1、第二章 第二节 化学能与电能,第2课时 发展中的化学电源,1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。 3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。,目标导航,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,分层训练,基础知识导学,答案,1.锌锰干电池 (1)结构：锌锰干电池是以锌筒为 极， 石墨棒为 极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作 。 (2)原理：锌锰电池是 电池，放电之后 充电，内部的氧化还原反应是 的。负极发生的电极反应为_，正极发生的电极反应为2MnO22NH 2e=Mn2O32NH3
2、H2O。,负,正,电解质,一次性,不能,不可逆,Zn2e=Zn2,答案,(3)缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的 。改进措施：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成 电池；将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成 性锌锰电池。,腐蚀,防漏,碱,2.充电电池,答案,(1)充电电池又称 电池。充电电池在放电时所进行的 反应，在充电时又 进行， 重新转化为 ，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是 。 (2)常见的充电电池 铅蓄电池 负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 ，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。,
3、二次,氧化还原,逆向,生成物,反应物,Pb,PbO2,硫酸溶液,答案,镍镉电池 以 为负极， 为正极，以 为电解质，寿命比铅蓄电池 ，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重 环境。 碱金属中的 是最轻的金属，活泼性 ，是制造电池的理想物质。电池是新一代可充电的绿色电池。,Cd,NiO(OH),KOH,污染,长,Li,极强,锂离子,3.燃料电池,答案,(1)燃料电池是通过 与 分别在两个电极上发生 反应，将 能直接转化为 能的装置。 (2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率 、能量转化率 。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物 ，而是由外设装备提供 和 等。 (3)以30%的KOH溶
4、液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：_ (氧化反应)； 正极： (还原反应)； 总反应： 。,燃料,氧化剂,氧化还原,化学,电,高,高,不是储存在电池内部,燃料,氧化剂,2H24OH4e=4H2O,O22H2O4e=4OH,2H2O2=2H2O,议一议 判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( ) (2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( ) (3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化( ) (4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅( ),答案,返回,一、原电池电极反应式的书写,重点难点探究,例1 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻
5、、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是( ) A.Li是正极，电极反应为Lie=Li B.Li是负极，电极反应为Lie=Li C.MnO2是负极，电极反应为MnO2e=MnO D.Li是负极，电极反应为Li2e=Li2,解析答案,解析 根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。 答案 B,1.电极反应方程式的书写方法 (1)负极反应式的书写 活泼金属作负极(电极材料本身反应) 生成的阳离子与电解质溶液不反应时：Mne=Mn。
6、若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。 燃料电池(电极材料本身不反应) H2O2(H2SO4)燃料电池负极反应式： H22e=2H。 H2O2(KOH)燃料电池负极反应式： H22e2OH=2H2OH22e=2H；2H2OH=2H2O。,归纳总结,(2)正极反应式的书写 首先判断在正极反应的物质 当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。 当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。 燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。 根据具体情况书写正极反应式(也
7、要考虑是否与电解液反应) H2O2(H2SO4)的正极反应式：O24e4H=2H2O。 H2O2(KOH)的正极反应式：O24e2H2O=4OH。,2.书写原电池电极反应式时注意的问题 (1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。 (2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。 (3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。,变式训练1 可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaC
8、l溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( ) A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O22H2O4e=4OH B.以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al3OH3e=Al(OH)3 C.以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变 D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极,解析答案,解析 当电解质溶液显碱性或中性时，该燃料电池的正极发生的反应均为O22H2O4e=4OH，A项是正确的；,电池工作时，电子从负极流出来经过外电路流向正极，D项是错误的。 答案 A,二、燃料电池 例2 燃料电池是燃料(如
9、CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( ) A.负极反应式：O22H2O4e=4OH B.负极反应式：CH48OH8e=CO26H2O C.随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D.放电时溶液中的阴离子向负极移动,解析答案,答案 D,常见的燃料电池 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。燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为 负极(H2)反应式：2H24e4OH=4H2O(氧化反应) 正极(O2)反应式：O22H2
10、O4e=4OH(还原反应) 电池总反应式：2H2O2=2H2O 氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理为,归纳总结,负极(H2)反应式：2H24e=4H(氧化反应) 正极(O2)反应式：O24H4e=2H2O(还原反应) 电池总反应式：2H2O2=2H2O,变式训练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( ) A.a极是负极，该电极上发生氧化反应 B.b极反应是O24OH4e=2H2O C.总反应的化学方程式为2H2O2=2H2O D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,解析答案,返回,解析 a极通H2为负
11、极，电极反应式为2H24OH4e=4H2O发生氧化反应，A正确； b极通O2为正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，B不正确； 正负极电极反应式相加得总反应为2H2O2=2H2O，C正确； 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，D正确。 答案 B,返回,1.对化学电源的叙述正确的是( ) A.化学电源比火力发电对化学能的利用率高 B.化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位 C.化学电源均是安全、无污染的 D.化学电源即为可充电电池 解析 由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中间环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火
12、力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。,随堂达标检测,解析答案,1,2,3,4,5,A,2.废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是( ) A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B.碳棒取出洗净用作电极 C.把铜帽取下洗净回收利用 D.电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用 解析 虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，
13、会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。,1,2,3,4,5,解析答案,D,3.镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运等特点。研究的燃料电池可分为镁空气燃料电池，镁海水燃料电池，镁过氧化氢燃料电池，镁次氯酸盐燃料电池。如图为镁次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是( ) A.放电过程中OH移向正极 B.电池的总反应式为MgClOH2O=Mg(OH)2Cl C.镁电池中镁均为负极，发生氧化反应 D.镁过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为H2O22H2e=2H2O,1,2,3,4,5,解析答案,解析 根据图像判断反应过程，判断正、负极，正确书
14、写电极反应式。镁燃料电池，镁作负极失电子，产物由电解质溶液决定，若为酸性溶液生成Mg2，碱性溶液生成Mg(OH)2。ClO在正极反应，由图可知有Cl和OH生成，OH向负极移动，生成Mg(OH)2。 答案 A,1,2,3,4,5,4.汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：,解析答案,1,2,3,4,5,PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O 根据此反应判断下列叙述中正确的是( ) A.PbO2是电池的负极 B.Pb是电池的负极 C.PbO2得电子，被氧化 D.电池放电时，溶液酸性增强,1,2,3,4,5,PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正
15、极，A、C错误； 由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，D错误。 答案 B,5.(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为,1,2,3,4,5,解析答案,高铁电池的负极材料是_。 放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_。 放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。,1,2,3,4,5,解析 高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去负极反应式得正极反应式，正极生成OH，故此极附近溶液碱性增强。 答案 Zn,正
16、,(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。 使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。 假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，a极的电极反应式为_。,1,2,3,4,5,解析答案,返回,1,2,3,4,5,解析 由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，容易写出总反应式和正极反应式，两者相减得出负极反应式。 答案 B,返回,基础过关,分层训练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,题组1 电池及电极判断 1.下列说法正确的是( ) A.镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池 B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
17、 C.化学电池的反应基础是氧化还原反应 D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2 解析 碱性锌锰干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池，铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。,C,2.MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2AgCl Mg=Mg2 2Ag2Cl 。有关该电池的说法正确的是( ) A.Mg为电池的正极 B.负极反应为AgCle=AgCl C.不能被KCl溶液激活 D.可用于海上应急照明供电,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,解析 由电池反应方程式看出，Mg是还原剂、A
18、gCl是氧化剂，Mg作负极，A错误；Mg作负极，其电极反应式为Mg2e=Mg2，B错误； 因为该电池能被海水激活，故KCl溶液也可以激活电池，C错误； 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，D正确。 答案 D,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,3.据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2ZnO2=2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是( ) A.锌为正极，空气进入负极反应 B.负极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O C.
19、正极发生氧化反应 D.电解质溶液为强酸,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 Zn与O2反应的电子转移情况为 =2ZnO，所以Zn作负极，负极发生氧化反应，Zn2OH2e=ZnOH2O。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解质溶液是强酸，电池的化学反应不是2ZnO2=2ZnO，而是Zn2H=Zn2H2。 答案 B,4.已知空气锌电池的电极反应为 锌片：Zn2OH2e=ZnOH2O；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,A.正极并被还原 B.正极并被氧化 C.负极并被还原 D.负极并被氧化,解
20、析 Zn失电子作负极，被氧化。,D,解析答案,题组2 各种燃料电池的突破 5.下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是( ),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A.氢氧燃料电池中OH向b极移动 B.该装置中只涉及两种形式的能量转化 C.电池正极电极反应式为O22H2O4e= =4OH D.P型半导体连接电池负极,解析 由电子流向可知a为负极，b为正极，氢氧燃料电池中OH移向负极，即向a极移动，A错误； 该装置中涉及的能量转化形式有：化学能转化为电能，电能转化为光能和热能，B错误； b处通入氧气，b为电池正极，发生还原反应，电极反应为O24e2H2O=4O
21、H，C正确； P型半导体连接电池正极，D错误。 答案 C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.下图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是( ),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,A.该电池的负极反应式为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212H B.该电池的正极反应式为O24e4H=2H2O C.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极 D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 本题的关键
22、是读图。由图示可知，呼气时进去的是CH3CH2OH出来的是CH3COOH，负极的电极反应式为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H，A错误； 氧气由正极通入，酸性条件下生成H2O，B正确； 电流由正极流向负极，C正确； 酒精含量高，转移的电子数多，电流大，D正确。 答案 A,1,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,7.飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该燃料电池可同时供应电和水蒸气，其所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该燃料电池的总反应为2H2O2=2H2O，负极反应为H2CO 2e=CO2H2O，则下列推断正确的是( )
23、 A.电池工作时，CO 向负极移动 B.电池放电时，电子经外电路由通氧气的正极流向通氢气的负极 C.正极的电极反应式为4OH2e=O22H2O D.通氧气的电极为正极，发生氧化反应,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，B错误； 正极反应为O24e2H2O=4OH，C错误； 通氧气一极为正极，发生还原反应，D错误。 答案 A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,8.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为
24、电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( ),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A.有O2放电的a极为电池的负极 B.O2移向电池的正极 C.b极对应的电极反应为2H24e2O2=2H2O D.a极对应的电极反应为O22H2O4e=4OH 解析 在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误； 在燃料电池中，O2移向电池的负极，B错误； 在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H24e2O2=2H2O，C错误； a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电
25、极反应为O24e=2O2，D错误。 答案 C,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,今欲制得Cl2 0.050 mol, 这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是( ) A.0.025 mol B.0.050 mol C.0.10 mol D.0.20 mol,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 要求得硫酸的量，需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反应合并可得：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。而在制取Cl2时，每生成1 mol Cl2，电子转移2 mol，现需要转移电子0.050 mol20.100 mol。由
26、铅蓄电池总反应可知，每转移0.100 mol电子，将消耗0.100 mol硫酸。 答案 C,10.ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。 (1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。,能力提升,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,解析 负极是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。,Zn(或锌),正极,(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速其电极的腐蚀，_。欲除去Cu2，最好选用下列试剂中的_(填字母)。 A.NaOH B.Zn C.Fe D.NH3H2O,1,2,3,4
27、,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,解析 锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2置换为单质而除去。,锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀,B,11.如下图所示，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：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(1)酸式电池的电极反应：负极_， 正极_；电池总反应：_；电解质溶液pH的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
28、,11,12,解析答案,解析 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结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H，H进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的反应，由于有H2O生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。,2H24e=4H,O24e4H=2H2O,2H2O2=2H2O,变大,(2)碱式电池的电极反应：负极_， 正极_；电池总反应：_； 电解质溶液pH的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析答案,解析 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分子结合生成OH；负极上
29、，H2失去电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合生成水。电池总反应也是H2和O2生成水的反应。同样，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。,2H24e4OH=4H2O,O24e2H2O=4OH,2H2O2=2H2O,变小,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,拓展探究,12.LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。 请回答下列问题： (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
30、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_。,解析答案,返回,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,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)，发生反应：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，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。 (4)因为构成电池的两个主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。 答案 (1)Li Lie=Li (2)2SOCl24e=4ClSSO2,解析答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成SOCl2 H2O=SO2 2HCl (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,返回,本课结束,