人教版化学选修四-4.2化学电源

第二节化学电源授课人：李永丰2013.11.27一、化学电池1．定义将变成电能的装置。化学能2．分类又叫：活性物质发生的物质消耗到一定程度，就不能使用了。又称或；放电后可以再充电使活性物质获得再生。一种连续地将的化学能直接转换成电能的化学电池，如氢氧燃料电池。干电池氧化还原反应充电电池蓄电池燃料和氧化剂3．优点化学电池的较高，供能稳定可靠。4．判断电池优劣的主要标准(1)比能量即单位质量或单位体积所能的多少。(2)比功率即单位质量或单位体积所能的大小。(3)电池的的长短。能量转换效率输出电能输出功率可储存时间二、一次电池1．锌锰干电池(1)碱性锌锰电池的构造(2)工作原理负极：；正极：；总反应：。(3)特点：比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电。Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22．银锌电池(1)纽扣式银锌电池的构造锌Ag2OKOH(aq)(2)工作原理负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。总反应：。(3)特点：此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag3．锂电池(1)电极材料：负极：；正极：、CuO、FeS2等。(2)特点：、高、工作温度宽，可储存时间长。LiMnO2比能量高电压三、二次电池二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称或。1．铅蓄电池的构造负极：，正极：，电解质溶液：溶液。充电电池蓄电池PbPbO2H2SO42．工作原理(1)放电时负极：；正极：；总反应：。Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：；阳极：；总反应：。PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：。3．性能及应用电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)四、燃料电池1．燃料电池的工作原理(1)连续地将(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身氧化还原反应。(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。燃料氧化剂不参与2．燃料电池的优点(1)能量转化率高燃料电池的能量转化率超过，普通燃烧过程能量转化率仅多。(2)污染。80%30%小3．氢氧燃料电池(1)碱性电解质电极反应为：负极：正极：总反应：2H2＋O2===2H2O2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)酸性电解质电极反应为：负极：正极：总反应：2H2＋O2===2H2O2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O化学电源电极反应式的书写1．根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池的正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(2)电极反应式的书写①负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。②正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2．给出总反应式，写电极反应式如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下。(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2molH2失掉4mol电子，初步确定负极反应为：2H2－4e－===4H＋。(2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。3．可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。(1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；(2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。特别提醒原电池电极反应式的书写同样遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒定律及一般离子方程式的书写原则。知识点一各种化学电源【典例1】下列有关化学电池的说法中正确的是()A．化学电池只能将化学能转化为电能B．燃料电池能将全部化学能转化为电能C．银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长D．一次电池包括干电池和蓄电池答案：C变式训练1电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。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．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案：C知识点二一次电池【典例2】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(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误．．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0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g答案：C变式训练2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＋H2O===2Ag＋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－＋H2O===2Ag＋2OH－D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应答案：B知识点三二次电池【典例3】镍镉(Ni­Cd)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＋2H2O放电充电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＋H2OB．充电过程是化学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－向正极移动答案：A变式训练3生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4＋2H2O充电放电PbO2＋Pb＋2H2SO4，下列对铅蓄电池的说法错误的是()A．需要定期补充硫酸B．工作时铅是负极，PbO2是正极C．工作时负极上发生的反应是：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4D．工作时电解质的密度减小答案：A【典例4】固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2放电的a极为电池的负极B．有H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为：2H2＋O2=====高温2H2O【典例4】固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2放电的a极为电池的负极B．有H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为：2H2＋O2=====高温2H2O答案：D变式训练4一种新型燃料电池，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＋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答案：BC【易错题】将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质溶液、燃料和氧化剂等。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是()A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－＋12OH－===2CO2↑＋9H2OD．甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－正确解法：C1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是()A．AgB．Zn(OH)2C．Ag2OD．Zn答案：D2．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是()A．锌为正极，空气进入负极反应B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋C．正极发生氧化反应D．电解质溶液肯定不是强酸答案：BD3．镍—镉可充电电池，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质是KOH，放电时的电极反应式是Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。下列说法不正确的是()A．电池的总反应式是Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电充电2Ni(OH)2＋Cd(OH)2B．电池充电时，镉元素被还原C．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大D．电池充电时，电池的负极和电源的正极连接答案：CD4．氢氧燃料电池，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的KOH溶液，电池总反应为2H2＋O2===2H2O，该电池工作时，下列说法正确的是()①负极质量减轻②负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－③负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O④正极区pH升高，而负极区pH降低⑤溶液中阴离子移向负极A．①③④B．②③⑤C．③④⑤D．④⑤答案：