专题2.2.2,发展中的化学电源--高一化学人教版(必修2)

第二章 化学反应与能量 第二节 化学能与电能 第2课时 发展中的化学电源 一、锌锰干电池 1.结构 锌锰干电池是以锌筒为____极,石墨棒为____极,在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作____________。

2.原理 锌锰电池是____________电池,放电之后________充电,内部的氧化还原反应是__________的。负极发生的电极反应为____________________,正极发生的电极反应为2MnO222e−Mn2O32NH3H2O。

3.缺陷与改进 锌锰干电池电量小,而且在放电过程中容易发生气涨或漏液,会导致电器设备的________。改进措施①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成______电池;
②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH,并在构造上进行改进,制成____性锌锰电池。

二、充电电池 1.充电电池又称________电池。充电电池在放电时所进行的________________反应,在充电时又________进行,__________重新转化为__________,使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是________________________________________。

2.常见的充电电池 1铅蓄电池 负极是__________,正极是__________,电解质溶液是________________,常作汽车电瓶,电压稳定,使用方便安全。

2镍镉电池 以_________为负极,_________为正极,以____________为电解质,寿命比铅蓄电池______,但镉是致癌物质,废弃镍镉电池如不回收,会严重__________环境。

3碱金属中的________是最轻的金属,活泼性________,是制造电池的理想物质。____________电池是新一代可充电的绿色电池。

三、燃料电池 1.燃料电池是通过__________与__________分别在两个电极上发生________________反应,将________能直接转化为______能的装置。

2.燃料电池与火力发电相比,其燃料的利用率______、能量转化率______。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物__________________________________,而是由外设装备提供__________和___________等。

3.以30的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下 负极_______________________________________________________________氧化反应;

正极_______________________________________________________________还原反应;

总反应____________________________________________________________________。

【答案】一、1.负 正 电解质 2.一次性 不能 不可逆 Zn−2e−Zn2 3.腐蚀 防漏 碱 二、1.二次 氧化还原 逆向 生成物 反应物 化学能电能 2.1Pb PbO2 硫酸溶液 2Cd NiOOH KOH 长 污染 3Li 极强 锂离子 三、1.燃料 氧化剂 氧化还原 化学 电 2.高 高 不是储存在电池内部 燃料 氧化剂 3.2H24OH−−4e−4H2O O22H2O4e−4OH− 2H2O22H2O 一、原电池电极反应式的书写 1.电极反应式的书写方法 1负极反应式的书写 ①活泼金属作负极电极材料本身反应 生成的阳离子与电解液不反应时M−ne−Mn。

若生成的阳离子与电解液反应,应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解液反应的反应式”叠加写出。

②燃料电池电极材料本身不反应 H2O2H2SO4燃料电池负极反应式 H2−2e−2H。

H2O2KOH燃料电池负极反应式 H2−2e−2OH−2H2O可看成H2−2e−2H、2H2OH−2H2O。

2正极反应式的书写 ①首先判断在正极反应的物质 当负极材料与电解液能反应时,在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。

当负极材料与电解液不反应时,在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。

燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。

②根据具体情况书写正极反应式也要考虑是否与电解液反应 H2O2H2SO4的正极反应式O24e−4H2H2O。

H2O2KOH的正极反应式O24e−2H2O4OH−。

2.书写原电池电极反应式时注意的问题 1正确判断原电池的负极和正极,确定两极上分别发生的具体反应。

2确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应,若能反应,则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。

3在正极上,若是电解质溶液中的某种离子被还原,提供该离子的电解质无论电离难易如何,一律写离子符号而在原电池反应中,要遵循离子方程式的书写规则,只有易溶的强电解质用离子符号表示。

二、燃料电池的相关判断 常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同,电极反应就不同,如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质,其放电原理如下 负极H2反应式2H2−4e−4OH−4H2O氧化反应 正极O2反应式O22H2O4e−4OH−还原反应 电池总反应式2H2O22H2O 氢氧燃料电池以酸为电解质,其放电原理如下 负极H2反应式2H2−4e−4H氧化反应 正极O2反应式O24H4e−2H2O还原反应 电池总反应式2H2O22H2O 典例1 吉林省长春外国语学校2017−2018学高一下学期期末考试我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O4AlOH3,下列说法不正确的是 A.负极是铝失电子被氧化 B.该电池通常只需更换铝板就可继续使用 C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积 D.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极 【答案】D 【解析】根据电池总反应可知,电池工作时,负极为Al,发生氧化反应,正极上通入空气,发生还原反应,结合原电池的工作原理解答该题。A、负极是铝失电子被氧化,发生氧化反应,A正确;
B、Al不断反应,不断溶解,所以一段时间后,更换铝板就可以继续使用,B正确;
C、铂做成网状的目的是增大与氧气的接触面积,可以加快反应速率,C正确;
D、电池工作时,电流由正极流向负极,即从铂电极沿导线流向铝电极,D错误;
答案选D。

典例2 如下图所示,可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式当电解质溶液为硫酸时和碱式[当电解质溶液为NaOHaq或KOHaq时]两种。试回答下列问题 1写出酸式电池的电极反应式负极________________________,正极______________________;
电池总反应式为______________________;
电解质溶液pH的变化是________填“变大”、“变小”或“不变”。

2碱式电池的电极反应反应式负极_______________________,正极_________________________;
电池总反应式为_____________________;
电解质溶液pH的变化是________填“变大”、“变小”或“不变”。

【答案】12H2−4e−4H O24e−4H2H2O 2H2O22H2O 变大 22H2−4e−4OH−4H2O O24e−2H2O4OH− 2H2O22H2O 变小 【解析】1正极上,O2得电子变为O2−,溶液中O2−不能单独存在,酸性条件下与H结合生成H2O;
负极上,H2失电子变为H,H进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成水的反应,由于有水生成,溶液将逐渐变稀,故pH增大。

2正极上,O2得电子变为O2−,溶液中O2−不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH−;
负极上,H2失去电子变为H,碱性条件下H不能大量存在,与OH−结合生成水。电池总反应也是H2和O2生成水的反应。同样,由于有水生成,cOH−变小,pH变小。

K基础 1.浙江省余姚中学2017−2018学年高一4月质量检测下列有关电池的说法不正确的是 A.手机上用的锂离子电池属于二次电池 B.燃烧植物的秸秆和枝叶以获取热量和肥料属于生物质能的利用方式 C.所有的氧化还原反应都可以设计成原电池 D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置 2.废电池处理不当不仅造成浪费,还会对环境造成严重污染,对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝,他的以下想法你认为不正确的是 A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B.碳棒取出洗净用作电极 C.把铜帽取下洗净回收利用 D.电池内部填有NH4Cl等化学物质,将废电池中的黑色糊状物作化肥施用 3.下列说法中正确的是 A.任何化学反应都能设计成原电池 B.手机上用的锂离子电池属于一次电池 C.原电池中的阳离子向负极移动 D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快 4.锂离子电池是新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂离子电池, 某种锂离子电池的总反应为LiMnO2LiMnO2,下列说法中正确的是 A.Li是正极,电极反应式为Li−e−Li B.Li是负极,电极反应式为Li−e−Li C.MnO2是负极,电极反应式为MnO2e−MnO2− D.Li是负极,电极反应式为Li−2e−Li2 5.山东省济南第一中学2017−2018学年高一下学期期中考试铝−海水−空气电池在航海中得到广泛的应用,其以海水做为电解液,电池的电极反应式分别为Al−3e−Al3,O2 2H2O 4e−4OH−,下列说法正确的是 A.该电池的正极是铝,发生氧化反应 B.电池工作时,电子通过外电路从负极流向正极,再从电解质溶液流回负极。

C.该电池的正极反应物是氧气 D.该电池实现了将电能转化为化学能 6.湖南省五市十校2017−2018学年高一下学期期末考试锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中,其示意图如图所示。电池反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。电池工作时,下列说法错误的是 A.金属锂作负极 B.电子从锂电极经导线流向镍电极 C.可将电能转化为化学能 D.海水作为电解质溶液 7.吉林省长春外国语学校2017−2018学高一下学期期末考试氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,吸附气体的能力强,性质稳定。请回答下列问题 1负极反应为____________________________________。

2该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。因此,大量安全储氢是关键技术之一,金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下 Ⅰ.2LiH22LiH Ⅱ.LiHH2OLiOHH2↑ 反应Ⅰ中的还原剂是________,反应Ⅱ中的氧化剂是________。

8.有甲、乙两位同学均想利用原电池