高二化学化学电源.doc

天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 ‎4.2 化学电源 学案（人教版选修4）‎ ‎ [学习目标]　1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活中的实际应用。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。‎ ‎[重点·难点]　二次电池及燃料电池的工作原理。‎ ‎1．化学电源 ‎(1)定义：将__________转化为______的装置。‎ ‎(2)分类 ‎ ‎(3)优点 ‎①化学电池的____________较高，供能稳定可靠。‎ ‎②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。‎ ‎③使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。‎ ‎(4)判断电池优劣的主要标准 ‎①比能量：即单位质量或单位体积所能__________的多少，单位是W·h－1·kg－1或W·h－1·L ‎－1。‎ ‎②比功率：即单位质量或单位体积所能__________的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。‎ ‎③电池的____________的长短。‎ ‎(5)化学电池回收利用 废旧电池中含______和______等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约能源。‎ ‎2．一次电池 ‎(1)碱性锌锰电池 ‎①碱性锌锰电池的构造 ‎②工作原理 负极：________________________________________，‎ 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，‎ 总反应：___________________________________。‎ ‎③特点 比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电。‎ ‎(2)银锌电池 ‎①纽扣式银锌电池的构造 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 ‎②工作原理 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。‎ 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。‎ 总反应：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③特点 此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。‎ ‎3．二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称____________或________。‎ ‎(1)铅蓄电池的构造 负极：____，正极：______，电解质溶液：______溶液。‎ ‎(2)工作原理 ‎①放电时 负极：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 正极：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 总反应：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程：‎ 阴极：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 阳极：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 总反应：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)性能及应用 电压稳定、使用方便、安全可靠、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。‎ ‎4．燃料电池 ‎(1)燃料电池的工作原理 ‎①连续地将________(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和____________的化学能直接转换成电能。‎ ‎②电极材料本身____________氧化还原反应。‎ ‎③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。‎ ‎(2)燃料电池的优点 ‎①能量转化率高 燃料电池的能量转换率超过____，普通燃料过程能量转换率仅____多。‎ ‎②污染____。‎ ‎(3)氢氧燃料电池 ‎①碱性电解质 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 电极反应为：‎ 负极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 正极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 总反应：2H2＋O2===2H2O ‎②酸性电解质 电极反应为：‎ 负极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 正极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 总反应：2H2＋O2===2H2O 一、其他常见燃料电池 ‎1．烃类燃料电池 ‎(1)CH4燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式为：‎ 负极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 正极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 总反应式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(2)丁烷燃料电池 一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2－。‎ 该电池的电极反应式为：‎ 负极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 正极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 总反应式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎2．醇类燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH(或乙醇)和O2，则发生了原电池反应。‎ 甲醇电池的反应式为：‎ 负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O 正极：‎ ‎________________________________________________________________________‎ 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 总反应式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O ‎3．熔融盐燃料电池 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在‎650℃‎下工作的燃料电池，该原电池的反应式为：‎ 负极：2CO＋2CO－4e－===4CO2‎ 正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO 总反应式：________________________‎ 典例　氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：‎ ‎(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是____________，在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。‎ ‎(2)负极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)电极表面镀铂粉的原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：‎ Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑‎ ‎①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。‎ ‎②已知LiH固体密度为‎0.82 g·cm－3，用锂吸收‎224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为_____________________________________________。‎ ‎③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。‎ 听课记录：　‎ ‎　‎ ‎　‎ 变式训练　可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(　　)‎ A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓‎ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 参考答案 课前准备区 ‎1．(1)化学能　电能　(2)发生氧化还原反应　胶状　干电池　充电电池或蓄电池　燃料和氧化剂　(3)①能量转换效率　(4)①输出电能　②输出功率　③可储存时间　(5)重金属　酸碱 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机 ‎2．(1)①KOH　MnO2　②Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2　(2)②Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag　‎ ‎3．充电电池　畜电池　(1)Pb　PbO2　H2SO4　(2)①Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)　PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)　Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ ‎②PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)‎ PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)　2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)　Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ ‎4．燃料电池 ‎(1)①燃料　氧化剂　②不参与 ‎(2)①80%　30%　②小　(3)①2H2＋4OH－－4e－===4H2O　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　②2H2－4e－===4H＋　O2＋4H＋＋4e－===2H2O 课堂活动区 一、‎ ‎1．(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　2O2＋4H2O＋8e－===8OH－　CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O　(2)‎2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O　13O2＋52e－===26O2－　‎2C4H10＋13O28CO2＋10H2O ‎2．3O2＋6H2O＋12e－===12OH－‎ ‎3．2CO＋O2===2CO2‎ 典例　(1)化学能转变为电能　a流向b ‎(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O ‎(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快反应速率 ‎(4)①Li　H2O　②8.71×10－4　③32‎ 解析　(1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2＋O2===2H2O，其中H2在负极失电子，即电子从a流向b。(2)负极为H2失电子生成H＋，但溶液为KOH溶液，故负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。(3)铂粉的接触面积大，这样增大电极单位面积吸附的H2、O2分子数，可以加快反应速率。(4)反应Ⅰ中Li从0价升至＋1价，作还原剂，反应Ⅱ中H2O中的H从＋1价降至0价，作氧化剂。在反应Ⅰ中当吸收10 mol H2时，生成20 mol LiH，V＝＝×10－‎3 L＝195.12×10－‎3 L，则＝＝8.71×10－4。反应Ⅱ中20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2为20 mol×80%＝16 mol，每1 mol H2生成H2O时，转移2 mol电子，故导线中通过电子的物质的量为16 mol×2＝32 mol。‎ 变式训练　A 天添资源网 www.ttzyw.com 教案 试题 公文 电脑 手机