高中化学专题2第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版必修21Word格式.docx
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电能。
(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
常作汽车电瓶,电压稳定,使用方便安全。
负极材料是Pb,正极材料是PbO2,电解质溶液是硫酸溶液。
②镍镉电池
以Cd为负极,NiO(OH)为正极,以KOH为电解质,寿命比铅蓄电池长,但镉是致癌物质,废弃的镍镉电池如不回收,会严重污染环境。
③碱金属中的Li是最轻的金属,活动性极强,是制造电池的理想物质。
锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3.燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化、还原反应,将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比,其燃料的利用率高、能量转化率高。
与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下:
负极:
2H2+4OH--4e-===4H2O(氧化反应);
正极:
O2+2H2O+4e-===4OH-(还原反应);
总反应:
2H2+O2===2H2O。
从电极反应认识化学电池类型
(1)活泼金属作负极,被腐蚀或消耗,发生氧化反应,如锌锰干电池。
(2)两电极都参加反应,如铅蓄电池。
(3)两电极均为惰性电极,电极本身不发生反应,而是由引入到两极上的物质发生反应,如燃料电池。
例1
下列电池工作时,O2在正极得电子的是( )
A
B
C
D
锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
考点 常见化学电源
题点 常见化学电源的分类
答案 C
例2
汽车的启动电源常用铅蓄电池,其放电时的原电池反应如下:
PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,根据此反应判断,下列叙述中正确的是( )
A.Pb是正极
B.PbO2得电子,被氧化
C.负极反应是Pb+SO
-2e-===PbSO4
D.电池放电时,溶液的酸性增强
题点 铅蓄电池
解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出:
放电过程中Pb失去电子变为Pb2+,发生氧化反应,因而Pb是负极;
PbO2得到电子发生还原反应,被还原;
反应过程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性减弱。
思维启迪
二次电池的放电、充电是相反的过程,如铅蓄电池放电时,Pb电极上发生氧化反应,充电时Pb电极上发生还原反应,PbO2电极亦是如此。
二、电池中电极反应式的书写
1.充电电池电极反应式的书写方法
(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质。
(2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。
(3)在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
例3
铅蓄电池是化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为稀硫酸。
工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
根据上述情况判断:
(1)工作时,电解质溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)工作时,电解质溶液中的阴离子移向______极。
(3)电流方向从______极流向______极。
(4)写出负极的电极反应式:
__________________________________________________。
(5)当铅蓄电池向外电路提供1mol电子时,理论上负极板的质量增加______g。
题点 铅蓄电池的相关综合
答案
(1)增大
(2)负 (3)正 负(4)Pb+SO
-2e-===PbSO4 (5)48
解析 本题解答时应从两方面入手:
一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理,二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。
由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极,负极反应为Pb-2e-+SO
===PbSO4,PbO2为正极,正极反应为PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O。
由于电池工作时,不断消耗H2SO4且生成水,使H+的浓度减小,故pH增大;
阴离子移向负极,电流方向与电子移动方向相反,由正极到负极;
当外电路中通过1mol电子时,根据Pb
PbSO4,则负极增重为SO
的质量,即96g·
mol-1×
mol=48g。
2.燃料电池电极反应式的书写方法
(1)写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。
甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。
(2)写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下两种情况:
①酸性电解质溶液环境下的电极反应式:
O2+4H++4e-===2H2O。
②碱性电解质溶液环境下的电极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-。
(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
例4
如图所示,可形成氢氧燃料电池。
通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。
试回答下列问题:
(1)酸式电池的电极反应:
________________________________________________,
________________________________________________________________________;
电池总反应:
_______________________________________________________;
电解质溶液pH的变化为________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)碱式电池的电极反应:
____________________________________________________,
______________;
_______________________________________;
电解质溶液pH的变化为__________(填“变大”“变小”或“不变”)。
题点 电极反应式的书写
答案
(1)2H2-4e-===4H+ O2+4e-+4H+===2H2O 2H2+O2===2H2O 变大
(2)2H2-4e-+4OH-===4H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 2H2+O2===2H2O 变小
解析
(1)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,酸性条件下与H+结合成H2O。
负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。
电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应,由于有水生成,溶液将逐渐变稀,故pH变大。
(2)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O结合成OH-。
负极上,H2失电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合成H2O。
电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。
同样,由于有水生成,c(OH-)变小,pH变小。
1.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是( )
A.碱性锌锰电池B.手机用锂电池
C.汽车用铅蓄电池D.玩具用镍氢电池
题点 常见电源的分类
答案 A
解析 A项,碱性锌锰电池属于一次电池,不属于可充电电池,正确;
B项,手机用锂电池属于可充电电池,错误;
C项,汽车用铅蓄电池属于可充电电池,错误;
D项,玩具用镍氢电池属于可充电电池,错误。
2.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( )
A.锌外壳是负极,石墨碳棒是正极材料
B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳
C.电流从锌流到碳棒上
D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动
题点 锌锰干电池
解析 A项,在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨碳棒是正极,故正确;
B项,在外电路中电子从锌外壳流向碳棒,故错误;
C项,电流的方向与电子的流向相反,应从碳棒流向锌,故错误;
D项,电池内部,阳离子向正极碳棒移动,故错误。
3.(2017·
北京101中学期中)LED产品的使用为城市增添色彩。
下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。
下列有关叙述正确的是( )
A.a处通入氧气,b处通入氢气
B.通入H2的电极发生反应:
H2-2e-===2H+
C.通入O2的电极为电池的正极
D.该装置将化学能最终转化为电能
题点 氢氧燃料电池
解析 A项,由电子流向可知a为负极,b为正极,负极上发生氧化反应,通入的是氢气,正极上发生还原反应,通入的是氧气,故错误;
B项,a为正极,通入氢气,电解质溶液为碱性,因此发生的电极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O,故错误;
C项,氧气得电子,因此通入氧气的电极为电池的正极,故正确;
D项,该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能,故错误。
4.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。
航标灯的电源必须长效、稳定。
我国科技工作者研制出以铝合金、Pt—Fe合金网为电极材料的海水电池。
在这种电池中( )
①铝合金是负极 ②海水是电解质溶液 ③铝合金电极发生还原反应
A.①②B.②③
C.①③D.①②③
考点 新型化学电源
题点 金属空气燃料电池
5.银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:
Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
其工作示意图如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式:
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
题点 常见化学电源的综合
答案 D
解析 反应中锌失去电子,Zn电极是负极,A正确;
Ag2O得到电子,发生还原反应,B正确;
电解质溶液显碱性,Zn电极的电极反应式:
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,C正确;
根据方程式可知消耗水,且产生氢氧化锌,氢氧根浓度增大,放电后电解质溶液的pH升高,D错误。
6.有一种微型电池,其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液是KOH溶液,试回答下列问题:
(1)原电池是把________能转化成__________能的装置。
(2)该电池中Zn极为________极。
(3)当金属Zn消耗了16.25g时,转移电子的物质的量为__________。
答案
(1)化学 电
(2)负 (3)0.5mol
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