高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池(第2课时)导学案2 鲁科版选修4

第1章第3节化学能转化为电能--电池第2课时化学电源【学习目标】知识与技能：1、掌握常见化学电源的分类。

2、掌握常见化学电源的电极方程式。

3、会判断常见化学电源的优劣。

过程与方法：1、通过常见化学电源的发展史，探究电池本质，体验科学探究的过程。

2、培养小组讨论、合作探究、归纳总结的学习能力。

3、通过理论学习和社会实践相结合，培养解决实际问题的能力。

情感态度与价值观：1、通过常见化学电源知识的学习，认识化学电源在人类生产和生活中的重要地位，体会科学家对社会进步的推动作用。

2、通过常见化学电源优劣的判断，认识环境保护在生产生活中的重要作用。

3、不断引导学生发挥主观能动性，培养严谨求实的科学态度和努力探索的优良品质，并逐步培养其创新精神。

【学习过程】化学电源是将化学能转化为电能的装置，它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。

预习案化学电池1．概念：化学电源是将______化为________的装置。

⑴_______________________2．分类：⑵_______________________⑶_______________________3．电池优劣的判断标准:①比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②比功率 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小③电池的储存时间的长短合作探究案放电 充电一、一次电池（又称干电池）如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。

（1）碱性锌锰电池，电解质是KOH ，其电极反应： 负极（Zn ）： 正极（MnO 2）： 总反应：（2）锌银电池的负极是Zn ，正极是Ag 2O ，电解质是KOH ，其电极总反应如下：Zn + Ag 2O = ZnO + 2Ag 则：负极( )： 正极( )：二、二次电池（又称充电电池或蓄电池）Pb (s)+ PbO 2(s) +2H 2SO 4(aq) 2PbSO 4(s) +2H 2O(l) ①其放电电极反应：负极( )： 正极( )：②其充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：（电化学上规定：发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极）阴极： 阳极：三、燃料电池燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

它与一般的化学电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。

如：氢氧燃料电池。

①酸性介质时，电极反应：负极： 正极：总反应：②碱性介质时，电极反应：负极： 正极：总反应：除H 2外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。

练习、新型燃料电池，甲烷、氧气及KOH 电解质溶液，用Pt 作两个电极，写出两个电极的电极反应式和总反应式。

【燃料电池的规律】：①燃料做负极，助燃剂氧气为正极；②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。

【小结】书写电极反应式应注意以下几点：1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32—形式存在）；四、废弃电池的危害及回收利用废弃电池中含有重金属和酸碱等有害物质.随意丢弃,对生态环境和人体健康有很大的危害.如果把他当成一种资源,加以回收利用,既可以减少环境污染,又可节约资源.因此,应当重视废弃电池的回收.五、化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。

使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。

废弃电池要进行回收利用。

六、检测题1. 电化学在日常生活中用途广泛，图甲是镁-次氯酸钠燃料电池，电池总反应为Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2↓，图乙是含Cr2O72-的工业废水的处理。

下列说法正确的是（）A. 图甲中发生的还原反应是Mg2++ClO-+H2O+2e-=Cl-+Mg(OH)2↓B. 图乙中Cr2O72-向惰性电极移动，与该极附近的OH-结合，转化成Cr(OH)3除去C. 图乙电解池中，若有0.84 g阳极材料参与反应，则阴极会有168 mL（标准状况）的气体产生D. 若图甲燃料电池消耗0.36 g镁产生的电量用以图乙废水处理，理论上可产生1.07g 氢氧化铁沉淀2. 用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池的原理如右图。

下列说法正确的是（）A. 放电时，负极发生还原反应B. 放电时，正极的电极反应为：NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-C. 放电时，OH-移向镍电极D. 充电时，将电池的镍电极与外电源的负极相连3. 某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。

已知电池的总反应为2H2+O2＝2H2O，正极反应为O2+2CO2+4e－＝2CO32－。

下列说法正确的是（）A. 该电池可在常温或高温时工作B. 负极反应为H2+2OH－－2e－＝2H2OC. 该电池工作时负极有CO2生成D. 该电池供应1molH2O，同时转移1mol电子4. 铅蓄电池的两极分别为Pb和PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，下列结论正确的是（）A. Pb为正极，发生氧化反应B. SO42-只向正极移动C. 外电路电流由PbO2流向PbD. 溶液的c(H+)不断增大5. 电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法；保持污水的pH在5.0～6.0之间，利用电解过程中生成的Fe(OH)3沉淀的吸附性吸附污物而沉积下来，模拟处理装置如下。

下列有关说法中错误的是（）A. X电极是负极，电极反应式为：CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2OB. 铁是阳极，先失去电子生成Fe2+C. 工作时熔融碳酸盐中的CO32-移向Y电极D. 污水中存在反应4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3+8H+参考答案1. 【解析】A．该原电池中，镁作负极，负极上镁失电子发生氧化反应，负极反应为Mg-2e-=Mg2+，电池反应式为Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2↓，正极上次氯酸根离子得电子发生还原反应，则总反应减去负极反应可得正极还原反应为Mg2++ClO-+H2O+2e-=Cl-+Mg(OH)2↓，A正确；B．图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，则Cr2O72-离子向金属铁电极移动，与亚铁离子发生氧化还原反应生成的金属阳离子与惰性电极附近的OH-结合转化成Cr(OH)3除去，B错误；C．图乙的电解池中，阳极反应式是Fe-2e-＝Fe2+，阴极反应式是2H++2e-=H2↑，则n（Fe）＝0.84g÷56g/mol＝0.015mol，阴极气体在标况下的体积为0.015mol×22.4L/mol=0.336L，C 错误；D．由电子守恒可知，Mg～2e-～Fe2+，由原子守恒可知Fe2+～Fe(OH)3↓，则n（Mg）＝0.36g÷24g/mol＝0.015mol，理论可产生氢氧化铁沉淀的质量为0.015mol×107g/mol＝1.605g，D错误；答案选A。

【答案】A2. 【解析】A、放电时，负极失电子发生氧化反应，电极反应为H2－2e－＋2OH－＝2H2O，A 错误；B、放电时，正极发生得到电子的还原反应，电极反应为：NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-，B正确；C、纳米碳管吸附了氢气，所以碳电极作负极，OH－移向碳电极，C错误；D、根据正接正，负接负，充电时，电池的碳电极与外电源的负极相连，D错误；答案选B。

【答案】B3. 【解析】A．该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾，在常温下无法工作，故A错误；B．放电时，负极反应为：2H2-4e-+2CO32-═2CO2+2H2O，故B错误；C．负极反应为2H2-4e-+2CO32-═2CO2+2H2O，有C02生成，故C正确；D．由反应可知，生成1molH2O转移2mol 电子，则该燃料电池供应1mol水蒸气时转移电子的物质的量为2mol，故D错误；答案为C。

【答案】C4. 【解析】A 、由铅蓄电池的总反应PbO 2+2H 2SO 4+Pb═2PbSO 4+2H 2O 可知，Pb 为负极，失电子发生氧化反应，选项A 错误；B 、原电池中阳离子向正极移动，阴离子硫酸根向负极移动，选项B 错误；C 、铅蓄电池中电流从正极PbO 2极流向负极Pb 极，选项C 正确；D 、由铅蓄电池的总反应PbO2+2H2SO4+Pb═2PbSO4+2H2O 可知，硫酸被消耗，pH 不断增大，c(H +)不断减小，选项D 错误。

本题考查铅蓄电池的原理，题目可以通过下面分析而得解：由铅蓄电池的总反应PbO 2+2H 2SO 4+Pb═2PbSO 4+2H2O 可知，放电时，Pb 被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为Pb-2e -+SO 42-=PbSO 4，正极上PbO 2得电子被还原，电极反应式为PbO 2+SO 42-+2e -+4H +═PbSO 4+2H 2O ，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

【答案】C5. 【解析】A 、电池是以熔融碳酸盐为电解质，通甲烷电极为负极，负极电极反应是CH 4+4CO 32－-8e －=5CO 2+2H 2O ，正极反应为O 2+2CO 2+4e －=2CO 32－，故A 正确；B 、电解池中Fe 为阳极，发生Fe-2e －=Fe 2＋，故B 正确；C 、工作时熔融碳酸盐中的CO 32－移向X 电极，故C 错误；D 、电解池中Fe 为阳极，发生Fe-2e －=Fe 2＋，污水中存在反应4Fe 2++10H 2O+O 2=4Fe(OH)3+8H +，阴极的电极反应为：2H ＋+2e －=H 2↑，故D 正确。

点睛：本题考查了燃料电池的工作原理和原电池和电解池串联的综合知识，难度较大．注意把握电解池和原电池的工作原理，把握电极方程式的书写，为解答该题的关键。

解题关键：左装置为电解池，右装置为原电池装置，原电池工作时，通入甲烷的一级为负极，发生氧化反应，负极电极反应是CH 4+4CO 32－-8e －=5CO 2+2H 2O ，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，正极反应为O 2+2CO 2+4e －=2CO 32－，电解池中Fe 为阳极，发生Fe-2e －=Fe 2＋，阴极的电极反应为：2H ＋+2e －=H 2↑【答案】C。