高二苏教版化学选修4同步导学案1-2 课时2 化学电源

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1、1-2 课时 2 化学电源知能定位 1.了解化学电源的种类及工作原理，认识化学能转化为电能的实际意义。 2.了解常见的一次电池、二次电池和燃料电池。 3.了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。 情景切入 各种电池在我们的生活中发挥着重要作用，你想知道它们的构造吗？它们工作的原理是 怎样的呢？自主研习 一、电池的种类及特点电池一次电池可充电电池燃料电池特点只能放电， 不能充电可反复充电和放电， 充电时是一个电解池； 放电时是一个原电池能量利用率高可连续 使用，污染轻二、常见电池 1.银锌纽扣电池（一次电池） （1）组成 正极为 Ag2O，负极为 Zn，电解质溶液为 KOH 溶液。 （2）电极反

2、应和电池反应 正极反应： H2O+Ag2O+2e-=2Ag+2OH- 负极反应： Zn+2OH-=2e-+Zn(OH) 2电池反应： H2O+Ag2O+Zn=2Ag+Zn(OH) 22.锌锰干电池（一次电池） （1）组成：分为酸性锌锰干电池（普通锌锰干电池）和碱性锌锰干电池，其正极为石墨 棒，负极为锌筒，前者电解质溶液为 NH4Cl 和 ZnCl2混合液，后者电解质为 KOH。 （2）电极反应及电池反应 碱性锌锰干电池 负极反应：Zn+2OH-2e-=Zn(OH) 2 正极反应： 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电池反应: Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH) 2+2M

3、nOOH3.铅蓄电池（二次电池）（1）组成：正极材料为 PbO2,负极材料为 Pb,电解质溶液为 H2SO4溶液。 （2）电极反应及电池反应 铅蓄电池的放电反应是原电池反应，其电极反应式和电池反应式为： 负极：Pb+SO-42-2e-=PbSO4 正极： PbO2+4H+2e-+SO2-4=PbSO4+2H2O+2OH- 电池反应：Pb+PbO2+4H+2SO2-4=2PbSO4+2H2O 铅蓄电池充电反应是上述反应的逆反应： 阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO2-4 阳极： PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO2-4 总反应式：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H+2

4、SO2-4 铅蓄电池的充、放电原理可用化学方程式表示： Pb+PbO2+2H2SO4 充电 放电 PbSO4+2H2O4.氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是以氢气为燃料，氧气为氧化剂的燃料电池，其工作原理如上图所示。氢 气、氧气分别在多孔金属电极上发生氧化、还原反应，其反应可表示如下： 负极： H2-2e-+2OH-=2H2O正极：O2+H2O+2e-=2OH-21电池反应： H2+O2=H2O21课堂师生互动 知识点 1 可充电电池的工作原理 （1）放电时对外做功，发生原电池反应，充电时则是外电源对电池做功，发生电解反应。 （2）电极：放电时的负极在充电时与外电源的负极相连，作阴极；放电时的正极在

5、充电时 与外电源的正极相连，作阳极。 （3）电极反应属性：放电时发生氧化反应的电极在充电时发生还原反应，放电时发生还原 反应的电极在充电时发生氧化反应。 原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。 原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。 考例 1 镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH 2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是 ( ) A.充电时阳极反应：Ni(OH) 2-e-+OH-=NiOOH+H2O B.充电过程是化学

6、能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的 OH-向正极移动 解析：由充电时方程式中的 Cd 和 Ni 的化合价的变化可知，Ni(OH) 2作阳极，电解质溶液 为 KOH，所以电极反应式为:Ni(OH) 2-e-+OH-=NiOOH+H2O； Cd(OH) 2作阴极； Cd(OH) 2+2e-=Cd+2OH；充电的过程是将电能转化为化学能；放电时，Cd 作负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH) 2,Cd 周围的 c (OH-)下降，OH-向负极移动。 答案： A 变式探究 1 LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反

7、应为:FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是 LiFePO4，负极材料是石墨，含 Li+导电固体为电解质。下列有关 LiFePO4电池说法不正确的是 ( ) A.可加入硫酸以提高电解质的导电性 B.放电时电池内部 Li+向正极移动 C.充电过程中，电池正极材料的质量减少 D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e-=LiFePO4 答案： A 解析：放电时，负极：Li-e-=Li+,正极：FePO4+Li+e-=LiFePO4；充电时，阳极：LiFePO4- e-=FePO4+Li+，阴极：Li+e-=Li,所以易知 C、D 正确。若加入硫酸，与 Li 单质（固体） 发生反应，故

8、 A 不正确；放电时，Li+（正电荷）应在电池内部（电解质中）向正极移动， 故 B 正确。 变式探究 2 （2011龙岩高二检测）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。 已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH) 2+2Ni(OH) 2该电池的负极材料是 ( )A.Cd(OH) 2 B.Cd C.Ni(OH) 2 D.NiOOH答案： B 解析：在该电池中 Cd 失电子，作负极。NiOOH 在正极得电子。 知识点 2 化学电源的结构和原理 原电池的类型 原电池基本类型较多：（1）负极参与反应的原电池：活泼金属作电极构

9、成原电池，被腐 蚀的金属作负极；（2）两电极都参加反应的电极：可充电电池是两个电极都参与反应的原 电池；（3）两个电极不参加反应的原电池：用惰性电极作两极，分别向两极上通入参与氧 化还原反应的气体，从而形成原电池。 考例 2 （2011拉萨高二检测）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：选项原因分析结论A锌锰干电池工作后碳棒不变了错误B氢氧燃料电池工作时都是负极发生氧化反应,H2-2e-=2H+正确C太阳能电池的主要材料是高纯度的

10、硅错误D氢氧燃料电池是将化学能转变为电能错误答案： B 变式探究 3 （2009江苏，12）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。 关于该电池的叙述正确的是（ ） A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+ C.放电过程中，H+从正极区向负极区迁移 D.在电池反应中，每消耗 1 mol 氧气理论上能生成标准状况下CO2气体L64 .22答案： B 解析：本题考查原电池知识。微生物燃料电池只能在常温下工作，A 错；放电过程为原 电池反应，H+应向正极迁移，C 错；由电池反应 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 知，

11、每消耗 1 mol O2理论上生成 1 mol CO2，即标况下 22.4 L，D 错。 变式探究 4 日常所用的干电池其电极分别为碳棒（上面有铜帽）和锌（皮） ，以糊状 NH4Cl 和 ZnCl2作为电解质（其中加入 MnO2吸收 H2） ，电极反应可简化为： Zn-2e-=Zn2+，2NH+4+2e-=2NH3+H2（NH3与 Zn2+结合） ，根据上述叙述判断（ ） A.Zn 为正极，碳为负极 B.Zn 为负极，碳为正极 C.工作时电子由碳极经外电路流向锌极 D.长时间连续使用时内装的糊状物可能流出腐蚀所用的电器 答案: BD 解析:对于原电池，相对活泼（指金属性）的一极为负极，相对不活

12、泼的一极为正极，B 项正确。在外电路中，正极的电势比负极的电势高，故电路中电流的方向是正极指向负 极，所以电子应从负极流向正极，C 选项不正确。长时间连续使用该原电池由于锌皮慢 慢溶解而被腐蚀，且 MnO2不断吸收 H2生成 H2O，糊状物也越来越稀，故很可能流出腐 蚀电器，D 正确。 变式探究 5 下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）A.a 电极是负极 B.b 电极的电极反应式为：4OH-4e-=2H2O+O2 C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内的新型发电装置 答案： B 解析：首先明确

13、燃料电池是一种原电池。选项 A 中 a 电极通氢气，氢气是还原性的气体， 是负极。选项 B 中参加反应的是氧化性的氧气，电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-。选项 C 中该燃料电池总反应生成水，是绿色电源。选项 D 中燃料电池在工作时，氢气、氧气 不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名副其实的把 能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器” 。 课后强化作业 基础夯实1. (2009广东理基)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

14、转化为电能 D.锌锰干电池中，锌电极是负极 答案： B 2.电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为 KOH 溶液，其电极反应如 下：锌极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH) 2，氧化银极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，下列说法正确的 是（ ） A.锌为正极，被氧化 B.Ag2O 是正极，发生还原反应 C.电子从负极流向 Ag2O 极 D.Zn 为负极，被还原 答案： BC 解析：依据原电池工作原理分析 A、B、C、D 四项。从已知反应式可知，锌失电子，被 氧化，而原电池的负极失电子被氧化，故 Zn 极为负极，A、D 错误。Ag2O 中得电子，发生还原反应，故为正极

15、，B 正确，原电池的外电路中，电子是从1 Ag负极经导线流到正极，故 C 正确。 3.已知空气锌电池的电极反应式为：锌：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,石墨：O2+H2O+2e-=2OH-，据此判断锌片是 ( )21A.负极，并被氧化 B.负极，并被还原 C.正极，并被氧化 D.正极，并被还原 答案： A 解析：负极为失电子的活泼金属，发生氧化反应。 4.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH 溶液作电解质，正极反应为： O2+2H2O+4e-=4OH-,负极反应为：2H2+4OH-4e-=4H2O,下列叙述不正确的是 ( ) A.H2在负极发生氧化反应 B.燃料电池的能量转化率可达 100% C.是一种高效、环保的发电装置 D.供电时的总反应为：2H2+O2=2H2O 答案： B 解析：该燃料电池中，通 H2的电极作负极，发生氧化反应；通 O2的电极为正极，发生 还原反应，总反应式为 2H2+O2=2H2O,是一种高效、环保的发电装置，燃料电池的能量 转化率比燃料直接燃烧时高，但达不到 100%。 5.氢镍电池是近年开发出来的可充电