高中化学 第2课时 发展中的化学电源课件 新人教版必修2

第2课时发展中的化学电源基础梳理一、原电池工作原理的应用1．加快氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了反应，使产生H2的速率加快。2．比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属为极，活动性弱的金属为极。例如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性。负正AB3．设计原电池已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般为负极材料(或在负极上被)，(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。例如，利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的电极反应式为：负极(Cu)：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应)正极(C)：2Ag＋＋2e－===2Ag(还原反应)还原剂氧化氧化剂4．化学电源人们利用原电池原理，将能直接转化为能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小至电脑、电话、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。化学电思维拓展1．两种活动性不同的金属作电极时，为什么一般是较活泼的金属作负极？答案由两种活动性不同的金属作电极时，较活泼的金属失去电子，电子经外电路流向较不活泼的金属，溶液中的阳离子在较不活泼的金属上得到电子。按物理学中对电源正、负极的规定：电子流出的一极称作负极，电子流入的一极称作正极。故一般是失去电子的较活泼的金属称作负极。而电子流入的较不活泼的金属称作正极。2．在铜锌原电池中，溶液中的H＋为什么不直接在锌片上得到电子，而是在铜片上得到电子？答案当锌、铜用导线连接后，锌片上的电子就可沿导线流向铜片，使得铜片上聚集了大量的带有负电荷的电子。按照异性相吸的原理，则H＋受到电子的吸引，便可以顺利移向铜电极并在铜电极上得到电子产生H2。当锌失去电子后，则在锌电极附近聚集了大量的带有正电荷的Zn2＋。对H＋有排斥作用，H＋若要直接得到锌失去的电子，则需“冲破”Zn2＋的“包围”才行，从而使得直接在锌上得到电子变得很困难。二、发展中的化学电源1．干电池(1)普通锌锰干电池电池组成：做负极；位于中央的顶盖带有做正极；电解质是糊。负极反应为。锌铜帽的石墨棒NH4ClZn－2e－===Zn2＋答案2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O思维拓展4．已知酸性锌锰干电池的电池反应为：Zn＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，负极的电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋。请尝试书写正极的电极反应式。2．充电电池充电电池是一种。充电放电可循环进行，至一定周期后终止。最早也是最广泛使用的是铅蓄电池，是Pb，是PbO2，电解质是。封闭式体积小的充电电池——镍镉电池，负极是，正极是，电解质是。另外还有锂离子电池等。二次电池负极正极稀硫酸CdNiO(OH)KOH思维拓展4．一次性电池与充电电池有何根本区别？原因何在？答案一次性电池中的氧化还原反应是不可逆的，放完电之后就不能再使用。而充电电池中的氧化还原反应是可逆的，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使生成物恢复原状。5．废电池为什么不能随意丢弃？正确的处理方式是什么？答案废电池含有一些有毒的离子，随意丢弃污染环境，而且造成浪费。我们应该把废旧电池与其他垃圾分开，集中回收。3．燃料电池燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。如氢氧燃料电池，在负极上发生氧化反应的是，在正极上发生还原反应的是，产物是。燃料电池与干电池的主要区别在于不是储存在电池内部，而是用外加的设备提供和等，使反应连续进行。H2O2H2O反应物燃料氧化剂思维拓展6．已知在不同的电解质溶液中，电池反应相同，但电极反应不同，请尝试书写氢氧燃料电池在不同条件下的电板反应式。电池反应：2H2＋O2===2H2O(1)电解质溶液为稀硫酸：负极：，正极：。(2)电解质溶液为KOH溶液：负极：，正极：。2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－随堂训练1．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是()A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2OC．总反应方程式为2H2＋O2===2H2OD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析A项a极通H2为负极，电极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。答案B2．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：___________________________________________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在右面方框画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式：正极反应：__________________________________，负极反应：__________________________________。答案(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+(2)装置图正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋负极反应：Cu－2e－===Cu2＋课时作业1．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，锌电极是负极解析锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。答案B2．日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为：Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋4＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是()①锌为正极，石墨为负极②锌为负极，石墨为正极③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器A．①③B．②③C．③④D．②④解析由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。在外电路，电子从负极流向正极，故③不正确。长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出腐蚀用电器。答案D3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O下列结论正确的是()A．Pb为正极被氧化B．SO2－4只向PbO2极移动C．电解质溶液密度不断减小D．溶液的pH值不断减小解析根据方程式：Pb0＋Pb＋4O2＋2H2SO4===2Pb＋2SO4＋2H2O原电池中失电子的物质为负极，所以Pb为负极，PbO2为正极。又因负极Pb－2e－===Pb2＋进入溶液，溶液中SO2－4也向Pb极移动，生成难溶的PbSO4，所以电解质溶液密度不断减小。由于H＋的物质的量浓度不断减小，pH值不断增大。综上分析得出答案为C。答案C4．根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如右图所示原电池，下列说法错误的是()A．X可以是银或石墨B．Y是硫酸铜溶液C．电子从铜电极经外电路流向X电极D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag解析从题给氧化还原反应方程式分析可知：铜被氧化，作原电池的负极，X为正极，电极材料是比铜不活泼的导体，A正确；Ag＋在X电极上被还原，则电解质溶液提供Ag＋，B项错误，D项正确；外电路中铜失去电子，流向X电极，C项正确。答案B5．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A．该系统中只存在3种形式的能量转化B．装置Y中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化解析太阳能电池利用光能转化为电能可直接作用于工作马达实现了电能与机械能的转化；在装置X中，电解水生成H2、O2，实现了光能与化学能的转化；在装置Y中构成燃料电池，化学能转化为电能，作用于马达实现了电能与机械能的转化，A、D错误；氢氧燃料电池的负极上应是H2参加反应，B错误；装置X能利用光能实现H2、O2、H2O的循环再生，C正确。答案C6．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。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2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MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5gC7．利用生活中或实验室中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。(2)实验原理：电极(________、________)、__________、__________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。(请在空格中填写所缺的实验用品)(3)实验装置(如右图)。(4)原电池设计及注意的问题：①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为，在耳机中又由转化为声音这种能量。②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的极，电极反应是___________________________，发生了反应。解析根据电池反应：Fe+2H+===Fe2++H2↑可知，正极为不比铁活泼的金属或非金属导体。耳机发出声音是电能转化为声音。由于铁为负极，应连接电流计的负极。答案(2)铁钉或铁条铜片(其他合理答案也可)烧杯导线(4)①电能电能②负Fe-2e-===Fe2+氧化8．有7种物质：NH3、Mn2O3、ZnCl2、MnO2、NH4Cl、Zn和H2O，分别是锌锰干电池中氧化还原反应的反应物和生成物。(1)①完成并配平该氧化还原反应的方程式：________＋________＋________NH4Cl——________＋________＋________＋________NH3↑。②发生还原反应的物质是________，被氧化的元素是___________________________________________。③若有17.4g氧化剂参与反应，则电子转移数目为________NA(NA表示阿伏加德罗常数)。(2)普通锌锰干电池是利用上述反应原理设计的，其结构如图所示。回答下列问题。①电池中电解质溶液为________。②正极反应式为____________________。③放电时NH＋4向________