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第2课时 化学电源
学****目标:,知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。、二次电池的反响原理,会书写电极反响式。(重点)
[自主预****183;探新知]
(一次电池)
(1)组成
(2)电极反响和电池反响
负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2。
正极:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。
电池反响:Zn+Ag2O+H2O===2Ag+Zn(OH)2。
(一次电池)
(1)组成:分为酸性锌锰电池(普通锌锰干电池)和碱性锌锰电池,其正极为石墨棒,负极为锌筒,前者电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2混合液,后者电解质为KOH。
(2)电极反响和电池反响
对于碱性锌锰干电池:
负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
正极:2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-。
电池反响:Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH。
(3)特点:比能量大,能提供较大电流并连续放电。
以KOH溶液为电解质溶液,写出氢氧燃料电池的电极反响式和电池反响。
电极反响(碱性环境):
负极:H2+2OH--2e-===2H2O;
正极:O2+H2O+2e-===2OH-;
电池反响:H2+O2===H2O。
特点:连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能,能量利用率高,排放废弃物少。
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(二次电池)
(1)组成
(2)电极反响和电池反响
①放电时
负极:Pb+SO-2e-===PbSO4(氧化反响)
正极:PbO2+4H++SO+2e-===PbSO4+2H2O(复原反响)
电池反响:Pb+PbO2+4H++SO===2PbSO4+2H2O。
②充电时
铅蓄电池的充电反响是放电反响的逆反响。
阴极:PbSO4+2e-===Pb+SO(复原反响)
阳极:PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO(氧化反响)
总反响:2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+4H++2SO。
上述充、放电反响可写成如下化学方程式:
(3)特点
可重复使用,电压稳定、使用方便、平安可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛。缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
[根底自测]
(正确的打“√〞,错误的打“×〞)。
(1)二次电池又叫蓄电池,放电后可充电使活性物质再生。( )
(2)Zn具有复原性和导电性,可作锌锰干电池的负极材料。( )
(3)铅蓄电池电路中转移2mol电子时,要消耗1mol硫酸。( )
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(4)氢氧燃料电池中负极氢气失去电子,正极氧气得到电子。( )
【答案】 (1)√ (2)√
(3)× 铅蓄电池的负极和正极均要消耗硫酸,故当电路中转移2mol电子时,需消耗2mol硫酸。
(4)√
( )
,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
,锌电极是负极
B [二次电池,即可充电电池,所以A项对。在原电池中,活泼金属Zn是负极,负极失电子发生氧化反响,因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极),所以B项错。]
( )
【导学号:73702040】
,电压稳定,储存时间长
C [蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电),也可以将电能转化为化学能(充电);燃料电池的能量转换率超过80%,但不可能100%转换;蓄电池可重复使用,属于二次电池。]
[合作探究·攻重难]
新型电池中电极反响式的书写与判断
一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,其电池反响的化学方程式为CH3CH2OH+O2―→CH3COOH+H2O。
[思考交流]
+4e-+2H2O===4OH-正确吗?为什么?如果不正确,请写出正确的正极反响式。
【提示】 不正确。因为该电池为酸性燃料电池,在酸性环境中其电极产物不应写成OH-。正确的电极反响式为O2+4H++4e-===2H2O。
(1)中写出的正极反响式,推出其负极的电极反响式。
【提示】 利用电池反响式减去正极反响式可推知负极的电极反响式为:CH3CH2OH-4e-+H2O===CH3COOH+4H+。
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(1)一般电极反响式的书写
(2)复杂电极反响式的书写
=-
(3)给出电极反响式书写总反响式
根据给出的两个电极反响式,写出总反响式时,首先要使两个电极反响式的得失电子相等,然后将两式相加,消去反响物和生成物中相同的物质即可。
注意:假设反响式同侧出现不能共存的离子,如H+和OH-、Pb2+和SO,要写成反响后的物质,如H2O、PbSO4。
(4)根据装置书写电极反响式
①确定原电池的正负极及放电的物质。
首先根据题目给定的图示装置特点,结合原电池正负极的判断方法,确定原电池的正负极及放电的物质。
②书写电极反响式。
:
规律:活泼金属或H2(或其他复原剂)失去电子生成金属阳离子或H+(或其他氧化产物)。
特例:假设电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H+能反响,那么该阴离子应写入电极反响式,如铅蓄电池的负极反响是Pb+SO-2e-===PbSO4。
:
规律:阳离子得电子生成单质或氧气得电子。
特例:假设是氧气得电子,要考虑电解质溶液的情况。
中性或碱性:O2+2H2O+4e-===4OH-
酸性:O2+4H++4e-===2H2O。
③写出电池总反响方程式。
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结合电子守恒将正负极电极反响式相加即得到电池总反响方程式。
[当堂达标·固双基]
题组1 一次电池
,放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反响式为:Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH,以下说法错误的选项是( )
【导学号:73702041】
,锌失去电子
:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-
,电子由正极通过外电路流向负极
,
C [从电池总反响式Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH可以确定Zn为负极,电子从负极流出经外电路流向正极。,,。]
、电子表等的电源。有一种钮扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反响为Zn+Ag2O+H2O===2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的表达不正确的选项是( )
,Zn是负极
,Ag2O是负极
+2e-+H2O===2Ag+2OH-
,Ag2O极发生复原反响
B [由总方程式可以看出,负极为Zn,正极为Ag2O,使用时电子由负极流向正极,A项正确,B项错误;负极发生氧化反响,正极发生复原反响,C项正确,D项也正确。]
题组2 二次电池
( )
【导学号:73702042】
,正极发生的反响是Pb(s)+SO(aq)===PbSO4(s)+2e-
,该电池的负极材料是铅板
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,电池中硫酸的浓度不断变小
,阳极发生的反响是PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO(aq)
B [铅蓄电池的充放电反响为:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),放电时Pb作负极:Pb(s)-2e-+SO(aq)===PbSO4(s),在正极上:PbO2(s)+2e-+4H+(aq)+SO(aq)===PbSO4(s)+2H2O(l);充电时,H2SO4的浓度不断增大;阳极上发生的是氧化反响,是失去电子而不是得到电子。]
+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2,以下说法中正确的选项是( )
,负极上发生反响的物质是Fe
,正极反响是NiO2+2e-+2H+===Ni(OH)2
,阴极反响是Ni(OH)2-2e-+2OH-===NiO2+2H2O
,阳极附近pH增大
A [原电池的负极发生氧化反响,该原电池的负极为Fe,A项正确;该电池的正极为NiO2,发生复原反响,电极反响为NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH-,B项错误;充电时,阴极发生复原反响,电极反响为Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,C项错误;充电时,阳极的电极反响为Ni(OH)2+2OH--2e-===NiO2+2H2O,pH减小,D项错误。]
题组3 燃料电池
,利用细菌将有机物转化为甲烷,然后将甲烷通入以KOH为电解质的燃料电池发电。电池负极反响为( )
【导学号:73702043】
-8e-+8OH-===CO2+6H2O
+4H++4e-===2H2O
+10OH--8e-===CO+7H2O
+2H2O+4e-===4OH-
C [甲烷燃料电池的总反响:CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O,根据负极发生氧化反响,正极发生复原反响,判断出负极通入甲烷,正极通入氧气,故B、D错。然后根据甲烷中碳元素的化合价变化:H4―→O,写出1mol甲烷转移的电子数,最后根据电荷守恒、原子守恒,配平即可得负极反响:CH4+10OH--8e-===CO+7H2O,故A错,所以正确答案为C。]
(如H2、CO、CH4等)跟氧气反响从而将化学能转化成电能的装置。以下关于CO燃料电池(NaOH作电解质)的说法中正确的选项是( )
:O2+2H2O+4e-===4OH-
:CO-2e-+4OH-===CO+2H2O
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,外电路中电子从正极流向负极
,溶液的pH保持不变
B [A项所给是正极反响式,错误;C项外电路中电子从负极流向正极,错误;D项由电池总反响:O2+2CO+4OH-===2CO+2H2O可知,反响消耗NaOH,故pH要减小,错误。]
题组4 电极反响式的书写
。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,其总反响为2CO+O2===2CO2。那么以下说法正确的选项是( )
【导学号:73702044】
+2CO2+4e-===2CO
+CO-2e-===2CO2
C [据题意知通入CO的一极为电源的负极,CO失去电子转变为CO2,负极发生氧化反响,故A、B、D项错误,C项正确。]
8.(1)现有反响2H2+O22H2O,要构成燃料电池,那么负极通入的应是________,正极通入的应是________,电极反响式分别为________________、________________。
(2)如把KOH改为稀硫酸作导电物质,那么电极反响式分别为____________________、____________________。
(3)上述(1)和(2)的电解液不同,反响进行后,(1)中溶液pH变________(填“大〞或“小〞,下同),(2)中溶液pH变________。
(4)如把H2改为甲烷,KOH作导电物质,那么电极反响式分别为__________________、____________________。
【导学号:73702045】
【解析】 解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。(1)根据总反响式可知H2在反响中被氧化,O2被复原,H2应在负极上反响,O2应在正极上反响,又因为是碱性溶液不可能有H+参加或生成,故负极反响为2H2+4OH--4e-===4H2O,正极反响为O2+2H2O+4e-===4OH-。(2)假设将导电物质换成酸性溶液,此时应考虑不可能有OH-参加反响,也不可能有OH-生成,负极:2H2-4e-===4H+,正极:O2+4H++4e-===2H2O。
(3)由于(1)是在碱性条件下反响,KOH量不变,但工作时H2O增多,故溶液变稀,pH将变小;而(2)中为酸溶液,H2SO4不变,水增多,溶液酸性变小,故pH将变大。(4)如把H2改为甲烷,用KOH作导电物质,那么负极:CH4+10OH--8e-===CO+7H2O,正极:2O2+4H2O+8e
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-===8OH-,此时不会有CO2放出。
【答案】 (1)H2 O2
负极:2H2+4OH--4e-===4H2O
正极:O2+2H2O+4e-===4OH-
(2)负极:2H2-4e-===4H+
正极:O2+4H++4e-===2H2O
(3)小 大
(4)负极:CH4+10OH--8e-===CO+7H2O
正极:2O2+4H2O+8e-===8OH-
(1)写电极反响时除考虑电极自身的反响,还要注意电极产物是否与电解质溶液反响。
(2)判断溶液pH变化时,不能只看某电极上H+或OH-的生成或消耗。
养成良好的学********惯,有利于激发学生学****的积极性和主动性;有利于形成学****策略,提高学****效率;有利于培养自主学****能力;有利于培养学生的创新精神和创造能力,,在教师讲课之前,自己先独立地阅读新课内容。初步理解内容,是上课做好接受新知识的准备过程。有些学生由于没有预********惯,对老师一堂课要讲的内容一无所知,,however。加油就会成功。生命不息,学****不