高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 2 化学电源学案 苏教版选修4.doc

化学电源【考点精讲】1.碱性锌锰干电池一次电池正极反应：2MnO22H2O2e2MnOOH2OH；负极反应：Zn2OH2eZn（OH）2；总反应式：Zn2MnO22H2O2MnOOHZn（OH）2。2.锌银电池一次电池负极反应：Zn2OH2eZn（OH）2；正极反应：Ag2OH2O2e2Ag2OH；总反应式：ZnAg2OH2OZn（OH）22Ag。3.二次电池（可充电电池）铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。（1）放电时的反应负极反应：Pb2ePbSO4；正极反应：PbO24H2ePbSO42H2O；总反应：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。（2）充电时的反应阴极反应：PbSO42ePb；阳极反应：PbSO42H2O2ePbO24H；总反应：2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4。4.燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。种类酸性碱性负极反应式2H24e4H2H24OH4e4H2O正极反应式O24e4H2H2OO22H2O4e4OH电池总反应式2H2O22H2O【典例精析】例题1一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷（C4H10）气体；电解质是掺有杂质氧化铱（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下传导O2。下列对该燃料电池的说法中正确的是（）A.在熔融电解质中，O2由负极移向正极B.电池的总反应式是：2C4H1013O28CO210H2OC.通入空气的一极是正极，电极反应式为：O24e2O2D.通入丁烷的一极是正极，电极反应式为：C4H1026e13O24CO25H2O思路导航：燃料电池中的化学反应，燃料（还原剂）在负极发生氧化反应，氧气（氧化剂）在正极发生还原反应，则通入丁烷的一极是负极，通入空气的一极是正极。电池电解质中离子的流向遵循电荷的异性相吸规律，负极呈阳性，阴离子流向负极，正极呈阴性，阳离子移向正极。答案：B、C例题2可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是（）A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O22H2O4e4OHB.以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al3OH3eAl（OH）3C.以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极思路导航：本题中电解质溶液显中性或碱性时，该燃料电池的正极反应均为O22H2O4e4OH，A正确；铝作负极，Al失去电子变为Al3，在NaOH溶液中Al3与过量的OH反应生成AlO，因此负极反应为Al3e4OHAlO2H2O，B错误；以NaOH溶液为电解液时，该燃料电池的总反应为4Al3O24OH4AlO2H2O，反应过程中消耗了OH，所以电解液的pH降低，C错误；燃料电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，D错误。答案：A例题3氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图所示为电池示意图，该电池电极表面均匀地镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答下列问题：（1）氢氧燃料电池能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动的方向为_（用a、b表示）。（2）负极反应式为_。（3）电极表面镀铂粉的原因为_。（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能，因此大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2OLiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体的密度为0.82 gcm3。用锂吸收224 L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积之比为_。由生成的LiH与H2O反应放出的H2用作电池燃料，若能量的转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。思路导航：本题考查电化学知识。（1）原电池的工作原理是将化学能转化成电能。该燃料电池的总反应方程式为2H2O22H2O，其中H元素从0价升至1价，失去电子，即电子从a流向b。（2）负极为失去电子的一极，即H2失去电子生成H，由于电解质溶液是碱性的，故电极反应式左右两边应各加上OH。（3）铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。（4）由题给两个方程式可知，Li从0价升至1价，作还原剂。H2O中的H由1价降至H2中的0价，作氧化剂。由反应知，当吸收10 mol H2时，生成20 mol LiH，V（LiH）m/208/（0.82103）195.12103（L）。V（LiH）/V（H2）195.12103 L/224 L8.7104。20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2的物质的量为2080%16mol，1 mol H2转移2 mol电子，所以16 mol H2转移32 mol电子。答案：（1）化学能转化为电能由a到b（2）H22OH2e2H2O（3）增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，可加快反应速率（4）LiH2O8.710432【总结提升】可逆反应与原电池的工作原理当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子的流向相反，说明化学平衡移动方向相反。例题已知在酸性条件下发生的反应为AsO2I2HAsOI2H2O，在碱性条件下发生的反应为AsOI22OHAsOH2O2I。设计如图装置（C1、C2均为石墨电极），分别进行下述操作：.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸.向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题：（1）两次操作中指针为什么发生偏转？（2）两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释。（3）操作过程中C1棒上发生的反应为_；（4）操作过程中C2棒上发生的反应为_。（5）操作过程中，盐桥中的K移向_烧杯溶液（填“A”或“B”）。思路导航：由于酸性条件下发生反应AsO2I2HAsOI2H2O，碱性条件下发生反应AsOI22OHAsOH2O2I，两者都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素：不同环境中的两电极（连接）；电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；形成闭合回路。当加酸时，c（H）增大，C1：2I2eI2，这是负极；C2：AsO2H2eAsOH2O，这是正极。当加碱时，c（OH）增大，C1：I22e2I，这是正极；C2：AsO2OH2eAsOH2O，这是负极。答案：（1）两次操作中均能形成原电池，化学能转化成电能。（2）（）加酸，c（H）增大，AsO得电子，I失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。（）加碱，c（OH）增大，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。（3）2I2eI2（4）AsO2OH2eAsOH2O（5）A