通用版版高中化学 第四章 电化学基础 第二节 化学电源学案 新人教版选修4文档格式.docx
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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·
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·
(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
解析 汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。
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)+SO(aq)-2e-===PbSO4(s);
②正极反应式是PbO2(s)+4H+(aq)+SO(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)+SO(aq);
②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO(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===4LiOH
C.B电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O
D.电解液a可以为氯化锂溶液
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)2
B.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。
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
(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池
答案
(1)CH4+2O2===CO2+2H2O
2O2+8H++8e-===4H2O
CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
(2)CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O
2O2+4H2O+8e-===8OH-
CH4+10OH--8e-===CO+7H2O
(3)2CH3OH+3O2+4OH-===2CO+6H2O
3O2+6H2O+12e-===12OH-;
2CH3OH+16OH--12e-===2CO+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
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。
2.下列电池工作时,氧气在正极放电的是( )
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
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。
A.锌为电池的负极
B.正极反应式为2FeO+10H++6e-===Fe2O3+5H2O
C.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
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:
2FeO+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。
4.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁电池放电时电压高而平稳,因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。
其中一种镁电池的反应为xMg+Mo3S4MgxMo3S4,则镁电池放电时,下列说法错误的是( )
A.Mg2+向正极迁移
B.正极反应式为Mo3S4+2xe-===Mo3S
C.Mo3S4发生氧化反应
D.负极反应式为xMg-2xe-===xM
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