6.3.2化學電源-高一化學講義（蘇教2019）原卷版

專題6化學反應(yīng)與能量變化第三單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化第2課時化學電源[學習目標]1.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。2.知道電解池，了解電解池的工作原理課前預(yù)習課前預(yù)習知識點01化學電源1．概念及分類（1）利用原電池原理，將直接轉(zhuǎn)化為?；瘜W電源的能量轉(zhuǎn)化率比燃料燃燒。（2）化學電源有電池、電池和電池等。電池用過之后不能復(fù)原，電池充電后能繼續(xù)使用。2．常見的化學電源（1）一次電池：鋅錳干電池。（2）二次電池：銀鋅紐扣電池、鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等。（3）燃料電池：氫氧燃料電池、甲醇空氣燃料電池等。3．燃料電池（1）燃料電池與火力發(fā)電相比，其燃料的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高。與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等。（2）氫氧燃料電池：在負極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的是，產(chǎn)物是。（3）以KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的電極反應(yīng)如下：負極：(氧化反應(yīng))；正極：(還原反應(yīng))；電池反應(yīng)：。知識點02電解和電解池1．電解池電解池是將能轉(zhuǎn)化為能的裝置。電解池中，與直流電源正極相連的電極為，與負極相連的電極為。2．電解在物質(zhì)制備中的應(yīng)用（1）電解水制取氫氣和氧氣：（2）電解飽和食鹽水：（3）冶煉Na、Mg、Al等活潑金屬（寫出相應(yīng)的化學方程式）①冶煉金屬鈉：②冶煉金屬鎂：③冶煉金屬鋁：（4）電解氧化鋁的電極反應(yīng)式：陰極：陽極：知識點總結(jié)知識點總結(jié)一、常見的化學電源1、鋅錳干電池(1)結(jié)構(gòu)鋅錳干電池是以鋅筒為負極，石墨棒為正極，在石墨棒周圍填充糊狀的MnO2和NH4Cl作電解質(zhì)。(2)原理鋅錳電池是一次電池，放電之后不能充電，內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的。(3)電極反應(yīng)負極發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，正極發(fā)生的電極反應(yīng)為2MnO2＋2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。(4)缺陷與改進措施鋅錳干電池電量小，而且在放電過程中容易發(fā)生氣脹或漏液，會導(dǎo)致電器設(shè)備的腐蝕。改進措施：①在外殼套上防腐金屬筒或塑料筒制成防漏電池；②將電池內(nèi)的電解質(zhì)NH4Cl換成濕的KOH，并在構(gòu)造上進行改進，制成堿性鋅錳電池。2．充電電池(1)充電電池又稱二次電池。其能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是化學能電能。(2)常見的充電電池①鉛蓄電池常作汽車電瓶，電壓穩(wěn)定，使用方便安全。負極材料是Pb，正極材料是PbO2，電解質(zhì)溶液是硫酸溶液。②鎳鎘電池以Cd為負極，NiO(OH)為正極，以KOH為電解質(zhì)，壽命比鉛蓄電池長，但鎘是致癌物質(zhì)，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會嚴重污染環(huán)境。③鋰離子電池堿金屬中的Li是最輕的金屬，活動性極強，是制造電池的理想物質(zhì)。鋰離子電池是新一代可充電的綠色電池。3．燃料電池(1)燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。(2)燃料電池與火力發(fā)電相比，其燃料的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高。與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等?？键c2電解池電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。在生產(chǎn)、生活實際中，許多化學反應(yīng)都是通過電解的方法來實現(xiàn)的。例如，電解水制得氫氣和氧氣:電解飽和食鹽水制備燒堿、氯氣和氫氣、電解鋁。在這些例子中，電能轉(zhuǎn)化為化學能。利用電解我們可以獲得普通化學方法難以制備的物質(zhì)?！敬笳锌偨Y(jié)】1.鋅錳電池是一次電池，放電之后不能充電，內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的。2．電極反應(yīng)式的書寫方法（1）負極反應(yīng)式的書寫先判斷負極材料，然后再分析其反應(yīng)特點，并注意電解質(zhì)溶液的成分對電極產(chǎn)物的影響。（2）正極反應(yīng)式的書寫①首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)當負極材料與電解質(zhì)溶液能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種微粒；當負極材料與電解質(zhì)溶液不能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的O2。②再根據(jù)具體情況寫出正極反應(yīng)式，在書寫時也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的問題，若參與反應(yīng)也要書寫疊加式。3．原電池電極反應(yīng)式書寫要點（1）正確判斷原電池的負極和正極，確定兩極上分別發(fā)生的具體反應(yīng)。（2）確認電極得失電子后的產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，若能反應(yīng)，則應(yīng)寫與電解質(zhì)溶液反應(yīng)后的電極反應(yīng)式。（3）在正極上，若是電解質(zhì)溶液中的某種離子被還原，提供該離子的電解質(zhì)無論電離難易如何，一律寫離子符號(而在原電池反應(yīng)中，要遵循離子方程式的書寫規(guī)則，只有易溶的強電解質(zhì)用離子符號表示)。典型例題典型例題【例1】下列說法中正確的是(????)A.鎳氫電池、鋰離子電池和鋅錳干電池都是二次電池B.氫氧燃料電池是一種高效且不會污染環(huán)境的新型電池C.鉛蓄電池放電的時候正極材料是鉛，負極材料是二氧化鉛D.鉛蓄電池充電時將化學能轉(zhuǎn)化為電能【答案】B【解析】A.鎳氫電池、鋰電池為二次電池，鋅錳干電池為一次電池，故A錯誤；B.氫氧燃料電池產(chǎn)物為H2C.鉛蓄電池放電的時候，Pb被氧化，為原電池的負極，PbOD.鉛蓄電池充電時是將電能轉(zhuǎn)化為化學能，故D錯誤；故選B?！纠?】我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na?CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3COA.放電時，ClO4B.充電時釋放CO2C.放電時，正極反應(yīng)為3CD.充電時，正極反應(yīng)為N【答案】D【解析】放電時，該裝置為原電池，陰離子向負極移動，則ClO4?向負極移動，據(jù)電池總反應(yīng)可知，放電時吸收CO2生成Na2C放電時，CO2在正極上發(fā)生還原反應(yīng)生成C和CO32?充電時，Na+在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Na【例3】下列關(guān)于原電池和電解池的比較中正確的是(

)A.能量轉(zhuǎn)化形式相同B.兩電極的名稱相同C.向負極和陰極上移動的離子類別相同D.負極和陽極上發(fā)生的反應(yīng)類型相同【答案】D【解析】A.電解池中有外接電源，是把電能轉(zhuǎn)化為化學能，原電池向外提供電能，是把化學能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；B.原電池中的電極分別為正負極，電解池中的電極為陰陽極，故B錯誤；C.原電池中陰離子向負極，陽離子向正極移動，電解池中陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，所以負極和陰極上移向的離子類別不相同，故C錯誤；D.原電池中負極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解池中陽極上的電極反應(yīng)物失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，故D正確。

【例4】如下圖所示，A、B、C三個裝置中的三個燒杯分別盛有足量的CuCl(1)A、B、C三個裝置中屬于原電池的是________(填標號，下同)，屬于電解池的是________。(2)A池中Zn是________極，發(fā)生________(填“氧化”或“還原”，下同)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為________；Cu是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)式為________。A中總反應(yīng)的化學方程式為________。(3)B池中石墨是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為________；Pt是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為________。B池中總反應(yīng)的化學方程式為________。(4)C池中Zn是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為________；Cu是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為________。反應(yīng)過程中，電解質(zhì)溶液濃度________(填“變大”、“變小”或“不變”)。【答案】(1)A；BC；(2)負；氧化；Zn?2e?=Zn2+(3)陰；還原；Cu2++2e?(4)陰；還原；Cu2++2【解析】(1)把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置是電解池，所以電解池有外接電源，所以A為原電池，B、C有外加電源，應(yīng)為電解池；故答案為：A；BC；(2)A為原電池，鋅為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為Zn?2e?=Zn2+故答案為：負；氧化；Zn?2e?=Zn2+(3)B為電解池，左邊石墨電極連接電源負極，為電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為Cu2++2e?=Cu，右邊(4)裝置C中陽極為活性電極Cu，當陽極不是惰性電極時，電極本身會被強迫失電子而發(fā)生氧化反應(yīng)Cu?2e?=Cu2+故答案為：陰；還原；Cu2++2e【例5】燃料電池是一種將化學反應(yīng)產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。某研究性學習小組在一次活動中，參照下圖組裝實驗裝置，以外面纏繞棉花的碳棒為電極，電解質(zhì)溶液用0.5mol·L－1Na2SO4溶液，電源用3～6V直流電源，發(fā)光二極管起輝電壓為1.7V，電流為0.6mA。(1)在碳棒電極外面纏繞棉花的作用是________________________。(2)按下開關(guān)S1，半分鐘后兩碳棒上產(chǎn)生明顯的氣泡，此時碳棒C1為________極，裝置中發(fā)生的總反應(yīng)的化學方程式為____________________________________________。(3)斷開開關(guān)S1，按下開關(guān)S2，可觀察到的明顯現(xiàn)象為________；碳棒C2為________極，其電極反應(yīng)式為________________________________________________________。答案：(1)使碳棒吸附較多的氣體，有利于形成燃料電池(2)陽極2H2O通電,O2↑＋2H2↑(3)發(fā)光二極管發(fā)光負H2－2e－=2H＋強化訓(xùn)練強化訓(xùn)練1．下列電池不屬于二次電池（可充電電池）的是A．鋅錳電池 B．鋰離子電池C．鉛蓄電池 D．鎳鎘電池2．下列說法錯誤的是A．鋅錳干電池中，鋅筒是負極，不斷被消耗B．的鋰離子電池屬于二次電池C．構(gòu)成原電池的正極和負極的材料必須是兩種活潑性不同的金屬D．太陽能電池的主要材料是高純硅3．鎳鎘(Ni—Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，它的充放電反應(yīng)按下式進行：Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可知，該電池放電時的負極材料是A．Cd(OH)2 B．Cd C．Ni(OH)2 D．NiO(OH)4．下列說法正確的是A．鈉硫可充電電池充電時電能全部轉(zhuǎn)化為化學能B．地下鋼鐵管道用導(dǎo)線連接錫塊可以減緩管道的腐蝕C．一定溫度下，CH3COOH稀溶液中加入少量的冰醋酸，溶液中增大D．常溫常壓下，銅與稀硝酸反應(yīng)生成22.4LNO，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.806×1024個5．鎂鋰雙離子新型二次電池如圖所示，下列關(guān)于該電池的說法正確的是A．放電時，Mg作負極，溶液中由右向左移動B．充電時，陽極的電極反應(yīng)式為C．充電時，Y應(yīng)與外加電源的正極相連，此電極上的物質(zhì)發(fā)生了還原反應(yīng)D．放電時，導(dǎo)線上每通過，左室溶液質(zhì)量增重6．化學與生活密切相關(guān)，下列敘述正確的是A．SO2是一種有毒物質(zhì)，因此不能作為食品添加劑使用B．SO2、CO2和氮氧化物是形成酸雨的主要物質(zhì)C．硫酸鋇在醫(yī)療上可用作消化系統(tǒng)X射線檢查的內(nèi)服藥劑，俗稱“鋇餐”D．常用的鋅錳干電池和鉛酸蓄電池都屬于二次電池7．球形尖晶石（LiMn2O4）屬于等軸晶系，可作耐火材料，常用低溫電解法制備，制備過程中的能量轉(zhuǎn)化形式是（

）A．電能轉(zhuǎn)化為化學能 B．化學能轉(zhuǎn)化為電能C．機械能轉(zhuǎn)化為化學能 D．化學能轉(zhuǎn)化為機械能8．下列四個常用電化學裝置的敘述錯誤的是A水果電池圖B干電池C鉛蓄電池D氫氧燃料電池A．水果電池中電流從銅片流出B．干電池中鋅皮作負極C．鉛蓄電池放電過程中硫酸溶液濃度減小D．燃料電池正極反應(yīng)：O2+2H2O+4e=4OH9．鉛蓄電池的工作原理為Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，下列判斷正確的是A．該反應(yīng)是可逆反應(yīng)B．充電時電池的鉛電極連接電源的正極C．電池工作一段時間后需要補充硫酸D．鉛蓄電池放電時，正極與負極質(zhì)量均增加10．下列說法正確的是A．圖1所示裝置可以將化學能轉(zhuǎn)化為電能B．圖2所示反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C．鋅錳干電池中，鋅筒作正極D．蓄電池充電時，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)11．汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，該電池在放電時的總反應(yīng)方程式為PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(1)，根據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述正確的是A．PbO2是電池的負極B．負極的電極反應(yīng)式為Pb+SO2e－=PbSO4C．鉛蓄電池放電時，每轉(zhuǎn)移2mol電子消耗1molH2SO4D．電池放電時，兩電極質(zhì)量均增加，且每轉(zhuǎn)移1mol電子時正極質(zhì)量增加48g12．2019年諾貝爾化學獎授予了在鋰離子電池領(lǐng)域作出突出貢獻的三位科學家。一類鋰離子電池的電池總反應(yīng)為LixC6＋Li1xYC6(石墨)+LiY。已知電子電量為1.6×10－19C，下列關(guān)于這類電池的說法中錯誤的是A．金屬鋰的價電子密度約為13760C/g B．從能量角度看它們都屬于蓄電池C．在放電時鋰元素發(fā)生了還原反應(yīng) D．在充電時鋰離子將嵌入石墨電極13．下列有關(guān)電池的說法不正確的是A．上用的鋰離子電池屬于二次電池B．鋅錳干電池中，鋅電極是負極C．甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能D．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極14．磷酸鐵鋰電池放電時正極的反應(yīng)式為。該電池放電時的工作原理如圖所示。下列敘述正確的是A．充電時，電子由鋁箔經(jīng)溶液流向銅箔B．放電時，負極發(fā)生的電極反應(yīng)：C．放電時，Li+通過隔膜移向正極D．該電池放電過程中C、Fe、P元素化合價均發(fā)生變化15．目前汽車最常用的啟動電源為鉛蓄電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。鉛蓄電池放電時的電池總反應(yīng)為。下列敘述錯誤的是A．是金屬氧化物，固態(tài)不能導(dǎo)電，不能作電極B．放電時，得到電子，被還原生成C．放電時，Pb作負極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)D．放電時，移向正極，溶液的酸性減弱16．I．硅是無機非金屬材料的主角，請回答下列問題：(1)埋在地下的光導(dǎo)纖維如果裸露在堿性土壤中，會導(dǎo)致短路，用離子方程式說明原因：。Ⅱ．晶體硅是信息科學和能源科學中的一種重要材料，如圖所示流程是工業(yè)上制取純硅的一種方法。請回答下列問題：(2)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應(yīng)的有(填標號)；反應(yīng)②和③是否為可逆反應(yīng)并說明理由：。(3)寫出反應(yīng)①的化學方程式：。(4)化合物W的用途很廣，可用于制備硅膠和木材防火劑等，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應(yīng)，可生成化合物W，其化學方程式是。(5)微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)式為，。根據(jù)上述反應(yīng)式，完成下列題目。①判斷下列敘述中正確的是。A．在使用過程中，電解質(zhì)KOH不斷被消耗B．使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極C．Zn是負極，Ag2O是正極D．Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng)②寫出電池的總反應(yīng)式：。③使用時，負極區(qū)的c(OH)(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，電解質(zhì)溶液中的c(OH)。17．按下圖裝置進行實驗，并回答下列問題：（1）判斷裝置的名稱：A池為，B池為。（2）銅極為極，電極反應(yīng)式為。（3）B裝置中，C1與C2均為石墨棒，石墨棒C1為極，電極反應(yīng)式為，石墨棒C2附近發(fā)生的實驗現(xiàn)象