第06讲 化学电源-【寒假自学课】2022年高一化学寒假精品课（苏教版必修第二册）

第06讲 化学电池 【学习目标】 通过本单元内容的学习，要求同学们努力达到： 1.认识化学能转化为电能的实际应用； 2.形成化学有助于提高人类生活质量的观念。 【课前引入】 观察下面的图片，运用原电池原理，你能制作出简易电池吗？ 依据原电池反应的原理，我们可以设计一个装置，通过氧化还原反应即可实现化学能向电能的转化。 【基础知识】 【化学电池】 【实验】利用铜片、锌片（可从废旧干电池中拆取）或铝片、纯碱溶液、白醋（或橙子、芦柑）等日常生活中的材料即可制作简易电池。如图所示，利用橙子、金属片以及导线制作的简易电池能使检流计指针偏转。 化学电源有一次电池与二次电池之分。一次电池用过之后不能复原，二次电池充电后能继续使用。 1.一次电池——锌锰干电池 石墨棒作正极； 锌筒作负极， 氯化铵糊作电解质溶液； 放电后不能充电，属于一次电池。 2.二次电池——充电电池 (1)二次电池：化学能（氧化还原反应）放电产生电能，电能充电产生化学能。 (2)常见二次电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3.常见化学电源的组成与反应原理 电池 名称 电池组成 电池反应 特点与应用 锌锰干电池 锌、碳棒、二氧化锰氯化锌、氯化铵 电压1.5V，用途广泛 银锌纽扣电池 锌、氧化银、氢氧化钾溶液 电压1.6V，放电平稳 铅蓄电池 铅、二氧化铅、硫酸 电压2.0V，广泛用于机动车辆 镍氢电池 贮氢合金、泡沫氧 化镍、氢氧化钾溶液 (MH表示贮氢合金M中吸收 结合的氢） 电压1.2V，寿命长，性能好 氢氧燃料电池 铂碳／氢气，铂碳／氧气/氢氧化钾溶液 用于航天飞机、牵引车等 甲醇－空气燃料电池 钯碳／甲醇、铂－烧结镍／空气、氢氧化钾溶液 能量转化率高 【氢氧燃料电池反应原理】 【简易燃料电池的制备】 1.将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热，迅速浸入冷水中，制得多孔碳棒电极。选用0.5mol·L 的 溶液为电解质溶液。电源用3-6V直流电源，发光二极管的起辉电压为1.7V，电流为0.6mA。将上述材料组装成简易的燃料电池装置。 2.按下开关S1，接通电源，电解溶液约半分钟，碳棒上分别产生明显的气泡。 3.断开开关S1，按下开关S，可以观察到二极管的发光现象。 举个例子：电解水制得氢气和氧气；电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。在这些例子中，电能转化为化学能。利用电解我们可以获得普通化学方法难以制备的物质。 【电解在物质制备中的应用】 钠、镁、铝、钙等单质的化学性质很活泼，不能在自然界中稳定存在，用普通的化学方法难以将它们制备出来。工业上采用电解的方法制取这些金属单质。以石墨作为电解池的两个电极电解熔融的氧化铝（氧化铝的熔点特别高，需要加入冰晶石以帮助其熔化）可得到单质铝。 在直流电作用下，铝离子在阴极得到电子，被还原为单质铝。 阴极： 氧离子在阳极失去电子，被氧化为氧原子，并结合成氧分子。 阳极： 上述反应可综合表示为： 与电解熔融的氧化铝类似，电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。 电解的方法能使通常条件下无法自发进行的化学反应进行下去，在一些活泼单质的制取、金属的精炼、某些有机化合物的合成中应用广泛。 【知识拓展】 【考点剖析】 考点一：化学反应速率的计算 例1．如图为原电池装置示意图。请回答下列问题： (1)将铜片和锌片用导线相连，插入稀硫酸中，则 正极反应为：_______；负极反应为：_______； (2)若A为Pb，B为PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O。写出B电极反应式： _______；该电池在工作时，A电极的质量将_______(填“增加”“减小”或“不变”)；若该电池反应消耗了0.1molH2SO4，则转移电子的数目为_______NA。 (3)若A、B均为铂片，电解质溶液为30%的KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：_______；该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将_______(填“增强”“减弱”或“不变”)。 (4)CH3OH燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成，其中负极反应式为：CH3OH+8OH--6e-= +6H2O，则正极的电极反应式为：___。 考点二：影响化学反应速率的因素 例2．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，试回答下列问题： (1)家庭常用的碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O =2MnOOH＋Zn(OH)2，正极的电极反应式为______