专题6 第3单元 第2课时 化学电源(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第2课时　化学电源 课程目标 核心素养 1．了解化学电源的分类。 2．了解常见电池的基本结构和工作原理。 3．体会研制新型电池的重要性。 1．证据推理与模型认知 通过对原电池原理的学习，能够了解一般化学电源的工作原理，做到一通百通，举一反三。 2．科学精神与社会责任 通过认识化学电源在科技、社会、生活方面的应用，培养学生的科学精神与社责任。 [对应学生用书P22] 知识点一　常见化学电源的组成和反应原理 1．原理 __原电池__原理。 2．优点 化学电源的能量转化率比__燃料燃烧__大的多。 3．分类 4．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、石墨棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 电压1.5 V，用途广泛 银锌纽 扣电池 锌、氧化银、氢氧化钾溶液 Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag 电压1.6 V，放电平稳 铅蓄 电池 铅、二氧化铅、硫酸 PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 电压2.0 V，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 NiO(OH)＋MHNiO＋M＋H2O(MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢) 电压1.2 V，寿命长，性能好 1．写出铅蓄电池放电时的正、负极电极反应式。 提示　负极电极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4，正极电极反应式：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O。 2．二次电池放电与充电时的反应是否互为可逆反应？ 提示　二次电池放电与充电时的反应不是在同一条件下同时进行的，不互为可逆反应。 可充电电池的反应规律 可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解池反应。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。 放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。 1．下列关于化学电源的说法不正确的是(　　) A．锌锰干电池是一次电池 B．燃料电池具有高效、环境友好的特点，以H2为燃料时，H2在正极反应 C．充电电池能实现化学能与电能间的相互转化 D．废旧电池的回收处理有利于资源和环境的可持续发展 解析　锌锰干电池不能充电反复使用，是一次电池，A正确；以H2为燃料时，H2在负极反应，氧气或空气在正极反应，B错误；充电电池属于二次电池，能实现化学能与电能间的相互转化，C正确；废旧电池中含有重金属，对其进行回收处理有利于资源和环境的可持续发展，D正确。 答案　B 2．常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。放电时，锌极上的电极反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，氧化银电极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列判断中正确的是(　　) A．锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应 B．锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应 C．锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应 D．锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应 解析　放电时，锌极上的电极反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，则锌失电子，发生氧化反应，所以锌为负极；氧化银电极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，则氧化银得电子，发生还原反应，所以氧化银是正极。 答案　A 知识点二　燃料电池 电池名称 电池组成 电池反应 特点与应用 氢氧燃 料电池 铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液 　2H2＋O2===2H2O　 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 　2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O　 能量转化率高 分别写出酸性氢氧燃料电池和碱性氢氧燃料电池的电极反应。 提示　酸性氢氧燃料电池：负极反应2H2－4e－===4H＋，正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O；碱性氢氧燃料电池：负极反应2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 燃料电池的特点 (1)能量转化效率高。 (2)电极反应物没有贮存在电池内部。 (3)正、负极判断：通氧化剂如O2的一极为正极，通燃料反应物如甲烷的一极为负极。 (4)书写电极反应式时，要关注工作介质是酸性还是碱性环境。 1．某氨气燃料电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．电子流向：电极1→负载→电极2 C．Na＋由左向右移动 D．NH3在电极1上发生氧化反应 解析　该电池中氨气发生氧化反应生成氮气，所以通入氨气的电极1为负极，通入氧气的电极2为正极。通入氧气的一极为正极，电解质溶液为碱性，所以正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A错误；原电池中电子由负极经导线流向正极，所以电子的流向为电极1→负载→电极2，故B正确；原电池中阳离子流向正极，所以Na＋由左向右移动，故C正确；据图可知，NH3在电极1上发生氧化反应生成N2和H2O，故D正确。 答案　A 2．燃料电池是一种高效的供能装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，电池工作时，下列有关说法不正确的是(　　) A．a电极发生氧化反应 B．b电极是电源的正极 C．电子由a电极经外电路向b电极移动，再经电解质溶液回到a电极 D．b极电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析　a电极通入甲烷，甲烷失电子发生氧化反应，故A正确；b电极通入氧气，氧气得电子发生还原反应，b是电源的正极，故B正确；a是负极、b是正极，电子由a电极经外电路向b电极移动，溶液中无电子移动，故C错误；b电极通入氧气，氧气得电子发生还原反应，b极电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D正确。 答案　C 知识点三　电解池及其工作原理 1．电解反应实例 (1)电解H2O 　2H2O2H2↑＋O2↑　。 (2)电解NaCl溶液 　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　。 2．电解池 (1)电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起__氧化还原__反应的过程。 (2)电解池 将__电__能转化为__化学__能的装置。 (3)电解原理 ①实验探究 以石墨作电极电解CuCl2溶液 实验装置 实验现象 阴极：__有红色固体析出__ 阳极：产生__黄绿色__气体，湿润的淀粉碘化钾试纸__变蓝__ 反应方程式 阴极：　Cu2＋＋2e－===Cu　 阳极：　2Cl－－2e－===Cl2↑　 总反应：　CuCl2Cu＋Cl2↑　 ②电解原理图示 (4)电解池构成条件 1．电解食盐水得到的产物是什么？反应中能量是如何转化的？ 提示　电解食盐水制得NaOH、Cl2和H2。反应中能量的转化形式是电能转化为化学能。 2．用石墨作电极电解CuCl2溶液，通电后溶液中的离子如何移动？其中阳极和阴极发生反应的类型是什么？ 提示　通电后，阴离子(如Cl－)向阳极移动，阳离子(如Cu2＋)向阴极移动。电解时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 3．以石墨为电极电解CuCl2溶液时，为什么会生成Cu和Cl2? 提示　溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－四种离子，离子在电极上能否发生氧化还原反应，主要取决于离子得失电子的能力。因得电子能力Cu2＋＞H＋，失电子能力Cl－＞OH－，故在阴极上有Cu生成，在阳极上有Cl2生成。 1．电解产物的判断——“先看电极，再看顺序” (1)阳极若为活性电极(除Au、Pt外的其他金属)，则优先于溶液中的任何阴离子失电子；阳极若为惰性电极，则失电子能力强的阴离子首先失电子。常见阴离子的放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。 (2)不管阴极的电极材料如何，都只起传导电子的作用，所以在阴极上，一定是阳离子得电子。阳离子得电子顺序可依据金属活动性顺序确定，一般放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。 2．原电池与电解池电极的判断 1．用短线将下列电极与电极反应(或离子移动方向)连接起来。 　　　 解析　原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应；原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 答案　(1)—A、D　(2)—B、C　(3)—B、C (4)—A、D 2．如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　) A．a为负极、b为正极 B．a为阳极、b为阴极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 解析　由电流方向可知，b为负极、a为正极，故A错误；c为阳极，d为阴极，故B错误；d为阴极，铜离子在阴极得到电子生成Cu，则d电极质量增加，故C正确；氯离子在阳极失去电子，则氯离子浓度减小，故D错误。 答案　C [对应学生用书P25] 1．下列有关电池的说法错误的是(　　) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．铅蓄电池是可充电电池，其负极材料为Pb C．燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池，燃料贮存在电池内部 D．用铜片、锌片、西红柿、导线，可以制成简单电池 解析　手机上用的锂离子电池能反复充、放电，能循环使用，属于二次电池，故A正确；铅蓄电池能反复充、放电，能循环使用，属于二次电池，在放电时为原电池，Pb失电子被氧化，为负极材料，PbO2得电子被还原，为正极材料，故B正确；燃料电池属于原电池，是将化学能转变为电能的装置，能量转化率高，反应产物H2O对环境无污染，因此该电池是一种高效且对环境友好的新型电池，但燃料和氧化剂都不贮存在电池内部，而是在使用时不断由外界环境补充，故C错误；铜片与锌片为两个活泼性不同的电极，将铜片与锌片通过导线连接插入西红柿中，形成闭合回路，可制成简易电池，故D正确。 答案　C 2．已知空气­锌电池的电极反应如下：锌电极Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，石墨电极O2＋H2O＋2e－===2OH－，下列说法正确的是(　　) A．ZnO为正极产物 B．工作时，负极材料的质量会减少 C．工作时，电流由锌电极流向石墨电极 D．工作时，负极周围溶液的碱性降低 解析　锌电极上发生失电子的氧化反应，锌电极为负极，石墨电极为正极，ZnO是负极的氧化产物，故A错误；工作时，负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，负极材料由Zn变成ZnO，质量会增加，故B错误；工作时，电流由正极石墨电极流向负极锌电极，故C错误；工作时，锌电极电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，消耗OH－，负极周围溶液的碱性降低，故D正确。 答案　D 3．镍镉(Ni­Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2；由此可知，该电池放电时的负极材料是(　　) A．Cd　　　　　　　 B．Ni(OH)2 C．Cd(OH)2 D．NiO(OH) 解析　从总反应式Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2可以看出，放电时，Cd元素由0价升高到＋2价，Ni元素由＋3价降低到＋2价，所以负极材料是Cd。 答案　A 4．(2024·石家庄模拟)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂­海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　　) A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂­海水电池属于一次电池 解析　锂­海水电池的总反应为4Li＋2H2O＋O2===4LiOH, M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，A正确；由上述分析可知，N为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，C正确；该电池不可充电，属于一次电池，D正确。 答案　B 5．根据要求，回答下列问题。 Ⅰ.氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应均为2H2＋O2===2H2O。 (1)工作时，电解质溶液中的阴离子移向____________极(填“正”或“负”)。 (2)酸式氢氧燃料电池的电解质溶液是稀硫酸，其正极的电极反应为____________________。 (3)碱式氢氧燃料电池的电解质溶液是KOH溶液，其负极的电极反应为____________________。 Ⅱ.通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如图所示，O2－可在固体电解质中自由移动。 (1)NO电极上发生的是____________反应(填“氧化”或“还原”)。 (2)外电路中，电子是从____________电极流出(填“NiO”或“Pt”)。 (3)Pt电极的电极反应为____________________。 解析　Ⅰ.氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为负极，通入氧气的一极为正极。(1)工作时，电解质溶液中的阴离子向负极移动。(2)酸式氢氧燃料电池中，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)碱式氢氧燃料电池中，负极的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O或2H2＋4OH－－4e－===4H2O。 Ⅱ.NO在NiO电极上转化为NO2，N元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，NiO电极为负极，电极反应为NO＋O2－－2e－===NO2，O2在Pt电极上得电子，发生还原反应转化为O2－，Pt电极为正极，电极反应为O2＋4e－===2O2－。(1)NiO电极上NO发生失电子的氧化反应。(2)NiO电极为负极，Pt电极为正极，外电路中，电子从NiO电极流向Pt电极。(3)Pt电极的电极反应为O2＋4e－===2O2－。 答案　Ⅰ.(1)负　(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)H2＋2OH－－2e－===2H2O或2H2＋4OH－－4e－===4H2O Ⅱ.(1)氧化　(2)NiO　(3)O2＋4e－===2O2－ 学科网（北京）股份有限公司 $$