专题6 第3单元 第2课时 化学电源 教案
文档属性
| 名称 | 专题6 第3单元 第2课时 化学电源 教案 |  | |
| 格式 | DOCX | ||
| 文件大小 | 138.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-02-02 21:57:00 | ||
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文档简介
第2课时 化 学 电 源
1．了解常见化学电源的组成与反应原理。
2．掌握燃料电池电极反应式的书写方法。
素材 问题导入——从锌氢电池到锌锰干电池有多远？
1．将锌氢电池改装成干电池时，大量的酸液盛装于作为负极的锌筒中，容易漏液，不便于携带，怎么办？加入淀粉，与电解质溶液混合加热，制成糊状物。
2．倘若锌筒中装有硫酸，由于其体积较小，即使硫酸的浓度比较大，能提供的H＋的物质的量也有限，这就使电池的电容量比较小。同时，较高浓度的硫酸与Zn接触可以直接反应，这将大大降低电池的能量转化效率(工业上称之为“自放电”现象)。如何改进？一是提高酸的浓度，并且将H＋“藏”起来，在干电池工作时再慢慢地“拿”出来。这就是将强酸变为弱酸，例如醋酸等。实际上，锌锰干电池中的电解质使用的是NH4Cl，因为这是一种比醋酸酸性更弱的酸，它“收藏”H＋的能力比醋酸更强，在干电池工作时，可以提供较多的H＋，从而提高了干电池的电容量。同时NH4Cl的酸性较弱，与Zn接触的“自放电”现象也可以在一定程度上被缓解。
3．当干电池工作时，在一个封闭的锌筒中能产生H2吗？显然是不可行的。
4．怎么才能不产生H2呢？干电池中使用了MnO2。干电池工作时的负极反应是Zn－2e－===Zn2+。正极反应虽不熟悉，但是可以推断反应过程，即NH NH3↑＋ H＋、2H＋＋2e－===H2↑、2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O。与其说MnO2氧化H2，阻止了H2的产生，不如说与正极导体石墨密切接触的粉末状的具有高度活性的MnO2氧化了刚刚产生的H原子。这样正极的电极反应式就变为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O，此时正极得电子的就不再是H原子，而是Mn原子，锌氢电池也就自然地变成锌锰干电池了(如下图)。
问题 如何正确书写燃料电池的电极反应式？
1．正极反应式的书写：正极通入的气体通常是O2，按电解质不同通常有如下情况。
(1) 在酸性溶液中生成水：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
(2) 在碱性溶液中生成OH－：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
(3) 在固体电解质(高温下能传导O2－)中生成O2－：O2＋4e－===2O2－。
2．负极反应式的书写：负极通入的是燃料，发生氧化反应。
(1) 若负极通入的是H2，则
酸性溶液中：H2－2e－===2H＋。
碱性溶液中：H2－2e－＋2OH－===2H2O。
熔融氧化物中：H2－2e－＋O2－===H2O。
(2) 若负极通入的气体燃料是含碳化合物，如CO、CH4、CH3OH等，C元素转化为＋4价的碳的化合物，在酸性溶液中生成CO2，在碱性溶液中生成CO， H元素最终转化为水。例如在CH4燃料电池中，当电解质溶液是酸性溶液时，负极的电极反应式是CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋；当电解质溶液是碱性溶液时，负极的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。
已知空气—锌电池的电极反应式为锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。据此判断锌片是( D )
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
【解析】 原电池的负极上发生的是氧化反应，在发生氧化反应的过程中反应物会失去电子；原电池的正极上发生的是还原反应，在发生还原反应的过程中反应物会得到电子。
【素养要求】 能分析常见电池的电池反应原理。
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)发生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(如KOH溶液)，下列关于甲烷(CH4)燃料电池的说法，正确的是( D )
A．负极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．正极的电极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液中OH－的浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
【解析】 燃料电池是原电池的一种，负极上发生氧化反应(失电子)，正极上发生还原反应(得电子)，所以正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于电解质溶液是碱性溶液(如KOH溶液)，所以CH4的氧化产物应该是K2CO3，因此负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。随着反应CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O的进行，溶液中OH－的浓度减小。原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
【素养要求】 能分析燃料电池的工作原理。
*选做强化题 常用干电池是用锌板围成的圆筒作负极，内充糊状的ZnCl2和NH4Cl。工作时某一阳离子在正极得到电子后产生两种气体，一种气体可被MnO2氧化生成水，另一种气体有刺激性气味，能使酚酞变红。试写出干电池工作时的电极反应，注明反应类型。
(1) 负极：__Zn－2e－===Zn2+__，反应类型：__氧化反应__。
(2) 正极：__2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑__，反应类型：__还原反应__。
【解析】 锌板作负极，所以负极反应为Zn－2e－===Zn2+。在正极上反应的物质得到电子后产生两种气体，一种气体分子可被MnO2氧化生成水，另一种气体有刺激性气味，能使酚酞变红，可以判断这两种气体分别为H2、NH3，所以正极的反应为2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑。
【素养要求】 能分析原电池的工作原理。
1．了解常见化学电源的组成与反应原理。
2．掌握燃料电池电极反应式的书写方法。
素材 问题导入——从锌氢电池到锌锰干电池有多远？
1．将锌氢电池改装成干电池时，大量的酸液盛装于作为负极的锌筒中，容易漏液，不便于携带，怎么办？加入淀粉，与电解质溶液混合加热，制成糊状物。
2．倘若锌筒中装有硫酸，由于其体积较小，即使硫酸的浓度比较大，能提供的H＋的物质的量也有限，这就使电池的电容量比较小。同时，较高浓度的硫酸与Zn接触可以直接反应，这将大大降低电池的能量转化效率(工业上称之为“自放电”现象)。如何改进？一是提高酸的浓度，并且将H＋“藏”起来，在干电池工作时再慢慢地“拿”出来。这就是将强酸变为弱酸，例如醋酸等。实际上，锌锰干电池中的电解质使用的是NH4Cl，因为这是一种比醋酸酸性更弱的酸，它“收藏”H＋的能力比醋酸更强，在干电池工作时，可以提供较多的H＋，从而提高了干电池的电容量。同时NH4Cl的酸性较弱，与Zn接触的“自放电”现象也可以在一定程度上被缓解。
3．当干电池工作时，在一个封闭的锌筒中能产生H2吗？显然是不可行的。
4．怎么才能不产生H2呢？干电池中使用了MnO2。干电池工作时的负极反应是Zn－2e－===Zn2+。正极反应虽不熟悉，但是可以推断反应过程，即NH NH3↑＋ H＋、2H＋＋2e－===H2↑、2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O。与其说MnO2氧化H2，阻止了H2的产生，不如说与正极导体石墨密切接触的粉末状的具有高度活性的MnO2氧化了刚刚产生的H原子。这样正极的电极反应式就变为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O，此时正极得电子的就不再是H原子，而是Mn原子，锌氢电池也就自然地变成锌锰干电池了(如下图)。
问题 如何正确书写燃料电池的电极反应式？
1．正极反应式的书写：正极通入的气体通常是O2，按电解质不同通常有如下情况。
(1) 在酸性溶液中生成水：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
(2) 在碱性溶液中生成OH－：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
(3) 在固体电解质(高温下能传导O2－)中生成O2－：O2＋4e－===2O2－。
2．负极反应式的书写：负极通入的是燃料，发生氧化反应。
(1) 若负极通入的是H2，则
酸性溶液中：H2－2e－===2H＋。
碱性溶液中：H2－2e－＋2OH－===2H2O。
熔融氧化物中：H2－2e－＋O2－===H2O。
(2) 若负极通入的气体燃料是含碳化合物，如CO、CH4、CH3OH等，C元素转化为＋4价的碳的化合物，在酸性溶液中生成CO2，在碱性溶液中生成CO， H元素最终转化为水。例如在CH4燃料电池中，当电解质溶液是酸性溶液时，负极的电极反应式是CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋；当电解质溶液是碱性溶液时，负极的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。
已知空气—锌电池的电极反应式为锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。据此判断锌片是( D )
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
【解析】 原电池的负极上发生的是氧化反应，在发生氧化反应的过程中反应物会失去电子；原电池的正极上发生的是还原反应，在发生还原反应的过程中反应物会得到电子。
【素养要求】 能分析常见电池的电池反应原理。
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)发生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(如KOH溶液)，下列关于甲烷(CH4)燃料电池的说法，正确的是( D )
A．负极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．正极的电极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液中OH－的浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
【解析】 燃料电池是原电池的一种，负极上发生氧化反应(失电子)，正极上发生还原反应(得电子)，所以正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于电解质溶液是碱性溶液(如KOH溶液)，所以CH4的氧化产物应该是K2CO3，因此负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。随着反应CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O的进行，溶液中OH－的浓度减小。原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
【素养要求】 能分析燃料电池的工作原理。
*选做强化题 常用干电池是用锌板围成的圆筒作负极，内充糊状的ZnCl2和NH4Cl。工作时某一阳离子在正极得到电子后产生两种气体，一种气体可被MnO2氧化生成水，另一种气体有刺激性气味，能使酚酞变红。试写出干电池工作时的电极反应，注明反应类型。
(1) 负极：__Zn－2e－===Zn2+__，反应类型：__氧化反应__。
(2) 正极：__2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑__，反应类型：__还原反应__。
【解析】 锌板作负极，所以负极反应为Zn－2e－===Zn2+。在正极上反应的物质得到电子后产生两种气体，一种气体分子可被MnO2氧化生成水，另一种气体有刺激性气味，能使酚酞变红，可以判断这两种气体分别为H2、NH3，所以正极的反应为2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑。
【素养要求】 能分析原电池的工作原理。