【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第二册--6.3.2 化学电源 讲义

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第三单元  化学能与电能的转化第2课时 化学电源 课程标准课标解读1．知道干电池、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。1．能通过分析物质在化学电源的正、负极得失电子，认识化学电源反应的本质。（宏观辨识与微观探析）2．通过对化学电源的分析、推理加以论证，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。（证据推理与模型认知）3．认识研制新型电池对生活的重大贡献；具有节约资源、保护环境的意识。。（科学态度与社会责任） 知识点01  化学电源1．概念及分类（1）利用原电池原理，将________直接转化为________。化学电源的能量转化率比燃料燃烧________。（2）化学电源有________电池、________电池和________电池等。________电池用过之后不能复原，________电池充电后能继续使用。2．常见的化学电源（1）一次电池：锌锰干电池。（2）二次电池：银锌纽扣电池、铅蓄电池、镍氢电池、锂电池等。（3）燃料电池：氢氧燃料电池、甲醇-空气燃料电池等。3．燃料电池（1）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率______、能量转化率_____。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。（2）氢氧燃料电池：在负极上发生氧化反应的是______，在正极上发生还原反应的是______，产物是_______。（3）以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：_______________________________ (________反应)；正极：________________________________(________反应)；电池反应：____________________。【即学即练1】下列有关电池的说法不正确的是(　　)A．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【即学即练2】已知空气－锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，据此判断，锌片是(　　)A．正极，被还原 B．正极，被氧化C．负极，被还原 D．负极，被氧化 知识点02  电解和电解池1．电解池电解池是将____能转化为__________能的装置。电解池中，与直流电源正极相连的电极为__________，与负极相连的电极为__________。2．电解在物质制备中的应用（1）电解水制取氢气和氧气：______________________________（2）电解饱和食盐水：________________________________________（3）冶炼Na、Mg、Al等活泼金属（写出相应的化学方程式）①冶炼金属钠：________________________________________②冶炼金属镁：________________________________________③冶炼金属铝：________________________________________（4）电解氧化铝的电极反应式：阴极：______________________________   阳极：______________________________【即学即练3】下列关于电解池说法正确的是(　　)A．电源的负极就是阴极B．与直流电源正极相连的是电解池的阴极C．与直流电源负极相连的电极上发生还原反应D．阳极上发生还原反应 考法01  原电池电极反应式的书写方法1．原电池电极反应式书写要点（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)。2．电极反应式的书写方法（1）负极反应式的书写先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。（2）正极反应式的书写①首先判断在正极发生反应的物质当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。②再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。【典例1】有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。(1)负极材料是________，电极反应为______________________________________。(2)正极材料是________，电极反应为______________________________________。 题组A  基础过关练1．对化学电源的叙述正确的是(　　)A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位C．化学电源均是安全、无污染的D．化学电源即为可充电电池2．下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)A．氢氧燃料电池   B．锌锰电池      C．镍镉电池    D．铅蓄电池3．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是(　　)A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气B．碳棒取出洗净用作电极C．把铜帽取下洗净回收利用D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用4．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5．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PbO26．下列有关电池叙述，正确的是(　　)A．水果电池是高效环保的家用电池B．锌锰干电池是一种常用的二次电池C．锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄7．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2 PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是(　　)A．Pb是正极B．PbO2得电子，被氧化C．负极反应是Pb＋SO－2e－=PbSO4D．电池放电时，溶液的酸性增强8．如图所示装置中，属于电解池的是(　　)     9．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－=Zn2＋，2NH＋2e－=2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是(　　)A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器10．氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题：(1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。(2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。(3)电子从________(填“Al”或“Cl”)极流向________极(填“正”或“负”)。(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_______NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。 题组B  能力提升练1．据报道，锌电池可能将会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．电解液为强酸2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　)A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2＋4OH－－4e－=2H2OC．总反应方程式为2H2＋O2=2H2OD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源3．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为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＋C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－= MnOD．Li是负极，电极反应为Li－2e－= Li2＋4．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是(　　)A．该电池工作时电能转化为化学能B．该电池中电极a是正极C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD．该电池的总反应：2H2＋O2= 2H2O5．燃料电池是一种将化学反应产生的能量直接转换成电能的装置。某研究性学习小组在一次活动中，参照下图组装实验装置，以外面缠绕棉花的碳棒为电极，电解质溶液用 0.5 mol·L－1  Na2SO4 溶液，电源用3～6 V直流电源，发光二极管起辉电压为1.7 V，电流为0.6 mA。(1)在碳棒电极外面缠绕棉花的作用是________________________。(2)按下开关S1，半分钟后两碳棒上产生明显的气泡，此时碳棒C1为________极，装置中发生的总反应的化学方程式为____________________________________________。(3)断开开关S1，按下开关S2，可观察到的明显现象为________；碳棒C2为________极，其电极反应式为________________________________________________________。 题组C  培优拔尖练1．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O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的碱性保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极2．燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是x极：O2(气)＋2H2O(液)＋4e－===4OH－y极：H2(气)＋2OH－－2e－===2H2O(液)回答下列问题：(1)x是________极，发生________反应。(填“氧化”或“还原”，下同)(2)y是________极，发生________反应。总反应方程式为_______________________________。(3)若反应后得到5.4 g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为________。3．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。请根据题中提供的信息，回答下列问题：(1)电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。①工作时电流从________极流向________极(填“Ag2O”或“Zn”)。②电极反应式：正极_________________，负极：___________________。③工作时电池正极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)氢镍电池是近年来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是H2＋NiO(OH)Ni(OH)2。电池放电时，负极是______，负极的电极反应式为_________________，正极的电极反应式为___________________，正极附近溶液的pH如何变化？________。4．Zn­MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2­NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_________________ ________________________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。A．NaOH        B．Zn        C．Fe      D．NH3·H2O