2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)電源》教案6 新人教版選修4

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1、 2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)電源》教案6新人教版選修4 一、化學(xué)電池的種類 電池等。 干電池示意閣鉛蓄電池示意圖 氫氣手 化學(xué)電池：借助于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。化學(xué)電池的主要部分是電解質(zhì)溶液，和浸在溶液中的正極和負(fù)極，使用時(shí)將兩極用導(dǎo)線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能。化學(xué)電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復(fù)原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池等；有的不能充電復(fù)原，稱為原電池，如干電池、燃料 廢電解質(zhì) 互氧氣 _ti_ 冷&?? r~ifi—W 氫氧燃料電池示意圉 電解質(zhì)氧化劑電極 圖2-15 下面介紹化學(xué)電池的種類： 1

2、．干電池：普通鋅錳干電池的簡(jiǎn)稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負(fù)極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過(guò)的長(zhǎng)纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl、NHCl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO作去極化劑吸收正極放出的H， 2 422 防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑，淀粉糊的作用是提高陰、陽(yáng)離子在兩個(gè)電極的遷移速率。 電極反應(yīng)為：負(fù)極Zn—2e=Zn2+ 正極2+2e=2NH+H 32 H+2MnO=MnO+HO 2223

3、2 正極產(chǎn)生的NH又和ZnCl作用：Zn2++4NH=[ZnNH]2+ 3 2334 干電池的總反應(yīng)式：Zn+2NHCl+2MnO=ZnNHCl+MnO+HO 4 2322232 或2Zn+4NHCl+2MnO=[ZnNH]Cl+ZnCl+MnO+HO 423222232 正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。干電池的電壓15V—16V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復(fù)原，因而不宜長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過(guò)程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小性能好的堿性鋅—錳干電池是電解液由原來(lái)的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性能更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅

4、粉，反應(yīng)面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時(shí)間比普通干電池增加幾倍。 2．鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼，用含銻5%?8%的鉛銻合金鑄成格板，在正極格板上附著一層PbO2，負(fù)極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液密度為125—1228g/cm3中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開(kāi)。放電的電極反應(yīng)為： 負(fù)極：Pb+-2e-=PbSO； 4 正極：PbO+4H+++2e-=PbSO；+2HO 242 鉛蓄電池的電壓正常情況下保持20V,當(dāng)電壓下降到185V時(shí)，即當(dāng)放電進(jìn)行到硫酸濃度降低，溶液

5、密度達(dá)118g/cm3時(shí)即停止放電，而需要將蓄電池進(jìn)行充電，其電極反應(yīng)為： 陽(yáng)極：PbSO+2HO-2e-=PbO+4H++ 422 陰極：PbSO+2e-=Pb+ 4 當(dāng)密度增加至128g/cm3時(shí)，應(yīng)停止充電。這種電池性能良好，價(jià)格低廉，缺 點(diǎn)是比較笨重。 蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式：PbO+Pb+2HS0単第bSO；+2HO 224充電42 目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。 3．銀鋅蓄電池 銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電

6、視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實(shí)際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH溶液。 常見(jiàn)的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開(kāi)。 負(fù)極：Zn+20H-2e=ZnOH2 正極：Ag0+H0+2e=2Ag+20H 銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用放電一段時(shí)間后就要充電，充電過(guò)程表示如 下： 陽(yáng)極：2Ag+2OH-2e=AgO+HO 陰極：ZnOH+2e=Zn+2OH

7、 2 總反應(yīng)式：Zn+AgO+HO當(dāng)電ZnOH+2Ag 22充電2 一粒鈕扣電池的電壓達(dá)159V,安裝在電子表里可使用兩年之久。 4．燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學(xué)電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷地從外界輸入，同時(shí)把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實(shí)地把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負(fù)極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿如氫

8、氧化鈉或氫氧化鉀等把兩個(gè)電極隔開(kāi)。化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點(diǎn)是能量利用率高，設(shè)備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%以上。 當(dāng)前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細(xì)分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強(qiáng)的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。 電極反應(yīng)式為：負(fù)極H22H 2H+20H-2e=2H0 2 正極O+2H0+4e=40H 22 電池總反應(yīng)式為：2H+0=2H0 222 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入K0H溶

9、液作電極，又在兩極上分別通甲烷燃料和氧氣氧化劑。電極反應(yīng)式為： 負(fù)極：CH+100H-—8e=+7H0； 42 正極：4H0+20+8e=80H-O 22 電池總反應(yīng)式為：CH+20+2K0H=KC0+3H0 42232 目前已研制成功的鋁—空氣燃料電池，它的優(yōu)點(diǎn)是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動(dòng)力，還能用于收音機(jī)、照明電源、野營(yíng)炊具、野外作業(yè)工具等。 5. 鋰電池：鋰電池是金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，無(wú)機(jī)溶劑亞硫酰氯S0CI在炭極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解液是由四氯鋁化鋰LiAlCl溶解于亞硫酰氯中組成。。它的 4總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)

10、生反應(yīng)，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。 8Li+3S0Cl=6LiCl+LiS0+2S 2223 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時(shí)電壓十分穩(wěn)定，貯存時(shí)間長(zhǎng)，能在2163—3441K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長(zhǎng)。鋰電池是一種高能電池, 它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因而已用于電腦、照相機(jī)、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導(dǎo)彈等的動(dòng)力資源。 微型電池：常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在567°C—711°C溫度范圍內(nèi)正常工作。 6.

11、 海水電池 1991年，我國(guó)首創(chuàng)以鋁一空氣一海水電池為能源的新型電池，用作海水標(biāo)志燈已研制成功。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光，其能量比干電池高20—50倍。負(fù)極材料是鋁，正極材料可以用石墨。 電極反應(yīng)式為：負(fù)極反應(yīng)：Al—3e=Al3+, 正極反應(yīng)：2H0+0+4e=40H-o 22 電池總反應(yīng)式為：4Al+306H0=4Al0H 223 7. 溴—鋅蓄電池 國(guó)外新近研制的的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液作電解液。 電極反應(yīng)式為：負(fù)極反應(yīng)：Zn—2e=Zn2+ 正極反應(yīng)：Br+2e

12、=2Br 2 電池總反應(yīng)式為：Zn+Br=ZnBr 22 二、相關(guān)考題和練習(xí) 例1．（xx年全國(guó)高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用LiCO和NaCO的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO的混合氣體 23232為陰極助燃?xì)?，制得?50°C下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式： 陽(yáng)極反應(yīng)式：2CO+2CO2--4e-==4C0 32 陰極反應(yīng)式：， 電池總反應(yīng)式：。 解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進(jìn)行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應(yīng)式為：2CO+O2==2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極（即題目指的陽(yáng)極

13、）反應(yīng)式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-==2C0j-。 例2．（xx年全國(guó)高考化學(xué)題）氫鎳電池是近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是： （1/2）H+NiO（OH）Ni（OH） 22 根據(jù)此反應(yīng)式判斷下列敘述中正確的是（） A. 電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化 C.電池充電時(shí)，氫元素被還原D.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極 解析：電池的充、放電互為相反的過(guò)程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。根據(jù)氫鎳電池放電時(shí)的總反應(yīng)式可知，電解質(zhì)溶液只能是強(qiáng)堿性溶液，不能是強(qiáng)酸性

14、溶液，因?yàn)樵趶?qiáng)酸性溶液中NiO（OH）和Ni（OH）2都會(huì)溶解。這樣可寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式：H2+20H--2e-==2屯0,屯為負(fù)極，附近的pH應(yīng)下降。放電時(shí)鎳元素由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，被還原，充電時(shí)氫元素由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，被還原。故答案為C、D項(xiàng)例3.有人設(shè)計(jì)出利用CH和0的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反42 應(yīng)類似于CH在0中燃燒，則下列說(shuō)法正確的是（） 42 ① 每消耗1molCH可以向外電路提供8mole- 4 ② 負(fù)極上CH失去電子，電極反應(yīng)式CH+100H-—8e-=C02-+7H0 4432 ③ 負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為02+2H20+4e-

15、=40H- ④ 電池放電后，溶液PH不斷升高22 A.①②B.①③C.①④D.③④ ［點(diǎn)撥］：本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應(yīng)用，首先要判斷出電池的正負(fù)極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應(yīng)，若發(fā)生的是失電子反應(yīng) 是原電池的負(fù)極，反之是正極。CH在鉑電極上發(fā)生類似于CH在0燃燒反應(yīng)，即CH一 4424 C02嚴(yán)格講生成的C02還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價(jià)升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH-8e-+100H-=C02-+7H0,ImolCH參加反應(yīng)有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，0在正極43242 上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為02+2H20

16、+4e-=40H-。雖然正極產(chǎn)生0H-,負(fù)極消耗0H-,但從總反應(yīng)CH+20+2K0H=KCO+3H0可看出是消耗KOH,所以電池放電時(shí)溶液的PH42232 值不斷下降，故①②正確，③④錯(cuò)誤。 答案：A 例4．(xx年天津高考理綜題)下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示， 下列敘述不正確的是() mi A.a電極是負(fù)極B.b電極的電極反應(yīng)為：40H--4e-==2^0+0?f C. 氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D. 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負(fù)極，其電極反應(yīng)為：

17、2H2-4e-==4H+， b極為正極，其電極反應(yīng)為：02+2H20+4e-==40H-，電池總反應(yīng)式為：2屯+02==2叩。H2為還原劑，02為氧化劑，H2、02不需全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)。故答案為B項(xiàng)。 例5.(xx年江蘇高考化學(xué)題)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。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為： Zn(s)+2Mn0(s)+H0(l)==Zn(0H)(s)+Mn0(s) 22223 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：2Mn0(s)+H0(l)+2e-==Mn0(s)+20H-(aq) 2

18、223 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)0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g 解析：該電池的電解液為KOH溶液,結(jié)合總反應(yīng)式可寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式:Zn(s)+20H-(aq)-2e-==Zn(0H)2(s)，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，可得到正極反應(yīng)式：2Mn02(s)+H20(l)+2e-==Mn203(s)+20H-(aq)。Zn為負(fù)極，失去電子，電子由負(fù)極通過(guò)外電路流向正極。ImolZn失去2mol電子，外電路中每通過(guò)0.2mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5g。故答案為C項(xiàng) 2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)電源》教案7新人教版選修4

19、學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解常見(jiàn)的化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道它們?cè)谏a(chǎn)、生活和國(guó)防中的實(shí)際應(yīng)用。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)：常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理 學(xué)習(xí)過(guò)程： 【自學(xué)指導(dǎo)一】閱讀教材79-83頁(yè)，思考下列問(wèn)題并把答案填寫(xiě)在下面的知識(shí)總結(jié)中。問(wèn)題：①目前化學(xué)電池主要分為哪幾個(gè)大類？在性能等方面它們各有什么特點(diǎn)？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？ ② 化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？ ③ 判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？ 【知識(shí)總結(jié)】化學(xué)電池 1）概念: 2）分類: 3）優(yōu)點(diǎn): 4）電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn): 5）各類電池 一次電池 二次電池 燃料電池 普通鋅錳電池 堿性鋅錳電池 銀鋅電

20、池 鋰電池 鉛蓄電池 負(fù)極材料 正極材料 電解質(zhì)溶液 6）燃料電池 介質(zhì) 電池反應(yīng)：2H2+O2=2H2O 222 酸性 負(fù)極 正極 中性 負(fù)極 正極 堿性 負(fù)極 正極 【練習(xí)】將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成 原電池，由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 判斷，通入甲烷的一極為，這一極的電極反應(yīng)為；通入氧氣的一極為， 電極反應(yīng)為一,總反應(yīng)為。 【小結(jié)】書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下

21、幾點(diǎn)：1．電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；2．將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)； 3．負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如＋4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32—形式存在）； 【鞏固練習(xí)】 1、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），為了除去銀器表面Ag2s, 可采用如下方法：在一個(gè)鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好．過(guò)一段時(shí)間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀

22、生成，請(qǐng)用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過(guò)程． 2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融 鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極燃?xì)猓频迷?5°C下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式： 2-- 負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO3=4CO2+4e 正極反應(yīng)式： 總反應(yīng)式：. 3?鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多 種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i+MnO2=LiMnO2,下列說(shuō)法正確的是（） A、 Li是正極， 電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e-= Li+ B、 Li是

23、負(fù)極， 電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e-= Li+ C、 Li是負(fù)極， 電極反應(yīng)為MnO2+e- =MnO2 D、 Li是負(fù)極， 電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－2e-= Li2+ Li 4、1991年我國(guó)首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20到50倍。運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，推測(cè)該新型電池兩極上可能發(fā)生的電極反應(yīng)。 負(fù)極正極 5已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用這一反應(yīng)，試設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，畫(huà)出示意圖，標(biāo)明 電極材料名稱，電解質(zhì)溶液，然后填空： 負(fù)極,電極反應(yīng)