2017-2018学年人教版高中化学选修4导学案：4.2化学电源-Word版含答案完美版

第二节化学电源1.了解常见化学电源的种类及其工作原理。2.熟练书写常见化学电源的电极反应式和总方程式。3．知道废弃电池对环境的危害，设想处理废旧电池的办法。化学电源一、化学电池1．定义：将化学能转化为电能的装置。2．分类3．优点能量转化效率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。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输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位W/kg或W/L。(3)电池可储存时间的长短。二、几种常见的化学电池1．一次电池(1)碱性锌锰电池①构造②组成正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。③工作原理负极反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。(2)锌银电池①构造②组成正极：Ag2O；负极：Zn；电解质：KOH。③工作原理负极反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。2．二次电池(以铅蓄电池为例)(1)构造(2)组成正极：PbO2；负极：Pb；电解质：H2SO4。(3)工作原理铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。①放电过程负极：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4(氧化反应)；正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O(还原反应)；总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。②充电过程电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4(还原反应)；阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4(氧化反应)；总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。③铅蓄电池的充、放电过程Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)化学电池是将电能转变成化学能的装置。()(2)化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等。()(3)化学电池供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小的电池，使用方便，易于维护。()(4)废旧电池可以随意丢弃。()(5)Zn具有还原性和导电性，可用作锌锰干电池的负极材料。()(6)铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加。()(7)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。()(8)锂碘电池的电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。()答案：(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)×(7)×(8)×2．人造卫星用到的一种高能电池——锌银电池，其电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是()A．负极被氧化B．正极被还原C．负极被还原D．正极被氧化解析：选B。锌银电池放电时，Ag2O得到电子被还原为Ag，故Ag2O作电池的正极。化学电源电极反应式的书写1．一般电极反应式的书写2．复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式3．给出电极反应式，书写总反应式根据给出的两个电极反应式，写出总反应式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。若原电池正、负两极产生的阴、阳离子能与电解质溶液中的离子发生反应时，要把后续反应一并写入电极反应式中。若反应式同侧出现不能共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO2－4，要写成反应后的物质，如H2O、PbSO4。铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是()A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液pH降低D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O[解析]因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液是碱性溶液，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A和B均正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，故此时阴极附近的pH增大，故C错误；根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。[答案]C以上述例题分析，怎样判断电极附近溶液pH的变化？答案：判断电极附近溶液pH的变化，主要应看电极反应式，如该电池放电时的负极反应：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，OH－被消耗，故负极附近pH减小，正极反应为Ni2O3＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，生成OH－，故正极附近pH变大；充电时同理分析，阳极反应：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，阳极附近pH减小，阴极附近pH增大。电极反应式和总方程式书写时的注意事项(1)正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加，即得总反应式。(2)写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应。在碱性电解质中，电极反应式中不能出现H＋；在酸性电解质中，电极反应式中不能出现OH－。化学电源的综合考查1．Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是()A．Mg电极是该电池的正极B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应C．石墨电极附近溶液的pH增大D．溶液中Cl－向正极移动解析：选C。在原电池中活泼金属作负极，即Mg为负极，A错误；通入H2O2的一极为正极，在反应过程中发生还原反应，B错误；石墨电极的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，溶液pH增大，C正确；原电池中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D错误。2．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是()A．Pb为正极被氧化B．电解质溶液的pH不断减小C．SO2－4向PbO2处移动D．电解质溶液的pH不断增大解析：选D。由题给电池反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，阴离子(SO2－4)移向Pb极，所以C不正确。3．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应，正确的是()A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)D．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－解析：选D。在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。燃料电池1．基本构造(以氢氧燃料电池为例)2．工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应2H2－4e－===4H＋2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应2H2＋O2===2H2O3.燃料电池的特点(1)连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身不参与氧化还原反应。(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。4．燃料电池的优点(1)能量转换率高(超过80%)。(2)排放废弃物少，运行时噪音低。1．燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属或一种金属与一种能导电的非金属吗？答案：不一定，如氢氧燃料电池的正、负极均为Pt。2．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？答案：负极还可以是烃(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。3．燃料电池是一种新型电池，它利用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下：X极：12O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－；Y极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)。下列判断中，正确的是()A．X是负极B．Y是正极C．Y极发生还原反应D．Y极发生氧化反应解析：选D。从电极反应式中可以看出，X极得电子发生还原反应，作正极；Y极失去电子发生氧化反应，作负极。常见燃料电池的电极反应和电池反应1．乙醇燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)负极：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋11H2O；正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；总反应式：C2H5OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋5H2O。2．甲烷燃料电池(固体电解质)一个电极通入空气，另一电极通入甲烷，电池的电解质为掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2－。该电池的电极反应式为负极：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O；正极：2O2＋8e－===4O2－；总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。3．甲醇燃料电池(电解质溶液为H2SO4溶液)负极：2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋；正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O；总反应式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。(2017·锦州高二检测)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气发生反应，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－===CO2－3＋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[解析]甲烷燃料电池中，CH4作负极，发生氧化反应，电解质溶液为KOH溶液，故负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O，A正确；O2作正极，发生还原反应，正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，B正确；总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O，随反应的进行，不断消耗OH－，故c(OH－)减小，pH减小，C错误；燃料电池的能量转换率高，D正确。[答案]C若将KOH溶液改为稀硫酸，写出负极的电极反应式：______________________________________________________________________。答案：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋水溶液中的燃料电池1．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是()①通入CO的电极为正极；②正极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；③通入CO的电极反应式是2CO＋O2＋4e－===2CO2；④负极的电极反应式是CO＋4OH－－2e－===CO2－3＋2H2O；⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。A．①③⑤B．②④⑥C．④⑤⑥D．①②③解析：选B。据题意知，发生的反应为2CO＋