資源簡介

應用課
第四章 化學反應與電能
第3課時 原電池問題綜合應用
【學習目標】
依據原電池工作原理，分析認識新型化學電源具體工作原理。
【學習活動】
學習任務
目標：依據原電池工作原理，分析認識新型化學電源具體工作原理。 任務： 1．新型電池的正、負極的判斷 由反應物、反應產物或反應方程式，根據元素的常規價態去判斷即可： 新型電池中 負極材料 (元素化合價升高的物質,發生氧化反應的物質),正極材料 (元素化合價降低的物質,發生還原反應的物質) 2．新型電池的電極反應式書寫步驟 第一步：分析物質得失電子情況，據此確定正極、負極上發生反應的物質。 第二步：分析電極反應生成的物質是否跟電解質溶液中的離子發生反應。 第三步：寫出比較容易書寫的電極反應式。 第四步：若有總反應式，可用總反應式減去第三步中的電極反應式，即得另一極的電極反應式。 3．新型電池充、放電時電解質溶液中離子移動方向 首先應分清電池是放電還是充電，放電時為原電池，再判斷出正、負極。原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，進而確定離子的移動方向。 【思考1】高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池可長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①寫出該電池放電時的負極反應式。 參考答案：放電時負極反應為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 ②根據該電池的總反應分析電池工作時，正極附近溶液的pH怎樣變化？ 參考答案：放電時正極附近生成OH－，堿性增強，pH變大。 ③給該電池充電時應該怎樣連接電極？ 參考答案：充電時該電池的正極接外接電源正極，負極接外接電源負極。 【思考2】一種薄膜電池的設計原理如圖所示。該電池封裝的電解質溶液為6 mol/L的KOH溶液，碳電極為吸附了氫氣的納米碳管。 ①寫出放電時的正、負極電極反應式。 參考答案：負極：H2－2e－＋2OH－===2H2O； 正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。 ②寫出充電時的陰、陽極電極反應式。 參考答案：陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； 陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O。 ③思考薄膜電池等新型電池的開發對社會發展的意義。 參考答案：減少傳統能源的使用，對可持續發展有利；減少有害物質排放，對環境保護有利。 【思考3】硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，我國最近在太陽能光電催化——化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。 指出a極和b極的名稱，并寫出電極反應式。結合離子方程式分析H2S氣體去除的原理。推測在工作過程中a極區需不斷補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液嗎？ 參考答案：從圖示可以看出電子從a極出發，故a極為負極，電極反應式為Fe2＋－e－===Fe3＋；b極為正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑。 除去H2S的過程涉及兩個反應步驟，第一步Fe2＋在電極上發生反應Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的鐵離子氧化硫化氫生成硫單質，離子方程式為2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。 不需要。 【思考4】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質，當前氮的氧化物的污染日趨嚴重。氮的氧化物的主要來源之一為汽車尾氣，某科研小組構想將汽車尾氣(NO、NO2)轉化為重要的化工原料HNO3，其原理如圖所示，其中A、B為多孔材料。寫出兩電極的電極反應式，若電池消耗標準狀況下的O2 2.24 L ，則通過質子交換膜的H＋的物質的量是多少？ 參考答案：電極A上通入的是尾氣(NO、NO2)，故電極反應式為NO＋2H2O－3e－===＋4H＋、NO2＋H2O－e－===＋2H＋，電極B上通入O2，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O。電池消耗標準狀況下的O2 2.24 L時轉移電子的物質的量為0.1 mol×4＝0.4 mol，根據電子守恒規律可以得出通過質子交換膜的H＋的物質的量為0.4 mol。 【思考5】碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。 (1)最近，科學家開發出一種新系統，“溶解”水中的二氧化碳，以觸發電化學反應，生成電能和氫氣，其工作原理如圖所示。 寫出生成氫氣的電極反應式和此電池的總方程式。 (2)國內最新研究，實現CO2的固定和儲能的多功能電化學反應裝置如圖所示。該裝置充放電過程并不完全可逆，即充電過程C不參與反應。放電過程反應方程式為4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。 寫出放電時正極的電極反應式。充電時電極A應接外接電源的正極還是負極？ 參考答案：(1)氫氣在b電極產生，其電極反應式為2CO2＋2H2O＋2e－===2＋H2，a電極反應式為Na－e－===Na＋，因此電池的總反應式為2Na＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2。 (2)放電過程為原電池，根據放電過程反應方程式為4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C，正極上二氧化碳得到電子生成Li2CO3和C，電極反應式為4Li＋＋3CO2＋4e－===2Li2CO3＋C。電極A的材料是金屬鋰，為電池的負極，因此充電時應接外接電源的負極。 【思考6】一種新型熔融鹽燃料電池具有高發電效率。現用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作電解質，一極通CO氣體，另一極通O2和CO2混合氣體，其總反應式為2CO＋O2===2CO2。 ①判斷該電池的正極、負極情況？ 參考答案：由電池的總反應式2CO＋O2===2CO2可知，通CO的一極為電池負極，通O2的一極為電池正極。 ②你能寫出該電池的正極反應式和負極反應式嗎？ 參考答案：負極的電極反應式為2CO＋2CO－4e－===4CO2，正極的電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO。
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
2應用課
第四章 化學反應與電能
第3課時 原電池問題綜合應用
【學習目標】
依據原電池工作原理，分析認識新型化學電源具體工作原理。
【學習活動】
學習任務
目標：依據原電池工作原理，分析認識新型化學電源具體工作原理。 任務： 1．新型電池的正、負極的判斷 由反應物、反應產物或反應方程式，根據元素的常規價態去判斷即可： 新型電池中 負極材料 (元素化合價升高的物質,發生氧化反應的物質),正極材料 (元素化合價降低的物質,發生還原反應的物質) 2．新型電池的電極反應式書寫步驟 第一步：分析物質得失電子情況，據此確定正極、負極上發生反應的物質。 第二步：分析電極反應生成的物質是否跟電解質溶液中的離子發生反應。 第三步：寫出比較容易書寫的電極反應式。 第四步：若有總反應式，可用總反應式減去第三步中的電極反應式，即得另一極的電極反應式。 3．新型電池充、放電時電解質溶液中離子移動方向 首先應分清電池是放電還是充電，放電時為原電池，再判斷出正、負極。原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，進而確定離子的移動方向。 【思考1】高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池可長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①寫出該電池放電時的負極反應式。 ②根據該電池的總反應分析電池工作時，正極附近溶液的pH怎樣變化？ ③給該電池充電時應該怎樣連接電極？ 【思考2】一種薄膜電池的設計原理如圖所示。該電池封裝的電解質溶液為6 mol/L的KOH溶液，碳電極為吸附了氫氣的納米碳管。 ①寫出放電時的正、負極電極反應式。 ②寫出充電時的陰、陽極電極反應式。 ③思考薄膜電池等新型電池的開發對社會發展的意義。 【思考3】硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，我國最近在太陽能光電催化——化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。 指出a極和b極的名稱，并寫出電極反應式。結合離子方程式分析H2S氣體去除的原理。推測在工作過程中a極區需不斷補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液嗎？ 【思考4】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質，當前氮的氧化物的污染日趨嚴重。氮的氧化物的主要來源之一為汽車尾氣，某科研小組構想將汽車尾氣(NO、NO2)轉化為重要的化工原料HNO3，其原理如圖所示，其中A、B為多孔材料。寫出兩電極的電極反應式，若電池消耗標準狀況下的O2 2.24 L ，則通過質子交換膜的H＋的物質的量是多少？ 【思考5】碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。 (1)最近，科學家開發出一種新系統，“溶解”水中的二氧化碳，以觸發電化學反應，生成電能和氫氣，其工作原理如圖所示。 寫出生成氫氣的電極反應式和此電池的總方程式。 (2)國內最新研究，實現CO2的固定和儲能的多功能電化學反應裝置如圖所示。該裝置充放電過程并不完全可逆，即充電過程C不參與反應。放電過程反應方程式為4Li＋3CO2===2Li2CO3＋C。 寫出放電時正極的電極反應式。充電時電極A應接外接電源的正極還是負極？ 【思考6】一種新型熔融鹽燃料電池具有高發電效率。現用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作電解質，一極通CO氣體，另一極通O2和CO2混合氣體，其總反應式為2CO＋O2===2CO2。 ①判斷該電池的正極、負極情況？ ②你能寫出該電池的正極反應式和負極反應式嗎？
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
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