2017_2018版高中化学第4章电化学基础第2节化学电源学案新人教版选修4

第二节化学电源1．了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。

2．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。

3．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。

(重难点)教材整理1 一次电池1．碱性锌锰电池(1)构造：(2)组成：正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。

(3)工作原理：负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

2．银锌电池(1)构造：(2)组成：负极：Zn；正极：Ag2O；电解质：KOH。

(3)工作原理：负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

教材整理2 二次电池(以铅蓄电池为例)1．构造2．组成负极：Pb；正极：PbO2；电解质：H2SO4溶液。

3．工作原理(1)放电过程：负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) (2)充电过程：阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。

(3)铅蓄电池的充、放电过程：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O[探究·升华][思考探究]H2是一种优质燃料，热值高。

一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H2＋2NiO(OH)放电充电2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为卫星的电源。

问题思考：(1)该电池属于一次电池还是二次电池？【提示】二次电池。

(2)该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？【提示】由H2→OH－知呈碱性。

(3)放电时的电极反应式如何书写？【提示】负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－(4)充电时的电极反应式如何书写？【提示】阴极：2H2O＋2e－===H2＋2OH－阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O(5)电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？【提示】负极或阴极。

[认知升华]1．二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时阴、阳电极上发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。

2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。

[题组·冲关]题组1 一次电池的工作原理1．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

根据反应式判断氧化银是( ) A．负极被氧化B．正极被还原C．负极被还原D．正极被氧化【解析】一次电池中负极发生氧化反应(失电子)，正极发生还原反应(得电子)，由Ag2O→Ag可知Ag2O得电子发生还原反应。

【答案】 B2．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

下列关于该电池的电极反应，正确的是( ) A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOHD．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。

在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。

【答案】 D3．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4­SOCl2。

电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应式为______________________________________________________________。

(2)电池正极发生的电极反应为____________________________________。

(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。

如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是____________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________。

(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_____________________________________________________________________________。

【解析】(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li ＋。

(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2。

(或用总反应减去负极反应)(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。

【答案】(1)Li Li－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应题组2 二次电池的工作原理4．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )A．H2O的还原B．NiO(OH)的还原C．H2的氧化D．Ni(OH)2的氧化【解析】放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。

【答案】 D5．关于铅蓄电池的说法中正确的是( )A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2e－B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)【解析】A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。

【答案】 B教材整理氢氧燃料电池1．构造2．电池总反应：2H2＋O2===2H2O。

3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式[思考探究]设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。

最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油]，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。

问题思考：(1)该电池放电时发生的化学方程式如何书写？【提示】该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。

(2)该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？【提示】该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极失去电子发生氧化反应。

(3)固体电解质里的O2－的移动方向是怎样的？【提示】原电池中阴离子O2－向负极移动。

(4)向外电路释放电子的电极为哪一极？【提示】负极。

原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。

(5)若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？【提示】C9H20＋74OH－－56e－===9CO2－3＋47H2O。

[认知升华]电极反应式的书写1．根据装置图书写电极反应式(1)确定原电池的正负极及放电的物质。

首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。

(2)书写电极反应式。

①负极反应：规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H＋(或其他氧化产物)，注意：生成的物质是否与电解质溶液发生反应。

②正极反应：规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2－。

(3)写出电池总反应方程式。

结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。

2．根据电池总反应式，写电极反应式第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。

第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2－在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO2－3形式存在。

第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。

总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。

[题组·冲关]1．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是( )A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O【解析】图示所给出的是原电池装置。

A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。

B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。

C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。

D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。