1、第四章第二节 化学电源理解教材新知把握命题热点应用落实体验知识点一知识点二命题点一命题点二课堂双基落实课下综合检测命题点三知识点三知识点四2018年人教版高二化学选修4 创新设计第二节化学电源2018年人教版高二化学选修4 创新设计1碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH。2铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是PbO2，负极是Pb，电解质溶液是H2SO4溶液。3氢氧燃料电池两类型：(1)酸性电解质时：负极反应式：2H24e=4H；正极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质时：负极反应式：2H24OH4e=4H2O；正极反应式：2H2OO24e=4OH。2018年人
2、教版高二化学选修4 创新设计1你能说出原电池的构成及工作原理吗？提示：2原电池的负极和正极分别发生何种反应？如何正确书写电极反应式？提示：原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应。书写电极反应式的方法是：先根据电极材料标出电极名称，然后根据题意或根据总反应，遵循电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒原则写出电极反应。化学电池 新知探究探究1 以前所认识的原电池有哪些缺点？提示：反应一段时间后，就不会产生电流了，且携带不方便。探究2 化学电池与其他能源相比有哪些优点？提示：化学电池的优点有：能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小，不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。易维护，可在各种环
3、境下工作。探究3 铅蓄电池属于一次电池还是二次电池？提示：铅蓄电池为可充电电池，属于二次电池。必记结论1概念化学电池是将化学能变成电能的装置。2分类3判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位(Wh)/kg或(Wh)/L。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的多少，单位W/kg或W/L。(3)电池的可储存时间的长短。成功体验1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，可以制成各种形状和大小，使用方便，易于维护D废旧电池可以随意丢弃解析：本题考查的是有关化
4、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处理。答案：D新知探究探究1 碱性锌锰电池的正负极材料是什么？电解质是什么？一次电池 提示：负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH。探究2 碱性锌锰电池比普通锌锰电池有哪些优良性能？提示：比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。必记结论一次电池碱性锌锰电池银锌电池正、负极材料负极：Zn正极：MnO2负极：Zn正极：Ag2O电解质溶液KOH溶液负极反应Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2正极反应2MnO22H2O2e=2M
5、nOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应Zn2MnO2H2O=2MnOOHZn(OH)2ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag成功体验2碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)，下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g解析：由所给的电池总反
6、应式可知，电池工作时，每有1 mol Zn参加反应，则会有2 mol 电子从负极Zn经外电路流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)。外电路每通过0.2 mol电子，Zn的质量就减少6.5 g。答案：C新知探究探究1 铅蓄电池的正、负极材料是什么？电解质溶液是什么？二次电池 提示：负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4。探究 2 铅蓄电池应用非常广泛，如日常生活中的电动自行车电池、汽车上的电池等，已知总反应式为：PbPbO22H2SO4放电充电 2PbSO42H2O。你能写出铅蓄电池放电时的正、负极的电极反应式吗？提示：负极反应式
7、：PbSO24 2e=PbSO4正极反应式：PbO24HSO24 2e=PbSO42H2O探究 3 铅蓄电池放电时的正、负极在充电时分别作什么极？提示：放电时的负极作充电时的阴极；放电时的正极作充电时的阳极。必记结论1铅蓄电池的构造2铅蓄电池的工作原理(1)放电时：负极：Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)；正 极：PbO2(s)4H(aq)SO 24(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；总反应式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=放电 2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电时：铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)S
8、O24(aq)，发生还原反应。阳极：2PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO24(aq)，发生氧化反应。总 反 应 式：2PbSO4(s)2H2O(l)=充电 Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个可逆的反应方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)放电充电 2PbSO4(s)2H2O(l)。成功体验3关于铅蓄电池的说法正确的是()A在放电时，正极发生的反应是Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)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=
9、Pb(s)SO24(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PbO24HSO24 2e=PbSO42H2O；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新知探究探究 1 燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属或一种金属与一种导电的非金属吗？提示：不一定，如氢氧燃料电池的正负极均为 Pt。燃料电池 探究 2 氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？若不同，请分别写出反应式。提示：不相同；酸性条件下正极反应式：O24H4e=2H2O，碱性条件下正极反应式：2H2OO24e=4OH。探究 3 除氢氧燃料电池外，其他燃
10、料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？提示：负极还可以是烃(如甲烷、乙烷等)醇(如甲醇、乙醇等)、氨、煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。必记结论1氢氧燃料电池酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应2H24e=4H2H24e4OH=4H2O正极反应O24e4H=2H2OO24e2H2O=4OH总反应2H2O2=2H2O2.燃料电池的优点(1)能量转换率高：燃料电池的能量转换率超过 80%，普通燃烧过程能量转换率仅 30%多。(2)污染小，被誉为“绿色”发电站。成功体验4双选题燃料电池是一种新型电池，它利用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的
11、基本反应如下：X 极，12O2(g)H2O(l)2e=2OH；Y 极，H2(g)2OH2e=2H2O(l)。下列判断中，正确的是()AX 是正极 BY 是正极CY 极发生还原反应DY 极发生氧化反应解析：从电极反应式中可以看出，X 极得电子发生还原反应，作正极，Y 极失去电子发生氧化反应，作负极。答案：AD例 1 镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2O 放电充电 Cd(OH)22Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是()考查二次电池的工作原理 A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOH
12、H2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的 OH向正极移动解析 由总反应可知，放电时，负极 Cd 发生氧化反应：Cd2e2OH=Cd(OH)2，负极碱性变弱，C 项错误；正极反应为 2NiOOH2e2H2O=2Ni(OH)22OH，放电时，OH由正极向负极移动(内电路)，D 项错误；充电时，电能转化为化学能，B 项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为 Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O，A 项正确。答案 A(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
13、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。1铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是()A电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3、负极为 FeB电池放电时，负极反应为：Fe2OH2e=Fe(OH)2C电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低D电池充电时，阳极反应为：2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O解析：因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液是碱性溶液，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故 A 和 B 均正确
14、；充电时的阴极反应为 Fe(OH)22e=Fe2OH，故此时阴极附近的 pH增大，故 C 错误；根据所给的放电时的电池反应可推知 D正确。答案：C常见燃料电池的电极反应和电池反应(1)烃类燃料电池CH4 燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)负极：CH410OH8e=CO23 7H2O；正极：2O24H2O8e=8OH；总反应式：CH42O22OH=CO23 3H2O。考查燃料电池 甲烷燃料电池(固体电解质)一个电极通入空气，另一电极通入甲烷，电池的电解质为掺杂了 Y2O3(三氧化二钇)的 ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导 O2。该电池的电极反应式为负极：CH44O28e=CO22H
15、2O；正极：2O28e=4O2；总反应式；CH42O2=CO22H2O(2)醇类燃料电池CH3OH 燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)负极：2CH3OH16OH12e=2CO23 12H2O；正极：3O26H2O12e=12OH；总反应式：2CH3OH3O24OH=2CO23 6H2O。CH3OH 燃料电池(电解质溶液为 H2SO4 溶液)负极：2CH3OH2H2O12e=2CO212H；正极：3O212H12e=6H2O；总反应式：2CH3OH3O2=2CO24H2O。例 2 将两个铂电极放置在 KOH 溶液中，然后分别向两极通入CH4 和 O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确
16、的是()通入 CH4 的电极为正极；正极的电极反应式是 O22H2O4e=4OH；通入 CH4 的电极反应式是 CH42O24e=CO22H2O；负极的电极反应式是 CH410OH8e=CO23 7H2O；放电时溶液中的阳离子向负极移动；放电时溶液中的阴离子向负极移动。A BCD解析 据题意知，发生的反应为 CH42O2=CO22H2O，反应产生的 CO2 处于 KOH 溶液中，又会转化为 CO23，故是正确的。O2 得 e被还原，作正极，错误，正确。溶液中离子移动情况受溶液(原电池内电路)中电流方向影响，内电路电流方向是由负极流向正极，阳离子的移动方向与电流方向相同，故在溶液(原电池内电路)
17、中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，错误，正确。答案 B2一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用 Li2CO3 和Na2CO3 的熔融混合物作电解质，一极通 CO 气体，另一极通O2 和 CO2 混合气体，其总反应为 2COO2=2CO2。则下列说法中正确的是()A通 CO 的一极是电池的正极B负极发生的电极反应是 O22CO24e=2CO23C负极发生的电极反应是 COCO23 2e=2CO2D正极发生氧化反应解析：由电池反应 2COO2=2CO2 可知，通 CO 的一极为电池负极，通 O2 的一极为电池正极，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，负极的电极反应为 2CO2C
18、O23 4e=4CO2，正极的电极反应为 O22CO24e=2CO23。答案：C电极反应式的书写方法列物质标得失 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量看环境配守恒 电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H应让其结合OH生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平两式加验总式 两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证考查化学电源电极反应式的书写 例 3 2 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 LiAlCl42。电池的总反应可表示为 4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下
19、列问题：(1)电 池 的 负 极 材 料 为 _，发 生 的 电 极 反 应 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 分析反应的化合价变化，可得 Li 为还原剂，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为 Li(还原剂)，电极反应式为 Lie=Li。(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则
20、没有碱液吸收时的产物应为 SO2 和 HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味气体生成。(4)因为构成电池的主要成分 Li 能和氧气、水反应，且 SOCl2也与水反应。答案(1)Li Lie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出 现 白 雾，有 刺 激 性 气 味 气 体 生 成 SOCl2 H2O=SO22HCl(4)因为构成电池的主要成分 Li 能和氧气、水反应，且 SOCl2也与水反应给出总反应式，书写电极反应式的方法如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可
21、直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。以 2H2O2=2H2O 为例，当电解质溶液为 KOH 溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定 2 mol H2 失掉 4 mol 电子，初步确定负极反应为：2H24e=4H。(2)根据电解质溶液为碱性，与 H不能共存，反应生成水，推出 OH应写入负极反应式为：2H24OH4e=4H2O。(3)用总反应式 2H2O22H2O 减去负极反应式得正极反应式为：2H2OO24e=4OH。3双选题镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁
22、原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMgMo3S4放电充电 MgxMo3S4；在镁原电池放电时，下列说法错误的是()AMg2向负极迁移B正极反应为：Mo3S42xe=Mo3S2x4CMo3S4 发生氧化反应D负极反应为：xMg2xe=xMg2解析：正极反应为 Mo3S42xe=Mo3S2x4，发生还原反应，负极反应为 xMg2xe=xMg2，负极产生的 Mg2移向正极，A、C选项错误。答案：AC课堂双基落实1下列说法中正确的是()A碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质储存在电
23、池内解析：碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是从外界不断输入电池。答案：C2银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：2AgZn(OH)2充电放电 Ag2OZnH2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是()AAg BZn(OH)2CAg2O DZn解析：电池放电时发生原电池原理，其负极发生氧化反应，元素的化合价升高，即负极材料为 Zn。答案：D3最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为：Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法不正
24、确的是()A该电池 Zn 为负极，MnO2 为正极B该电池的正极反应为：MnO2eH2O=MnOOHOHC导电时外电路电子由 Zn 流向 MnO2，内电路电子由 MnO2流向 ZnD电池工作时水分子和 OH都能通过薄层纸片解析：电池反应中 Zn 失电子、MnO2 得电子，因此该电池负极为 Zn，正极为 MnO2。由电池总反应式减去负极反应式Zn2e2OH=ZnOH2O 即得正极反应式 MnO2eH2O=MnOOHOH。电子只能由 Zn 经外电路流向MnO2，而不能通过内电路。答案：C4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为了利用电池外壳的金属材料B防止汞、镉和铅等重金
25、属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极解析：废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。答案：B5(好题共享选自鲁科版教材 P33T8)阿波罗宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电极反应为：2H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH(1)在负极发生反应的物质是_，负极发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应。(2)在 正 极 发 生 反 应 的 物 质 是 _，正 极 发 生 的 是_(填“氧化”或“还原”)反应。电池总反应是_。解析：(1)由氢氧燃料电池的电极反应式可知，负极上发生反应的物质是 H2，发生氧化反应；正极上发生反应的物质是 O2，发生还原反应，总反应式为 2H2O2=2H2O答案：(1)H2 氧化(2)O2 还原 2H2O2=2H2O课下综合检测见课时跟踪检测(十九)
