人教新课标选修4名师导航（ 化学电源）
文档属性
| 名称 | 人教新课标选修4名师导航（ 化学电源） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 20.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2010-12-14 17:00:00 | ||
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文档简介
第二节 化学电源
名师导航
知识梳理
1.化学电池是_________的装置，它包括_________、_________和_________等几大类。常见的普通锌锰电池、碱性锌锰电池属于_________(填类别)，常见的蓄电池属于____________。
2.碱性锌锰电池的负极是_________，正极是_________，电解质是_________。其电极反应为：负极：____________________________________，正极：___________________________，总反应式为：____________________________________。碱性锌锰电池比__________________性能好，它的__________________和__________________均有提高，可适用于_________和_________，是民用电池的升级换代产品之一。
3.铅蓄电池是常见的_________，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有_________，负极板上覆盖有_________，电解质是_________。
放电时电极反应：负极：______________________________________________________；
正极：______________________________________________________________________
放电时总反应式：____________________________________________________________
铅蓄电池充电时电极反应：
阴极：______________________________________________________________________
阳极：______________________________________________________________________
充电时总反应式：____________________________________________________________
可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个可逆反应表示为：_____________________
铅蓄电池的优点是_________、_________、_________、_________，所以在生产、生活中得到广泛应用；缺点是_________、_________、_________。
4.氢氧燃料电池正极通入_________，负极通入_________。若电解质溶液为酸性介质，其电极反应为：负极：___________________________，正极：___________________________，总反应：___________________________。若电解质溶液为碱性介质，电极反应为：负极：___________________________，正极：__________________，总反应：2H2+O2====2H2O。
疑难突破
1.电极反应式应如何书写？
剖析：(1)根据给出的化学方程式或根据题意，确定原电池的正负极，弄清正、负极上发生反应的物质。
(2)弱电解质、气体或难溶物均以分子表示，其余以离子符号表示。
(3)注意电解质溶液的成分，对正极、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或据化学方程式确定。
(4)写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒、质量守恒，可在电极反应式一端据需要添加H+或OH-或H2O，将两个电极反应式合起来，即可得到电池反应总方程式。
2.为什么许多国家对废旧电池进行回收？
剖析：可以回收到大量的金属材料和化工原料。废旧电池中有害于生态环境的物质在自然条件下极难被降解；废旧锌锰干电池含有高浓度的氯化铵溶液，埋在土壤中会使土壤酸化，种子脱水死亡。
问题探究
问题1：（1）请探究电池制造业在开发新产品时应考虑哪些问题？
探究：（1）如果你是一个研制电池的管理者，在开发新产品时将主要考虑哪些问题？
准确把握市场需求信息，以便了解新产品的市场开发前景和预期可能获得利润的大小；本企业研制、生产新产品的技术、资金、设备、人力等条件。
(2)如果你是一个研制电池的工程师，在开发新产品时将主要考虑哪些问题？
电池功率的大小；电池的使用环境；电池的连续工作时间或使用寿命；电池废弃后，其内容物可能对环境的影响等等。
问题2：铁在空气里生锈，为什么不单纯是水的作用，也不单纯是空气中氧气的作用，而是水和氧气共同作用的结果？你感兴趣探究吗？
探究：设计实验，实验步骤、实验结果列于下表：
实验过程 实验现象 各步结论
有水无氧气 无铁锈 没有氧气，不能生锈
有氧气无水 无铁锈 没有水，不能生锈
有水和氧气 有铁锈 氧气和水共同作用，才能生锈
典题精讲
【例1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列说法错误的是（ ）
A.电池工作时，锌失去电子
B.电池负极的电极反应式为Zn－2e-+2OH-====Zn(OH)2
C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小6.5 g
思路解析：该电池中Zn为负极，失去电子；该反应中转移2e-，通过计算每转移0.2 mol 电子，Zn反应6.5 g；电子由负极通过外导线流向正极，所以C错。
答案：C
【例2】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：
2PbSO4+2H2O
PbO2+Pb+2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法错误的是（ ）
A.需要定期补充硫酸
B.工作时铅是负极，PbO2是正极
C.工作时负极上发生的反应是：Pb－2e-+====PbSO4
D.工作时电解质的密度减小
思路解析：铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+，Pb2+与溶液中的生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状的PbSO4干燥后安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
答案：A
【例3】燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（ ）
A.负极反应式为：CH4+10OH-－8e-====+7H2O
B.正极反应式为：2O2+4H2O+8e-====8OH-
C.随着不断放电，电解质溶液碱性不变
D.甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
思路解析：A、B两项是正确的。综合A、B两项知C项不正确。根据能量转化的规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大得多，D项正确。
答案：C
知识导学
新型电池是原电池原理的具体运用，是容易把化学知识和生活热点及科学前沿结合出题的重要考点。
对于一次电池，活性物质消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等都是一次电池。
二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池。铅蓄电池充放电是两个完全不同的过程，放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。
由于氧化还原反应的发生，蓄电池中的阳极材料、电解质溶液都有一定的消耗，所以，蓄电池需要定期的维护。
燃料电池是现代社会中具有发展前景的新能源。无论采用什么燃料，总是燃料在负极附近发生氧化反应。要掌握其工作原理和种类，对这部分知识的考查经常以信息题的形式出现，只要领会了反应原理，自然融会贯通。
疑难导析
原电池考查的主要形式是判断电极名称，书写电极反应，进行简单的电子转移计算，还可与金属的腐蚀与防护以及相关的化学实验相结合成各种形式的电化学进行考查。其中电极反应方程式的书写是关键。书写电极反应方程式可以简单记为四点：①列物质，标得失；②选离子，标电荷；③配个数，配电荷；④两式加，验总式。
主要从保护环境和节约材料的方面解释。要弄清对废旧电池进行回收是否可以回收到有用材料，是否会污染环境。
问题导思
综合运用所学知识，立足于社会这个大背景之下，以更开阔的视野从管理、技术、环境和消费等不同角度来分析实际问题。需要了解新产品的技术指标和生产成本的最基本要求。
对于一个研制电池的管理者，是否要准确把握市场需求信息，本企业研制、生产新产品的技术、资金、设备、人力等条件；对于一个研制电池的工程师，是否要考虑电池功率的大小，电池的使用环境，电池的连续工作时间或使用寿命，电池废弃后其内容物可能对环境的影响等问题。
这是一道实验设计题目，在实验设计过程中，如果有多种因素影响实验时，要确定某一条件对实验的影响，我们采用的方法是保持其他条件不变，改变这个条件，看实验结果是否发生变化。因此要证明铁生锈是两方面共同作用造成的，在设计时要单独考虑每一个条件对实验的影响，因此要设计三种情况：有水无氧气；有氧气无水；既有水又有氧气。
典题导考
绿色通道：原电池工作时，活泼金属为负极，失去电子，所以电子流向为：负极→导线→正极。
【典题变式1】据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电，其电池反应为：2CH3OH+3O2+4OH-====2+6H2O，则下列有关说法不正确的是（ ）
A.放电时化学能转变为电能
B.放电时CH3OH参与正极反应
C.充电时阴极产生CH3OH
D.充电时每生成1 mol CH3OH，则转移6 mol 电子
答案:B
绿色通道：硫酸溶液的密度与其物质的量浓度成正比，这是此类题的隐含条件。
【典题变式2】 铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。根据上述情况判断：
(1)蓄电池的负极材料是____________。
(2)工作时，正极反应为_______________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH____________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向____________极。
(5)电流方向从____________极流向____________极。
答案: (1)Zn (2)PbO2+2e-+4H++PbSO4+2H2O (3)增大 (4)负 (5)正 负
绿色通道：解此类题目应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而作出合理的判断。
【典题变式3】将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，即构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极，其电极反应为：CH4+10OH-－8e-====+7H2O；通入氧气的另一极，其电极反应式是2O2+4H2O+8e-====8OH-。下列叙述正确的是（ ）
A.通入甲烷的电极为正极
B.正极发生氧化反应
C.该电池使用一段时间后应补充氢氧化钾
D.燃料电池工作时，溶液中的阴离子向正极移动
答案:B
名师导航
知识梳理
1.化学电池是_________的装置，它包括_________、_________和_________等几大类。常见的普通锌锰电池、碱性锌锰电池属于_________(填类别)，常见的蓄电池属于____________。
2.碱性锌锰电池的负极是_________，正极是_________，电解质是_________。其电极反应为：负极：____________________________________，正极：___________________________，总反应式为：____________________________________。碱性锌锰电池比__________________性能好，它的__________________和__________________均有提高，可适用于_________和_________，是民用电池的升级换代产品之一。
3.铅蓄电池是常见的_________，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有_________，负极板上覆盖有_________，电解质是_________。
放电时电极反应：负极：______________________________________________________；
正极：______________________________________________________________________
放电时总反应式：____________________________________________________________
铅蓄电池充电时电极反应：
阴极：______________________________________________________________________
阳极：______________________________________________________________________
充电时总反应式：____________________________________________________________
可见充电过程和放电过程是可逆的，可用一个可逆反应表示为：_____________________
铅蓄电池的优点是_________、_________、_________、_________，所以在生产、生活中得到广泛应用；缺点是_________、_________、_________。
4.氢氧燃料电池正极通入_________，负极通入_________。若电解质溶液为酸性介质，其电极反应为：负极：___________________________，正极：___________________________，总反应：___________________________。若电解质溶液为碱性介质，电极反应为：负极：___________________________，正极：__________________，总反应：2H2+O2====2H2O。
疑难突破
1.电极反应式应如何书写？
剖析：(1)根据给出的化学方程式或根据题意，确定原电池的正负极，弄清正、负极上发生反应的物质。
(2)弱电解质、气体或难溶物均以分子表示，其余以离子符号表示。
(3)注意电解质溶液的成分，对正极、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或据化学方程式确定。
(4)写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒、质量守恒，可在电极反应式一端据需要添加H+或OH-或H2O，将两个电极反应式合起来，即可得到电池反应总方程式。
2.为什么许多国家对废旧电池进行回收？
剖析：可以回收到大量的金属材料和化工原料。废旧电池中有害于生态环境的物质在自然条件下极难被降解；废旧锌锰干电池含有高浓度的氯化铵溶液，埋在土壤中会使土壤酸化，种子脱水死亡。
问题探究
问题1：（1）请探究电池制造业在开发新产品时应考虑哪些问题？
探究：（1）如果你是一个研制电池的管理者，在开发新产品时将主要考虑哪些问题？
准确把握市场需求信息，以便了解新产品的市场开发前景和预期可能获得利润的大小；本企业研制、生产新产品的技术、资金、设备、人力等条件。
(2)如果你是一个研制电池的工程师，在开发新产品时将主要考虑哪些问题？
电池功率的大小；电池的使用环境；电池的连续工作时间或使用寿命；电池废弃后，其内容物可能对环境的影响等等。
问题2：铁在空气里生锈，为什么不单纯是水的作用，也不单纯是空气中氧气的作用，而是水和氧气共同作用的结果？你感兴趣探究吗？
探究：设计实验，实验步骤、实验结果列于下表：
实验过程 实验现象 各步结论
有水无氧气 无铁锈 没有氧气，不能生锈
有氧气无水 无铁锈 没有水，不能生锈
有水和氧气 有铁锈 氧气和水共同作用，才能生锈
典题精讲
【例1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列说法错误的是（ ）
A.电池工作时，锌失去电子
B.电池负极的电极反应式为Zn－2e-+2OH-====Zn(OH)2
C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小6.5 g
思路解析：该电池中Zn为负极，失去电子；该反应中转移2e-，通过计算每转移0.2 mol 电子，Zn反应6.5 g；电子由负极通过外导线流向正极，所以C错。
答案：C
【例2】生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：
2PbSO4+2H2O
PbO2+Pb+2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法错误的是（ ）
A.需要定期补充硫酸
B.工作时铅是负极，PbO2是正极
C.工作时负极上发生的反应是：Pb－2e-+====PbSO4
D.工作时电解质的密度减小
思路解析：铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质是负极，发生还原反应的物质是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+，Pb2+与溶液中的生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状的PbSO4干燥后安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
答案：A
【例3】燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（ ）
A.负极反应式为：CH4+10OH-－8e-====+7H2O
B.正极反应式为：2O2+4H2O+8e-====8OH-
C.随着不断放电，电解质溶液碱性不变
D.甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
思路解析：A、B两项是正确的。综合A、B两项知C项不正确。根据能量转化的规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大得多，D项正确。
答案：C
知识导学
新型电池是原电池原理的具体运用，是容易把化学知识和生活热点及科学前沿结合出题的重要考点。
对于一次电池，活性物质消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等都是一次电池。
二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池。铅蓄电池充放电是两个完全不同的过程，放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。
由于氧化还原反应的发生，蓄电池中的阳极材料、电解质溶液都有一定的消耗，所以，蓄电池需要定期的维护。
燃料电池是现代社会中具有发展前景的新能源。无论采用什么燃料，总是燃料在负极附近发生氧化反应。要掌握其工作原理和种类，对这部分知识的考查经常以信息题的形式出现，只要领会了反应原理，自然融会贯通。
疑难导析
原电池考查的主要形式是判断电极名称，书写电极反应，进行简单的电子转移计算，还可与金属的腐蚀与防护以及相关的化学实验相结合成各种形式的电化学进行考查。其中电极反应方程式的书写是关键。书写电极反应方程式可以简单记为四点：①列物质，标得失；②选离子，标电荷；③配个数，配电荷；④两式加，验总式。
主要从保护环境和节约材料的方面解释。要弄清对废旧电池进行回收是否可以回收到有用材料，是否会污染环境。
问题导思
综合运用所学知识，立足于社会这个大背景之下，以更开阔的视野从管理、技术、环境和消费等不同角度来分析实际问题。需要了解新产品的技术指标和生产成本的最基本要求。
对于一个研制电池的管理者，是否要准确把握市场需求信息，本企业研制、生产新产品的技术、资金、设备、人力等条件；对于一个研制电池的工程师，是否要考虑电池功率的大小，电池的使用环境，电池的连续工作时间或使用寿命，电池废弃后其内容物可能对环境的影响等问题。
这是一道实验设计题目，在实验设计过程中，如果有多种因素影响实验时，要确定某一条件对实验的影响，我们采用的方法是保持其他条件不变，改变这个条件，看实验结果是否发生变化。因此要证明铁生锈是两方面共同作用造成的，在设计时要单独考虑每一个条件对实验的影响，因此要设计三种情况：有水无氧气；有氧气无水；既有水又有氧气。
典题导考
绿色通道：原电池工作时，活泼金属为负极，失去电子，所以电子流向为：负极→导线→正极。
【典题变式1】据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电，其电池反应为：2CH3OH+3O2+4OH-====2+6H2O，则下列有关说法不正确的是（ ）
A.放电时化学能转变为电能
B.放电时CH3OH参与正极反应
C.充电时阴极产生CH3OH
D.充电时每生成1 mol CH3OH，则转移6 mol 电子
答案:B
绿色通道：硫酸溶液的密度与其物质的量浓度成正比，这是此类题的隐含条件。
【典题变式2】 铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。根据上述情况判断：
(1)蓄电池的负极材料是____________。
(2)工作时，正极反应为_______________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH____________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向____________极。
(5)电流方向从____________极流向____________极。
答案: (1)Zn (2)PbO2+2e-+4H++PbSO4+2H2O (3)增大 (4)负 (5)正 负
绿色通道：解此类题目应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而作出合理的判断。
【典题变式3】将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，即构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极，其电极反应为：CH4+10OH-－8e-====+7H2O；通入氧气的另一极，其电极反应式是2O2+4H2O+8e-====8OH-。下列叙述正确的是（ ）
A.通入甲烷的电极为正极
B.正极发生氧化反应
C.该电池使用一段时间后应补充氢氧化钾
D.燃料电池工作时，溶液中的阴离子向正极移动
答案:B