高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第3课时导学案及答案

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1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。
2.掌握构成化学电池的基本要素，常见化学电池的工作原理及电极反应式的书写。
一、一次电池 二次电池
1．一次电池
(1)特点：电池放电后________充电(内部的氧化还原反应________逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为________，电极反应是_____________________________________。
②石墨棒为________，最终被还原的物质是__________。
③NH4Cl糊的作用是__________________________________。
思考1 锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，写出负极的电极反应式：____________________________________。
2．二次电池(充电电池)
(1)特点：二次电池在放电时所进行的________________，在充电时可以__________，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。
(2)能量转化：化学能eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))电能。
(3)常见的充电电池：________电池、______电池、________电池等。
思考2 铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O。
按要求回答下列问题：
(1)负极材料是______，正极材料是______，电解质溶液是________。
(2)放电时，电解质溶液中的H＋移向________极。
(3)放电时，电解质溶液中硫酸的浓度____(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)当铅酸蓄电池向外电路提供2 ml电子时，理论上负极板的质量增加________ g。
铅酸蓄电池的电极反应
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，
电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O。
1.某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．锌筒是原电池的正极
B．石墨电极上发生氧化反应
C．铵根离子流向石墨电极
D．电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒
2．(2023·济南高一期中)氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF3eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))3MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是( )
A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2
B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极
C．放电时，化学能完全转化为电能
D．放电时，F－向正极移动
二、燃料电池
1．概念
一种将燃料(如________、______、______)和氧化剂(如________)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
2．特点
(1)清洁、安全、高效等。
(2)能量转化率可以达到________以上。
(3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。
3．应用
在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。
4．氢氧燃料电池
思考1 (1)氢氧燃料电池的总反应方程式如何书写？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)如何判断氢氧燃料电池的正、负极？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，但正、负极反应与电解质溶液有关，氢氧燃料电池正、负极反应如下：
特别提醒 在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。
思考2 写出导电介质为固体电解质时的正、负极反应。
1．判断正误
(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电( )
(2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应( )
(3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能( )
(4)原电池中正极材料一定发生还原反应( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )
2．(2022·江西新余第一中学高一期末)国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是( )
A．电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极移动
B．a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－===2H2O
C．b极为正极，发生氧化反应
D．当外电路有1 ml电子转移时，b极消耗5.6 L O2
1．(2023·广东江门高一期中)下列说法正确的是( )
A．锌锰电池是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应原理是氧化还原反应
D．铅酸蓄电池放电时正极是Pb
2．镍氢电池是可充电电池，它的总反应是eq \f(1,2)H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是( )
A．电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池放电时，氢元素被还原
D．电池放电时，通入H2的一极是负极
3．(2022·黑龙江大庆中学高一期中)纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述不正确的是( )
A．电池的正极发生还原反应
B．Zn为负极，发生氧化反应，反应过程中失去电子
C．电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极
D．电池使用时，电子由Zn极经电解质溶液流向Ag2O极
4．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
第3课时 化学电池
一、
1．(1)不能 无法 (2)①负极 Zn－2e－===Zn2＋ ②正极 二氧化锰 ③作电解质溶液
思考1 Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
2．(1)氧化还原反应 逆向进行 (3)铅酸蓄 镍氢 锂离子
思考2 (1)Pb PbO2 稀硫酸 (2)PbO2(或正)
(3)减小 (4)96
解析 (4)负极每个铅原子失去2e－，就生成一个PbSO4，增加了一个SOeq \\al(2－,4)，SOeq \\al(2－,4)的摩尔质量为96 g·ml－1。
应用体验
1．C [锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨棒作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，A、B错误；原电池中阳离子向正极移动，故铵根离子移向石墨电极，C正确；电子经导线由负极锌筒流向石墨棒，D错误。]
2．A [放电时，Mg作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Mg＋2F－－2e－===MgF2，A项正确；放电时，电子从镁电极流出，经导线流向正极，B项错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，但化学能不可能100%转化为电能，还有部分转化为热能等，C项错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故F－向负极移动，D项错误。]
二、
1．氢气 甲烷 乙醇 氧气
2．(2)80%
4．思考1 (1)燃料电池相当于燃料的燃烧，氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。
(2)分析总反应的方程式可知，氢气失电子化合价升高，在负极上反应，氧气得电子化合价降低，在正极上反应。其规律是通燃料的一极作负极，通氧气的一极作正极。
思考2 2H2－4e－＋2O2－===2H2O O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
应用体验
1．(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．A [电池工作时，H＋移向正极，故A正确；a极发生的电极反应为H2－2e－===2H＋，故B错误；b极为正极，发生还原反应，故C错误；题目中未说明是否是标准状况，无法计算氧气的物质的量，故D错误。]
随堂演练 知识落实
1．C [锌锰干电池为一次电池，故A错误；燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，故B错误；化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，故C正确；铅酸蓄电池放电时，Pb被氧化，为原电池的负极，PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误。]
2．D [电池放电时，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，所以负极周围溶液的氢氧根离子减少，溶液的pH减小，A错误；电池放电时，正极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===
OH－＋Ni(OH)2，镍元素被还原，B错误；电池放电时，氢元素化合价升高，被氧化，C错误。]
3．D [电池正极发生的是还原反应，故A正确；根据电池的总反应可知，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，发生氧化反应，故B正确；电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极，故C正确；电子由负极经导线流向正极，电子不能进入电解质溶液中，故D错误。]
4．D [O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式，燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根离子，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，由于部分碱和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。 ]
电解质溶液
负极
正极
酸性(H＋)
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性(OH－)
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
介质
电池反应：2H2＋O2===2H2O
负极
正极
负极
正极