第二节化学电源学案资料(DOC 19页).doc
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- 第二节化学电源学案资料DOC 19页 第二 化学 电源 资料 DOC 19
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1、第二节 化学电源【学习目标】1. 了解一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理、性能及其应用。2. 了解常见电池的分类、优点及适用范围。【学习重点】一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理、性能及其应用【学习难点】化学电池的反应原理【课前预习】一、实用电池的特点:(1)能产生稳定而具有较高电压的电流;(2)安全、耐用且便于携带;(3)能够适用于特殊用途;(4)便于回收处理,不污染环境或对环境产生影响较小。二、电池的优劣标准:单位质量或单位体积所能输出电能的多少,即比能量的大小;输出功率的大小即比功率的大小以及电池的存储时间的长短。三、化学电池分类:【方法点拨】 书写电极反应的方法一般分为四点:列物
2、质、标得失;选离子、标电荷;配个数、配电荷;两式相加,验总式。(一)一次电池:1.普通锌锰电池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。电池的两极发生的反应是:负极(锌外壳): 正极(碳棒): 总的电池反应为:2MnO2+Zn+2NH4Cl2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2。2.碱性锌锰电池(碱锰电池)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: 负极: 总的电池反应为: 3.银锌电池钮扣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A
3、g2O和Zn,电解质为KOH溶液。其电极反应式为:负极: 正极: 总反应式为:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag4.高能电池锂电池(有多种)负极:2Li-2e-2Li+正极:I2+2e-2I-总反应式为:2Li+I22LiI5.空气-海水铝电池负极: 正极: 总反应式为: (二)二次电池1.铅蓄电池:放电的电极反应为:负极: 正极: 充电的电极反应为: 阳极:PbSO42H2O2e- PbO24H+SO42 阴极:PbSO42e- PbSO42总反应式: 2.银锌蓄电池:放电的电极反应为:负极: 正极: 充电的电极反应为:阳极:2Ag2OH-2e- Ag2OH2O 阴极:Zn(OH
4、)22e- Zn2OH-总反应式: (三)燃料电池1.氢氧燃料电池电解质:H2SO4溶液负极: 正极: 电池总反应式为: 电解质:NaOH溶液负极: 正极: 电池总反应式为: 2.甲烷燃料电池电解质:H2SO4溶液负极: 正极: 电池总反应式为: 电解质:NaOH溶液负极: 正极: 电池总反应式为: 【归纳总结】燃料电池书写电极反应式应注意以下几点:(1)电极反应是一种离子反应,遵循书写离子反应的所有规则(如“拆”、“平”);(2)将两极反应的电子得失数配平后,相加得到总反应,总反应减去一极反应即得到另一极反应;(3)负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物,与溶液的酸碱性有关(如4价的
5、C在酸性溶液中以CO2形式存在,在碱性溶液中以CO32形式存在);(4)溶液中不存在O2:在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH。【典例剖析】【例1】 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溶液,放电时它的正、负两极的电极反应式如下:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2;Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-下列判断正确的是()A.锌为负极,氧化银为正极B.锌为正极,氧化银为负极C.原电池工作时,负极区溶液pH增大D.原电池反应的化学方程式为:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag答案:AD【例2】碱性电池具有容量大、放电电
6、流大的特点,因此得到广泛应用。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.电池负极的电极反应式为Zn2e-+2OH-=Zn(OH)2C.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0.2 mol 电子,锌的质量理论上减小6.5 g答案:C【例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+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4下列对铅蓄电池的说法错误的是(
7、)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:Pb2e-+=PbSO4D.工作时电解质的密度减小答案:A【例4】燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气起反应,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不正确的是( )A.负极反应式为:CH4+10OH-8e-=+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大答案:C【例5】有一种锂电池,用金属锂和石墨作电极材料,电解质溶液是由四氯铝锂溶解在亚硫
8、酰氯(SOCl2)中形成的,电池总反应方程式为:8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S,已知亚硫酰氯和AlCl36H2O混合共热蒸干,可制得无水氯化铝AlCl3,则下列叙述正确的是( )A、电解质溶液中混入水,对电池反应无影响B、金属锂作电池的正极,石墨作电池的负极C、电池工作过程中,SOCl2被还原为Li2SO3D、电池工作过程中,金属锂提供的电子与正极区析出的S的物质的量之比为4:1【例6】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-。下列对该燃料电池的说法正确的是()A.在熔融电解质中,O2由负
9、极移向正极B.电池的总反应是:2C4H10+13O28CO2+10H2O C.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:2C4H10+26e-+13O24CO2+5H2O答案:BC【例7】熔融盐燃料电池具有高的电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与O2的混合气体为阴极助燃气,这是在650下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:阳极反应式:2CO2CO324CO24e阴极反应式:总电池反应式:课堂练习一、一次电池我夯基 我达标1.下列有关化学电源的叙述错误的是( )A.干电池根据电池内的
10、电解质分为酸性电池和碱性电池B.干电池中碳棒为正极C.铅蓄电池是充电电池D.铅蓄电池中的PbO2为负极答案:D2.下列对碱性锌锰电池的叙述不正确的是( )A.锌是正极,MnO2是负极 B.电解质是KOHC.锌发生氧化反应,MnO2发生还原反应 D.它的能量和储存时间比普通锌锰电池高答案:A3.下列说法不正确的是( )A.原电池中,负极上发生的反应是氧化反应B.原电池中,电流从负极流向正极C.铜锌原电池中,放电时,溶液中的阴离子向负极移动,阳离子向正极移动D.碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池答案:B4.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应
11、式是:H2+NiO(OH) Ni(OH)2。根据此反应式判断,下列叙述正确的是( )A.电池放电时,电池负极周围溶液的OH-浓度不断增大B.电池放电时,镍元素被氧化C.电池充电时,氢元素被还原D.电池放电时,H2是负极答案:CD5.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( )A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极答案:B6.锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为:Zn+2MnO2+2=Zn2+2Mn2O3+2NH3+H2O,在此电池放电时,正极
12、(碳棒)上发生反应的物质是( )A.MnO2和 B.Zn2+和C.Zn D.碳棒答案:A7.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式为:根据反应式判断,下列叙述正确的是( ) A、电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大 B、电池放电时,镍元素被氧化 C、电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断减小 D、电池放电时,负极是H2被氧化8.用两根铂丝做电极插入KOH溶液中。再分别向两极通入甲烷气体和氧气,可形成原电池燃料电池,该电池放电时发生的反应为:CH4+2KOH2O2=K2CO3+3H2O,下列说法错误的是( ) A、通甲烷的一极为负极,通氧气
13、的一极为正极B、放电时,通入O2一极附近溶液的pH升高C、放电一段时间后,KOH的物质的量不发生变化D、通甲烷一极的电极反应式是:CH4+10OH8e=CO327H 2O【直击高考】3(08宁夏卷)一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和 二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )ACH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO2(g)+4H+(aq)+4e=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH5(08广东卷)电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式
14、各样电池的发展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6(08北京卷)据报道,我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述不正确的是( )A正极反应式为:O22H2O4e =4OHB工作一段时间后,电解液中的KOH的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为:2H2O2=2H2OD用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24LCl2(标准状况)时,有0.1m
15、ol电子转移2(07广东卷)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为 ( )AH22OH 2H2O2e B.O24H4e 2H2OCH22H2e D.O22H2O4e 4OH5(07天津卷)天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2),充电时LiCoO2中Li被氧化,Li迁移并以原子形式嵌入电池负 极材料碳(C6)中,以LiC6表示。电池反应为LiCoO2C6CoO2LiC6,下列说法正确的是 ( )A.充电时,电池的负极反应为LiC6e = LiC6B.放电时,电池
16、的正极反应为CoO2Lie = LiCoO2C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低(09年广东化学14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为点解液,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溶液为电解液时,正极反应都为:O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al3OH3eAl(OH)3C以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH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(09年广东理基34)下列有关电池的说法不正确的是A
17、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,锌电极是负极答案:B(09年江苏化学12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为:C6H12O66H2O24e6CO224HC放电过程中,H从正极区向负极区迁移D在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体答案:B(09年上海理综11)茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池
18、。在这种电池中铝合金是阳极 铝合金是负极海水是电解液 铝合金电极发生还原反应ABCD答案:A9.(2011海南)根据下图,下列判断中正确的是A.烧杯a中的溶液pH升高B.烧杯b中发生氧化反应C.烧杯a中发生的反应为2H+2e-=H2D.烧杯b中发生的反应为2Cl-2e-=Cl2答案AB6(07海南卷) 依据氧化还原反应:2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)盐桥XYACuSO4溶液电流计Ag2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:(1)电极X的材料是_;电解质溶液Y是_;(2)银电极为电池的_极,发生的电极反应为_; X电极上发生的电极反应为_;(3)外电路中的电子是从_电极流
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