2018-2019年高中化学 第04章 电化学基础 专题4.2 化学电池导学案 新人教版选修4.doc

4-2 化学电源【学习目标】1了解化学电源的分类方法。2了解几种常见化学电源的组成和工作原理。3了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。【学习重难点】学习重点：常见化学电源的组成和工作原理学习难点：常见化学电源的组成和工作原理【自主预习】一、化学电源（一）化学电源的分类1一次电池：电池中发生反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。2二次电池：可多次的电池。3燃料电池：利用和间的氧化还原反应将能转化为能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因 4判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池或 以及电池的可存储时间的长短。O2 +4e- +2CO2=2CO32-二、一次电池（一）锌锰电池分为酸性和碱性两种 1普通锌锰电池：酸性电解质为负极：材料，反应式：正极：材料，反应式：22 e-2MnO22NH3Mn2O3H2O总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl 2+2NH32 碱性锌锰电池： 负极：材料，反应式：正极：材料，反应式：2MnO2+2e-+2H2O =2MnOOH+2OH-总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2（二）银锌电池 负极：材料，反应式： 。正极：材料，反应式：。总反应化学反应方程式：Zn +AgO2 +H2O= Zn(OH)2+2Ag三、二次电池（一）铅蓄电池最常见的二次电池 总反应化学反应方程式： 放电时：负极：材料，反应式： 。正极：材料，反应式：。充电时：阳极(氧化反应)：材料，反应式：阴极(还原反应)：材料，反应式：小规律：1、充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。2、充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。（二）目前已经开发的新型二次电池有课堂练习高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是A 放电时负极反应为：Zn22OHZ(OH)2B 充电时阳极反应为：Fe(OH)33e5OHFeO424H2OC 放电时每转移3mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化D 放电时正极附近溶液的碱性增强四、燃料电池（一）氢氧燃料电池总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是：1、使用中性电解质负极反应式：；正极反应式：。2使用酸性电解质负极反应式：；正极反应式：。3使用碱性电解质负极反应式：；正极反应式：。小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择性的电解质。燃料电池与前几种电池的比较的优势：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出 能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。氢燃料电池等的产物对环境是友好的。（二）其它燃料电池 课堂练习某种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是：2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 + 4e- = 2O2-D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e- + 13O2 = 4CO2 + 5H2O五、熔融盐电池熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池。负极反应式：2CO+2CO32-4e- = 4CO2，正极反应式：， 电池总反应式：。 2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极先写正极：正极一般是O2得电子发生还原反应。看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中产物中不能出现的H+，酸性介质中产物中不能出现的OH-。得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。检查：质量守恒和电荷守恒。【预习检测】1下列说法错误的是( )A依据原电池的原理设计出了化学电源B原电池是化学电源的雏形C判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活泼性D氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源2下列说法中，不正确的是( )A化学电池是将化学能转变成电能的装置B化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护D废旧电池可以随意丢弃合作探究探究活动一：化学电池化学电池是将 的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表：种类特点(分类依据)实例一次电池 二次电池 燃料电池 归纳总结化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(可充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有 和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给 、 等造成严重的污染。所以废弃电池要进行回收利用。【学以致用】1下列说法正确的是( )A碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质大量储存在电池内部2下列有关电池的说法不正确的是( )A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极 探究活动二：常见的化学电池1一次电池（1）碱性锌锰干电池是一种常用的一次电池，其负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 溶液。负极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O，正极反应式：MnO22H2O2e=Mn(OH)22OH，总反应式：ZnMnO2H2O=Mn(OH)2ZnO。（2）锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据总反应式ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag判断：负极是 ，其依据是 。正极反应式是 ，反应类型是 。2二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：PbPbO22H2SO4放电2PbSO42H2O（1）请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式负极： ；正极： 。（2）铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是 ，其电极反应式是 ；发生还原反应的物质是 ，其电极反应式是 。（3）放电过程中，电解质溶液的pH变化是 ，理由是 。3燃料电池（1）氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2O2=2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应介质负极反应式正极反应式酸性 中性 碱性 （2）燃料电池的燃料除氢气外，还有 、 、 、氨气、肼等气体或液体。若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是 ，其产物最终是 ，负极反应式是 ；正极反应式是 ；总反应式是 。归纳总结1常见化学电池的比较（1）一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。（2）二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。（3）燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。2书写化学电池中电极反应式注意的问题（1）正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。（2）确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。（3）在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。（4）书写二次电池的电极反应式时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。【学以致用】3微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn2OH2e=ZnOH2OAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应为Ag2OZn=ZnO2Ag根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )A在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极CZn是负极，Ag2O是正极DZn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应4一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H618OH14e=2CO12H2O、7H2OO214e=14OH，有关此电池的推断正确的是( )A通氧气的电极为负极B参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为72C放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变D电解质溶液中，CO向正极移动5用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列说法错误的是( )A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高C放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D通甲烷极的电极反应式是CH410OH8e=CO7H2O【学习小结】 【巩固练习】1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列说法中，错误的是( )A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过02 mol电子，锌的质量减少 65 g2铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列结论正确的是( )APb为正极被氧化 B溶液的pH不断减小CSO只向PbO2处移动 D电解质溶液pH不断增大3我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O=4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )A正极反应式为O22H2O4e=4OHB电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极C以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积D该电池通常只需更换铝板就可继续使用4（1）今有反应2H2O22H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是_，正极通入的应是_，电极反应式分别为_、_。（2）如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为_、_。（3）上述（1）和（2）的电解质溶液不同，反应进行后，（1）中溶液pH变_(填“大”或“小”，下同)，（2）中溶液pH变_。（4）如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质溶液，则电极反应式分别为_、_。 【总结与反思】通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。 【参考答案】【自主预习】略【预习检测】1 C 2 D【合作探究】探究活动一：化学能转化电能种类特点(分类依据)实例一次电池放完电以后不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池充电、放电可循环进行铅蓄电池、镍氢电池燃料电池可通过不断充入还原剂、氧化剂，连续使用氢氧燃料电池、CH4燃料电池归纳总结汞、镉、铬、铅等大量的重金属，土壤，水源【学以致用】1 C 2 B 3 （1）介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO22H2O4e=4OH碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH （2）烃类、醇类、煤气、，CH3OH， H2O、CO， 2CH3OH12e16OH=2CO12H2O； 3O26H2O12e=12OH； 2CH3OH3O24OH=2CO6H2O。【学以致用】3 C 4 B 5 C【巩固练习】