2018-2019版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修

2018-2019版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第二节化学电源[学习目标定位] 1.知道化学电源的分类方法。

2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。

3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。

一、化学电池及其分类1.化学电池的分类(1)化学电池按其使用性质常分为如下三类：①一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。

②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质再生。

③燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。

(2)化学电池按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。

2.判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。

(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。

(3)电池可储存时间的长短。

3.化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。

废弃电池要进行回收利用。

例1下列说法中错误的是( )A.干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池B.二次电池能连续不断地使用是因为含有的活性物质可以再生C.氢气、甲醇、烃、肼、氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料D.具有高“比能量”和高“比功率”的电池称为高能电池答案 B解析二次电池放电后需要再充电，只能重复使用，而不能连续不断地使用。

考点初步认识化学电池题点化学电池及其类别例2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.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极答案 B解析汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。

考点初步认识化学电池题点废旧化学电池的回收利用二、常见的化学电池1.一次电池(1)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

①负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液；②负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；③正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。

(2)锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

①负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；②正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

2.二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。

(2)放电反应原理①负极反应式是Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；②正极反应式是PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；③放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。

(3)充电反应原理①阴极(发生还原反应)反应式是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。

3.燃料电池氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。

(1)氢氧燃料电池的总反应式是2H2＋O2===2H2O。

(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：介质负极反应式正极反应式酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－常见化学电池的比较(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。

(2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。

(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。

例3(2017·腾冲县期末)锂空气电池放电时的工作原理如图所示。

下列叙述正确的是( )A.放电时Li＋由B极向A极移动B.电池放电反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOHC.B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD.电解液a可以为氯化锂溶液答案 B解析在锂空气电池中，A(金属锂)为负极，其反应式是4Li＋4OH－－4e－===4LiOH；B为正极，其反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－；总反应式是4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。

原电池工作过程中，溶液中的Li＋(阳离子)移向B极(正极)；金属锂能与水反应，电解质中不能含有水。

考点一次电池和二次电池题点一次电池方法点拨根据原电池装置书写电极反应式(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。

(2)若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入负极反应式。

(3)正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。

例4(2017·毕节市模拟)镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15年。

镍—镉电池的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。

下列说法不正确的是( )A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2B.充电时，阳极反应为Ni(OH)2(s)－e－＋OH－(aq)===NiOOH(s)＋H2O(l)C.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小D.该电池充电时将电能转化为化学能答案 C解析由电池总反应可知：放电时负极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，负极区OH－浓度减小，pH减小；放电时正极反应式为NiOOH(s)＋H2O＋e－===Ni(OH)2(s)＋OH－，正极区OH－浓度增大，pH增大；充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni(OH)2(s)－e－＋OH－(aq)===NiOOH(s)＋H2O(l)；二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。

考点一次电池和二次电池题点二次电池方法点拨由二次电池的总反应式书写电极反应式(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。

(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

例5写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。

(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_______________________________________________________________；正极反应式：_____________________________________________________________；负极反应式：_____________________________________________________________。

(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：_______________________________________________________________；正极反应式：_____________________________________________________________；负极反应式：_____________________________________________________________。

(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池总反应式：_______________________________________________________________；正极反应式：_____________________________________________________________；负极反应式：_____________________________________________________________。

答案(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2＋8H＋＋8e－===4H2OCH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O(3)2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O考点燃料电池题点有机物燃料电池方法点拨(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。

(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。

(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。

碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。

1.下列说法错误的是( )A.氧化还原反应所释放的化学能，是化学电池的能量来源B.化学电池中的负极材料不一定参加电极反应C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应D.丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的极大浪费答案 C解析二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。

考点初步认识化学电池题点化学电池及其类别2.下列电池工作时，氧气在正极放电的是( )答案 B解析燃料电池中在正极放电的物质都是氧气。

考点化学电池的综合题点化学电池及其类别3.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。

下列说法不正确的是( )A.锌为电池的负极B.正极反应式为2FeO2－4＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2OC.该电池放电过程中电解质溶液浓度增大D.电池工作时OH－向负极迁移答案 B解析以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中，锌为负极，发生反应：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2；K2FeO4为正极，发生反应：2FeO2－4＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－；放电过程中有OH－生成，则电解质溶液的浓度增大，OH－向负极迁移。