2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié)《化學(xué)電源》知識(shí)點(diǎn)歸納及例題解析 新人教版選修4.doc

第二節(jié) 化學(xué)電源1堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)溶液是KOH。2鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池，正極是PbO2，負(fù)極是Pb，電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液。3氫氧燃料電池兩類(lèi)型： (1)酸性電解質(zhì)時(shí)：負(fù)極反應(yīng)式：2H24e=4H；正極反應(yīng)式：O24H4e=2H2O。(2)堿性電解質(zhì)時(shí)：負(fù)極反應(yīng)式：2H24OH4e=4H2O；正極反應(yīng)式：2H2OO24e=4OH?；瘜W(xué)電池自學(xué)教材填要點(diǎn)1概念將化學(xué)能變成電能的裝置。2分類(lèi) 3電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)(1)單位質(zhì)量或單位體積所輸出的電能的大小(比能量)，或者輸出的功率的大小(比功率)。(2)電池儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)短。師生互動(dòng)解疑難(1)化學(xué)電池能量轉(zhuǎn)化率高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可制成各種形狀和大小，不同容量和電壓的電池及電池組，使用方便。(3)電池中的鎳、鎘、錳、鉛等金屬離子會(huì)對(duì)土壤、水源造成污染，應(yīng)集中回收處理。1下列說(shuō)法中，不正確的是()A化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B化學(xué)電池的種類(lèi)包括一次電池、二次電池和燃料電池等C化學(xué)電池供能穩(wěn)定可靠，可以制成各種形狀和大小，使用方便，易于維護(hù)D廢舊電池可以隨意丟棄解析：本題考查的是有關(guān)化學(xué)電池的概念、分類(lèi)及性能等方面的知識(shí)。廢舊電池中含有重金屬和酸、堿等有害物質(zhì)，隨意丟棄，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康危害很大，所以廢舊電池應(yīng)回收處理。答案：D一次電池堿性鋅錳電池自學(xué)教材填要點(diǎn)1構(gòu)造2組成正極材料：MnO2；負(fù)極材料：Zn；電解質(zhì)：KOH。3工作原理負(fù)極：Zn2e2OH=Zn(OH)2；正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；總反應(yīng)：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。師生互動(dòng)解疑難(1)堿性鋅錳干電池克服了普通鋅錳干電池的缺點(diǎn)，單位質(zhì)量所輸出的電能多且儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適用于大電流和連續(xù)放電。(2)紐扣式鋅銀電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH。(3)鋰電池的負(fù)極是Li，正極是MnO2、CuO、FeS2等，鋰電池的比能量高，電壓高，可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。2堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，電池總反應(yīng)式為Zn (s)2MnO2 (s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A電池工作時(shí)，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g解析：由所給的電池總反應(yīng)式可知，電池工作時(shí)，每有1 mol Zn參加反應(yīng)，則會(huì)有2 mol 電子從負(fù)極Zn經(jīng)外電路流向正極，并在正極發(fā)生反應(yīng)：2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)。外電路每通過(guò)0.2 mol電子，Zn的質(zhì)量就減少6.5 g。答案：C二次電池自學(xué)教材填要點(diǎn)1鉛蓄電池的構(gòu)造 2.鉛蓄電池的工作原理(1)放電時(shí)：負(fù)極：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)；正極：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；總反應(yīng)式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充電時(shí)：鉛蓄電池的充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆過(guò)程。陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)，發(fā)生還原反應(yīng)。陽(yáng)極：2PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)，發(fā)生氧化反應(yīng)?？偡磻?yīng)式：2PbSO4(s)2H2O(l)Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放電反應(yīng)可寫(xiě)成一個(gè)可逆的反應(yīng)方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。師生互動(dòng)解疑難(1)二次電池放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，能重復(fù)使用。(2)鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)：鉛蓄電池具有電壓穩(wěn)定，性能良好，價(jià)格低廉，使用方便，安全可靠，循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)。鉛蓄電池的缺點(diǎn)是比能量低，廢棄的電池污染環(huán)境。(3)放電時(shí)是原電池原理，而充電時(shí)是電解池原理；二次電池的充放電過(guò)程相反。3關(guān)于鉛蓄電池的說(shuō)法正確的是()A在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)SO(aq)=PbSO4(s)2eB在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板C在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷變小D在充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)解析：A項(xiàng)中電池放電時(shí)正極應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為PbO24HSO2e=PbSO42H2O；C項(xiàng)中電池充電時(shí)硫酸的濃度應(yīng)不斷增大；D項(xiàng)中電池充電時(shí)陽(yáng)極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)。答案：B氫氧燃料電池自學(xué)教材填要點(diǎn)電池負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)式氫氧燃料電池酸性電解質(zhì)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O氫氧燃料電池堿性電解質(zhì)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O 師生互動(dòng)解疑難(1)燃料電池的特點(diǎn)：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。電極材料本身不參與氧化還原反應(yīng)。工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除。(2)燃料電池的優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過(guò)80%，遠(yuǎn)高于普通燃燒過(guò)程。污染小。(3)通可燃物的一極為電池的負(fù)極，通O2 的一極為燃料電池的正極。(4)燃料電池的正極反應(yīng)式：若為酸性介質(zhì)：O24H4e=2H2O；若為堿性(或中性)介質(zhì)：2H2OO24e=4OH。4氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：2H24OH4e=4H2O；正極：O22H2O4e=4OH；當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()A1.8 mol B3.6 molC100 mol D200 mol解析：n(H2O)100 mol，由總反應(yīng)方程式：2H2O2=2H2O，知每生成2 mol H2O轉(zhuǎn)移電子4 mol，現(xiàn)得到100 mol H2O轉(zhuǎn)移電子200 mol。答案：D主題1：廢舊電池為什么要集中統(tǒng)一處理？甲廢舊電池中含有汞、鎘、鉻、鉛等重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨意丟棄會(huì)造成土壤、水源的污染乙廢舊電池中的有色金屬是寶貴的資源，可以回收再利用主題2：以鎳鎘(NiCd)可充電電池為例，探討電池充、放電時(shí)電極發(fā)生反應(yīng)的類(lèi)型及書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。Cd2NiO(OH)2H2OCd(OH)22Ni(OH)2(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)。甲放電時(shí)為原電池原理，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Cd2OH2e=Cd(OH)2，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH乙充電時(shí)為電解池原理，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：電極反應(yīng)式為：Cd(OH)22e=Cd2OH，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)：電極反應(yīng)式為：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O二次電池的工作原理例1鐵鎳蓄電池又稱(chēng)愛(ài)迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2下列有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是()A電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負(fù)極為FeB電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Fe2OH2e=Fe(OH)2C電池充電過(guò)程中，陰極附近溶液的pH降低D電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為：2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O解析因?yàn)榉烹姇r(shí)的反應(yīng)中有氫氧化物生成，故電解質(zhì)溶液是堿性溶液，因?yàn)殍F的化合價(jià)升高，鎳的化合價(jià)降低，故鐵是負(fù)極，氧化鎳是正極，故A和B均正確；充電時(shí)的陰極反應(yīng)為Fe(OH)22e=Fe2OH，故此時(shí)陰極附近的pH增大，故C錯(cuò)誤；根據(jù)所給的放電時(shí)的電池反應(yīng)可推知D正確。答案C(1)二次電池在充電時(shí)，正、負(fù)電極上發(fā)生的反應(yīng)正好與放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)相反，因而充電時(shí)，二次電池的正極應(yīng)與充電電源的正極相連接，電池的負(fù)極應(yīng)與充電電源的負(fù)極相連接。(2)充電時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)和總反應(yīng)是放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)的逆過(guò)程。放電時(shí)，充電時(shí)，你能寫(xiě)出鎳電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式嗎？提示：放電時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：Ni2O33H2O2e=2Ni(OH)22OH?；瘜W(xué)電源電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)例2科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開(kāi)發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池。(甲醇的燃燒熱為726.5 kJmol1)在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，負(fù)極的反應(yīng)式為_(kāi)，正極的反應(yīng)式為_(kāi)。理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1 kJ，則該燃料電池的理論效率為_(kāi)(燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比)。解析在燃料電池中，通入氧氣的一極是正極，通入甲醇的一極是負(fù)極，根據(jù)甲醇中碳元素的化合價(jià)變化可推知1 mol甲醇轉(zhuǎn)移6 mol電子，故寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)為CH3OHH2O6e=CO26H；正極反應(yīng)為O26H6e=3H2O。因?yàn)榧状嫉娜紵裏崾?26.5 kJmol1，故可求得該燃料電池的理論效率702.1 kJ726.5 kJ100%96.6%。答案CH3OHH2O6e=CO26HO26H6e=3H2O96.6%(1)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中陰、陽(yáng)離子要和電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的離子相對(duì)應(yīng)，在堿性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H；在酸性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH。(2)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子相等時(shí)相加，即得總反應(yīng)式。某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)如下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2O2=2H2O，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A電子通過(guò)外電路從b極流向a極Bb極上的電極反應(yīng)式為：O22H2O4e=4OHC每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2DH由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì)傳遞到b極解析：本題考查原電池知識(shí)，意在考查考生的分析能力。該原電池的化學(xué)原理是H2被氧化，在負(fù)極(a極)發(fā)生反應(yīng)：H22e=2H，H由a極轉(zhuǎn)移到b極，D項(xiàng)正確；O2發(fā)生還原反應(yīng)，在正極(b極)發(fā)生反應(yīng)：O24H4e=2H2O，則電子從a極流向b極，A、B兩項(xiàng)不正確；C項(xiàng)因未指明氣體所處的溫度和壓強(qiáng)，不正確。答案：D