化学电源学案

第四章 电化学基础
第二节 化学电源
课前预习学案
一、预习目标
1了解常用电池的构造，2一次电池和二次电池的区别
二、预习内容
阅读书本，回答以下问题：
1、什么是一次电池？
2、什么是二次电池？
3.判断一种电池的优劣的标准是什么？
4、日常生活中电池有那些应用？
如何书写复杂反应的电极反应式？

三、通过预习提出疑惑
同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中
疑惑点疑惑内容

课内探究学案
一、学习目标
应用原电池原理，进一步学习常见一次电池、二次电池、燃料电池的工作原理。能根据电池总反应式判断：正、负电极，写出电极反应式
学习重难点：能根据电池总反应式判断：正、负电极，写出电极反应式

二、学习过程
一、一次电池
1.碱性锌锰电池
电极材料为Zn 和MnO2，电解质是KOH.
总反应式：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2
如何书写复杂反应的电极反应式？
负极：( )________________________________________________

正极：( )_________________________________________________
2．锌银电池
银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。
电极材料为Zn 和Ag2O，电解质是KOH.
总反应式：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag

负极：( )________________________________________________

正极：( )________________________________________________

二、二次电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。
蓄电池放电和充电的总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
放电的电极反应为：
负极：( )________________________________________________

正极：( )_________________________________________________
目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中。
三．燃料电池
燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，。它与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧气或空气。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。燃料电池的特点是能量利用率高，设备轻便，减轻污染，能量转换率可达70%以上。
1.氢氧燃料电池
它是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电池反应总式是_______________________________________________
a.电解质是酸
负极：________________________________________________

正极：_________________________________________________
b.电解质是碱
负极： ________________________________________________

正极： _________________________________________________
c.电解质是固体熔融物
负极： ________________________________________________

正极： _________________________________________________
2. 甲烷燃料电池
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷?燃料?和氧气?氧化剂?。
电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
负极： ________________________________________________

正极： _________________________________________________

课堂练习与提高
一、选择题
1.如图装置能组成原电池的是( )

2.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应为Zn+Ag2O+H2O====2Ag+Zn(OH)2,则负极上发生反应的物质是( )
A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
3.（2008江苏高考，5）镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
有关该电池的说法正确的是（ ）
A.充电时阳极反应:Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
4.碱性电池具有容量大、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，电池总反应式为:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列说法错误的是( )
A.电池工作时，锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2(s)+H2O(l)+2e-====Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
5.目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为:Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸。以下说法中正确的是( )
①以上反应是可逆反应
②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能
④放电时化学能转变为电能
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
6.用Pt电极放置于KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，下列叙述中正确的是( )
①通入CO的电极为阴极
②通入CO的电极反应式为:2CO+O2+4e-====2CO2
③正极电极反应式为:O2+2H2O+4e-====4OH-
④负极电极反应式为:CO+4OH--2e-==== +2H2O⑤电池工作时溶液中的阳离子向原电池的负极移动 ⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动
A.①④⑥ B.③④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③
7.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:4Al+3O2+6H2O====4Al(OH)3,下列说法不正确的是( )
A.正极反应式为:O2+2H2O+4e-====4OH-
B.电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C.以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D.该电池通常只需更换铝板就可继续使用
8.国外新型研制的溴锌蓄电池的基本构造是用碳棒作两极，溴化锌溶液为电解质溶液。现有四个电极反应:
①Zn-2e-====Zn2+
②Zn2++2e-====Zn
③Br2+2e-====2Br-
④2Br--2e-====Br2
那么充电和放电时发生还原反应的是( )
A.③① B.④① C.②③ D.②④
9.如图所示为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是( )

A.a电极是负极
B.b电极的电极反应为:4OH--4e-====2H2O+O2↑
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
10.将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 …( )

A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B.甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大 D.产生气泡的速度甲比乙慢
11.燃料在电池中直接氧化而产生电能的装置叫燃料电池，它是一种高效低污染的新型电池。燃料电池所用燃料可以是氢气，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子（H2N—NH2）可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池反应的电极反应式和总反应式:__________________________________；
并指出电解质溶液中，OH-离子向哪极移动:_________________________________________。
参考答案
1解析:据构成原电池条件分析，B能形成原电池。
答案:B
2解析:由电池反应知，Zn作负极被氧化。
答案:D
3解析:由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH，所以电极反应式为:Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O;Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)2+2e-====Cd+2OH-;充电的过程是将电能转化为化学能。放电时，Cd作负极，Cd-2e-+2OH-====Cd(OH)2,Cd周围的c(OH-)下降，OH-向负极移动。
答案:A
4解析:由电池的总反应式可知Zn作负极失去电子，MnO2在正极上得电子，故A、B正确；工作时电子由负极流出，通过外电路流向正极，C错；流过0.2 mol电子，有0.1 mol Zn溶解，减少6.5 g，D正确。
答案:C
5解析:充电、放电时反应条件不同，故不是可逆反应，充电时电能转化为化学能，放电时化学能转化为电能。
答案:B
6解析:CO燃料电池总反应为2CO+O2+4KOH====2K2CO3+2H2O,故③④正确。在负极消耗OH-,故阴离子向负极移动，⑥正确。
答案:B
7解析:由电池总反应知，Al为负极，Al-3e-====Al3+,铂网为正极:O2+4e-====+2H2O4OH-,电子由铝电极沿导线流向铂电极。故A对。电子由负极沿导线流向正极，电流方向恰好相反，故B错。
答案:B
8解析:用惰性电极，故为电解质溶液中离子放电，得到电子被还原，故为②③。选c
9解析:氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2====2H2O，故通氢气的a电极为负极，通氧气电极为正极，电极反应为O2-4e-+2H2O====4OH-,A正确，B错误；电池产物为H2O，故为绿色电源，C正确；随时不断通入H2和O2，D正确。
答案:B
10解析:本题考查原电池的构成条件及工作原理。题目中可以应用的信息主要是①锌片、铜片两种活泼性不同的金属，②甲、乙两图。解答该题时，首先根据原电池的构成条件判断甲、乙是否能形成原电池，然后再根据原电池的原理具体分析、判断，甲装置符合原电池条件，c可构成原电池，乙装置不能构成原电池。甲中铜片有气泡，乙中无；由于都消耗H上标+，所以pH都增大，C正确。
答案:C
11解析:肼燃料电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O，负极反应为:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O,正极反应为:O2+4e-+2H2O====4OH-。负极上消耗OH-，正极上产生OH-，故OH-向负极移动。
答案:负极:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O
正极:O2+4e-+2H2O====4OH-
总反应式:N2H4+O2====N2+2H2O

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