第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)
第二節(jié) 化學(xué)電源
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
1了解常用電池的構(gòu)造，2一次電池和二次電池的區(qū)別
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
閱讀書本，回答以下問題：
1、什么是一次電池？
2、什么是二次電池？
3.判斷一種電池的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是什么？
4、日常生活中電池有那些應(yīng)用？
如何書寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？
三、通過預(yù)習(xí)提出疑惑
同學(xué)們，通過你的自主學(xué)習(xí)，你還有哪些疑惑，請(qǐng)把它填在下面的表格中
疑惑點(diǎn)疑惑內(nèi)容
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
應(yīng)用原電池原理，進(jìn)一步學(xué)習(xí)常見一次電池、二次電池、燃料電池的工作原理。能根據(jù)電池總反應(yīng)式判斷：正、負(fù)電極，寫出電極反應(yīng)式
學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：能根據(jù)電池總反應(yīng)式判斷：正、負(fù)電極，寫出電極反應(yīng)式
二、學(xué)習(xí)過程
一、一次電池
1.堿性鋅錳電池
電極材料為Zn 和MnO2，電解質(zhì)是KOH.
總反應(yīng)式：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2
如何書寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？
負(fù)極：( )________________________________________________
正極：( )_________________________________________________
2．鋅銀電池
銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。
電極材料為Zn 和Ag2O，電解質(zhì)是KOH.
總反應(yīng)式：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag
負(fù)極：( )________________________________________________
正極：( )________________________________________________
二、二次電池
鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。
蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
放電的電極反應(yīng)為：
負(fù)極：( )________________________________________________
正極：( )_________________________________________________
目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。
三．燃料電池
燃料電池是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池，。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷地從外界輸入，同時(shí)把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。燃料電池的正極和負(fù)極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣�；瘜W(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點(diǎn)是能量利用率高，設(shè)備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%以上。
1.氫氧燃料電池
它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細(xì)分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強(qiáng)的催化活性。電池反應(yīng)總式是_______________________________________________
a.電解質(zhì)是酸
負(fù)極：________________________________________________
正極：_________________________________________________
b.電解質(zhì)是堿
負(fù)極： ________________________________________________
正極： _________________________________________________
c.電解質(zhì)是固體熔融物
負(fù)極： ________________________________________________
正極： _________________________________________________
2. 甲烷燃料電池
另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷?燃料?和氧氣?氧化劑?。
電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
負(fù)極： ________________________________________________
正極： _________________________________________________
課堂練習(xí)與提高
一、選擇題
1.如圖裝置能組成原電池的是( )
2.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反應(yīng)為Zn+Ag2O+H2O====2Ag+Zn(OH)2,則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是( )
A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
3.（2008江蘇高考，5）鎳鎘（NiCd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行:
Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
有關(guān)該電池的說法正確的是（ ）
A.充電時(shí)陽極反應(yīng):Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O
B.充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程
C.放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變
D.放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動(dòng)
4.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 g
5.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為:Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸。以下說法中正確的是( )
①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)
②以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)
③充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />④放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
6.用Pt電極放置于KOH溶液中，然后分別向兩極通入CO和O2，即可產(chǎn)生電流，下列敘述中正確的是( )
①通入CO的電極為陰極
②通入CO的電極反應(yīng)式為:2CO+O2+4e-====2CO2
③正極電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-====4OH-
④負(fù)極電極反應(yīng)式為:CO+4OH--2e-==== +2H2O⑤電池工作時(shí)溶液中的陽離子向原電池的負(fù)極移動(dòng) ⑥放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)
A.①④⑥ B.③④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③
7.我國(guó)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。電池總反應(yīng)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
8.國(guó)外新型研制的溴鋅蓄電池的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液為電解質(zhì)溶液�，F(xiàn)有四個(gè)電極反應(yīng):
①Zn-2e-====Zn2+
②Zn2++2e-====Zn
③Br2+2e-====2Br-
④2Br--2e-====Br2
那么充電和放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)的是( )
A.③① B.④① C.②③ D.②④
9.如圖所示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?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
10.將純鋅片和純銅片按如圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是 …( )
A.兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生 B.甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極
C.兩燒杯中溶液的pH均增大 D.產(chǎn)生氣泡的速度甲比乙慢
11.燃料在電池中直接氧化而產(chǎn)生電能的裝置叫燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子（H2N—NH2）可以在氧氣中燃燒生成氮?dú)夂退�，利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，請(qǐng)寫出該電池反應(yīng)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式:__________________________________；
并指出電解質(zhì)溶液中，OH-離子向哪極移動(dòng):_________________________________________。
參考答案
1解析:據(jù)構(gòu)成原電池條件分析，B能形成原電池。
答案:B
2解析:由電池反應(yīng)知，Zn作負(fù)極被氧化。
答案:D
3解析:由充電時(shí)方程式中的Cd和Ni的化合價(jià)的變化可知，Ni(OH)2作陽極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應(yīng)式為:Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O;Cd(OH)2作陰極，Cd(OH)2+2e-====Cd+2OH-;充電的過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。放電時(shí)，Cd作負(fù)極，Cd-2e-+2OH-====Cd(OH)2,Cd周圍的c(OH-)下降，OH-向負(fù)極移動(dòng)。
答案:A
4解析:由電池的總反應(yīng)式可知Zn作負(fù)極失去電子，MnO2在正極上得電子，故A、B正確；工作時(shí)電子由負(fù)極流出，通過外電路流向正極，C錯(cuò)；流過0.2 mol電子，有0.1 mol Zn溶解，減少6.5 g，D正確。
答案:C
5解析:充電、放電時(shí)反應(yīng)條件不同，故不是可逆反應(yīng)，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
答案:B
6解析:CO燃料電池總反應(yīng)為2CO+O2+4KOH====2K2CO3+2H2O,故③④正確。在負(fù)極消耗OH-,故陰離子向負(fù)極移動(dòng)，⑥正確。
答案:B
7解析:由電池總反應(yīng)知，Al為負(fù)極，Al-3e-====Al3+,鉑網(wǎng)為正極:O2+4e-====+2H2O4OH-,電子由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極。故A對(duì)。電子由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，電流方向恰好相反，故B錯(cuò)。
答案:B
8解析:用惰性電極，故為電解質(zhì)溶液中離子放電，得到電子被還原，故為②③。選c
9解析:氫氧燃料電池的總反應(yīng)為2H2+O2====2H2O，故通氫氣的a電極為負(fù)極，通氧氣電極為正極，電極反應(yīng)為O2-4e-+2H2O====4OH-,A正確，B錯(cuò)誤；電池產(chǎn)物為H2O，故為綠色電源，C正確；隨時(shí)不斷通入H2和O2，D正確。
答案:B
10解析:本題考查原電池的構(gòu)成條件及工作原理。題目中可以應(yīng)用的信息主要是①鋅片、銅片兩種活潑性不同的金屬，②甲、乙兩圖。解答該題時(shí)，首先根據(jù)原電池的構(gòu)成條件判斷甲、乙是否能形成原電池，然后再根據(jù)原電池的原理具體分析、判斷，甲裝置符合原電池條件，c可構(gòu)成原電池，乙裝置不能構(gòu)成原電池。甲中銅片有氣泡，乙中無；由于都消耗H上標(biāo)+，所以pH都增大，C正確。
答案:C
11解析:肼燃料電池總反應(yīng)為N2H4+O2N2+2H2O，負(fù)極反應(yīng)為:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O,正極反應(yīng)為:O2+4e-+2H2O====4OH-。負(fù)極上消耗OH-，正極上產(chǎn)生OH-，故OH-向負(fù)極移動(dòng)。
答案:負(fù)極:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O
正極:O2+4e-+2H2O====4OH-
總反應(yīng)式:N2H4+O2====N2+2H2O
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