应用课
第四章 化学反应与电能
第3课时 原电池问题综合应用
【学习目标】
依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源具体工作原理。
【学习活动】
学习任务
目标：依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源具体工作原理。 任务： 1．新型电池的正、负极的判断 由反应物、反应产物或反应方程式，根据元素的常规价态去判断即可： 新型电池中 负极材料 (元素化合价升高的物质,发生氧化反应的物质),正极材料 (元素化合价降低的物质,发生还原反应的物质) 2．新型电池的电极反应式书写步骤 第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。 第二步：分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 第三步：写出比较容易书写的电极反应式。 第四步：若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。 3．新型电池充、放电时电解质溶液中离子移动方向 首先应分清电池是放电还是充电，放电时为原电池，再判断出正、负极。原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，进而确定离子的移动方向。 【思考1】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①写出该电池放电时的负极反应式。 参考答案：放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 ②根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化？ 参考答案：放电时正极附近生成OH－，碱性增强，pH变大。 ③给该电池充电时应该怎样连接电极？ 参考答案：充电时该电池的正极接外接电源正极，负极接外接电源负极。 【思考2】一种薄膜电池的设计原理如图所示。该电池封装的电解质溶液为6 mol/L的KOH溶液，碳电极为吸附了氢气的纳米碳管。 ①写出放电时的正、负极电极反应式。 参考答案：负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O； 正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。 ②写出充电时的阴、阳极电极反应式。 参考答案：阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； 阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O。 ③思考薄膜电池等新型电池的开发对社会发展的意义。 参考答案：减少传统能源的使用，对可持续发展有利；减少有害物质排放，对环境保护有利。 【思考3】硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化——化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。 指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。推测在工作过程中a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液吗？ 参考答案：从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；b极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反应Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。 不需要。 【思考4】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，当前氮的氧化物的污染日趋严重。氮的氧化物的主要来源之一为汽车尾气，某科研小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。写出两电极的电极反应式，若电池消耗标准状况下的O2 2.24 L ，则通过质子交换膜的H＋的物质的量是多少？ 参考答案：电极A上通入的是尾气(NO、NO2)，故电极反应式为NO＋2H2O－3e－===＋4H＋、NO2＋H2O－e－===＋2H＋，电极B上通入O2，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。电池消耗标准状况下的O2 2.24 L时转移电子的物质的量为0.1 mol×4＝0.4 mol，根据电子守恒规律可以得出通过质子交换膜的H＋的物质的量为0.4 mol。 【思考5】碳排放是影响气候变化的重要因素之一。 (1)最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。 写出生成氢气的电极反应式和此电池的总方程式。 (2)国内最新研究，实现CO2的固定和储能的多功能电化学反应装置如图所示。该装置充放电过程并不完全可逆，即充电过程C不参与反应。放电过程反应方程式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。 写出放电时正极的电极反应式。充电时电极A应接外接电源的正极还是负极？ 参考答案：(1)氢气在b电极产生，其电极反应式为2CO2＋2H2O＋2e－===2＋H2，a电极反应式为Na－e－===Na＋，因此电池的总反应式为2Na＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2。 (2)放电过程为原电池，根据放电过程反应方程式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C，正极上二氧化碳得到电子生成Li2CO3和C，电极反应式为4Li＋＋3CO2＋4e－===2Li2CO3＋C。电极A的材料是金属锂，为电池的负极，因此充电时应接外接电源的负极。 【思考6】一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应式为2CO＋O2===2CO2。 ①判断该电池的正极、负极情况？ 参考答案：由电池的总反应式2CO＋O2===2CO2可知，通CO的一极为电池负极，通O2的一极为电池正极。 ②你能写出该电池的正极反应式和负极反应式吗？ 参考答案：负极的电极反应式为2CO＋2CO－4e－===4CO2，正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2应用课
第四章 化学反应与电能
第3课时 原电池问题综合应用
【学习目标】
依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源具体工作原理。
【学习活动】
学习任务
目标：依据原电池工作原理，分析认识新型化学电源具体工作原理。 任务： 1．新型电池的正、负极的判断 由反应物、反应产物或反应方程式，根据元素的常规价态去判断即可： 新型电池中 负极材料 (元素化合价升高的物质,发生氧化反应的物质),正极材料 (元素化合价降低的物质,发生还原反应的物质) 2．新型电池的电极反应式书写步骤 第一步：分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。 第二步：分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 第三步：写出比较容易书写的电极反应式。 第四步：若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。 3．新型电池充、放电时电解质溶液中离子移动方向 首先应分清电池是放电还是充电，放电时为原电池，再判断出正、负极。原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，进而确定离子的移动方向。 【思考1】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①写出该电池放电时的负极反应式。 ②根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化？ ③给该电池充电时应该怎样连接电极？ 【思考2】一种薄膜电池的设计原理如图所示。该电池封装的电解质溶液为6 mol/L的KOH溶液，碳电极为吸附了氢气的纳米碳管。 ①写出放电时的正、负极电极反应式。 ②写出充电时的阴、阳极电极反应式。 ③思考薄膜电池等新型电池的开发对社会发展的意义。 【思考3】硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化——化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。 指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。推测在工作过程中a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液吗？ 【思考4】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，当前氮的氧化物的污染日趋严重。氮的氧化物的主要来源之一为汽车尾气，某科研小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。写出两电极的电极反应式，若电池消耗标准状况下的O2 2.24 L ，则通过质子交换膜的H＋的物质的量是多少？ 【思考5】碳排放是影响气候变化的重要因素之一。 (1)最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。 写出生成氢气的电极反应式和此电池的总方程式。 (2)国内最新研究，实现CO2的固定和储能的多功能电化学反应装置如图所示。该装置充放电过程并不完全可逆，即充电过程C不参与反应。放电过程反应方程式为4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。 写出放电时正极的电极反应式。充电时电极A应接外接电源的正极还是负极？ 【思考6】一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应式为2CO＋O2===2CO2。 ①判断该电池的正极、负极情况？ ②你能写出该电池的正极反应式和负极反应式吗？
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
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