性，正極的電極反應(yīng)式是o2 2h2o 4ec項(xiàng)錯(cuò)誤；=4oh，2以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如下列圖；關(guān)于該電池的表達(dá)正確選項(xiàng)a該電池能夠在高溫下工作b電池的負(fù)極反應(yīng)為c6h12o6 6h2o 24e =6co2 24hc放電過(guò)程中，h從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移d在電池反應(yīng)中，每消耗 1 mol 氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況22.4下 co2 氣體6l解析：選ba 項(xiàng)，高溫條件下微生物會(huì)變性，錯(cuò)誤；b 項(xiàng)，負(fù)極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，正確； c項(xiàng)，原電池內(nèi)部陽(yáng)離子應(yīng)向正極移動(dòng)，錯(cuò)誤； d項(xiàng)，消耗 1 mol 氧氣生成 1 mol 二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積是 22.4 l ，錯(cuò)誤；3科