2013-2014学年高中化学4.2.1化学电源导学案新人教版选修4

1放电充电第四章电化学基础第二节化学电源【学习目标】1、常识性介绍日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。【学习重点】化学电源的结构及电极反应的书写【学习过程】化学电源是将化学能转化为电能的装置，它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。一次电池（又称干电池）如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。（1）碱性锌锰电池，电解质是KOH，其电极反应：负极（Zn）：正极（MnO2）：总反应：（2）锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极总反应如下：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag则：负极()：正极()：二次电池（又称充电电池或蓄电池）如：铅蓄电池。反应方程式如下式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)①其放电电极反应：负极()：正极()：②其充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：（电化学上规定：发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极）阴极：阳极：燃料电池燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般的化学电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。如：氢氧燃料电池。①酸性介质时，电极反应：负极：正极：总反应：②碱性介质时，电极反应：负极：正极：总反应：除H2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，空气中的氧气也可作氧化剂。燃料电池与前几种电池的差别：2①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。[补充]判断电池优劣的标准：（１）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）比功率[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）【基础达标】1.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是()。A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极2.锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为:Zn(s)+2MnO2+2NZn2++Mn2O3(s)+2NH3↑+H2O,在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()。A.ZnB.碳C.MnO2和ND.Zn2+和NH33.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是()。A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极C.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应已知蓄电池在放电时起原电池的作用,在充电时起电解池的作用。汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成。两个电极用稀硫酸作电解质溶液。在放电时,两极发生的反应可分别表示为:Pb+S-2e-PbSO4PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O充电时,两极发生的反应分别表示为:PbSO4+2e-Pb+SPbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S根据上述材料,完成4~6题。4.在放电时,下列说法中正确的是()。A.充满海绵状灰铅的铅板为电源正极B.充满二氧化铅的铅板为电源负极C.铅板在放电时发生氧化反应3D.铅板在放电时发生还原反应5.在蓄电池放电时,溶液的pH将()。A.不变B.升高C.降低D.无法确定6.在蓄电池生产和使用时,下列说法中正确的是()。A.生产和使用铅蓄电池,不会造成环境污染B.生产和使用铅蓄电池时,可能引起铅中毒和环境污染C.使用铅蓄电池时,若铅板上有1mol铅反应就消耗1molH2SO4D.在使用时,电池内溶液的密度会增大7.新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式为:正极:FePO4+Li++e-LiFePO4,负极:Li-e-Li+。下列说法中正确的是()。A.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连B.充电时电池反应为FePO4+Li++e-LiFePO4C.放电时电池内部Li+向负极移动D.放电时,在正极上Li+得电子被还原8.有一种锂电池,用金属锂和石墨作电极材料,电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中而形成的,电池总反应方程式为:8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S,下列叙述中正确的是()。A.电解质溶液中混入水,对电池反应无影响B.金属锂作电池的正极,石墨作电池的负极C.电池工作过程中,亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3D.电池工作过程中,金属锂提供的电子与正极区析出硫的物质的量之比为4∶19.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是()。A.铝罐将逐渐被腐蚀B.石墨颗粒和炭棒上发生的反应为:O2+4e-2O2-C.炭棒应与玩具电机的负极相连D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻10.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)目前常用的镍镉(NiCd)电池,其电池总反应可以表示为:Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是()。①以上反应是可逆反应②以上反应不是可逆反应③充电时化学能转变为电能④放电时化学能转变为电能A.①③B.②④C.①④D.②③(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物,有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因4为。11.ZnMnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是。电池工作时,电子流向(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的(填代号)。a.NaOHb.Znc.Fed.NH3·H2O【拓展提高】12.铅蓄电池是典型的可充型电池,电池总反应式为:Pb+PbO2+4H++2S2PbSO4+2H2O。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原):(1)放电时,正极的电极反应式是;电解液中H2SO4的浓度将变;当外电路通过1mol电子时,理论上负极板的质量增加g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时,若按图连接,电解一段时间后,则在A电极上生成,电极反应:,B电极上生成,电极反应,此时铅蓄电池的正负极的极性将。【参考答案】1.B2.解析:根据方程式可知:Zn为原电池的负极,碳棒为原电池的正极,负极失电子变成Zn2+,失去的电子被MnO2和N得到,生成了低价态的Mn2O3和不带电的NH3。所以在正极上N和MnO2为反应物。答案:C3.解析:由总方程式可以看出,负极为Zn,正极为Ag2O,使用时电子由负极流向正极,A项正确,B项错误;负极发生氧化反应,正极发生还原反应,C项正确,D项也正确。答案:B4.解析:由电极反应式可知:铅板作负极,二氧化铅为正极,故A、B均错;负极上金属失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,故C对,D错。答案:C5.解析:将放电时的两个电极反应式相加可得:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,可见,放电时不断消耗H2SO4,c(H+)减小,pH升高。答案:B6.解析:铅的化合物会造成环境污染,故A错误,B正确;由电池反应可知,1mol铅反应消耗2molH2SO4,故C错误;在电池的使用过程中,硫酸溶液的浓度会逐渐降低,密度逐渐减小,故D错误。答案:B7.解析:A项,充电时电池上标注“+”的电极应与电源的正极相连;B项,充电时的电池反应为放电时电池反应的逆反应,应为LiFePO4FePO4+Li;C项,放电时电池内部Li+向正极移动;D项,在正极上FePO4得电子被还原。答案:A8.解析:由电池总反应式可知,Li失电子,作电池的负极,石墨作电池的正极,故B选项不正确;Li为碱金属,易与水发生反应:2Li+2H2O2LiOH+H2↑,故A选项不正确;电池工作过程中,SOCl2被还原为S,5故C选项不正确;由电池总反应式知,8molLi参与反应,可提供8mole-,同时在正极析出2molS,故本题正确选项为D。答案:D9.A10.解析:(1)NiCd电池的充、放电条件不相同,因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解,生成重金属离子Ni2+和Cd2+,污染土壤。答案:(1)B(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液11.(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b12.解析:(1)放电时正极上发生还原反应,由总电池反应知,发生还原反应的物质为PbO2,产物为PbSO4,同时消耗H2SO4,故正极反应为:PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O。(2)当完全耗尽PbO2和Pb时,按图连接时,A极为电解池的阴极,电解质溶液中PbSO4产生的Pb2+,在此极上得电子,发生还原反应PbSO4+2e-Pb+S;而B为电解池的阳极,电极反应可由总电池反应2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2S,减去阴极反应得到,PbSO4+2H2OPbO2+4H++S+2e-。答案:(1)PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O小48(2)PbPbSO4+2e-Pb+SPbO2PbSO4+2H2OPbO2+4H++S+2e-对换