1、第二节化学能与电能(第2课时)内容标准活动与探究建议1.了解常用的化学电池。2理解燃料电池的工作原理。市场调查：不同种类电池的特点、性能与用途。日常生活中的用品，很多是以电池为能源，电池作为能源，携带方便、能量稳定。还有一种电池叫燃料电池，你能举出几个常见的燃料电池吗？提示：燃料电池是将外界燃料(H2、CO、甲醇等)和空气不断通入，直接氧化，使化学能转化为电能。常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。1干电池最早使用的化学电池是_，它是一种_电池，放完电后不能再使用。(1)锌锰电池(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质_换成湿的_，并在构造上作了改进。2充电电池充电电池
2、又称_电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以_进行，使电池恢复到放电前的状态。(1)铅蓄电池：正极材料为_，负极材料为_，电解质为_。(2)镍镉电池：正极材料为_，负极材料为_，电解质为_。(3)锂离子电池：新一代可充电的绿色电池，低功耗电器的主流电源。3燃料电池(1)原理：利用原电池的工作原理将_和_反应所放出的_直接转化为_。(2)与其他电池的区别：由外设装备提供_和_等。答案：1锌锰电池一次性(1)锌筒石墨棒(2)NH4ClKOH2二次逆向(1)PbO2Pb硫酸(2)NiO(OH)CdKOH3(1)燃料氧化剂化学能电能(2)燃料氧化剂一、几种电池的特点名称干电池(一次电池)充
3、电电池(二次电池)燃料电池特点活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用电解质溶液为胶状，不流动放电后可再充电使活性物质获得再生可以多次充电，重复使用电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等二、电极反应式、原电池反应式的书写1电极反应式的书写(1)负极反应式的书写活泼金属作负极时，本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成产物为金属阳离子，如：Zn2e=Zn
4、2，Cu2e=Cu2。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“金属失电子的反应式”与“阳离子与电解质溶液反应的反应式”相叠加的形式。如：MgAl(KOH)原电池，负极反应式：Al3e4OH=AlO2H2O；铅蓄电池负极反应式：Pb2eSO=PbSO4。负极材料本身不反应时，常见书写方法：H2O2(H2SO4)燃料电池，负极反应式为：H22e=2HH2O2(KOH)燃料电池，负极反应式为：H22e2OH=2H2O(2)正极反应式的书写首先，根据化合价变化或氧化性强弱判断哪种微粒得电子。其次，确定该微粒得电子后变成哪种形式。如：H2O2(H2SO4)原电池，正极反应式为：O24e4H=2H2O
5、H2O2(KOH)原电池，正极反应式为：O24e2H2O=4OH2原电池反应式的书写两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。知识点1 新型化学电源【例题1】 某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()。A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极解析：由电极反应式可知，氢气通入的一极为负极，氧气通入的一极为正极，故a为负极、b为正极，电子应该是通过外电路由a极
6、流向b极，A错；B项，b极上的电极反应式为O24e4H=2H2O，B错；C项，没有注明此时是否处于标准状况下，故无法计算气体的体积，C错。答案：D点拨：解决该类习题的关键环节就是元素化合价的判断。要找出元素的确切化合价，然后依此推导其他元素的化合价变化；牢记原电池负极上发生氧化反应，元素化合价升高，正极上发生还原反应，元素化合价降低，同时还要注意电解质对电极反应式中离子的影响。知识点2 电极反应式的书写与判断【例题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()。Aa极是负极，该电极上发生氧化反应Bb极反应是O24O
7、H4e=2H2OC总反应方程式为2H2O2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析：A项，a极通H2为负极，电极反应为2H24OH4e=4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O22H2O4e=4OH，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2O2=2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。答案：B点拨：负极发生氧化反应，正极发生还原反应；两极得失电子守恒。知识点3 化学电源的综合应用【例题3】 化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)目前常用的镍镉(NiCd)电池，其电池总反应可以表
8、示为：Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是_(填字母序号)。以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能A B C D(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明，一节废镍镉电池可以使1 m2的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重，这是因为_。(3)另一种常用的电池锂电池(锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7)，由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电能)特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极由金属锂制成，电池总反
9、应可表示为LiMnO2=LiMnO2。试回答：锂电池比容量特别大的原因是_。锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因：_。解析：(1)镍镉电池放电和充电时的条件不同，不是可逆反应。(2)因为Ni(OH)2和Cd(OH)2溶于酸，产生大量的重金属离子，对土壤污染更严重。(3)锂的摩尔质量为7 gmol-1，较小，单位质量转移电子的物质的量多，放电量大。答案：(1)B(2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液生成有毒的重金属离子等(3)锂的摩尔质量小2Li2H2O=2LiOHH21酸性锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为
10、：Zn2MnO2=Zn2Mn2O32NH3H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质为()。AZn B碳棒CMnO2和 DZn2和2铅蓄电池放电时，PbSO4()。A在正极上生成B在负极上生成C在两个电极上生成D在两极上消失3镍氢电池的总反应式是H22NiO(OH)2Ni(OH)2，根据此反应式判断，此电池放电时，负极上发生反应的物质是()。ANiO(OH)BNi(OH)2CH2DH2和NiO(OH)4锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()。ALi是正极，电极反应为
11、Lie=LiBLi是负极，电极反应为Lie=LiC电池反应时，锂是正极，二氧化锰是负极D电池反应时，混合物由黑色变为紫色5据报道，氢氧燃料电池公交汽车已经驶上北京街头。下列说法正确的是()。A电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法B发展氢氧燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术C氢氧燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染D氢氧燃料电池把氢气燃烧放出的热能转化为电能6(1)普通锌锰干电池的结构如图所示。回答下列问题。电池中电解质溶液为_。正极反应式为_。放电时向_(填“正极”或“负极”)移动。(2)废电池中的锌皮常用于实验室制氢气，废锌皮和纯锌粒分别与同浓度的稀硫酸反应，产生氢气速率较大的是_，
12、原因是_。答案：1C原电池正极上发生还原反应，铵根离子得到电子被还原得氢气，氢气被二氧化锰氧化得水。2C在铅蓄电池的两极上都有难溶的硫酸铅生成。3C电池放电时，负极发生氧化反应，即失去电子，化合价升高的物质作负极或在负极上反应。4B根据总反应式判断Li被氧化，为负极材料，其失去电子成为Li，正极放电的为MnO2。反应过程中没有产生，混合物不会变为紫色。5C电解水制备氢气需要大量的电能，所以A不正确；氢气属于易燃气体，容易发生危险，所以需要考虑安全高效的储氢技术，B不正确；氢氧燃料电池为化学能转化为电能，产物为水，对环境没有污染，C正确，D不正确。6答案：(1)NH4Cl(或氯化铵)溶液2MnO22e=Mn2O3H2O2NH3正极(2)废锌皮废锌皮在稀硫酸中可构成原电池，加大负极失电子速率，相应产生氢气速率较大解析：(1)该电池的工作原理：负极失去电子被氧化，正极上富集电子，阳离子向正极移动。(2)构成原电池能加大负极金属锌失电子速率。