4.3化学电源讲评 2023-2024学年高二化学上学期鲁科版（2019）选择性必修1

4、氢氧燃料电池（氧气—正极）（燃料—负极） 1.原电池的工作原理 2.二次电池-铅蓄电池总反应 3. 课前三分钟背诵 课前准备：必修二课本、选必1课本、双色笔、典题本、练习本、271BAY、选必一《三维设计》小绿本、小黄本 1、甲烷-氧气燃料电池 该电池用金属铂片插入酸性溶液中作电极， 两极上分别通甲烷和氧气 负极 CH4 + 2H2O - 8e- ＝ CO2 + 8H+ 正极 O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O 总反应式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O 2、甲烷-氧气燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极， 两极上分别通甲烷和氧气 总反应式 CH4 + 2O2 + 2KOH ＝ K2CO3 + 3H2O 正极 O2 + 2H2O + 4e- ＝ 4OH- 负极 CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O 化学反应规律 ——探究能量转化原理 1.通过实验测定中和反应的热效应，运用盖斯定律计算难以测定的化学反应的反应热并准确书写热化学方程式。 2.以铜锌原电池为例，并阐释化学电源的基本工作原理，准确书写电极反应式及总反应式。 3.通过对比原电池、燃料电池和铅蓄电池的异同，建构电化学的分析模型。 课前准备：必修二课本、选必1课本、双色笔、典题本、练习本、271BAY、选必一《三维设计》小绿本、小黄本 题目类型 考查内容 题号 双液原电池 1.正负电极的判断 绿本P17-18的3、4题 黄本P127的1、3题 2.电子电流流向的分析 3.正负极电解质溶液的判断 4.溶液中离子流向分析 5.电极方程式书写正误判断 锌锰干电池 利用总方程式判断正负极 绿本P19的1题 黄本P129的1题 铅蓄电池 （二次电池） 1.利用总方程式判断正负极 2.电子守恒原理应用的分析 绿本P19-20的2、3 绿本P23的2题 氢氧燃料电池 1.电极方程式书写正误判断 2.离子交换膜的选择与分析 3.电极室/电池 pH 值的分析 4.电子守恒原理应用的分析 绿本P21的1、2、3 绿本P23的3、4题 黄本P129-130的1、3、4、5、7、13 探究学习 ⁠ 题目类型 考查内容 建议 双液原电池 1.正负电极的判断 在前黑板左侧画出双液原电池的模型，可以以P17的3题为例分析 2.电子电流流向的分析 3.正负极电解质溶液的判断 4.溶液中离子流向分析 5.电极方程式书写正误判断 锌锰干电池 利用总方程式判断正负极 在前黑板右边画出二次电池模型，可以以P20的3题为例 铅蓄电池 （二次电池） 1.利用总方程式判断正负极 2.电子守恒原理应用的分析 氢氧燃料电池 1.电极方程式书写正误判断 2.离子交换膜的选择与分析 3.电极室/电池 pH 值的分析 4.电子守恒原理应用的分析 在后黑板画出两个模型，可以以P21的3题为例分析氢氧燃料电池相关问题，可以以P23的3题为例分析图象 注意：讨论时重点分析：①电极正负极的判断②电子、电流、离子的流向③电极反应式、总化学方程式如何书写 3.某同学设计了如图所示原电池装置，下列说法正确的是（　　） A.该原电池的负极是Pt B.甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅 C.若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转 D.电子由乙烧杯经盐桥流向甲烧杯 绿本P17 双液原电池 双液原电池 电解质溶液不同造成电流的反向偏转 Mg Al 负极为：Mg 正极为：Al Mg Al 负极为：Al 正极为：Mg NaOH ⁠ 如何分析双液电池小结： 1.通过对电极以及电解质溶液的分析，先找出总的氧化还原反应方程式，再确定好每个电极的电极反应，通过化合价的变化判读出正负极 2.根据判断出的正负极在判断电子、电流、离子流向问题 双液原电池 4.铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　　） A.正极反应为Zn－2e－Zn2＋ B.电池总反应为Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu C.在外电路中，电子从正极流向负极 D.盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 绿本P18 双液原电池 ⁠ 　　　　 1.下列装置中，电流表指针不发生偏转的是（　　） 黄本P127 双液原电池 黄本P127 A.Fe做正极，发生氧化反应 B.负极反应：2H＋＋2e－H2↑ C.工作一段时间后，两烧杯中溶液的pH均不变 D.工作一段时间后，NaCl溶液中c（Cl－）增大 3.某原电池装置如图所示。下列有关叙述正确的是（　　） 双液原电池 锌锰干电池 1.一次性碱性锌锰干电池（结构如图所示）是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH。下列说法错误的是（　　） A.MnOOH中Mn的化合价为＋3价 B.正极参与反应的物质为MnO2和H2O C.负极的电极反应为Zn－2e－Zn2＋ D.金属外壳起到容器作用，不参与电极反应 绿本P19 绿本P19 锌锰干电池 下列关于以上各装置的说法不正确的是（　　） A.甲：Fe棒为负极，电极反应为Fe－3e－Fe3＋ B.乙：正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋2H2O C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D.丁：使用一段时间后硫酸铅沉淀在电极板上，溶液酸性减弱，导电能力下降 二次电池 绿本P19 2.天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的LiCoO2，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料C6中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2＋C6⁠CoO2＋LiC6，下列说法正确的是（　　） A.放电时，电池的正极反应为LiC6－e－Li＋＋C6 B.放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－LiCoO2 C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质 D.锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低 3.化学电源在生产生活中有着广泛的应用，下列关于铅蓄电池（如图所示）的叙述正确的是（　　） A.放电时正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O B.铅蓄电池放电时，若外电路中有0.5 mol电子通过，则溶液中消耗H2SO4的物质的量为0.25 mol 思考：放电时，没转移2mol电子，正极增重多少克？ C.铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大 D.完全放电后，可将A接直流电源的负极进行充电 绿本P20 二次电池 如何分析二次电池小结： 二次电池 注：金属锂的活泼性很强，能够与水、酸等进行反应，所以锂电极所在的电解质环境 不能够有H2O、酸、醇等含活泼氢的物质。 锂电池具有较高的比能量。（金属锂轻且放电多） 1.一定先判断好充放电的反应方程式，原电池为放电过程 2.根据电极方程式中的化合价变化判断正负极 3.根据判断出的正负极在判断电子、电流、离子流向问题 绿本P23 二次电池 2.LiFePO4电池可用于电动汽车。已知：电池放电时，电池反应为FePO4＋LiLiFePO4。下列说法正确的是（　　） A.Li是氧化剂 B.FePO4中磷元素被还原 C.氧化产物和还原产物的质量之比为1：1 D.每消耗1 mol FePO4必有2 mol电子转移 绿本P21 燃料电池 1.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质溶液的燃料电池中发电，电池负极反应为（ ） A.H2＋2OH－－2e－2H2O B.O2＋4H＋＋4e－2H2O C.H2－2e－2H＋ D.O2＋2H2O＋4e－4OH－ 2.有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（　　） ①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－ ②负极上CH4失去电子，电极反应CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O ③负极上是O2得到电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－ ④电池放电后，溶液pH不断升高 A.①② B.①③ C.①④ D.③④ 绿本P21 燃料电池 1、甲烷-氧气燃料电池 该电池用金属铂片插入酸性溶液中作电极， 两极上分别通甲烷和氧气 负极 CH4 + 2H2O - 8e- ＝ CO2 + 8H+ 正极 O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O 总反应式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O 2、甲烷-氧气燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极， 两极上分别通甲烷和氧气 总反应式 CH4 + 2O2 + 2KOH ＝ K2CO3 + 3H2O 正极 O2 + 2H2O + 4e- ＝ 4OH- 负极 CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O 3.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪（工作原理示意图如图所示），负极上发生的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2OCH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是（　　） A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C.电池总反应为CH3CH2OH＋O2CH3COOH＋H2O D.正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－ 绿本P21 燃料电池 3.碱性联氨燃料电池具有能量密度较高和无污染等优点，其工作原理如图所示，下列说法不正确的是（　　） A.负极反应：N2H4－4e－4H＋＋N2↑ B.通入氧气的电极为正极 C.电池工作时OH－向负极移动 D.该电池工作一段时间后，电解质溶液碱性不变（不考虑电解质溶液的体积变化） 绿本P23 燃料电池 分析燃料电池小结： 燃料电池 1.若有图像看图像，O2或空气进入的一方一般为正极 2.：燃料电池尤其注意电解质环境，从而确定正极反应方程式，再结合负极反应→总反应/总反应→负极反应。 3.进而可以得到电池各项变化的分析 4.生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－2CO2↑＋12H＋。下列说法错误的是（　　） A.C1极为电池负极，C2极为电池正极 B.C2极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O C.该生物燃料电池的总反应为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O D.电子由C2极经外电路流向C1极 绿本P23 燃料电池 黄本P129 燃料电池 3.一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是（　　） A.电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O2Mg（OH）2 B.正极反应式为Mg－2e－Mg2＋ C.活性炭可以加快O2在负极上的反应速率 D.电子的移动方向由b经外电路到a 燃料电池 黄本P129 4.现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是（　　） A.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－ B.该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极 C.Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－S＋4H＋ D.该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合 燃料电池 黄本P129 5.利用如图所示装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO。下列说法中正确的是（　　） A.该过程涉及太阳能转化为化学能 B.电极a表面发生还原反应 C.该装置工作时，H＋从b极区向a极区移动 D.该装置中每生成1 mol CO，同时生成1 mol O2 7.（双选）可用于检测CO的某气敏传感器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是（　　） A.工作过程中化学能转化为电能 B.工作一段时间后溶液的pH增大 C.电极Ⅰ上发生反应：CO－2e－＋H2OCO2＋2H＋ D.电极Ⅱ上发生反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－ 黄本P130 燃料电池 （2）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示： 黄本P130 燃料电池 （3）CO为无色无味有毒气体，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答： 燃料电池 黄本P131 32 [特别提醒]　 (1)书写电极反应式时，注意介质是否参加反应。碱性介质的电极反应中不能出现H＋，酸性介质的电极反应中不能出现OH－。 (2)燃料电池的正极(O2作氧化剂) ①酸性条件： O2＋4e－＋4H＋ = 2H2O ②碱性或中性条件： O2＋4e－＋2H2O = 4OH－ ③高温无水固体电解质： O2＋4e－ = 2O2－ 熔融碳酸盐： O2＋4e－＋2CO2 = 2CO32－ O2-在水溶液中不存在, 在酸性环境中结合H+生成H2O, 碱性或中性环境中生成OH－。 34 $$