6.3.2　化学电源 学案 -2024-2025学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

第二课时　化学电源 学习目标　1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。 一、化学电源 1.分类 类别 一次电池 二次电池 燃料电池 特点 (1)活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,不能再使用; (2)电解质溶液为胶体,不流动 (1)放电后可以充电,使活性物质获得再生; (2)可以多次充电重复使用 (1)电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件; (2)工作时,燃料和氧化剂由外部连续供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出 举例 锌锰干电池等 铅蓄电池、镍氢电池、锂电池等 氢氧燃料电池、甲醇-空气燃料电池等 2.常见的化学电源 电池名称 电池组成 电池反应 锌锰干电池 锌筒为　　　　极,石墨棒为　　　　极,ZnCl2和NH4Cl作　　　　  Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) 银锌纽扣电池 负极是　　　　,正极是　　　　,电解质溶液是　　　　　　溶液  Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag 铅蓄电池 负极是　　　　,正极是　　　　,电解质溶液是　　　　溶液  Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 镍氢电池 负极是　　　　　　,正极是　　　　　　,电解质溶液是　　　　溶液  NiO(OH)+MHNiO+M+H2O(MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢) 氢氧燃料电池 负极通　　　　,正极通　　　　,　　　　溶液为电解质溶液  甲醇-空气燃料电池 负极通　　　　,正极通入　　　　,电解质溶液是　　　　溶液  2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O 3.化学电源电极反应式的书写 (1)电极反应式的书写步骤 (2)充电电池电极反应式的书写 ①先标出放电时电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质。 ②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。 ③在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 4.燃料电池 (1)燃料电池中产物的判断: 碱性介质:CC,其余介质:CCO2; 酸性介质:HH+,其余介质:HH2O。 (2)解答燃料电池题目的几个关键点 ①通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气。 ②注意介质的成分,是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ③通过介质中离子的移动方向,可以判断电池的正负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 1.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 (　　) A.负极反应式:O2+2H2O+4e-4OH- B.负极反应式:CH4+8OH--8e-CO2+6H2O C.随着放电的进行,溶液的氢氧根浓度不变 D.放电时溶液中的阴离子向负极移动 2.氢氧燃料固体电池(含传导H+的固体电解质)的工作原理如图所示,回答下列问题: (1)负极反应物为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,负极反应式为  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  电池总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  3.镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应为Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。镍镉电池示意图如下: (1)放电时,还原反应在　　　　(填“a”或“b”)极进行,负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)放电时,正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  K+移向　　　　极(填“a”或“b”)。  二、电解在物质制备中的应用 1.电解池 将　　　　能转化为　　　　能的装置。  2.电解在物质制备中的应用 (1)电解水制氢气和氧气 化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑。 (2)电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。 (3)电解制取金属 ①电解熔融的氧化铝制备铝 阴极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  阳极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  总反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②电解制备其他活泼金属 电解熔融的　　　　　、　　　　　、　　　　可分别得到钠、镁、钙的单质。  (4)通常条件下无法自发进行的化学反应可通过电解的方法实现。 3.电解原理 (1)电解原理图示 (2)电解池阴、阳极的判断方法 判断方法 阳极 阴极 与电源 连接方式 与电源正极 相连的电极 与电源负极 相连的电极 电子或电流 流动方向 电子流出,电 流流入的电极 电子流入,电流 流出的电极 离子迁 移方向 阴离子移 向的电极 阳离子移 向的电极 反应类型 发生氧化 反应的电极 发生还原 反应的电极 1.下列关于电解池的叙述正确的是 (　　) A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的 B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极 C.在电解质溶液中,阴离子向阴极移动,阳离子向阳极移动 D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等 2.下列说法正确的是 (　　) A.电解熔融氧化铝制取金属铝,氧化铝只被还原 B.电解熔融NaCl制取Na,在阴极得到Na C.电解水时,在相同条件下,阴极和阳极产生的气体体积之比为1∶2 D.电解食盐水也可以得到Na单质 1.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是 (　　) 图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ 图Ⅳ 碱性锌 锰电池 铅-硫 酸蓄电池 原电池 银锌纽 扣电池 A.图Ⅰ所示电池中,MnO2的作用是作催化剂 B.图Ⅱ所示电池放电过程中,硫酸浓度不断增大 C.图Ⅲ所示装置工作过程中,电解质溶液中Cu2+浓度始终不变 D.图Ⅳ所示电池中,Ag2O是氧化剂,电池工作过程中被还原为Ag 2.18世纪末,伏打电池的发明开创了电池发展新纪元。如图所示的电池工作时,下列说法正确的是 (　　) A.将电能转化为化学能 B.电子由银电极流向锌电极 C.正极反应:Zn2++2e-Zn D.电池总反应:Zn+2H+Zn2++H2↑ 3.银锌纽扣电池,其电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag 下列说法不正确的是 (　　) A.锌作负极 B.正极发生还原反应 C.电池工作时,电流从Ag2O经导线流向Zn D.负极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+ 4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是 (　　) A.a极是负极,该电极上发生氧化反应 B.电池总反应为2H2+O22H2O C.b极反应式为O2+4OH--4e-2H2O D.氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源 5.(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图,根据电子运动方向可知,氧气从　　　　(填“a”或“b”)口通入,X极为电池的　　　　(填“正”或“负”)极。  (2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,两极上发生的电极反应分别为 A极:2H2+2O2--4e-2H2O B极:O2+4e-2O2- 则A极是电池的　　　　　　极;电子从该极　　　　　　(填“流入”或“流出”)。  (3)若将(1)中燃料电池改为甲烷—空气燃料电池,该电池工作时,负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  第二课时　化学电源 一、 2.负　正　电解质　锌　氧化银　氢氧化钾　Pb　PbO2　硫酸　贮氢合金　泡沫氧化镍　KOH　氢气　氧气　KOH　2H2+O22H2O　甲醇　空气　KOH 对点训练 1.D　[甲烷在负极失电子,发生氧化反应,结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出负极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O,A、B项错误;氧气在正极得电子,发生还原反应,结合电解质溶液、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;总反应为CH4+2O2+2OH-C+3H2O,故随着放电的进行,溶液的氢氧根离子浓度减小,C项错误;放电时,阴离子向负极移动,D项正确。] 2.(1)H2　H2-2e-2H+ (2)O2+4e-+4H+2H2O　2H2+O22H2O 解析　(1)H2为还原剂,是负极反应物,负极反应式为H2-2e-2H+,产生的H+移向正极。(2)O2为氧化剂,是正极反应物,正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,电池总反应为2H2+O22H2O。 3.(1)b　Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2 (2)2NiO(OH)+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-　b 二、 1.电　化学　2.(3)①Al3++3e-Al　2O2--4e-O2↑　2Al2O34Al+3O2↑　②氯化钠　氯化镁　氯化钙 对点训练 1.D　[在电解质溶液中,闭合回路是由离子的定向移动形成的,A项错误;金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极,B项错误;在电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,C项错误。] 2.B　[电解熔融氧化铝时,Al2O3中Al元素化合价降低,O元素化合价升高,Al2O3既被氧化又被还原,A项错误;电解熔融NaCl时,Na+在阴极得到电子, 被还原为钠,B项正确;电解水时阳极上产生O2,阴极上产生H2,相同条件下,V(O2)∶V(H2)=1∶2,C项错误;电解饱和食盐水的产物是NaOH溶液和H2、Cl2,不能得到Na单质,D项错误。] 课堂达标训练 1.D　[MnO2的作用是作氧化剂,A错误;Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4被消耗,浓度减小,B错误;正极析出铜,Cu2+浓度减小,C错误;正极Ag2O→Ag,发生还原反应,Ag2O是氧化剂被还原为Ag,D正确。] 2.D　[原电池是将化学能转化为电能的装置,A项错误;锌比银活泼,则锌电极失去电子,银电极得到电子,即电子由锌电极通过导线流向银电极,B项错误;锌作负极,失去电子,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,银作正极,H+在银电极上得到电子,电极反应式为2H++2e-H2↑,电池总反应为Zn+2H+Zn2++H2↑,C项错误,D项正确。] 3.D　[Zn失电子发生氧化反应而作负极,A项正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,B项正确;原电池中电流从正极沿导线流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,C项正确;碱性条件下锌离子生成Zn(OH)2,所以负极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,故D项错误。] 4.C　[该装置为氢氧燃料电池,电池总反应为2H2+O22H2O。通H2的一极为负极,发生氧化反应,通O2的一极为正极,发生还原反应,考虑到碱性环境,正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-。氢氧燃料电池能量转化率较高,对环境友好,是一种具有广阔应用前景的绿色电源。] 5.(1)b　负　(2)负　流出　(3)CH4-8e-+10OH-C+7H2O　CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O 解析　(1)氢氧燃料电池中,电子从负极向正极移动,X是负极,Y是正极,氧气应通入正极。(2)根据电极反应可知,A极发生氧化反应,应该是电池的负极,电子从该极流出。(3)甲烷-空气燃料电池,通甲烷的一极(X)为负极,通空气的一极(Y)为正极,电池总反应式为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,负极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O。 学科网（北京）股份有限公司 $$