高考化學(xué) 第9章 第31課時(shí) 化學(xué)電源復(fù)習(xí)課件

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1、一、化學(xué)電源一、化學(xué)電源(電池電池)的特點(diǎn)與分類的特點(diǎn)與分類1實(shí)用電池一般具有以下的特點(diǎn)(1)能產(chǎn)生比較穩(wěn)定而且較高電壓的電流；(2)安全、耐用且便于攜帶，易于維護(hù)；(3)能夠適用于各種環(huán)境；(4)便于回收處理，不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境的污染影響較??；(5)能量轉(zhuǎn)換率高。2化學(xué)電池分類(1)一次電池(如鋅錳干電池、堿性鋅錳電池)(2)二次電池(又叫充電電池或蓄電池，如鉛蓄電池)(3)燃料電池(如氫氧燃料電池)【基礎(chǔ)題一】(湖南師大附中2010屆高三第四次月考)下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是( )A手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學(xué)能

2、轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極B【解析】手機(jī)上用的鋰離子電池可以反復(fù)充放電，屬于二次電池，A選項(xiàng)正確。鋅比銅活潑，因此構(gòu)成原電池時(shí)，鋅失電子作負(fù)極，電子沿外電路流向正極銅，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤。二、幾種主要化學(xué)電源二、幾種主要化學(xué)電源1一次電池(1)堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池構(gòu)成：負(fù)極是鋅，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH。工作原理：負(fù)極：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH總反應(yīng)式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2特點(diǎn)：比能量較高，儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，可適用于大電流和連續(xù)放電。(2)紐扣式電池紐扣式電池(銀鋅電池銀鋅電池) 銀鋅電池的負(fù)極

3、是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，總反應(yīng)方程式：ZnAg2O=2AgZnO特點(diǎn)：此種電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放電。(3)鋰電池鋰電池 鋰電池用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。鋰電池的主要反應(yīng)為：負(fù)極：8Li8e=8Li；正極：3SOCl28e=SO2S6Cl總反應(yīng)式為：8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S特點(diǎn)：鋰電池是一種高能電池，具有質(zhì)量輕、電壓穩(wěn)定、工作效率高和儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。2二次電池(1)鉛蓄電池鉛蓄電池鉛蓄電池放電原理的電極反應(yīng)負(fù)極：PbSO42-2e=PbSO4；正極：

4、PbO24HSO42-2e=PbSO42H2O總反應(yīng)式：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O鉛蓄電池充電原理的電極反應(yīng)陽(yáng)極：PbSO42H2O2e=PbO24HSO42-；陰極：PbSO42e=PbSO42-總反應(yīng)：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4(2)鎳鎘堿性蓄電池鎳鎘堿性蓄電池構(gòu)成：放電時(shí)鎘(Cd)為負(fù)極，正極是NiO(OH)，電解液是KOH。工作原理：負(fù)極：Cd2OH2e=Cd(OH)2；正極：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH總反應(yīng)式：Cd2NiO(OH)2H2O Cd(OH)22Ni(OH)2特點(diǎn)：電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)，但

5、一般體積大、廢棄電池易污染環(huán)境。3燃料電池(1)氫氧燃料電池氫氧燃料電池當(dāng)用堿性電解質(zhì)時(shí)，電極反應(yīng)為負(fù)極：2H24OH4e=4H2O；正極：O22H2O4e=4OH總反應(yīng)：2H2O2=2H2O(2)甲烷燃料電池甲烷燃料電池該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，在兩極上分別通甲烷和氧氣。負(fù)極：CH410OH8e=CO32-7H2O；正極：2O24H2O8e=8OH總反應(yīng)方程式為CH42O22KOH=K2CO33H2O(3)CH3OH燃料電池燃料電池用導(dǎo)線相連的兩個(gè)鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH3OH和O2。負(fù)極：2CH3OH16OH12e=2CO32-12H2O；正極：3O26

6、H2O12e=12OH總反應(yīng)方程式為2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O【基礎(chǔ)題二】日常所用的干電池的電極分別為碳棒和鋅皮，以糊狀NH4Cl和ZnCl2作電解質(zhì)(其中加入MnO2氧化吸收H2)，電極反應(yīng)可簡(jiǎn)化為：Zn2e=Zn2；2NH2e=2NH3H2，根據(jù)上述敘述判斷下列說(shuō)法正確的是( )A干電池中鋅為正極，碳為負(fù)極B干電池工作時(shí)，電子由鋅極經(jīng)外電路流向碳極C干電池長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器D干電池可實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化和電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化BC【思考題】(2010浙江)LiAl/FeS電池是一種正在開(kāi)發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：2LiFeS2

7、e=Li2SFe。有關(guān)該電池的下列說(shuō)法中，正確的是( )ALiAl在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價(jià)為1價(jià)B該電池的電池反應(yīng)式為2LiFeS=Li2SFeC負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al3e=Al3D充電時(shí)，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i2SFe2e=2LiFeSB【解析】Li和Al都屬于金屬，所以LiAl應(yīng)該屬于合金而不是化合物，因此化合價(jià)為0價(jià)，A錯(cuò)誤；由正極反應(yīng)式知負(fù)極應(yīng)該是Li失去電子而不是Al，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，B正確；充電時(shí)陰極相當(dāng)于原電池的負(fù)極，要得電子，正確的反應(yīng)式是2Li2e=2Li，所以選項(xiàng)D也錯(cuò)誤。重要考點(diǎn)重要考點(diǎn)1 二次電池的原理與特點(diǎn)二次電池的原理與特點(diǎn) 可充電電池是高考?？贾?/p>

8、識(shí)點(diǎn)，二次電池首先需要判斷什么情況下是原電池，什么情況下是電解池，二次電池充電時(shí)是電解池，放電時(shí)是原電池。充電和放電是在兩種不同的條件下發(fā)生的，充電是在外接電源條件下發(fā)生的非自發(fā)氧化還原反應(yīng)，放電是在無(wú)外接電源條件下發(fā)生的自發(fā)氧化還原反應(yīng)?！究键c(diǎn)釋例1】化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。(1)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池，其電池總反應(yīng)可以表示為Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2；已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說(shuō)法中正確的是()以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊烹姇r(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?A B C

9、 D(2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料表明一節(jié)廢鎳鎘電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價(jià)值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因?yàn)開(kāi)。(3)下圖是廢棄鎳鎘電池中的重金屬滲入水體后，進(jìn)入人體的一條途徑：生物體D中重金屬濃度_(填“大于”、“等于”或“小于”)生物體A中重金屬濃度，這是通過(guò)食物鏈_作用所引起的。除上述途徑外，被污染水體中的重金屬還可以直接通過(guò)_(途徑)進(jìn)入人體。答案：(1)B(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均溶于酸形成有毒的離子(3)大于；富集；被污染的飲用水【溫馨提示】1.二次電池的特點(diǎn)：電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)，但一般體積大、廢棄電池易污染

10、環(huán)境。2二次電池首先需要判斷什么情況下是原電池，什么情況下是電解池，二次電池充電時(shí)是電解池，放電時(shí)是原電池。充電和放電是在兩種不同的條件下發(fā)生的，充電是在外接電源條件下發(fā)生的非自發(fā)氧化還原反應(yīng)，放電是在無(wú)外接電源條件下發(fā)生的自發(fā)氧化還原反應(yīng)。1.LiSOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。此電池工作時(shí)，被氧化的物質(zhì)是( ) ALi BSOCl2 CLiCl DS和SO2A2.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 H2NiO(O

11、H) Ni(OH)2根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是(雙選)( )A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CD重要考點(diǎn)重要考點(diǎn)2 燃料電池的原理與特點(diǎn)燃料電池的原理與特點(diǎn)1燃料電池的特點(diǎn) 燃料電池是利用燃燒反應(yīng)或與之類似的反應(yīng)具有能量變化大的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的電池。它具有高效無(wú)污染的特點(diǎn)，正成為新能源研究的重點(diǎn)。燃料電池的工作原理具有如下特點(diǎn)：(1)兩電極可能相同，電極不參加反應(yīng)。電極的作用是催化轉(zhuǎn)換，作用很關(guān)鍵，原理很復(fù)雜。(2)氧氣等氧化劑總是在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。(3)燃料電池的電

12、解質(zhì)可能是酸性、堿性和熔融的鹽或氧化物。(4)燃料電池總反應(yīng)式的條件都不能寫(xiě)“點(diǎn)燃”，通常條件不寫(xiě)。2有氧氣參加的燃料電池正極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)(1)酸性條件(如硫酸)：O24H4e=2H2O(2)堿性條件(如KOH溶液)：O22H2O4e=4OH(3)熔融的鹽(如K2CO3并在通O2的一極通CO2)：O22CO24e=2CO32-(4)熔融的氧化物(有O2遷移)O24e=2O2若已知燃料電池總反應(yīng)和正極反應(yīng)式將很容易書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)式?！究键c(diǎn)釋例2】 (湖南雅禮中學(xué)2010屆高三12月質(zhì)量檢測(cè))以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是()A該電池能夠在高溫下工作B電池

13、的負(fù)極反應(yīng)為： C6H12O66H2O24e=6CO224HC放電過(guò)程中，H從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 【解析】由于是微生物燃料電池，則不可能在高溫下工作，所以A錯(cuò)誤；放電過(guò)程中，H從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移，結(jié)合O2形成H2O，所以C錯(cuò)誤；消耗1 mol氧氣則轉(zhuǎn)移4 mol e，由C6H12O66H2O24e=6CO224H計(jì)算出：轉(zhuǎn)移4 mol e則生成1 mol CO2，即22.4 L，所以D錯(cuò)誤。答案：B【溫馨提示】 (1)燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。(2)燃料電池在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是燃料(如H2

14、、CH4、CH3OH等)，在正極上參與反應(yīng)的是空氣或氧氣，電解質(zhì)溶液一般是KOH溶液。(3)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)方程式時(shí)：酸性條件下可用H和H2O配平；堿性條件可用OH和H2O配平。1.(2010湖南懷化市第二次模擬考試化學(xué)試題)據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供了服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是( )A正極反應(yīng)式為：O22H2O4e=4OHB工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量濃度不變C該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2O2=2H2OD用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.2 mo

15、l電子轉(zhuǎn)移B2.一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體，電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2。下列對(duì)該燃料的說(shuō)法正確的是(雙選)( )A在熔融電解質(zhì)中，O2由負(fù)極移向正極B電池的總反應(yīng)是： 2C4H1013O28CO210H2OC通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為： O24e=2O2D通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為： C4H1026e13O2=4CO25H2OBC3.(1)今有2H2O2 2H2O反應(yīng)，構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通的應(yīng)是 ，正極通的應(yīng)是 ，電極反應(yīng)式為負(fù)極： 、正極： 。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)溶液，則電極反應(yīng)式為

16、負(fù)極： 、正極： 。(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有何變化？ 。(3)如把H2改為甲烷、KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為： 。H2O22H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH2H24e=4HO24H4e=2H2O (1)變小，(2)變大 負(fù)極：CH410OH8e=CO32-7H2O、正極：2O24H2O8e=8OH【解析】根據(jù)電池反應(yīng)式可知H2在反應(yīng)中被氧化，O2被還原，因此H2應(yīng)在負(fù)極上反應(yīng)，O2應(yīng)在正極上反應(yīng)。又因?yàn)槭菈A性溶液，此時(shí)應(yīng)考慮不可能有H參加或生成，故負(fù)極反應(yīng)為：2H24OH4e=4H2O，正極反應(yīng)為：O22H2O4e=4OH。若將導(dǎo)電物質(zhì)換成酸性溶液，此時(shí)應(yīng)考慮不可能有OH參加或生成，故負(fù)極：2H24e=4H，正極：O24H4e=2H2O。由于前者在堿性條件下反應(yīng)KOH量不變，但工作時(shí)H2O增多故溶液變稀堿性減弱，pH將變小。而后者為酸溶液，H2SO4的量不變，水增多，溶液酸性減弱，故pH將變大。如把H2改為甲烷，用KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，根據(jù)反應(yīng)CH42O2=CO22H2O，則負(fù)極為發(fā)生氧化反應(yīng)的CH4，正極為發(fā)生還原反應(yīng)的O2，由于有KOH存在，此時(shí)不會(huì)有CO2放出。