第6章 第1节 讲评拓展课3 新型化学电源分析-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

第六章　化学反应与能量 第一节　化学反应与能量变化 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究任务 1．了解化学电源的考查方式和特点。 2．结合原电池的工作原理，明确解答化学电源类考题的方法策略。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 探究要点·典例导航 01 探究任务　四步突破新型化学电源的分析 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3 四步突破新型化学电源的分析 [要点精讲] 一、极——明晰电极 “一极”，即明晰化学电源的电极，也是分析化学电源的首要内容，可以通过电极材料、电极反应类型、粒子移动方向等内容来确定电极名称。以电极的正、负极判断为例，可以构建电极与元素化合价升降、氧化还原反应之间的关联。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 4 二、式——书写反应式 “二式”，即书写电极反应式，基本策略为明确电极反应类型、根据参与反应物、结合电荷守恒定律进行书写。以“放电”时的正、负极书写为例，首先确定物质得失电子情况，然后结合电解质溶液来确定反应的生成物，最后结合守恒定律书写电极反应式。而对于较为复杂的电极反应，则可以采用“差减”法来拆解。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 三、向——判断移向 “三向”，即判断移动方向，包括电子移向和离子移向，分析时需要把握电池的充、放电过程，利用相应的原理加以判断。以放电过程为例，电子移向为负极→外电路→正极；离子移动方向为阳离子→正极，阴离子→负极。对于涉及离子交换膜的装置，阳离子将透过阳离子交换膜，阴离子将透过阴离子交换膜。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 四、变——解析变化 “四变”，即电池工作时的物质变化，需要深入分析电极质量变化和溶液的pH 变化。电池在充、放电过程中，电极上会发生氧化还原反应，可能存在物质聚集或缺失，分析时需要结合相应的守恒定律来加以计算。对于电解质溶液的pH变化，则需要关注电极反应时溶液中OH－和 H＋的浓度变化。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [典例导航] 【例1】　从NaHPbO2溶液中回收Pb的 原电池装置如图所示。 下列说法错误的是(　　) A．a极为原电池的正极 B．溶液中Na＋从b极区迁移至a极区 C．b极区的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O D．该原电池工作一段时间后，a极区溶液的pH减小 √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 D　[NaHPbO2回收Pb，化合价降低，在正极反应，a极为原电池的正极，A正确；b极为负极，a极为正极，原电池溶液中阳离子可透过阳离子交换膜移向正极，B正确；b极为负极，电解质为氢氧化钠，电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，C正确；a极区电极反应为＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－，该原电池工作一段时间后，a极区溶液的pH增大，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 【例2】　如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(　　) A．放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2+ B．放电时，Li＋由M电极向N电极移动 C．充电时，M电极的质量减小 D．充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi。放电时，M电极反应为Li－e－===Li＋，A错误；放电时，M极为负极，N极为正极，故Li＋由M电极向N电极移动，B正确；由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M极的电极反应为Li＋＋e－===Li，故电极质量增大，C错误；由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 电极反应式的书写 1．原电池负极反应式的书写 (1)电极本身被氧化 若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2+，Cu－2e－===Cu2+。 若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅酸蓄电池负极反应为－2e－===PbSO4。 (2)负极本身不反应 氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 2．原电池正极反应式的书写 书写时总的原则是首先根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的粒子，其次确定该粒子得电子后生成什么物质。 如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3．书写复杂电极反应式的方法——加减法 (1)写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 (2)写出其中较为简单的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)。 (3)利用总反应与上述一电极的反应相减，即得另一电极的反应式，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 【例3】　一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以存在]。 电池放电时，下列叙述错误的是(　　) A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的通过隔膜向Ⅱ区迁移 C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O D．电池总反应：===＋Mn2+＋2H2O √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 A　[根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为===，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明是阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H＋，生成Mn2+，Ⅱ区的K＋向Ⅰ区移动或Ⅰ区的向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH－，生成，Ⅱ区的向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K＋向Ⅱ区移动。电池的总反应为===＋Mn2+＋2H2O。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 【例4】　K-O2电池结构如图所示，a和b 为两个电极，其中之一为单质钾片。关于 该电池，下列说法错误的是(　　) A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过 B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水 √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 D　[由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子，发生氧化反应，生成钾离子，电极反应式为K－e－===K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，A正确；由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的阳极，B正确； 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比值为(1 mol ×71 g/mol)∶(1 mol×32 g/mol)≈2.22∶1，C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子守恒可知，耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g/mol＝1.8 g，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 [对点即练] 1．电化学气敏传感器可用于监测 环境中NH3的含量，其工作原理如 图所示。下列说法正确的是(　　) A．O2在电极b上发生氧化反应 B．溶液中OH－向电极b移动 C．反应消耗的O2与生成的N2的物质的量之比为3∶2 D．负极的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 C　[a电极通入氨气生成氮气，发生氧化反应，为原电池负极，电极反应为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，则b电极为正极，氧气得电子被还原，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。O2在电极b上得到电子，发生还原反应，A错误；a电极为负极，b电极为正极，原电池内部阴离子移向负极，故溶液中OH－向a电极移动，B错误；a电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，b电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，根据得失电子守恒可知，反应消耗的O2与生成的N2的物质的量之比为3∶2，C正确；a电极即负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 2．据报道，中国科学家开发出的新型电解质能使LiFePO4-Li电池在90 ℃稳定工作，模拟装置如图所示。 已知该电池的总反应为Li＋FePO4 ===LiFePO4，当该电池放电时， 下列说法错误的是(　　) A．a极发生还原反应 B．Li＋向b极附近迁移 C．b极的电极反应式为Li－e－===Li＋ D．a极的质量净增14 g时转移2 mol电子 √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 B　[该电池放电时，锂失去电子，作负极，发生氧化反应，则a极为正极，发生还原反应，A正确；该电池放电时，锂离子向正极迁移，即向a极迁移，B错误；负极上锂失去电子生成锂离子，b极的电极反应式为Li－e－===Li＋，C正确；a极的电极反应式为FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，净增质量为锂离子质量，1 mol Li＋质量为7 g，a极净增14 g时转移2 mol 电子，D正确。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 3．我国科学家研制了一种新型的高比 能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示 意图如图。图中贮液器可储存电解质 溶液，提高电池的容量。下列叙述不 正确的是(　　) A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－ B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 √ 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 D　[放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，正极反应式为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，负极反应式为Zn－2e－===Zn2+，总反应式为Zn＋I2Br－===Zn2+＋2I－＋Br－，由总反应式知，溶液中离子数目增大，B正确；充电时，b电极反应式为Zn2+＋2e－===Zn，每增重0.65 g，转移0.02 mol电子，阳极反应式为Br－＋2I－－2e－===I2Br－，有0.02 mol I－失电子被氧化，C正确；充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 知能反馈·随堂评估 02 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 26 1 2 3 4 √ 1．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时，下列说法正确的是(　　) A．负极上发生还原反应 B．CO2在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 B　[金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。] 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 2．一种锂-海水电池构造示意图如下。 下列说法错误的是(　　) A．电极M为负极 B．海水的主要作用是提供电解质 C．玻璃陶瓷不允许任何离子和分子通过 D．电极N的电极反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C　[锂是活泼金属，所以电极M为负极，A正确；根据能形成锂-海水电池，可判断海水为电解质溶液，B正确；Li易与水反应，则玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能，因此离子可通过，C错误；N极为正极，正极上发生还原反应，因此电极N的电极反应方程式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正确。] √ 1 2 3 4 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 28 √ 1 2 3 4 3．镍镉电池是二次电池，其工作原 理如图(L为小灯泡，K1、K2为开关， a、b为直流电源两极)。下列说法不 正确的是(　　) 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 29 1 2 3 4 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 30 1 2 3 4 4．(素养题)电池在生产生活中有着重要应用。 (1)下列化学反应，理论上可以设计成原电池的是________(填字母代号)。 A．C(s)＋CO2(g)===2CO(g) B．CH4(g)＋2O2(g)―→CO2(g)＋2H2O(l) C．Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) BC 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 [解析]　能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应。A项，该反应是吸热反应，所以不能设计成原电池；B项，该反应是放热反应且是能自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池；C项，该反应是放热反应且是能自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 (2)纸电池是未来电池发展的重要研究方向，其组成与传统电池类似，电极和电解液均“嵌”在纸中。根据如图纸电池结构示意图，利用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和另一种银白色金属片，制作 了两个纸电池，用电流表测试时， 发现指针偏转方向相反。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 ①银白色金属片的位置是________(填“a”或“b”，下同)，电池工作时阴离子移向______。 ②电流表指针偏转方向相反的原因是______________________________________________________________________________________________，铜片与锌片组成的纸电池，电流表指针偏向_______。 ③研究表明，酸性条件下O2参与的原电池电极反应可视为两步完成：________________________；＋3H＋＋2e－===2H2O。 a b 铜片与锌片相连，铜片为正极， 电流由铜片到锌片；另一电池，铜片为负极，电流由银白色金属片到铜片 铜片 === 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 1 2 3 4 [解析]　①铜片与锌片相连，锌活泼，作负极；铜片和另一种银白色金属相连时，电流表指针偏转方向相反，故铜作负极。根据电子的方向可知，b为负极，故银白色金属片的位置是a。阴离子流向负极b。②铜片与锌片相连，铜片为正极，电流由铜片到锌片；另一电池，铜片为负极，电流由银白色金属片到铜片，所以电流表指针偏转方向相反。铜片与锌片组成的纸电池，铜片作正极，故电流表指针偏向铜片。③酸性条件下O2得电子最终生成H2O，总电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故分两步：===＋3H＋＋2e－===2H2O。 讲评拓展课3　新型化学电源分析 探究要点·典例导航 知能反馈·随堂评估 $$