【同步講義】高中化學(xué)（蘇教版2019）必修第二冊--6.3.2 化學(xué)電源 講義

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第三單元  化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第2課時 化學(xué)電源 課程標(biāo)準課標(biāo)解讀1．知道干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學(xué)電源的特點。2．認識研制新型電池的重要性。3．能正確書寫簡單化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。1．能通過分析物質(zhì)在化學(xué)電源的正、負極得失電子，認識化學(xué)電源反應(yīng)的本質(zhì)。（宏觀辨識與微觀探析）2．通過對化學(xué)電源的分析、推理加以論證，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。（證據(jù)推理與模型認知）3．認識研制新型電池對生活的重大貢獻；具有節(jié)約資源、保護環(huán)境的意識。。（科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任） 知識點01  化學(xué)電源1．概念及分類（1）利用原電池原理，將________直接轉(zhuǎn)化為________?；瘜W(xué)電源的能量轉(zhuǎn)化率比燃料燃燒________。（2）化學(xué)電源有________電池、________電池和________電池等。________電池用過之后不能復(fù)原，________電池充電后能繼續(xù)使用。2．常見的化學(xué)電源（1）一次電池：鋅錳干電池。（2）二次電池：銀鋅紐扣電池、鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等。（3）燃料電池：氫氧燃料電池、甲醇-空氣燃料電池等。3．燃料電池（1）燃料電池與火力發(fā)電相比，其燃料的利用率______、能量轉(zhuǎn)化率_____。與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等。（2）氫氧燃料電池：在負極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是______，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的是______，產(chǎn)物是_______。（3）以KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的電極反應(yīng)如下：負極：_______________________________ (________反應(yīng))；正極：________________________________(________反應(yīng))；電池反應(yīng)：____________________。【即學(xué)即練1】下列有關(guān)電池的說法不正確的是(　　)A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C．甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極【即學(xué)即練2】已知空氣－鋅電池的電極反應(yīng)為鋅片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，據(jù)此判斷，鋅片是(　　)A．正極，被還原 B．正極，被氧化C．負極，被還原 D．負極，被氧化 知識點02  電解和電解池1．電解池電解池是將____能轉(zhuǎn)化為__________能的裝置。電解池中，與直流電源正極相連的電極為__________，與負極相連的電極為__________。2．電解在物質(zhì)制備中的應(yīng)用（1）電解水制取氫氣和氧氣：______________________________（2）電解飽和食鹽水：________________________________________（3）冶煉Na、Mg、Al等活潑金屬（寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式）①冶煉金屬鈉：________________________________________②冶煉金屬鎂：________________________________________③冶煉金屬鋁：________________________________________（4）電解氧化鋁的電極反應(yīng)式：陰極：______________________________   陽極：______________________________【即學(xué)即練3】下列關(guān)于電解池說法正確的是(　　)A．電源的負極就是陰極B．與直流電源正極相連的是電解池的陰極C．與直流電源負極相連的電極上發(fā)生還原反應(yīng)D．陽極上發(fā)生還原反應(yīng) 考法01  原電池電極反應(yīng)式的書寫方法1．原電池電極反應(yīng)式書寫要點（1）正確判斷原電池的負極和正極，確定兩極上分別發(fā)生的具體反應(yīng)。（2）確認電極得失電子后的產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，若能反應(yīng)，則應(yīng)寫與電解質(zhì)溶液反應(yīng)后的電極反應(yīng)式。（3）在正極上，若是電解質(zhì)溶液中的某種離子被還原，提供該離子的電解質(zhì)無論電離難易如何，一律寫離子符號(而在原電池反應(yīng)中，要遵循離子方程式的書寫規(guī)則，只有易溶的強電解質(zhì)用離子符號表示)。2．電極反應(yīng)式的書寫方法（1）負極反應(yīng)式的書寫先判斷負極材料，然后再分析其反應(yīng)特點，并注意電解質(zhì)溶液的成分對電極產(chǎn)物的影響。（2）正極反應(yīng)式的書寫①首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)當(dāng)負極材料與電解質(zhì)溶液能自發(fā)的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種微粒；當(dāng)負極材料與電解質(zhì)溶液不能自發(fā)的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的O2。②再根據(jù)具體情況寫出正極反應(yīng)式，在書寫時也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的問題，若參與反應(yīng)也要書寫疊加式。【典例1】有人設(shè)計以鉑和鋅為電極材料，植入人體做某種心臟病人的心臟起搏器的能源，它依靠人體血液中有一定濃度的O2和H2O進行工作。(1)負極材料是________，電極反應(yīng)為______________________________________。(2)正極材料是________，電極反應(yīng)為______________________________________。 題組A  基礎(chǔ)過關(guān)練1．對化學(xué)電源的敘述正確的是(　　)A．化學(xué)電源比火力發(fā)電對化學(xué)能的利用率高B．化學(xué)電源所提供的電能居于人類社會現(xiàn)階段總耗電量的首位C．化學(xué)電源均是安全、無污染的D．化學(xué)電源即為可充電電池2．下列化學(xué)電池不易造成環(huán)境污染的是(　　)A．氫氧燃料電池   B．鋅錳電池      C．鎳鎘電池    D．鉛蓄電池3．廢電池處理不當(dāng)不僅造成浪費，還會對環(huán)境造成嚴重污染，對人體健康也存在極大的危害。有同學(xué)想變廢為寶，他的以下想法你認為不正確的是(　　)A．把鋅皮取下洗凈用于實驗室制取氫氣B．碳棒取出洗凈用作電極C．把銅帽取下洗凈回收利用D．電池內(nèi)部填有NH4Cl等化學(xué)物質(zhì)，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥施用4．電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)展是化學(xué)對人類的一項重大貢獻。下列有關(guān)電池的敘述正確的是（    ）A．鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細B．氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/span>C．氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅5．下列說法正確的是(　　)A．鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池B．燃料電池是一種高效但是會污染環(huán)境的新型電池C．化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)D．鉛蓄電池放電的時候正極材料是Pb，負極材料是PbO26．下列有關(guān)電池敘述，正確的是(　　)A．水果電池是高效環(huán)保的家用電池B．鋅錳干電池是一種常用的二次電池C．鋅錳干電池碳棒是負極，鋅片是正極D．鋅錳干電池工作一段時間后鋅外殼逐漸變薄7．汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應(yīng)如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2 PbSO4＋2H2O，根據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是(　　)A．Pb是正極B．PbO2得電子，被氧化C．負極反應(yīng)是Pb＋SO－2e－=PbSO4D．電池放電時，溶液的酸性增強8．如圖所示裝置中，屬于電解池的是(　　)     9．日常所用干電池的電極分別為碳棒(上面有銅帽)和鋅皮，以糊狀NH4Cl和ZnCl2作電解質(zhì)(其中加入MnO2吸收H2)，電極反應(yīng)式可簡化為Zn－2e－=Zn2＋，2NH＋2e－=2NH3↑＋H2↑(NH3與Zn2＋能生成一種穩(wěn)定的物質(zhì))。根據(jù)上述判斷，下列結(jié)論不正確的是(　　)A．干電池內(nèi)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)B．鋅為負極，碳為正極C．工作時，電子由碳極經(jīng)過外電路流向鋅極D．長時間連續(xù)使用時，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器10．氯鋁電池是一種新型的燃料電池。試回答下列問題：(1)通入Cl2(g)的電極是________(填“正”或“負”)極。(2)投入Al(s)的電極是________(填“正”或“負”)極。(3)電子從________(填“Al”或“Cl”)極流向________極(填“正”或“負”)。(4)每消耗8.1 g Al(s)，電路中通過的電子數(shù)目為_______NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。 題組B  能力提升練1．據(jù)報道，鋅電池可能將會取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有鉛污染。其電池反應(yīng)為2Zn＋O2=2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣。則下列敘述正確的是(　　)A．鋅為正極，空氣進入負極反應(yīng)B．負極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋C．正極發(fā)生氧化反應(yīng)D．電解液為強酸2．燃料電池是目前電池研究的熱點之一?，F(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是(　　)A．a極是負極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．b極反應(yīng)是O2＋4OH－－4e－=2H2OC．總反應(yīng)方程式為2H2＋O2=2H2OD．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源3．鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為Li＋MnO2=LiMnO2，下列說法正確的是(　　)A．Li是正極，電極反應(yīng)為Li－e－= Li＋B．Li是負極，電極反應(yīng)為Li－e－= Li＋C．MnO2是負極，電極反應(yīng)為MnO2＋e－= MnOD．Li是負極，電極反應(yīng)為Li－2e－= Li2＋4．氫氧燃料電池可以使用在航天飛機上，其反應(yīng)原理示意圖如下圖。下列有關(guān)氫氧燃料電池的說法，正確的是(　　)A．該電池工作時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．該電池中電極a是正極C．外電路中電子由電極b通過導(dǎo)線流向電極aD．該電池的總反應(yīng)：2H2＋O2= 2H2O5．燃料電池是一種將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。某研究性學(xué)習(xí)小組在一次活動中，參照下圖組裝實驗裝置，以外面纏繞棉花的碳棒為電極，電解質(zhì)溶液用 0.5 mol·L－1  Na2SO4 溶液，電源用3～6 V直流電源，發(fā)光二極管起輝電壓為1.7 V，電流為0.6 mA。(1)在碳棒電極外面纏繞棉花的作用是________________________。(2)按下開關(guān)S1，半分鐘后兩碳棒上產(chǎn)生明顯的氣泡，此時碳棒C1為________極，裝置中發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________。(3)斷開開關(guān)S1，按下開關(guān)S2，可觀察到的明顯現(xiàn)象為________；碳棒C2為________極，其電極反應(yīng)式為________________________________________________________。 題組C  培優(yōu)拔尖練1．可用于電動汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是(　　)A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應(yīng)都為O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液為電解液時，負極反應(yīng)為Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的堿性保持不變D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極2．燃料電池是目前正在探索的一種新型電池。它主要是利用燃料在燃燒過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，目前已經(jīng)使用的氫氧燃料電池的基本反應(yīng)是x極：O2(氣)＋2H2O(液)＋4e－===4OH－y極：H2(氣)＋2OH－－2e－===2H2O(液)回答下列問題：(1)x是________極，發(fā)生________反應(yīng)。(填“氧化”或“還原”，下同)(2)y是________極，發(fā)生________反應(yīng)。總反應(yīng)方程式為_______________________________。(3)若反應(yīng)后得到5.4 g液態(tài)水，此時氫氧燃料電池轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。3．人們應(yīng)用原電池原理制作了多種電池以滿足不同的需要。請根據(jù)題中提供的信息，回答下列問題：(1)電子表和電子計算器中所用的是紐扣式微型銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液，工作時電池總反應(yīng)為Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。①工作時電流從________極流向________極(填“Ag2O”或“Zn”)。②電極反應(yīng)式：正極_________________，負極：___________________。③工作時電池正極區(qū)的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。(2)氫鎳電池是近年來開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是H2＋NiO(OH)Ni(OH)2。電池放電時，負極是______，負極的電極反應(yīng)式為_________________，正極的電極反應(yīng)式為___________________，正極附近溶液的pH如何變化？________。4．Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛，其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。(1)該電池的負極材料是________。電池工作時，電子流向________(填“正極”或“負極”)。(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，會加速某電極的腐蝕，其主要原因是_________________ ________________________。欲除去Cu2＋，最好選用下列試劑中的________(填代號)。A．NaOH        B．Zn        C．Fe      D．NH3·H2O