化学人教版选修4素材：教材梳理 第四章第二节　化学电源 Word版含解析.doc

1、化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 庖丁巧解牛庖丁巧解牛 诱学导入点拨诱学导入点拨 材料：材料：由我国自主研制的燃料电池城市大巴目前单车行驶里程已突破 10 000 清能一号和清能三号两辆大巴代表了中国燃料电池城市大巴的最高水平， 上海神力科技 有限公司为这两辆车提供了核心部件燃料电池发动机。 从今年八月份至今清能一号行驶 里程已经突破 10 000 公里，清能三号也达到了 7 000 公里。第三方的相关检测也将在近期 问题设置：问题设置： 导入点拨：导入点拨：燃料电池是把燃料的化学能转化为电能的装置，结合原电池原理，分析燃料 电池的工作原理。来探究形形色

2、色的电池的结构和工作原理。 知识巧学升华知识巧学升华 1.1. 锌锰电池是最早使用的干电池。锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极） ，内 部填充的是糊状的 MnO2和 NH4Cl 负极（锌外壳） ：Zn-2e - Zn 2+ 正极（碳棒） ：2MnO2+2NH + 4+2e - 2MnO（OH）+2NH3+H2O 总的电池反应为：2MnO2+Zn+2NH4Cl2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2。 知识拓展知识拓展 该电池的电流电压特性和二氧化锰的来源有关， 也直接地依赖于锰的氧化 价态、晶粒的大小及水化程度等；目前已全部以 ZnCl2电解液代替 NH4Cl，充分说明 Zn 2+与

3、Cl -配合ZnCl 4 2-，而不必有 NH+ 4存在，放电前 pH5，放电后 pH 上升到 pH7 为中性。 电池在使用过程中电压不断下降，不能提供稳定电压，且放电功率低，比能量小，低温性能 差，在-20 即不能工作。在高寒地区只可使用碱性锌锰干电池。 2.2. 用 KOH 电解质溶液代替 NH4Cl 作电解质时， 电池的总能量和放电电流都能得到显著地提 高。其电极反应为： 正极：2MnO2+2H2O+2e - 2MnO(OH)+2OH - 负极：Zn-2e -+2OH- Zn(OH)2 总的电池反应为：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2 辨析比较辨析比较 普通锌锰

4、干电池与碱性锌锰干电池的比较：(1)碱性锌锰电池比普通的锌锰 电池能量高，储存时间长；(2)适合大电流和连续放电（电流可达到普通锌锰电池的 5 倍） ； (3)放电后电压恢复能力强；(4)工作温度范围在-2060 之间，适于高寒地区使用。 3.3.银锌电池银锌电池 该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为 Ag2O 和 Zn，电解 质为 KOH 负极：Zn+2OH -2e- ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e - 2Ag+2OH - 总反应式为：Zn+Ag2OZnO+2Ag 4.4.高能电池高能电池 该电池是 20 世纪 70 年代研制出的一种高能电池。 由于锂的

5、相对原子质量很小， 所以比 容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏 起搏器） 。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂 负极：2Li-2e - 2Li + 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 正极：I2+2e - 2I - 总反应式为：2Li+I22LiI 5.5.海水铝电池海水铝电池 该电池是 1991 年我国首创以“铝-空气-海水”电池为能源的新型航海标志灯。这种灯 以海水为电解质溶液， 靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流， 只要把灯放入海水中就能发 出耀眼的闪光，其能量比干电池

6、高 2050 负极：4Al-12e - 4Al 3+ 正极：3O2+4H2O+8e - 8OH - 总反应式为：4Al+3O2+6H2O4Al(OH)4 方法点方法点拨拨 书写电极反应的方法一般分为四点： 列物质、 标得失； 选离子、 标电荷； 二、二次电池（可充电电池二、二次电池（可充电电池) ) 1.1.原理： 充电电池在放电时进行的氧化还原反应在充电时又逆向进行， 生成物重新转化 充电电池中能量的转化关系是：化学能电能 2.2. 构成：该电池以 Pb 和 PbO2作电极材料，H2SO4 负极：Pb+SO 2 4 -2e - PbSO4 正极：PbO2+4H +SO2 4 +2e - Pb

7、SO4+2H2O 总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 3.3. 该电池以 Cd 和 NiO(OH)作电极材料，NaOH 负极：Cd+2OH -2e- Cd(OH)2 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e - 2Ni(OH)2+2OH - 总反应式：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2 要点提示要点提示 铅蓄电池与碱性镍镉电池的比较： 从上述两种蓄电池的总反应式可看出， 铅 蓄电池在放电时除消耗电极材料外， 同时还消耗电解质硫酸， 使溶液中的自由移动的离子浓 度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动

8、 的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。 4.4. 该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电 500 次，可以取代会产 负极：H2+2OH -2e- 2H2O 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e - 2Ni(OH)2+2OH - 总反应式：H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2 辨析比较辨析比较 一次性电池与二次性电池的不同点： 一次性电池的活性物质消耗到一定程度 就不能使用了；二次性电池放电后可以再充电，使活性物质获得再生。这类电池可以多次重 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 复使用。 三、燃料电池三、燃料

9、电池 1.常见氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2+O22H2O，可以在酸性或碱性电解质溶液 负极：2H2-4e - 4H + pH 正极：O2+4H +4e- 2H2O pH 结论：溶液被稀释，pH 2.若电解液为 KOH 负极：2H2-4e -+4OH- 4H2O pH 正极：O2+2H2O+4e - 4OH - pH 结论：溶液被稀释，pH 3.甲烷燃料电池，KOH 电极反应：负极：CH4+10OH -8e- CO 2 3 +7H2O 正极：2O2+4H2O+8e - 8OH - 电池总反应式：CH4+2O2+2KOHK2CO3+4H2O 4. 电极反应：负极：4Al-12e - 4Al

10、3+ 正极：3O2+6H2O+12e - 12OH - 电池总反应式：4Al+3O22Al2O3 方法点拨方法点拨 原电池反应后溶液 pH 的变化判断方法：(1)若消耗 H +，则 pH 增大；(2)若消 耗 OH -，则 pH 减小；(3)若生成 OH-，则 pH 增大；(4)若生成 H+，则 pH 减小；(5)若稀释酸溶 液，则 pH 增大；(6)若稀释碱溶液，则 pH 减小。 问题思路探究问题思路探究 问题问题 1 1 导思导思: :从电池使用的角度考虑该问题。面对各种电池，选择使用电池的标准即为原电池 探究探究: :主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 （即电池的比能量）

11、 ， 或 者输出功率的大小（即比功率） ，以及电池的储存时间的长短。 问题问题 2 2 导思导思: :书写电池的电极反应式，应根据初始物质的性质和反应环境的特性，通过合理设 定“反应机理” ，在依次确定“直接产物” “后续产物”和“终态稳定物质”的基础上，再对 探究探究: :(1)根据给出的化学方程式或根据题意，确定电池的正、负极，弄清在正、负极上 (2)注意电解质溶液的成分，对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或 (3) (4)写电极反应方程式时要保证电荷守恒、元素守恒、质量守恒，可在电极反应式一端 根据需要添加 H +或 OH-或 H 2O，将两个电极反应结合起来，即可得到电池

12、反应总方程式。 典题热题新题典题热题新题 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 例例 1 1 有人设计 Pt 和 Zn 为电极材料， 埋入人体作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。 它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、 H +和 Zn2+进行工作， 试写出两极的电极反应式。 解析：解析：根据题意，Zn、Pt 和人体体液构成原电池作为心脏起搏器的能源。由于 Zn 的失 电子能力比 Pt 强，故 Zn 作原电池负极，Pt 作正极，因为体液不可能呈较强酸性，故应发 答案：答案：负极：Zn-2e - Zn 2+;正极：2H 2O+O2+4e - 4OH - 误区警

13、示误区警示 把氧化剂当作 H +，正极反应写成：2H+2e- H2是常见的错误。由于体 液的 pH 一般在 7 左右（略呈碱性） ，故 H +的浓度很小，氧化剂为体液中溶解的氧气而不是 H +,正极反应为 O 2+4e -+2H 2O4OH -。 例例 2 2 铅蓄电池（原电池）的电极分别为 PbO2和 Pb，电解质溶液为稀硫酸溶液，工作时 原电池的总反应是：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O （1）原电池的负极是 （2）工作时蓄电池正极反应为 （3）工作时蓄电池里电解质溶液 pH 解析：解析：负极为 Pb，正极为 PbO2，正极发生还原反应（得电子） ，所以 PbO2中的 P

14、b 由+4 价降到+2 价， 产物中的水是 PbO2中的氧元素与硫酸中的氢元素结合的结果。 因为在正极 PbO2 消耗了硫酸中的氢离子，所以蓄电池里电解质溶液的 pH 答案：答案： （1）Pb （2）PbO2+2e -+4H+SO2 4 PbSO4+2H2O （3）增大 深化升华深化升华 铅蓄电池放电是原电池反应。 铅蓄电池的电解液中硫酸溶液的密度与其物质 的量浓度成正比，也决定了电解液酸碱性的变化。原电池考查的主要形式是判断电极名称、 书写电极反应、进行简单的有关电子转移的计算。 例例 3 3 银锌蓄电池是一种高能电池， 它的两极材料分别为锌和氧化银， 电解质溶液为 KOH Zn+2OH -

15、2e- Zn（OH）2；Ag2O+H2O+2e - 2Ag+2OH - 下列判断正确的是（ A. B. C.原电池工作时，负极区溶液 pH D.原电池反应的化学方程式为：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag 解析：解析：从电极反应式看，锌失电子被氧化，所以锌为负极；Ag2O 得电子被还原，所以是 Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag 从负极电极反应式分析，OH -被消耗，所以负极区溶液的 pH 应减小，所以应选 A、D 答案：答案：AD 深化升华深化升华 电池反应方程式的书写， 可以依据正极和负极的加和。 加和的前提条件是正 极反应和负极反应得失电子相等。原电池中负极失去电子和

16、正极得到电子的数目是相等的， 配平正负极反应后再进行加和。 例例 4 4 有人将铂丝插入 KOH 溶液中作电极，又在两极片上分别通入甲烷和氧气，设计一 种燃料电池，则通入甲烷的铂丝为 极，发生的电极反应为 。该电池放 电反应的化学方程式为 。电池工作时，溶液的 pH（填“变 小” “不变” “变大” ） 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 解析：解析： 在此反应中，CH4失去电子，因此通入 CH4的铂丝为负极。CH4在负极失电子转变成 CO2， 但因在碱性条件下 CO2将转化成 CO 2 3 CH4+10OH -8e- CO 2 3 +7H2O 正极反应为：2O2+8e -+4H 2O8OH - CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O 由此可知反应过程中c(OH -)不断减小，c(H+)则不断增大，pH 答案：答案：负 CH4+10OH -8e- CO 2 3 +7H2O CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O 负极：C2H6-14e -+10OH- 2CO 2 3 +H2O 正极：O2+4e -+2H 2O4OH - 电池反应为：2C2H6+7O2+8OH - 4CO 2 3 +10H2O