【同步講義】高中化學(xué)（蘇教版2019）選修第一冊--1.2.2 化學(xué)電源講義-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

第2課時(shí) 化學(xué)電源課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。2．能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決新型電池的開發(fā)問題。3．了解化學(xué)電源的分類及常見化學(xué)電源的構(gòu)成。1．從微觀角度（電子、離子的轉(zhuǎn)移）的變化，運(yùn)用化學(xué)符號（電極反應(yīng)式）描述簡單物質(zhì)及其變化。（宏觀辨識與微觀探析）2．能從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù)，能通過定性分析和定量計(jì)算推出合理的結(jié)論。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）3．深刻認(rèn)識能量轉(zhuǎn)化在解決能源危機(jī)中的重要作用。（科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）知識點(diǎn)01 一次電池和二次電池一、一次電池1．一次電池的特點(diǎn)一次電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)大部分被消耗后不能________。2．常見的一次電池（1）堿性鋅錳干電池電池反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2負(fù)極反應(yīng)式：________________________________________；正極反應(yīng)式：________________________________________。（2）銀鋅紐扣電池：電池反應(yīng)式：________________________________________。負(fù)極反應(yīng)式：________________________________________。正極反應(yīng)式：________________________________________。二、二次電池1．二次電池的特點(diǎn)二次電池又稱為充電電池或蓄電池，放電后可以________使活性物質(zhì)獲得再生。2．鉛蓄電池（1）鉛蓄電池的放電反應(yīng)為________反應(yīng)負(fù)極：________________________________________正極：________________________________________電池反應(yīng)：____________________________________________（2）鉛蓄電池的充電反應(yīng)陰極：________________________________________陽極：________________________________________總反應(yīng)：________________________________________（3）鉛蓄電池的充、放電原理的化學(xué)方程式為：________________________________________。3．新型二次電池（1）新型二次電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰電池和鋰離子電池等。（2）鋰離子電池①鋰離子電池的組成正極材料多采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）或鈷酸鋰（LiCoO2）等，一般是具有可供鋰離子________或________結(jié)構(gòu)的化合物；負(fù)極材料大多數(shù)是________材料，如人工石墨、碳纖維、天然石墨等。電解質(zhì)溶液是將鋰鹽溶解在一定的非水、非質(zhì)子性的________中。②鋰離子電池的工作原理負(fù)極：________________________________正極：________________________________電池反應(yīng)：________________________________【即學(xué)即練1】已知某儲(chǔ)氫電池的電池的反應(yīng)為：H2+2NiOOH=2Ni(OH)2，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，寫出該電池的電極反應(yīng)式。知識點(diǎn)02 燃料電池1．燃料電池（1）概念：燃料電池是利用________和________之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能________轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。氫氣、甲烷、甲醇、肼（N2H4）、氨等都可以作為燃料。（2）特點(diǎn)氧化劑和還原劑在工作時(shí)不斷從________，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷________。2．氫氧燃料電池（電解液為KOH溶液）負(fù)極：________________________________正極：________________________________電池反應(yīng)：________________________________3．基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)——制作簡單的燃料電池（1）實(shí)驗(yàn)步驟①將石墨棒和玻璃導(dǎo)管插入橡膠塞中，將橡膠塞塞入U形管管口中，檢查________，標(biāo)記________________到達(dá)的位置；②取出橡膠塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近________________的位置為宜；③塞緊橡膠塞，接通學(xué)生電源，當(dāng)一端玻璃管內(nèi)的________接近溢出時(shí)，切斷學(xué)生電源；④取出時(shí)鐘內(nèi)的干電池，將________與時(shí)鐘的正、負(fù)極相連，觀察時(shí)鐘指針。（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①接通學(xué)生電源，________________________________。②連接時(shí)鐘，________________________________。（3）判斷燃料電池中正、負(fù)極的方法接通學(xué)生電源時(shí)，玻璃管內(nèi)液柱先接近溢出的電極產(chǎn)生的氣體是_______，該電極為燃料電池的______極；另外一個(gè)電極產(chǎn)生的是________，該電解為燃料電池的________極。【即學(xué)即練2】已知：2H2+O2=2H2O，根據(jù)此反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成氫氧燃料電池，電池的兩個(gè)電極均為石墨。（1）若電解質(zhì)溶液為K2SO4溶液，請寫出電極反應(yīng)式。（2）若電解質(zhì)溶液為硫酸溶液，請寫出電極反應(yīng)式。（3）若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，請寫出電極反應(yīng)式。【即學(xué)即練3】請寫出甲烷燃料電池（電解液為KOH溶液）的電池反應(yīng)式和電極反應(yīng)式。考法01 化學(xué)電池1．化學(xué)電池的分類化學(xué)電池的種類很多，常分為以下三類。種類特點(diǎn)(分類依據(jù))實(shí)例一次電池放完電以后不能再使用普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池二次電池充電、放電可循環(huán)進(jìn)行鉛蓄電池、鎳氫電池燃料電池可通過不斷充入燃料、氧化劑，連續(xù)使用氫氧燃料電池、CH4燃料電池2．常見化學(xué)電池的比較（1）一次電池：活潑金屬作負(fù)極，參與電極反應(yīng)，放電完成后，不能再使用。（2）二次電池：兩電極都參與電極反應(yīng)，可充電、放電，循環(huán)使用。（3）燃料電池：兩電極都不參與電極反應(yīng)，不斷充入的物質(zhì)分別在兩極發(fā)生反應(yīng)，可連續(xù)使用。3．化學(xué)電池的特點(diǎn)化學(xué)電池是一類應(yīng)用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)的電源，分為一次電池、二次電池(充電電池)、燃料電池(連續(xù)電池)。使用后的廢棄電池中含有汞、鎘、鉻、鉛等大量的重金屬和酸、堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會(huì)給土壤、水源等造成嚴(yán)重的污染。廢棄電池要進(jìn)行回收利用。【典例1】下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．依據(jù)原電池的原理設(shè)計(jì)出了化學(xué)電源B．原電池是化學(xué)電源的雛形C．判斷一種電池的優(yōu)劣主要是看其負(fù)極材料的活動(dòng)性D．氧化還原反應(yīng)所釋放的化學(xué)能，是化學(xué)電源的能量來源考法02 化學(xué)電池中電極反應(yīng)式的書寫在書寫化學(xué)電池中電極反應(yīng)式時(shí)應(yīng)注意以下問題：（1）正確判斷出化學(xué)電池的負(fù)極和正極，確定兩極上分別發(fā)生的具體反應(yīng)。（2）確認(rèn)電極得失電子后的產(chǎn)物是否能與電解質(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）書寫二次電池的電極反應(yīng)時(shí)，要注意判斷充電方向與放電方向。放電時(shí)的電極反應(yīng)式倒過來即為充電時(shí)的電極反應(yīng)式(注意電子的得失)。（4）書寫電極反應(yīng)的原則①加和性原則：兩電極反應(yīng)相加，消去電子后得電池總反應(yīng)式。利用此原則，電池總反應(yīng)式減去已知的一電極反應(yīng)得另一電極反應(yīng)。②共存原則：堿性溶液中，CO2不可能生成，也不會(huì)有H+參加反應(yīng)或生成；同樣酸性溶液中，不會(huì)有OH-參加反應(yīng)或生成。根據(jù)此原則，物質(zhì)得失電子后在不同的電解質(zhì)環(huán)境中所存在的形式不同。【典例2】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池反應(yīng)方程式為Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)=Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列說法中，錯(cuò)誤的是(　　)A．電池工作時(shí)，鋅失去電子B．電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－=Mn2O3(s)＋2OH－(aq)C．電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量減少6.5 g 題組A 基礎(chǔ)過關(guān)練1．下列有關(guān)原電池的敘述正確的是（）A．一切氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池B．燃料電池是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．原電池的正極發(fā)生的是還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)D．在鋅錳干電池中，鋅單質(zhì)做負(fù)極，錳單質(zhì)做正極2．下列說法中，不正確的是(　　)A．化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B．化學(xué)電池的種類包括一次電池、二次電池和燃料電池等C．化學(xué)電池供能穩(wěn)定可靠，使用方便，易于維護(hù)D．廢舊電池可以隨意丟棄3．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，在此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(　　)A．Ag　　　　　B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn4．鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時(shí)的電池反應(yīng)方程式為Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是(　　)A．Pb為正極被氧化 B．溶液的pH不斷減小C．SO42-只向PbO2處移動(dòng) D．電解質(zhì)溶液pH不斷增大5．用兩根鉑絲作電極插入KOH溶液中，再分別向兩極通入甲烷氣體和氧氣，可形成原電池——燃料電池，該電池放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋2KOH＋2O2=K2CO3＋3H2O，下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．通甲烷的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極B．放電時(shí)，通入O2一極附近溶液的pH升高C．放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量不發(fā)生變化D．通甲烷一極的電極反應(yīng)式是CH4＋10OH－－8e－=CO＋7H2O6．如圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是(　　)A．a電極是負(fù)極B．b電極的電極反應(yīng)為：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置7．一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是(　　)A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－8．我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池反應(yīng)方程式為4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列說法不正確的是(　　)A．正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極C．以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積D．該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用9．(1)今有反應(yīng)2H2＋O22H2O，要構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通入的是______，正極通入的是________，電極反應(yīng)式分別為______________、_______________________________。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解液，則電極反應(yīng)式分別為__________________、______________。(3)上述(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，(1)中溶液pH變_____(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH變_________。(4)如把H2改為甲烷，KOH溶液作電解液，則電極反應(yīng)式分別為_______________、____________________。10．鉛蓄電池(原電池)工作時(shí)，總反應(yīng)為：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，由此可以判斷：(1)鉛蓄電池的電極材料：正極為________，負(fù)極為________。(2)兩極的電極反應(yīng)式：正極為_______________________，負(fù)極為_______________________________。(3)工作一段時(shí)間后，鉛蓄電池電解質(zhì)溶液的pH__________(填“變大”、“變小”或“不變”)。題組B 能力提升練1．據(jù)報(bào)道，我國擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供了服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是(　　)A．正極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C．該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2＋O2===2H2OD．用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移2．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．電池工作時(shí)，鋅失去電子B．電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)C．電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g3．肼(N2H4)－空氣燃料電池是一種環(huán)保型堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。電池總反應(yīng)為：N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列關(guān)于該燃料電池工作時(shí)的說法正確的是(　　)A．負(fù)極的電極反應(yīng)式是：N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑B．正極的電極反應(yīng)式是：O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．溶液中陰離子向正極移動(dòng)D．溶液中陰離子物質(zhì)的量顯著減少4．電極反應(yīng)為：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－根據(jù)上述反應(yīng)式，做下列題目：(1)判斷下列敘述中正確的是______。A．在使用過程中，電解質(zhì)KOH被不斷消耗B．使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極C．Zn是負(fù)極，Ag2O是正極D．Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng)(2)寫出電池的總反應(yīng)式_____________________。(3)使用時(shí)，負(fù)極區(qū)的pH______(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，正極區(qū)的pH______，電解質(zhì)溶液的pH______。5．設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。(1)寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：__________________________。(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：________________________，②正極：____________________________。(3)畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋 6．(1)今有2H2＋O22H2O反應(yīng)，構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通的應(yīng)是__________，正極通的應(yīng)是__________，電極反應(yīng)式分別為________________________、____________________________。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)，則電極反應(yīng)式分別為______________________________、____________________________。(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有何變化？________________________________________________________________________。(3)如把H2改為甲烷，KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為_________________、__________________。題組C 培優(yōu)拔尖練1．固體氧化物燃料電池是由美國西屋公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是(　　)A．有O2放電的a極為電池的負(fù)極B．有H2放電的b極為電池的正極C．a極對應(yīng)的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．該電池的總反應(yīng)方程式為2H2＋O2===2H2O2．美國紐約州的工科大學(xué)——倫斯勒理工學(xué)院(RPI)宣布開發(fā)出了由纖維素和碳納米管組成的雙層電容器。這些元件的厚度僅為數(shù)十微米，相當(dāng)于人頭發(fā)的粗細(xì)，能夠和紙一樣彎曲。RPI的研究人員認(rèn)為，“未來能夠利用卷對卷印刷技術(shù)制造電池”。一種碳納米管(里面儲(chǔ)存有H2)二次電池的裝置如圖所示。該電池的電解質(zhì)溶液為6 mol·L－1的KOH溶液，下列有關(guān)說法不正確的是(　　)A．儲(chǔ)存H2的碳納米管作電池的負(fù)極B．電池的負(fù)極反應(yīng)式為H2＋2OH－－2e－===2H2OC．電池的正極反應(yīng)式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－D．放電時(shí)，電池總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O3．控制合適的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　)A．反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極4．Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解質(zhì)是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。請回答下列問題：(1)電池的負(fù)極材料為________，發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________；(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________；(3)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是__________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________；(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進(jìn)行，原因是______________________________________。

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