人教版高中化學(xué)選修四教案-化學(xué)電源

1、第二節(jié)化學(xué)電源畜貂強電喇正-旨筒僂堂隹房直接方弗注入口電能減弱,/負(fù)極化學(xué)電也_llll一性小3史“七&_工尸室要黜川電解質(zhì)溶液,HW幅導(dǎo)電能?；疻又可使用，的的電池叫蓄電池,如鉛、狒購蟋堰有的不能充電臉鼬臉，如干魁即曲亂幅圖圖2-15下面介紹化學(xué)電池的種類：1.干電池：普通鋅鎰干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅鎰干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負(fù)極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化鎰和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化俊和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl2、NHCl和

2、淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO作去極化劑（吸收正極放出的H,防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑）淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。電極反應(yīng)為：負(fù)極Zn-2e=Zn2+正極2NH；+2e=2NH+HH2+2MnO=MnQ+HO2+2+正極廣生的NH3又和ZnCl2作用：Zn+4NH=Zn（NH4干電池的總反應(yīng)式：Zn+2NHCl+2MnO=ZnNH2cI2+MnOb+HO或2Zn+4NHCl+2MnO=ZnNH2Cl2+ZnCl2+MnQ+H2O正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化鎰氧化成水。干電池的電壓15V-16V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復(fù)原，因而不

3、宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小，性能好的堿性鋅一鎰干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性能更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。2 .鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，用含睇5%-8淵鉛睇合金鑄成格板，在正極格板上附著一層PbO,負(fù)極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液（密度為125128g/cm3）中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應(yīng)為：負(fù)極：Pb+SO2-2e-=PbSOJ

4、正極：PbO+4H+SO2-+2e=PbSOJ+2HaO鉛蓄電池的電壓正常情況下保持20V,當(dāng)電壓下降到1.85V時，即當(dāng)放電進(jìn)行到硫酸濃度降低，溶液密度達(dá)118g/cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進(jìn)行充電，其電極反應(yīng)為：陽極：PbSO+2H2。2e-=PbO+4H+SO4-陰極：PbSO+2e-=Pb+SO2-當(dāng)密度增加至128g/cm3時，應(yīng)停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺點是比較笨重。放電蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式：PbO+Pb+2H2SO受PbSO4J+2HaO充電目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國

5、防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。3 .銀鋅蓄電池銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH§液。常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOHB溶液，溶液兩邊用竣甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開。負(fù)極：Zn+2OH2e-=Zn(OH)正極：Ag2O+H2(H2e=2Ag+20H銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用(放電廠段時間

6、后就要充電，充電過程表示如下：陽極：2Ag+2OH2e-=Ag2O+H2O陰極：ZnOH2+2e-=Zn+20H總反應(yīng)式：Zn+Ag20+H2O肛(OHJ+2Ag充電一粒鈕扣電池的電壓達(dá)159V,安裝在電子表里可使用兩年之久。4 .燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學(xué)電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是O燃料電池的名符其實地把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”正極和負(fù)極都用多孔炭和多孔饃、鉗、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通

7、入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿（如氫氧化鈉或氫氧化鉀等我兩個電極隔開?；瘜W(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設(shè)備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%A上。當(dāng)前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細(xì)分散的鉗等金屬作催化劑，如鉗電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%勺KOH§液。電極反應(yīng)式為：負(fù)極H22H2H+2O42e-=2H2OO2+2H2O+4e，40H電池總反應(yīng)式為

8、：2H2+O2=2H2O另一種燃料電池是用金屬鉗片插入KOH§液作電極，又在兩極上分別通甲烷（燃料加氧氣（氧化劑,電極反應(yīng)式為：負(fù)極：CHI+10OHI-8e-=CO£+7H2O;正極：4HO+2Q+8e=8OHU電池總反應(yīng)式為：CH+2Q+2KOHkK2CO+3H2O目前已研制成功的鋁一空氣燃料電池，它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。5 .鋰電池：鋰電池是金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯（SOC12產(chǎn)炭極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解液是由四氯鋁化鋰（LiAlCl

9、4列解于亞硫酰氯中組成。它的總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng)，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。8Li+3SOC12=6LiC1+Li2SO+2S鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在21633441K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池，它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點，因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導(dǎo)彈等的動力資源。微型電池：常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在*67711c溫度范圍內(nèi)正

10、常工作。6 .海水電池1991年，我國首創(chuàng)以鋁一空氣一海水電池為能源的新型電池，用作海水標(biāo)志燈已研制成功。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光，其能量比干電池高2050倍。負(fù)極材料是鋁，正極材料可以用石墨。電極反應(yīng)式為：負(fù)極反應(yīng)：Al-3e工Al3+,正極反應(yīng)：2代8Q+4e4OW電池總反應(yīng)式為：4A1+3Q6HzO=4AlOH37 .澳一鋅蓄電池國外新近研制的的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，澳化鋅溶液作電解液。電極反應(yīng)式為：負(fù)極反應(yīng)：Zn-2eZn2+正極反應(yīng)：Br2+2e一=2Br-電池總反應(yīng)式為：Zn+Br2=Z

11、nBr2二、相關(guān)考題和練習(xí)例1.（2000年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO和NaCO的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO的混合氣體為陰極助燃?xì)?，制得?50c下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：陽極反應(yīng)式：2CO+2CO-4e=4CO2陰極反應(yīng)式：,電池總反應(yīng)式：。解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進(jìn)行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中Q為氧化劑，電池總反應(yīng)式為：2CO+®=2CO。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極（即題目指的陽極）反應(yīng)式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應(yīng)式：Q+2CO+4e-=2CO32-。例2.（199

12、9年全國高考化學(xué)題）氫饃電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅饃電池。氫饃電池的總反應(yīng)式是：微電（1/2）H2+NiO（OH）"充電Ni（OH）2根據(jù)此反應(yīng)式判斷下列敘述中正確的是（）A.電池放電時，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時，饃元素被氧化C.電池充電時，氫元素被還原D.電池放電時，H是負(fù)極解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。根據(jù)氫饃電池放電時的總反應(yīng)式可知，電解質(zhì)溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性溶液，因為在強酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都會溶解。這樣可寫出負(fù)極反應(yīng)式：H2+2OH-2e-=2佳

13、Q代為負(fù)極，附近的pH應(yīng)下降。放電時饃元素由+3價變?yōu)?2價，被還原，充電時氫元素由+1價變?yōu)?價，被還原。故答案為C、D項。例3.有人設(shè)計出利用CH和Q的反應(yīng)，用鉗電極在KOH§液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH在Q中燃燒，則下列說法正確的是()每消耗ImolCH可以向外電路提供8mole-負(fù)極上CH失去電子，電極反應(yīng)式CH+100H8e-=CG2-+7H2O負(fù)極上是Q獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e=4OH電池放電后，溶液PH不斷升高A.B.C.D.點撥:本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應(yīng)用，首先要判斷出電池的正負(fù)極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得

14、電子反應(yīng)，若發(fā)生的是失電子反應(yīng)是原電池的負(fù)極，反之是正極。CH在鉗電極上發(fā)生類似于CH在Q燃燒反應(yīng)，即CH4-CO嚴(yán)格講生成的CO還與KOHE應(yīng)生成&CO,化合價升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH-8e-+10OH=CO2-+7HQ1molCH4參加反應(yīng)有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，Q在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為Q+2H2O+4e=4OH。雖然正極產(chǎn)生OH,負(fù)極消耗OH,但從總反應(yīng)CH+2O+2KOH=QO+3H2O可看出是消耗KOH所以電池放電時溶液的PH值不斷下降，故正確，錯誤。一軟1意J一個,?？?年天津高考四題l鴕隙氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，鬻、1

15、r，“下列敘述不正哪是()a年國旭解灌b*A.a電極是負(fù)極B.b電極的電極反應(yīng)為：4OH-4e-=2H2O+OTC.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負(fù)極，其電極反應(yīng)為：2H-4e-=4H+,b極為正極，其電極反應(yīng)為：Q+2HO+4e=4OH,電池總反應(yīng)式為：2H2+Q=2HO。H2為還原劑，Q為氧化劑，H2、Q不需全部儲藏在電池內(nèi)。故答案為B項。例5.(2004年江蘇高考化學(xué)題)堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅一鎰堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為:Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2Q(s)下列說法錯誤的是()A.電池工作時，鋅失去電子B.電池正極的電極反應(yīng)式為：2Mn虱s)+H2O(1)+2e-=Mn2Q(s)+2OH-(aq)C.電池工作時，電子由正極通過外