高中化學人教版化學反應原理第四章電化學基礎第二節(jié)化學電源 全國公開課

（人教版選修4）第四章電化學基礎第二節(jié)《化學電源》導學案【學習目標】1、常識性介紹日常生活中常用的化學電源和新型化學電池；2、認識一次電池、二次電池、燃料電池等幾類化學電池；3、學習化學電池的構成，電極反應式及總反應式的書寫。【重、難點】化學電源的結構及電極反應的書寫【學習過程】常見化學電源化學電源是將化學能轉化為電能的裝置，它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。1、一次電池（又稱干電池）（1）堿性鋅錳電池，電解質是KOH，其電極反應：負極（Zn）：Zn+2OH—2e-=Zn(OH)2正極（MnO2）：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+2OH-（2）鋅銀電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質是KOH，其電極總反應如下：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag負極：Zn+2OH—2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-2、二次電池（又稱充電電池或蓄電池）鉛蓄電池。反應方程式如下式：①其放電電極反應：負極(Pb)：Pb(s)+SO42-(aq)—2e-=PbSO4(s)正極(PbO2)：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)②其充電電極反應：陰極：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)—2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)3、燃料電池（氫氧燃料電池）：①酸性介質時，電極反應：負極：_2H2—4e-=2H+正極：O2+4H++4e-=2H2O總反應：2H2+O2=2H2O②堿性介質時，電極反應：負極：2H2+4OH——4e-=4H2O正極：O2+2H2O+4e-=4OH—總反應：2H2+O2=2H2O注：除H2外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；除純氧氣外，空氣中的氧氣也可作氧化劑。燃料電池與前幾種電池的差別：①氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；②反應產物不斷排出③能量轉化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源?！疽牲c反饋】：（通過本課學習、作業(yè)后你還有哪些沒有搞懂的知識，請記錄下來）【基礎達標】1.隨著人們生活質量的不斷提高,廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程,其首要原(B)A.利用電池外殼的金屬材料B.防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C.不使電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品D.回收其中石墨電極2.鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為:Zn(s)+2MnO2+2NH4+Zn2++Mn2O3(s)+2NH3↑+H2O,在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是(C) B.碳和NH4+ +和NH33.紐扣電池可用于計算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池,其電極分別為Zn和Ag2O,以KOH溶液為電解質溶液,電池的總反應為Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。關于該電池的敘述不正確的是(B)A.使用時電子由Zn極經外電路流向Ag2O極,Zn是負極B.使用時電子由Ag2O極經外電路流向Zn極,Ag2O是負極C.正極的電極反應為Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-極發(fā)生氧化反應,Ag2O極發(fā)生還原反應已知蓄電池在放電時起原電池的作用,在充電時起電解池的作用。汽車上用的鉛蓄電池是以一組充滿海綿狀灰鉛的鉛板和另一組結構相似的充滿二氧化鉛的鉛板組成。兩個電極用稀硫酸作電解質溶液。在放電時,兩極發(fā)生的反應可分別表示為:Pb+SO42-(aq)-2e-PbSO4PbO2+4H++SO42-(aq)+2e-PbSO4+2H2O充電時,兩極發(fā)生的反應分別表示為:PbSO4+2e-Pb+SO42-(aq)PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42-(aq)根據上述材料,完成4~6題。4.在放電時,下列說法中正確的是(C)A.充滿海綿狀灰鉛的鉛板為電源正極B.充滿二氧化鉛的鉛板為電源負極C.鉛板在放電時發(fā)生氧化反應D.鉛板在放電時發(fā)生還原反應5.在蓄電池放電時,溶液的pH將(B)A.不變 B.升高C.降低 D.無法確定解析:將放電時的兩個電極反應式相加可得:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,可見,放電時不斷消耗H2SO4,c(H+)減小,pH升高。6.在鉛蓄電池生產和使用時,下列說法中正確的是(B)A.生產和使用鉛蓄電池,不會造成環(huán)境污染B.生產和使用鉛蓄電池時,可能引起鉛中毒和環(huán)境污染C.使用鉛蓄電池時,若鉛板上有1mol鉛反應就消耗1molH2SO4D.在使用時,電池內溶液的密度會增大解析:鉛的化合物會造成環(huán)境污染,故A錯誤,B正確;由電池反應可知,1mol鉛反應消耗2molH2SO4,故C錯誤;在電池的使用過程中,硫酸溶液的濃度會逐漸降低,密度逐漸減小,故D錯誤。7.新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池以其獨特的優(yōu)勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式為:正極:FePO4+Li++e-LiFePO4,負極:Li-e-Li+。下列說法中正確的是(A)A.充電時動力電池上標注“+”的電極應與外接電源的正極相連B.充電時電池反應為FePO4+Li++e-LiFePO4C.放電時電池內部Li+向負極移動D.放電時,在正極上Li+得電子被還原7.解析:A項,充電時電池上標注“+”的電極應與電源的正極相連;B項,充電時的電池反應為放電時電池反應的逆反應,應為LiFePO4FePO4+Li;C項,放電時電池內部Li+向正極移動;D項,在正極上FePO4得電子被還原。8.有一種鋰電池,用金屬鋰和石墨作電極材料,電解質溶液是由四氯鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯()中而形成的,電池總反應方程式為:8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S,下列敘述中正確的是(D)A.電解質溶液中混入水,對電池反應無影響B(tài).金屬鋰作電池的正極,石墨作電池的負極C.電池工作過程中,亞硫酰氯(SOCl2)被還原為Li2SO3D.電池工作過程中,金屬鋰提供的電子與正極區(qū)析出硫的物質的量之比為4∶18.解析:由電池總反應式可知,Li失電子,作電池的負極,石墨作電池的正極,故B選項不正確;Li為堿金屬,易與水發(fā)生反應:2Li+2H2O2LiOH+H2↑,故A選項不正確;電池工作過程中,SOCl2被還原為S,故C選項不正確;由電池總反應式知,8molLi參與反應,可提供8mole-,同時在正極析出2molS,故本題正確選項為D。9.利用生活中常見的材料可以進行很多科學實驗,甚至制作出一些有實際應用價值的裝置來,下圖就是一個用廢舊材料制作的可用于驅動玩具的電池的示意圖。該電池工作時,有關說法正確的是(A)A.鋁罐將逐漸被腐蝕B.石墨顆粒和炭棒上發(fā)生的反應為:O2+4e-2O2-C.炭棒應與玩具電機的負極相連D.該電池工作一段時間后炭棒和石墨顆粒的質量會減輕10.化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。(1)目前常用的鎳鎘(NiCd)電池,其電池總反應可以表示為: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,以下說法中正確的是(B)①以上反應是可逆反應②以上反應不是可逆反應③充電時化學能轉變?yōu)殡娔堍芊烹姇r化學能轉變?yōu)殡娔蹵.①③ B.②④C.①④ D.②③(2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物,有資料表明一節(jié)廢鎳鎘電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴重。這是因為Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。

干電池應用廣泛,其電解質溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)該電池的負極材料是Zn(或鋅)。電池工作時,電子流向正極(填“正極”或“負極”)。

(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有雜質Cu2+,會加速某電極的腐蝕,其主要原因是鋅與還原出來的銅構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕。欲除去Cu2+,最好選用下列試劑中的b(填代號)。

·H2O【拓展提高】12.鉛蓄電池是典型的可充型電池,電池總反應式為:Pb+PbO2+4H++2S2PbSO4+2H2O。請回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原):(1)放電時,正極的電極反應式是PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O;電解液中H2SO4的濃度將變小;當外電路通過1mol電子時,理論上負極板的質量增加48g。

(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時,若按圖連接,電解一段時間后,則在A電極上生成Pb,電極反應:PbSO4+2e-Pb+SO42-,B電極上生成PbO2,電極反應PbSO4+2H2OPbO2+4H++S+2e-,此時鉛蓄電池的正負極的極性將對換。

12.解析:(1)放電時正極