新人教版高中化学选修四4.2 化学电源 导学案(含答案)

第四章第二节
化学电源
【学习目标】1、认识日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；
2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；
3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。
【学习重点】化学电源的结构及电极反应的书写。
【学习难点】燃料电池电极反应的书写。?
?
自
主
学
习
一、化学电源
（一）化学电源的分类
1.一次电池：电池中发生
反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。
2.二次电池：可多次
的电池。
3.燃料电池：利用
和
间的氧化还原反应将
能转化为
能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因
。
4.判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池
或
以及电池的可存储时间的长短。
二、一次电池
（一）锌锰电池——分为酸性和碱性两种
1.普通锌锰电池：酸性电解质为
负极：材料
，反应式：
正极：材料
，反应式：2＋2
e＋2MnO2＝2NH3↑＋Mn2O3＋H2O
总反应化学反应方程式：Zn
+2MnO2
+2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl
2+2NH3↑
2.
碱性锌锰电池：
负极：材料
，反应式：
正极：材料
，反应式：2MnO2+2e+2H2O
=2MnOOH+2OH
总反应化学反应方程式：Zn
+2MnO2
+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
（二）银锌电池
负极：材料
，反应式：
。
正极：材料
，反应式：
。
总反应化学反应方程式：Zn
+AgO2
+H2O=
Zn(OH)2+2Ag
三、二次电池
（一）铅蓄电池——最常见的二次电池
总反应化学反应方程式：
放电时：
负极：材料
，反应式：
。
正极：材料
，反应式：
。
充电时：
阳极(氧化反应)：材料
，反应式：
阴极(还原反应)：材料
，反应式：
（二）目前已经开发的新型二次电池有
四、燃料电池
（一）氢氧燃料电池
总反应化学反应方程式：2H2
+O2
=
2H2O
，正、负极材料是：
1.
使用中性作电解质
负极反应式：
；正极反应式：
。
2．使用酸性电解质
负极反应式：
；正极反应式：
。
3．使用碱性电解质
负极反应式：
；正极反应式：
。
小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择
性的电解质。
燃料电池与前几种电池的比较的优势：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。④如氢燃料电池的产物对环境是友好的。
五、书写电极反应式注意点：
1、普通原电池
①找出氧化反应和还原反应的物质和电子得失的数目，确定正负极反应的物质；
②根据反应物和产物的结构，考虑反应环境（离子共存）写出正负极反应式。
③正负极反应式遵守得失电子相等的原则。
④总反应的离子方程式是正、负两个极电极反应之和，若能写出某一极反应或已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。
⑤检查：质量守恒和电荷守恒。
⑥注意：判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。
2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极
①先写正极：正极一般是O2得电子发生还原反应。
②看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中不能出现的H+，酸性介质中不能出现的OH-。
③得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。
④检查：质量守恒和电荷守恒。
合作探究
1、用镁片和铝片为电极，分别以稀H2SO4和NaOH溶液为电解质溶液，构成有盐桥的原电池，请画出装置图，并写出正、负极反应式。
2、甲烷燃料电池是一种新型高效的电池，它采用铂为电极材料，两极上分别通入CH4和O2进行反应，KOH溶液作为电解质。你认为选择KOH溶液作为电解质的原因是什么？请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。
原因：
。
负极反应式：
；
正极反应式：
；
总反应离子反应方程式：
；
总反应化学反应方程式：
。
3、甲醇燃料电池（DMFC）可用于生命探测仪，该燃料电池以甲醇为燃料，
氧气为氧化剂，电解质可以是质子交换膜（可传导氢离子），甲醇和氧气
分别在多孔金属电极上发生反应，从而将化学能直接转化为电能，如图所示，
（1）请写出正、负极反应式。
负极反应式：
；
正极反应式：
；
（2）如果电解质换成NaOH溶液，请写出请写出正、负极反应式。
负极反应式：
；
正极反应式：
；
4、肼（N2H4）一空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，其电解质是20%-30%的KOH溶液，产物是N2和H2O，请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。
负极反应式：
；
正极反应式：
；
总反应化学反应方程式：
。
巩固练习
1.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因
是(　
)
A.利用电池外壳的金属材料
B.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
C.回收其中石墨电极
D.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
2.
在蓄电池放电时,溶液的pH将(
　　)
A.不变
B.升高
C.降低
D.无法确定
3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是(　
　)
A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极
B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极
C.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应
4.(双选)
燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－；Y极：2H2＋4OH－--4e－＝4H2O下列判断正确的是
（
）
A．X是正极
B．负极材料是氢气
C．电解液可能是硫酸
D．Y极发生氧化反应，故是负极
5.市场出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等．它在使用之前需用塑料袋与空气隔绝．使用时开启塑料袋的小气孔，轻轻揉搓就会放出热量来．当使用完后还会发现有铁锈生成，依上述现象完成下列问题：
（1）“热敷袋”放出热量时铁发生了
反应（填“氧化”或“还原”）。
（2）炭粉的主要作用是：
；
加入氯化钠的作用：
。
（3）试用有关电极反应和化学方程式来表示上述变化过程：
①负极反应式：
；正极反应式：
。
②化学方程式：
。
导学案答案
自主学习
一（一）1.不可逆氧化还原
2.重复放电充电
3.燃料；氧化剂；化学；电；还原剂与氧化剂不是全部贮存在电池内，而是在工作不断从外界输入，同时把电极反应产物排除电池，能量转换率达到80%以上
4、单位质量、单位体积输出的能量；输出功率
二（一）1.NH4Cl，负极：Zn，Zn-2e—=Zn2+；正极：石墨
2.负极：Zn，Zn+OH--2e—=Zn(OH)2；正极：MnO2
（二）负极：Zn，Zn-2e—+2OH—
=
Zn(OH)2；正极：Ag2O+H2O+2e—
=
2Ag+2OH—
三（一）Pb，Pb-2e-+SO42-
=
PbSO4；PbO2,PbO2+2e—+4H++SO42—
=
PbSO4+2H2O
。
PbO2,
PbSO4-2e-+2H2O
=
PbO2+
4H++SO42-；
Pb，PbSO4；+2e-
=
Pb+SO42-
。
镉镍电池、镍氢电池、锌银电池、锂电子电池、聚合物锂离子蓄电池
四（一）Pt
。
1、负极：2H2-4e—
=
4H+
；正极：O2+4e—+2H2O
=
4OH—
2、负极：2H2-4e—
=
4H+
；正极：O2+4e-+4H+
=
2H2O
3、负极：2H2-4e—
+4OH—=
4H2O
；正极：O2+4e—+2H2O
=
4OH—；酸性或碱性
合作探究
1、
负极：Mg-2e—=Mg2+
负极：
2Al—6e—+8OH—
=
2AlO2—+4H20
正极：2H++2e—=H2↑
正极：
6H20
+
6e—
=
3H2↑+6OH—
2、甲烷燃烧生成CO2，KOH溶液可以吸收生成的CO2，否者电池有可能会爆炸；
CH4-8e—
+10
OH—
=
CO32-+7H2O
；2O2+8e—+4H2O
=
8OH—
；CH4+2O2+2OH—
=
CO32-
+
3H20；
CH4+
2O2+
2KOH
=
K2CO3+
3H20
3、(1)
酸性条件
正极：3O2
+
12e–
+
12H+
→
6H2O
负极：2CH4O
-
12e–
+
2H2O
→
12H+
+
2CO2
(2)
2CH3OH-
12e—+
16OH—
═
2CO32—
+
12H2O；3O2+12e—+6H2O
=
12OH—。
4、N2H4+
4OH—-4e-
=
4H2O+
N2↑；O2+
2H2O+
4e—
=
4OH-；
N2H4+
O2
=
N2↑+
2H2O，
巩固练习：
1-4：D、B、B、AD
5.(1)
氧化；(2)与铁、氯化钠溶液构成原电池，碳作电池的正极，从而加速铁的氧化；氯化钠溶于水形成电解质溶液；(3)
①2Fe-4e-═2Fe2+；O2+2H2O+4e-═4OH-
2Fe+O2+2H2O═2Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3，2Fe（OH）3═Fe2O3?nH2O+（3-n）H2O
提高训练
6.有关下图装置中的叙述正确的是（
）
A．NaOH溶液的碱性逐渐减弱
B．这是一个原电池装置，利用该装置可长时间的观察到
Fe(OH)2
沉淀的颜色
C．Pt为正极，其电极反应为：O2＋2H2O
＋4eˉ＝4OHˉ
D．Fe为负极，其电极反应为：Fe－3eˉ＋3OHˉ＝Fe(OH)3
7.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际
应用价值的装置来,下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的
电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是(　　)
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.石墨颗粒和炭棒上发生的反应为:O2+4e-2O2-
C.炭棒应与玩具电机的负极相连
D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻
8.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气（2NaCl+2H2O
═
2NaOH
+H2↑+Cl2↑），已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极?Pb-2e-+SO42-═PbSO4?；正极?PbO2+4H++SO42-+2e-═PbSO4+2H2O
今若制得Cl2
0.050摩，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（　　）
A.0.025
mol
B.0.050
mol
C.0.10
mol
D.0.20
mol
9.
甲醇燃料电池工作原理如图，下列说法不正确的是（　　）
A．盐桥中的K+向负极移动
B．负极电极反应方程式为：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
C．每消耗1mol甲醇，需消耗33.6L标况下的氧气
D．正极烧杯中溶液pH增大
10.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐
混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，
负极反应式：2CO+2CO32--4e-
=
4CO2，正极反应式：__
______________
，
电池总反应式：_______________
。
11.Zn—MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2、NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是　
　　，负极反应式是　　
　。?
(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是
　　　　　　
　。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的　　　　
　(填代号)。?
a.NaOH
b.Zn
c.Fe
d.NH3·H2O
提高训练
6-9：C、A、C、A
10.
O2+2CO2+4e-==2CO32；
2C4H10+13O2=8CO2+10H2O?
11.
(1)Zn，Zn－2eˉ＝Zn2+
（2）锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b
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