2019-2020年高中化學 化學電源名師導航 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學 化學電源名師導航 新人教版選修4 知識梳理 1.化學電池是_________的裝置，它包括_________、_________和_________等幾大類。常見的普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池屬于_________(填類別)，常見的蓄電池屬于____________。 2.堿性鋅錳電池的負極是_________，正極是_________，電解質是_________。其電極反應為：負極：____________________________________，正極：___________________________，總反應式為：____________________________________。堿性鋅錳電池比__________________性能好，它的__________________和__________________均有提高，可適用于_________和_________，是民用電池的升級換代產品之一。 3.鉛蓄電池是常見的_________，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有_________，負極板上覆蓋有_________，電解質是_________。 放電時電極反應：負極：______________________________________________________； 正極：______________________________________________________________________ 放電時總反應式：____________________________________________________________ 鉛蓄電池充電時電極反應： 陰極：______________________________________________________________________ 陽極：______________________________________________________________________ 充電時總反應式：____________________________________________________________ 可見充電過程和放電過程是可逆的，可用一個可逆反應表示為：_____________________ 鉛蓄電池的優(yōu)點是_________、_________、_________、_________，所以在生產、生活中得到廣泛應用；缺點是_________、_________、_________。 4.氫氧燃料電池正極通入_________，負極通入_________。若電解質溶液為酸性介質，其電極反應為：負極：___________________________，正極：___________________________，總反應：___________________________。若電解質溶液為堿性介質，電極反應為：負極：___________________________，正極：__________________，總反應：2H2+O2====2H2O。 疑難突破 1.電極反應式應如何書寫？ 剖析：(1)根據給出的化學方程式或根據題意，確定原電池的正負極，弄清正、負極上發(fā)生反應的物質。 (2)弱電解質、氣體或難溶物均以分子表示，其余以離子符號表示。 (3)注意電解質溶液的成分，對正極、負極反應產物的影響，正、負極產物可根據題意或據化學方程式確定。 (4)寫電極反應式時要保證電荷守恒、元素守恒、質量守恒，可在電極反應式一端據需要添加H+或OH-或H2O，將兩個電極反應式合起來，即可得到電池反應總方程式。 2.為什么許多國家對廢舊電池進行回收？ 剖析：可以回收到大量的金屬材料和化工原料。廢舊電池中有害于生態(tài)環(huán)境的物質在自然條件下極難被降解；廢舊鋅錳干電池含有高濃度的氯化銨溶液，埋在土壤中會使土壤酸化，種子脫水死亡。 問題探究 問題1：（1）請?zhí)骄侩姵刂圃鞓I(yè)在開發(fā)新產品時應考慮哪些問題？ 探究：（1）如果你是一個研制電池的管理者，在開發(fā)新產品時將主要考慮哪些問題？ 準確把握市場需求信息，以便了解新產品的市場開發(fā)前景和預期可能獲得利潤的大小；本企業(yè)研制、生產新產品的技術、資金、設備、人力等條件。 (2)如果你是一個研制電池的工程師，在開發(fā)新產品時將主要考慮哪些問題？ 電池功率的大??；電池的使用環(huán)境；電池的連續(xù)工作時間或使用壽命；電池廢棄后，其內容物可能對環(huán)境的影響等等。 問題2：鐵在空氣里生銹，為什么不單純是水的作用，也不單純是空氣中氧氣的作用，而是水和氧氣共同作用的結果？你感興趣探究嗎？ 探究：設計實驗，實驗步驟、實驗結果列于下表： 實驗過程 實驗現(xiàn)象 各步結論 有水無氧氣 無鐵銹 沒有氧氣，不能生銹 有氧氣無水 無鐵銹 沒有水，不能生銹 有水和氧氣 有鐵銹 氧氣和水共同作用，才能生銹 典題精講 【例1】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因此得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列說法錯誤的是（ ） A.電池工作時，鋅失去電子 B.電池負極的電極反應式為Zn－2e-+2OH-====Zn(OH)2 C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D.外電路中每通過0.2 mol 電子，鋅的質量理論上減小6.5 g 思路解析：該電池中Zn為負極，失去電子；該反應中轉移2e-，通過計算每轉移0.2 mol 電子，Zn反應6.5 g；電子由負極通過外導線流向正極，所以C錯。 答案：C 【例2】生產鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應是： 2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是（ ） A.需要定期補充硫酸 B.工作時鉛是負極，PbO2是正極 C.工作時負極上發(fā)生的反應是：Pb－2e-+====PbSO4 D.工作時電解質的密度減小 思路解析：鉛蓄電池在工作時相當于原電池，發(fā)生氧化反應的物質是負極，發(fā)生還原反應的物質是正極，所以Pb是負極，PbO2是正極；在工作時，負極發(fā)生的反應是鉛失去電子生成Pb2+，Pb2+與溶液中的生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀的PbSO4干燥后安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。 答案：A 【例3】燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣起反應，將此反應的化學能轉化為電能的裝置，電解質溶液通常是KOH溶液。下列關于甲烷燃料電池的說法不正確的是（ ） A.負極反應式為：CH4+10OH-－8e-====+7H2O B.正極反應式為：2O2+4H2O+8e-====8OH- C.隨著不斷放電，電解質溶液堿性不變 D.甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大 思路解析：A、B兩項是正確的。綜合A、B兩項知C項不正確。根據能量轉化的規(guī)律，燃燒時產生的熱能是不可能全部轉化為功的，能量利用率不高，而電能轉化為功的效率要大得多，D項正確。 答案：C 知識導學 新型電池是原電池原理的具體運用，是容易把化學知識和生活熱點及科學前沿結合出題的重要考點。 對于一次電池，活性物質消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池等都是一次電池。 二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質獲得再生。這類電池可以多次重復使用，如鉛蓄電池。鉛蓄電池充放電是兩個完全不同的過程，放電時是一個原電池，將化學能轉化為電能；充電時是一個電解池，將電能轉化為化學能。 由于氧化還原反應的發(fā)生，蓄電池中的陽極材料、電解質溶液都有一定的消耗，所以，蓄電池需要定期的維護。 燃料電池是現(xiàn)代社會中具有發(fā)展前景的新能源。無論采用什么燃料，總是燃料在負極附近發(fā)生氧化反應。要掌握其工作原理和種類，對這部分知識的考查經常以信息題的形式出現(xiàn)，只要領會了反應原理，自然融會貫通。 疑難導析 原電池考查的主要形式是判斷電極名稱，書寫電極反應，進行簡單的電子轉移計算，還可與金屬的腐蝕與防護以及相關的化學實驗相結合成各種形式的電化學進行考查。其中電極反應方程式的書寫是關鍵。書寫電極反應方程式可以簡單記為四點：①列物質，標得失；②選離子，標電荷；③配個數(shù)，配電荷；④兩式加，驗總式。 主要從保護環(huán)境和節(jié)約材料的方面解釋。要弄清對廢舊電池進行回收是否可以回收到有用材料，是否會污染環(huán)境。 問題導思 綜合運用所學知識，立足于社會這個大背景之下，以更開闊的視野從管理、技術、環(huán)境和消費等不同角度來分析實際問題。需要了解新產品的技術指標和生產成本的最基本要求。 對于一個研制電池的管理者，是否要準確把握市場需求信息，本企業(yè)研制、生產新產品的技術、資金、設備、人力等條件；對于一個研制電池的工程師，是否要考慮電池功率的大小，電池的使用環(huán)境，電池的連續(xù)工作時間或使用壽命，電池廢棄后其內容物可能對環(huán)境的影響等問題。 這是一道實驗設計題目，在實驗設計過程中，如果有多種因素影響實驗時，要確定某一條件對實驗的影響，我們采用的方法是保持其他條件不變，改變這個條件，看實驗結果是否發(fā)生變化。因此要證明鐵生銹是兩方面共同作用造成的，在設計時要單獨考慮每一個條件對實驗的影響，因此要設計三種情況：有水無氧氣；有氧氣無水；既有水又有氧氣。 典題導考 綠色通道：原電池工作時，活潑金屬為負極，失去電子，所以電子流向為：負極→導線→正極。 【典題變式1】據報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿作電解質溶液的新型手機電池，電量可達現(xiàn)在使用的鎳氫或鋰電池的十倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電，其電池反應為：2CH3OH+3O2+4OH-====2+6H2O，則下列有關說法不正確的是（ ） A.放電時化學能轉變?yōu)殡娔? B.放電時CH3OH參與正極反應 C.充電時陰極產生CH3OH D.充電時每生成1 mol CH3OH，則轉移6 mol 電子 答案:B 綠色通道：硫酸溶液的密度與其物質的量濃度成正比，這是此類題的隱含條件。 【典題變式2】 鉛蓄電池是化學電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解液為稀硫酸。工作時該電池總反應式為Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。根據上述情況判斷： (1)蓄電池的負極材料是____________。 (2)工作時，正極反應為_______________________________。 (3)工作時，電解質溶液的pH____________ (填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)工作時，電解質溶液中陰離子移向____________極。 (5)電流方向從____________極流向____________極。 答案: (1)Zn (2)PbO2+2e-+4H++PbSO4+2H2O (3)增大 (4)負 (5)正 負 綠色通道：解此類題目應先寫出總化學方程式，再找出電解質溶液的成分，最后分別寫出正極反應式和負極反應式，從而作出合理的判斷。 【典題變式3】將兩個鉑電極插入氫氧化鉀溶液中，向兩極分別通入甲烷和氧氣，即構成甲烷燃料電池，已知通入甲烷的一極，其電極反應為：CH4+10OH-－8e-====+7H2O；通入氧氣的另一極，其電極反應式是2O2+4H2O+8e-====8OH-。下列敘述正確的是（ ） A.通入甲烷的電極為正極 B.正極發(fā)生氧化反應 C.該電池使用一段時間后應補充氫氧化鉀 D.燃料電池工作時，溶液中的陰離子向正極移動 答案:B