《高中化学（人教版）选修四配套课件：4.2 化学电源 精讲优练课型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学（人教版）选修四配套课件：4.2 化学电源 精讲优练课型（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节化学电源 一 化学电池化学电池是将 能变成 能的装置 化学 电 1 化学电池的分类 一次 二次 燃料 2 判断电池优劣的主要标准 1 比能量 单位质量或单位体积所能输出电能的多少 单位是 W h kg 1或 W h L 1 2 比功率 单位质量或单位体积所能输出功率的大小 单位是W kg 1或W L 1 3 电池可储存时间的长短 3 化学电池回收利用 废旧电池中含 和酸碱等有害物质 应回收利用 既减少污染 又节约资源 重金属 二 一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状 不流动 也叫做干电池 一次电池不能充电 不能反复使用 1 碱性锌锰电池与银锌电池比较 锌 Zn MnO2 Ag2O Zn
2、2OH 2e Zn OH 2 Zn 2OH 2e Zn OH 2 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 2 锂电池 1 基本组成 负极 正极 MnO2 CuO FeS2等 电解质 非水溶剂 2 特点 比能量高 电压高 工作温度宽 可储存时间长 Li 微点拨 在化学电源中 作为电极的材料不一定参加电池反应 三 二次电池 以铅蓄电池为例 1 构造与组成 Pb PbO2 H2SO4 aq 2 工作原理 Pb s aq 2e PbSO4 s 氧化 还原 PbO2 s 4H aq aq 2e PbSO4 s 2H2O l 还原 氧化 3 铅蓄电池的优缺点 1 优点 可重复使用 电压稳定 使用方便 安全
3、可靠 价格低廉 在生产 生活中应用广泛 2 缺点 比能量低 笨重 废弃的电池污染环境 微点拨 1 二次电池放电为原电池原理 充电为电解池原理 2 二次电池的充电和放电的过程不是可逆反应 3 放电时的负极 或正极 反应式是充电时的阴极 或阳极 反应式的逆反应 四 燃料电池 以酸性氢氧燃料电池为例 1 基本构造 2 工作原理 负极反应 正极反应 总反应 2H2 O2 2H2O 3 特点 1 能量转换率高 超过80 2 排放废弃物少 运行时噪音低 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 自我小测 1 思考辨析 1 废旧电池中含汞 镉 铅 镍等重金属 随意丢弃会污染环境 应对废旧电池分类回收
4、集中处理 分析 随意丢弃废旧电池会污染水体和土壤 并通过食物链最终危害人类健康 因此要对废旧电池分类回收 集中处理 2 锌银电池中负极是锌 工作时发生还原反应 分析 锌是负极 但工作时发生的是氧化反应 3 蓄电池经过多次充电和放电使用后 需要给蓄电池补充硫酸 分析 蓄电池在充电和放电过程中发热 电解质溶液中的水分会不断损失 使硫酸浓度增大 故不需要补充硫酸 需要补充蒸馏水 4 电池的正极反应一定是电解质电离出的阳离子得电子 分析 如氢氧燃料电池的正极就是通入的氧气得电子发生反应 5 化学电源中的负极反应一定是电极材料失去电子 分析 电池工作时负极上发生氧化反应 但不一定是电极材料被氧化 有些电
5、池的电极材料不发生反应 如燃料电池的两个电极均不参加电极反应 只是起导体的作用 2 下列有关电池的叙述正确的是 A 锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化C 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅D 氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 解析 选B A项 锌锰干电池工作一段时间后碳棒质量不变 错误 B项 氢氧燃料电池工作时都是负极发生氧化反应 正确 C项 太阳能电池的主要材料是高纯度的硅 错误 D项 氢氧燃料电池是将化学能转变为电能 错误 3 锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为Zn s 2MnO2 2 Zn2 Mn2O3 s 2NH3 H2O 在此电池放电时
6、正极 碳棒 上发生反应的物质是 A ZnB 碳C MnO2和D Zn2 和NH3 解析 选C Zn为原电池的负极 碳棒为原电池的正极 负极Zn失电子变成Zn2 失去的电子被MnO2和得到 生成了低价态的Mn2O3和不带电的NH3 4 RJ选修4 P78改编 铅蓄电池的两极分别为Pb PbO2 电解液为H2SO4溶液 工作时的反应为Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 下列结论正确的是 A Pb为正极 被氧化B 溶液的pH不断减小C 浓度不变D 电解质溶液浓度不断减小 解析 选D 蓄电池工作时相当于原电池 Pb作负极 被氧化 A错 H2SO4不断被消耗 pH不断增大 B错 在正
7、负极上生成PbSO4 浓度减小 C错 消耗H2SO4 电解质溶液浓度不断减小 D正确 5 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池 它可以取代会产生镉污染的镉镍电池 氢镍电池的总反应式是H2 2NiO OH 2Ni OH 2 根据此反应式判断 下列叙述正确的是 A 电池放电时 电池负极周围溶液的pH不断增大B 电池放电时 镍元素被氧化C 电池充电时 氢元素被氧化D 电池放电时 H2在负极放电 解析 选D 根据电池反应可首先看出放电时 H2在负极被氧化 电极反应式为H2 2OH 2e 2H2O 故电池负极周围溶液pH不断减小 NiO OH 在正极被还原 而充电时则是氢元素被还原 镍元素被氧化 6 RJ
8、选修4 P78改编 镍镉 Ni Cd 可充电电池在充 放电时按下式进行 Cd 2NiOOH 2H2OCd OH 2 2Ni OH 2 有关该电池的说法正确的是 A 电解质溶液可以选用稀硫酸B 充电过程是将电能转化为化学能的过程C 放电时负极附近溶液的碱性不变D 放电时正极反应 Ni OH 2 e OH NiOOH H2O 解析 选B 充电时的反应物Cd OH 2和Ni OH 2均属于碱 可与酸反应 故电解质溶液不可选用稀硫酸 A错误 充电是将电能转化为化学能的过程 B正确 放电时负极反应式为Cd 2e 2OH Cd OH 2 负极附近溶液的碱性减弱 C错误 放电时正极反应式为NiOOH e H
9、2O Ni OH 2 OH D错误 一 常见燃料电池的比较思考探究 除氢气以外 烃 肼 甲醇 氨 煤气等液体或气体 均可作燃料电池的燃料 除纯氧气外 空气中的氧气也可以作氧化剂 思考下列问题 1 燃料电池的电解质常用什么 2 燃料电池的正 负极电极反应式有什么异同 归纳总结 拓展深化 燃料电池正极反应式的四种情况 1 酸性电解质 O2 4e 4H 2H2O 2 碱性 或中性 电解质 O2 4e 2H2O 4OH 3 熔融氧化物作电解质 O2 4e 2O2 4 熔融碳酸盐作电解质 O2 4e 2CO2 2 典题训练 2015 锦州高二检测 燃料电池是燃料 如CO H2 CH4等 跟氧气或空气起反
10、应 将此反应的化学能转化为电能的装置 电解质溶液通常是KOH溶液 下列关于甲烷燃料电池的说法中不正确的是 A 负极反应式为CH4 10OH 8e 7H2OB 正极反应式为2O2 4H2O 8e 8OH C 随着不断放电 电解质溶液碱性不变D 甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率高 解题指南 解答本题需注意以下3点 1 燃料电池中氧气在正极得电子 可燃物在负极失电子 2 正负两极的反应式相加得到总反应式 3 燃料电池的能量转化率高达80 解析 选C A B两项是正确的 综合A B两项知C项不正确 根据能量转化的规律 燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的 能量利用率不高 而电能转化为功
11、的效率要大得多 D项正确 互动探究 1 若将KOH溶液改为硫酸 写出负极的电极反应式 提示 CH4 2H2O 8e CO2 8H 2 若CH4改为CO 写出负极的电极反应式 提示 CO 4OH 2e 2H2O 对点训练 1 一种新型燃料电池 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 下列对该燃料电池说法正确的是 A 在熔融电解质中 O2 由负极移向正极B 电池的总反应式为2C4H10 13O28CO2 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
12、13O2 4CO2 5H2O 解析 选C 由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极 所以正极上富集电子 根据电性关系 O2 不可能移向正极 A错 燃料电池不是在点燃的条件下发生的 B错误 丁烷失电子 发生氧化反应 通入丁烷的一极是负极 D错误 O2得电子 发生还原反应 通入空气的一极是正极 C正确 2 2015 锦州高二检测 科学家成功研制了用于潜航器的镁 过氧化氢燃料电池系统 其工作原理如图所示 以下说法中错误的是 A 电池的负极反应为Mg 2e Mg2 B 电池工作时 H 向负极移动C 电池工作一段时间后 溶液的pH增大D 电池总反应式为Mg H2O2 2H Mg2 2H2O 解析 选B
13、该电池中镁为还原剂 作为负极 A正确 电池工作时 阳离子移向正极 B错误 电池工作过程为Mg H2O2 2H Mg2 2H2O 该过程中不断消耗氢离子 溶液的pH增大 C D正确 补偿训练 2015 厦门高二检测 一种新型乙醇电池用磺酸类质子作溶质 比甲醇电池效率高出32倍 电池总反应为C2H5OH 3O2 2CO2 3H2O 电池示意图如图 下列对这种电池的说法正确的是 A b极为电池的负极B 电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极C 电池正极的电极反应为4H O2 4e 2H2OD 设每个电子所带电量为q库仑 则1mol乙醇被氧化产生6NAq库仑的电量 解析 选C 由图示知 负极反应为C
14、2H5OH 12e 3H2O 2CO2 12H 正极反应为3O2 12e 12H 6H2O b为正极 电子经外电路由a到b 1mol乙醇被氧化转移12mol电子 故产生12NAq库仑的电量 二 电极反应式的书写类型典题探究 1 2015 洛阳高二检测 ZEBRA 蓄电池的结构如图所示 电极材料多孔Ni NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔 下列关于该电池的叙述错误的是 A 电池反应中有NaCl生成B 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C 正极反应为NiCl2 2e Ni 2Cl D 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 解题指南 解答本题需注意以下3点 1 根据原理图判断正负极材料
15、 2 根据原电池原理书写电极反应式 3 根据原电池原理分析离子的移动方向 解析 选B 金属钠失电子变为钠离子 NiCl2中的Ni2 被还原 剩余Cl 故有氯化钠生成 A项正确 电池的总反应应该是金属钠还原Ni2 B项错误 正极反应为Ni2 得电子生成金属镍 C项正确 钠离子导体可以传导钠离子 故钠离子可以在两极间移动 D项正确 2 2015 郑州高二检测 1 今有2H2 O22H2O的反应 构成燃料电池 则负极通入的气体应是 正极通入的气体应是 电极反应式分别为 2 如把KOH改为稀硫酸作电解质溶液 则电极反应式为 上述 1 和 2 的电解液不同 反应进行后 其溶液的pH各有何变化 3 如把H
16、2改为甲烷 KOH作导电物质 则电极反应式为 解题指南 解答本题需注意以下3点 1 正 负电极反应式之和为总反应式 2 碱性电解质溶液中没有H 参加或生成 酸性电解质溶液中没有OH 参加或生成 3 含碳可燃物作负极 碱性条件下生成 酸性条件下生成CO2 解析 1 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化 O2被还原 因此H2应在负极上反应 O2应在正极上反应 又因为是碱性溶液 此时应考虑不可能有H 参加或生成 故负极反应为2H2 4OH 4e 4H2O 正极反应为O2 2H2O 4e 4OH 2 若将电解质溶液换成酸性溶液 此时应考虑不可能有OH 参加或生成 故负 极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2O 由于前者在碱性条件下反应 KOH量不变 但工作时H2O增多 故溶液变稀 碱性减弱 pH将减小 而后者为酸溶液 H2SO4量不变 水增多 溶液酸性减弱 故pH将增大 3 如把H2改为甲烷 用KOH作导电物质 根据反应CH4 2O2 CO2 2H2O 则负极为发生氧化反应 的CH4 正极为发生还原反应的O2 由于有KOH存在 此时不会有CO2放出 答案 1 H2O2负极 2H
