4.2 化学电源-2021-2022学年高中化学选修4【名师导航】同步Word教参(人教版)

第二节　化学电源 目标与素养：1.了解常见化学电源的种类、工作原理及应用。(变化观念与社会责任)2.掌握一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。(科学探究与模型认知) 一、化学电池的分类与优劣 1．化学电池的分类及其特点 2．化学电池的优点 具有能量转换效率高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。 3．判断电池优劣的主要标准 (1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 (2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 (3)电池的可储存时间的长短。 二、化学电源的分类及工作原理 1．一次电池(以碱性锌锰电池为例) (1)组成。正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。 (2)工作原理 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (3)特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。 2．二次电池(以铅蓄电池为例) (1)组成 负极：Pb；正极：PbO2；电解质：H2SO4溶液。 (2)工作原理 ①放电过程 负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)； 正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)； 总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 ②充电过程 阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)； 阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)； 总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 (3)铅蓄电池的优缺点 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 3．燃料电池(以H2­O2燃料电池为例) (1)构成 (2)工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 H2－2e－===2H＋ H2－2e－＋2OH－===2H2O 正极反应 O2＋2e－＋2H＋===H2O O2＋2e－＋H2O===2OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O (3)特点 ①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。 ②电极材料本身不参与氧化还原反应。 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。 ④能量转化率高(＞80%)，排放废物少。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。 (　　) (2)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。 (　　) (3)燃料电池工作时负极应不断充入燃料，正极充入氧化剂如O2。 (　　) (4)铅蓄电池的负极反应为Pb－2e－===Pb2＋。 (　　) [答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 2．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　) A．Li是正极，MnO2是负极 B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋ C．放电时正极的反应：MnO＋e－===MnO2 D．电池放电时，产生高锰酸根离子 [答案]　B 3．已知锌银电池的总反应为 Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag，请写出电极反应式： 负极：_______________________________________________， 正极：_______________________________________________。 [答案]　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 二次电池的工作原理 1.放电、充电反应及充电连接 2．二次电池放电原理 模型认知：二次电池电极反应书写的一般模式 (1)明确两极的反应物。 (2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。 (3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。 (4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子