化学电源学案2

化学电源学案2 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第2课时化学电源

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。

1．原电池的设计与判断

(1)依据Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑设计原电池，可选用铁片作负极，铜片(或石墨)作正极，用导线连接后，置于电解质溶液稀硫酸中。

(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池能。若能，请写出电极反应式，负极为Cu－2e－===Cu2＋；正极为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(若不能，后两空不填)

(3)若(2)题中电极材料选铜和铁，则负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，其电池总反应的离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

2．回答下列问题：

(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因：当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。

(2)实验室用锌与稀硫酸反应制取氢气时，常加入少量的硫酸铜溶液的原因是锌与稀硫酸反应时，加入少量CuSO4，Cu2＋被锌置换出来，生成的单质Cu附着在锌的表面，此时会发生原电池反应，锌为负极，使反应速率加快。

(3)有三种金属片a、b、c，用导线将a、b连接浸泡在硫酸铜溶液中，a质量减小，b质量增加；用导线将a、c连接浸泡在稀硫酸中，c不断溶解，a有气泡产生。由此判断三种金属的活动性顺序是c>a>b。

探究点一化学电池

化学电池是将化学能变成电能的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。

种类特点(分类依据)实例

一次电池放完电以后不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池充电、放电可循环进行铅蓄电池、镍氢电池

燃料电池可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用氢氧燃料电池、CH4燃料电池

化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸、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。

1．下列说法错误的是( )

A．依据原电池的原理设计出了化学电源

B．原电池是化学电源的雏形

C．判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活动性

D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源

答案C

解析判断一种电池的优劣主要是看这种电池的比能量的大小，以及可储存时间的长短。2．下列说法中，不正确的是( )

A．化学电池是将化学能转变成电能的装置

B．化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等

C．化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护

D．废旧电池可以随意丢弃

答案D

解析本题考查的是有关化学电池的概念、分类及性能等方面的知识。废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收利用。

探究点二常见的化学电池

1．一次电池

(1)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据电池反应方程式Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag判断：

①负极是Zn，其依据是在总反应式中锌元素化合价升高，失去电子，锌为负极。

②正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，反应类型是还原反应。

(2)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH

溶液。

①负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

②正极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

③电池反应方程式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

2．二次电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：

2PbSO4＋2H2O

Pb＋PbO2＋2H2SO4放电

充电

(1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式

负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4；

正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O。

(2)铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；发生还原反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4。

(3)放电过程中，硫酸的浓度变化是不断减小，密度的变化是不断减小，溶液的pH变化是不断增大。

3．燃料电池

(1)氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池反应方程式是2H2＋O2===2H2O。

氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应

介质负极反应式正极反应式

酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O

中性2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－

碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)燃料电池的燃料除氢气外，还有甲烷、甲醇、肼、氨等。若将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是CH3OH，其产物最终是H2O、CO2－3，负极反应式是2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO2－3＋12H2O；正极反应式是3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；电池反应式是2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O。