資源簡介

6.3第2課時　化學電源
【學習目標】
1.學會利用原電池原理設計一些簡單的電池。
2.了解干電池、充電電池、燃料電池等發展中的化學電源的特點與應用。
3.能利用原電池工作原理分析常見簡單的化學電源。能正確書寫簡單化學電源的電極反應式。
4.了解化學電源與人類生產、生活的密切關系,了解研制新型電池的重要性。
【合作探究】
【學習情境】
隨著經濟的發展、人們生活水平的提高以及科技的進步,電池已經深入我們工作、學習和生活中的每一個角落,如計算器、鬧鐘、電蚊拍、手電筒、MP3、手機等,都需要電池才能工作。其用量越來越大,生產量也就越來越大。怎樣設計電池呢 電池是如何產生電能的呢 電池的工作原理和電解的工作原理有什么異同呢
任務1　電池的設計
【新知生成】
一、探究簡易電池的制作
利用銅片、鋅片(可從廢舊干電池中拆取)或鋁片、白醋(或橙子)等日常生活中的材料制作簡易電池。說出你設計的電池的正負極材料和作電解質溶液的物質。
二、繪制原電池裝置圖
利用氧化還原反應Fe+Cu2+Fe2++Cu設計原電池,畫出原電池裝置圖,并標出電極材料及電解質溶液。
【答案】一、
序號 負極 正極 作電解質溶液的物質
1 鋅片 銅片 白醋
2 鋅片 銅片 橙子
3 鋁片 銅片 白醋
4 鋁片 銅片 橙子
5 鋁片 鋅片 白醋
6 鋁片 鋅片 橙子
　　二、
【核心突破】
典例1　依據氧化還原反應2Ag++CuCu2++2Ag設計的原電池如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)。
A.電極X的材料是Cu
B.電解質溶液Y是CuSO4溶液
C.電子從X電極經導線流向Ag電極
D.Ag電極為電池的正極,電極反應為Ag++e-Ag
【答案】B
【解析】根據總反應式可知銅失去電子,溶液中的銀離子得到電子,銅是負極,銀是正極,則電極X的材料是Cu,A項正確;溶液中的銀離子得到電子,電解質溶液Y是硝酸銀溶液,B項錯誤;負極失去電子,則電子從X電極經導線流向Ag電極,C項正確;根據以上分析可知Ag電極為電池的正極,電極反應為Ag++e-Ag,D項正確。
【歸納總結】
設計原電池的方法
(1)定:確定一個能夠自發進行的氧化還原反應。
(2)拆:將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應,分別作為負極和正極的電極反應,還原劑-ne-氧化產物(負極電極反應);氧化劑+ne-還原產物(正極電極反應)。
(3)找:①電極材料:電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材料,或者在該氧化還原反應中,本身失去電子的材料。②電解質溶液:電解質溶液一般能與負極反應。
(4)畫:連接電路形成閉合回路,畫出原電池示意圖。
訓練1　某原電池的總反應為Fe+2Fe3+3Fe2+,與此電池反應不符合的原電池是(　　)。
①銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池
②石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
③鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池
④銀片、鐵片、Fe(NO3)2溶液組成的原電池
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②④
【答案】C
【解析】根據電池反應Fe+2Fe3+3Fe2+可知,Fe為該原電池的負極,比Fe不活潑的金屬或非金屬導體為正極,含Fe3+的溶液為電解質溶液,故③④不符合題意。
任務2　化學電源與電解應用
【新知生成】
一、化學電源
1.概念:依據 　　　　反應的原理,通過　　　　　　反應實現　　　　能向　　　　能轉化的能夠較長時間穩定持續供電的裝置。
2.分類:化學電源有 　　　　電池(不能充電,不能反復使用)、 　　　　電池(可充電,可多次重復使用)和 　　　電池。
3.常見化學電源
電池名稱 電池組成
鋅錳干電池 鋅筒為　　　　極,石墨棒為 　　　　極,MnO2和NH4Cl作　　　　
銀鋅紐扣 電池 負極是　　　　,正極是 　　　　,電解質溶液是氫氧化鉀溶液
鉛蓄電池 負極是　　　　,正極是 　　　　,電解質溶液是 　　　　溶液
鎳氫電池 負極是貯氫合金,正極是泡沫氧化鎳,電解質溶液是 　　　　溶液
氫氧燃料 電池 負極通　　　　,正極通 　　　　　,KOH溶液為電解質溶液
甲醇—空氣 燃料電池 負極通　　　　,正極通 　　　　,KOH溶液為電解質溶液
二、電解池及其應用
1.電解池:將 　　　　能轉化為 　　　　能的裝置。
2.經典應用:①電解水制得　　　　和氧氣;②電解飽和食鹽水制備　　　　、　　　　和氫氣;③電解熔融　　　　、　　　　　　、　　　　　　制備鈉、鎂、鋁。
【答案】一、1.原電池　氧化還原　化學　電　2.一次　二次　燃料　3.負　正　電解質　鋅　氧化銀　Pb　PbO2　硫酸　KOH　氫氣　氧氣　甲醇　空氣
二、1.電　化學　2.①氫氣　②燒堿　氯氣　③氯化鈉　氯化鎂　氧化鋁
【核心突破】
典例2　鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池的總反應為:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列說法錯誤的是(　　)。
A.電池工作時,鋅失去電子被氧化
B.電池正極的電極反應為2MnO2(s)+H2O(1)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極
D.電池工作時,負極反應為Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
【答案】C
【解析】由電池總反應可知,電池工作時,鋅失去電子被氧化,A項正確;正極上MnO2被還原為Mn2O3,B項正確;電池工作時,負極失電子,發生氧化反應,電子由負極通過外電路流向正極,C項錯誤;負極上Zn被氧化,堿性環境中生成Zn(OH)2,D項正確。
典例3　某種燃料電池的工作原理如圖所示,a、b均為惰性電極。
(1)使用時,空氣從　　　　(填“A”或“B”)口通入。
(2)假設使用的“燃料”是甲醇(CH3OH),a極的電極反應為　　　
。
【答案】(1)B　(2)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O
【歸納總結】
電極反應式的書寫
1.根據原電池的裝置書寫電極反應
(1)負極
①若負極材料本身被氧化,其電極反應式有兩種情況:
第一種是負極金屬失電子后生成的金屬陽離子不與電解質溶液的成分反應,此時的電極反應式可表示為M-ne-Mn+。
另一種是負極金屬失電子后生成的金屬陽離子與電解質溶液的成分反應,此時的電極反應要將金屬失電子的反應、金屬陽離子與電解質溶液的反應疊加在一起,如鉛蓄電池的負極反應為Pb+S-2e-PbSO4。
②若負極材料本身不反應,如燃料電池,在書寫負極反應式時,要將燃料失電子的反應及其產物與電解質溶液的反應疊加在一起,如H2-O2(KOH溶液)電池的負極反應為H2+2OH--2e-2H2O。
(2)正極:當負極材料與電解質溶液能發生自發的氧化還原反應時,在正極上發生電極反應的物質是電解質溶液中的某種微粒。
2.根據原電池反應書寫電極反應
(1)根據化合價升降,找出發生氧化反應和還原反應的物質,確定正、負極產物。
(2)利用得失電子守恒,確定參與氧化還原反應物質的化學計量數。
(3)利用電荷守恒、原子守恒確定其他物質的化學計量數。
3.燃料電池電極反應式的書寫方法
(1)寫出電池總反應。燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致,若產物能和電解質反應,則總反應為加合后的反應。
如甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的總反應為CH4+2O2+2NaOHNa2CO3+3H2O。
(2)寫出電池的正極反應。
根據燃料電池的特點,一般在正極上發生還原反應的物質都是O2,隨著電解質溶液的不同,其電極反應有所不同,其實,我們只要熟記以下兩種情況:
①酸性電解質溶液環境下的電極反應:O2+4H++4e-2H2O。
②堿性電解質溶液環境下的電極反應:O2+2H2O+4e-4OH-。
(3)根據電池總反應式和正極反應,寫出電池的負極反應。
訓練2　銀鋅電池是一種常見化學電源,電池反應為Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)。
A.Zn電極是負極
B.Ag2O電極發生還原反應
C.Zn電極的電極反應式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
D.放電前后電解質溶液的pH保持不變
【答案】D
【解析】反應中鋅失去電子,Zn電極是負極,A項正確;Ag2O得到電子,發生還原反應,B項正確;電解質溶液顯堿性,Zn電極的電極反應式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,C項正確;根據方程式可知消耗水,OH-濃度增大,放電后電解質溶液的pH升高,D項錯誤。
訓練3　汽車的啟動電源常用鉛蓄電池,其電池反應如下:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,根據此反應判斷,下列敘述中正確的是(　　)。
A.放電時Pb是正極
B.放電時PbO2得電子,被氧化
C.放電時負極反應是Pb+S-2e-PbSO4
D.電池放電時,溶液的酸性增強
【答案】C
【解析】從鉛蓄電池的放電反應可以看出:放電過程中Pb失去電子變為Pb2+,發生氧化反應,因而Pb是負極,A項錯誤;PbO2得到電子發生還原反應,被還原,B項錯誤;反應過程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性減弱,D項錯誤。
【課堂小結】
【隨堂檢測】
1.下列說法正確的是(　　)。
A.鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池
B.燃料電池是一種高效但是會污染環境的新型電池
C.化學電池的反應基礎是氧化還原反應
D.鉛蓄電池放電時正極材料是Pb,負極材料是PbO2
【答案】C
【解析】堿性鋅錳干電池是一次電池,A項錯誤;燃料電池是一種高效且不會污染環境的新型電池,B項錯誤;鉛蓄電池放電時正極材料是PbO2,負極材料是Pb,D項錯誤。
2.某同學用鋅片、銅片、發光二極管、濾紙、導線、玻璃片等制成如圖所示的原電池,當濾紙用醋酸溶液潤濕時,二極管發光。下列有關該電池的說法正確的是(　　)。
A.銅片上的電極反應為Cu-2e-Cu2+
B.鋅片為電池的負極
C.外電路中電子由銅片經導線流向鋅片
D.該電池工作時將電能直接轉化為化學能
【答案】B
3.燃料電池是當今發達國家十分重視的高新技術開發領域,是繼火電、水電、核電之后的第四種發電裝置。現有某課外小組自制的氫氧燃料電池,如圖所示,a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是(　　)。
A.a極是負極,該電極上發生氧化反應
B.b極反應是O2+4OH--4e-2H2O
C.總反應方程式為2H2+O22H2O
D.該裝置工作一段時間后,溶液的pH減小
【答案】B
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