2019-2020学年高中化学 第二章 化学反应与能量 第2节 化学能与电能 第2课时 发展中的化学

1.记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3．能正确书写简单化学电源的电极反应式。第2节化学能与电能学习目标第2课时发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池常见的化学电源化学电池一次性电池：如干电池二次电池（可充电电池）：铅蓄电池等燃料电池：氢氧燃料电池1.干电池（锌锰电池）负极：Zn–2e-==Zn2+正极：2NH4++2MnO2+2e-==2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O干电池（负极）（正极）锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等•思考与交流：锌锰干电池即使不用，放置过久，也会失效（作为电解质的糊状NH4Cl显酸性），为了充分而有效地利用锌锰干电池，在购买、保存和使用方面你有何经验与建议？请与同学交流分享。碱性电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O负极：Pb+SO42--2e-==PbSO4正极：PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O2.充电电池已知：PbSO4难溶于水铅蓄电池构造示意图汽车用蓄电池锂离子电池锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。•思考与交流：充电电池与一次电池相比有何优点？如何科学合理地使用充电电池？请与同学们讨论、交流。优点：可反复使用3.燃料电池：正极：O2+2H2O+4e-==4OH-负极：2H2–4e-==4H+⑴氢氧燃料电池•总反应：2H2+O2==2H2O碱性条件下电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响负极：2H2–4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O酸性条件下负极：2H2+4OH-–4e-==4H2O正极：O2+2H2O+4e-==4OH-—有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀总反应：2H2+O2=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O改变燃料正极：2O2+4H2O+8e-==8OH-负极：CH4+10OH-–8e-==CO32-+7H2OCH4+2O2==CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-==CO32-+2H2OCH4O2总反应：•归纳总结•Ⅰ．电极反应方程式的书写方法•(1)负极反应式的书写•①活泼金属作负极(电极材料本身反应)•生成的阳离子与电解质溶液不反应时：M－ne－===Mn＋。•若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。•②燃料电池(电极材料本身不反应)•H2—O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：•H2－2e－===2H＋。•H2—O2(KOH)燃料电池负极反应式：•H2－2e－＋2OH－===2H2O⇒H2－2e－===2H＋；2H＋＋2OH－===2H2O。•(2)正极反应式的书写•①首先判断在正极反应的物质•当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。•当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。•燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。•②根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)•H2—O2(H2SO4)的正极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。•H2—O2(KOH)的正极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。•Ⅱ．书写原电池电极反应式时注意的问题•(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。•(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。•(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池使用燃料电池的汽车其他电池空气电池废电池对环境的危害•电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。减少污染节约资源例1.下列说法正确的是()A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应基础是氧化还原反应D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2解析：碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。C例2.可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极•答案A解析：当电解质溶液显碱性或中性时，该燃料电池的正极发生的反应均为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项是正确的；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O，B项是错误的；该电池在碱性条件下工作时，消耗了碱，反应的化学方程式为：4Al＋3O2＋4OH－===4AlO－2＋2H2O，溶液的碱性减弱，C项是错误的；电池工作时，电子从负极流出来经过外电路流向正极，D项是错误的。例3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是()A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO－2•解析根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。B例4.［2019·哈尔滨师范大学附中高一检测］电动自行车给人们带来了极大的方便，其电池为铅蓄电池，PbO2作为铅蓄电池的重要原料有广泛的用途。已知：5PbO2+2Mn2++4H+5Pb2++2MnO4-+2H2O，下列说法正确的是（）A.PbO2为还原剂，具有还原性B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为5∶2C.生成1mol的Pb2+，转移电子5molD.酸性环境下PbO2的氧化性强于MnO4-解析：A错，该反应中Pb元素化合价由+4价变为+2价、Mn元素化合价由+2价变为+7价，所以PbO2为氧化剂、锰离子为还原剂，PbO2体现氧化性。B错，氧化产物是MnO4-，还原产物是Pb2+，其物质的量之比为2∶5。C错，生成1mol的Pb2+，转移电子的物质的量为1mol×2=2mol。D对，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，该反应中，氧化剂是PbO2，氧化产物是MnO4-，所以酸性环境下的氧化性PbO2MnO4-。D