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2017_2018学年高中化学第2章化学反应与能量2.2.2发展中的化学电源课件新人教版必修2

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第                      2            课时                                                     发展中的化学电源 
目标导航 预习引导        1.了解化学电池的工作原理及研制新型电池的重要性。 
                 2.了解化学电源的分类、应用及发展前景。 
                 3.了解化学电池对环境的影响,提高环保及开发高效清洁燃料的意识。 

                 常见化学电池的分类、正负极的判断以及电极反应类型的判断。 
            
    
1.干电池:最早使用的化学电池是锌锰电池,它是一种一次性电池,在使
用过程中锌会逐渐溶解                    Zn-2e-        Zn2+。 
      2.充电电池:充电电池又称为二次电池,它在放电时发生氧化还原
反应,在充电时又可逆向进行,使电池恢复原状,如此充放电可循环进行
至一定周期后终止。如铅蓄电池、镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂
离子电池等。 

目标导航 预习引导
      3.燃料电池是高效、环境友好的发电装置。燃料电池与普通电池
的差别是用外加设备源源不断地提供燃料和氧化剂,使反应能够连续
进行,如氢氧燃料电池。 
      以上电池中最早使用的化学电池是锌锰电池,最早使用的充电电
池是铅蓄电池,新一代可充电的绿色电池是锂离子电池。 
目标导航 预习引导                                                预习交流 
         充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍,结合课前预习内
容和生活实际,思考充电电池与一次电池相比有何优点?如何科学合理
地使用充电电池? 
         答案:充电电池比一次电池更持久耐用,更方便实惠,可以节约资源,
减少废电池的处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电,不能过充,
使用不要亏电,不使用时要从用电器中取出,密封贮存于干燥处等。 
      一、干电池 
         活动与探究 
      如下图: 


问题导学 当堂检测
                                                                 
                                                                       +
      锌锰电池在放电时总反应方程式可表示为                                    Zn+2NH4
   2+
Zn   +2NH3↑+H2↑,此电池放电时,正极上发生反应的物质是什么? 
      答案:原电池正极是电子流入的一极,氧化剂在此处得电子被还原。
                    +                                                         +
而总反应中           NH4  得电子生成           H2,正极上发生反应的物质是                       NH4   。 
         迁移与应用 
                例  1  人们利用原电池原理,制作了多种电池,如电子计算机
所用纽扣电池就是其中一种。它的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液
为   KOH    溶液,其电极反应是: 
                 -   -
      Zn+2OH     -2e       ZnO+H2O 
                        -                  -
      Ag2O+H2O+2e             2Ag+2OH        
问题导学 当堂检测
      下列判断正确的是(  ) 

A.锌为正极,Ag2O           为负极 

      B.锌为负极,Ag2O            为正极 
      C.原电池工作时,正极区溶液碱性减弱 
      D.原电池工作时,负极区溶液碱性增强 
问题导学  当堂检测


             解析:原电池中发生失电子反应的电极为负极,所以锌为负极,Ag2O
                                                                                                                          -         -
为正极,B                      项正确;因为负极反应为                                                            Zn+2OH                   -2e                    ZnO+H2O,即负极区
域溶液中                        OH-浓度不断减小,溶液碱性减弱,所以                                                                                            D      项不正确;由正极反
应式可知,正极区域有                                                      OH-生成,正极区域溶液碱性增强,C                                                                                   项错。 
             答案:B 
                  迁移训练      1 最早使用的化学电源(chemical power 
source)是锌锰电池,即大家所熟悉的干电池,其结构如图所示,尽管这种
电池的历史悠久,但对它的电化学过程尚未完全了解。一般认为,放电时,
电池中的反应如下: 


问题导学 当堂检测

                                                  
                            -                      -
     E 极:2MnO2+2H2O+2e           2MnO(OH)+2OH        
                         -                     +
     F 极:Zn+2NH4Cl-2e         Zn(NH3)2Cl2+2H     

     总反应式:2MnO2+Zn+2NH4Cl                2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2 
         下列说法正确的是(  ) 
        A.E    极是电池的正极,发生的是氧化反应 
问题导学 当堂检测
         B.F    极是电池的负极,发生的是氧化反应 
         C.从结构上分析,锌锰电池应属于可充电电池 
         D.锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的 
         解析:E         极发生还原反应,应为原电池的正极;F                                                 极发生氧化反应,为
原电池的负极。干电池中反应不可逆,故也不能作充电电池用。 
         答案:B 
                                                                 
     干电池是用锌制圆筒形外壳作负极,位于中央带铜帽的石墨作正

极,在石墨周围填充           NH4Cl  和淀粉糊作电解质,还填有              MnO2  和炭黑(锌
锰电池)。 


问题导学 当堂检测
                                              
     电极反应:负极(锌筒):Zn-2e-              Zn2+ 
     正极(石墨):发生还原反应 
     特别提醒:淀粉糊的作用是增大阴、阳离子在两个电极的迁移速率。

MnO2  的作用是吸收正极产生的气体。 
问题导学 当堂检测 二、充电电池 
               活动与探究 
         铅蓄电池的负极板上的物质是什么,正极板上的物质是什么?电解
质溶液呢? 
         答案:负极板物质:Pb 

         正极板物质:PbO2 

         电解质溶液:H2SO4(aq) 
          迁移与应用 
                 例   2  汽车的启动电源常用铅蓄电池,其放电时的原电池反
应如下: 

      Pb+PbO2+2H2SO4                 2PbSO4+2H2O 
      根据此反应判断下列叙述的正误。 
问题导学 当堂检测
      ①Pb     是正极 

      ②PbO2      得电子,被氧化 

                                    2-    -
      ③负极反应是               Pb+SO4     -2e        PbSO4 
      ④电池放电时,溶液的酸性增强 
问题导学 当堂检测


                                                                                                                   2-         -
           答案:放电时,发生的电极反应为:负极:Pb+SO4                                                                                   -2e                PbSO4 

                                             +           2-          -
           正极:PbO2+4H                          +SO4          +2e                PbSO4+2H2O 

                                                                                                                                                             +
           ①不正确,③正确;PbO2                                         得电子,被还原,②不正确;电池放电时,H                                                                          被

消耗,生成                    H2O,溶液的酸性减弱,④不正确。 
                     迁移训练         2 镍镉可充电电池在现实生活中应用广泛,
它的充放电反应按下式进行: 


      Cd(OH)2+2Ni(OH)2              Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知电池放电时
的负极材料是(  ) 

     A.Cd(OH)2          B.Ni(OH)2 
问题导学 当堂检测
      C.Cd              D.NiO(OH) 
      解析:本题旨在考查通过氧化还原反应来判断原电池正负极。负极
应该为失去电子,化合价升高,发生氧化反应,因此该原电池放电时的负
极材料应该是            Cd。 
      答案:C 
                                                                                   
      1.铅蓄电池 
      铅蓄电池是用含锑                5%~8%的铅锑合金铸成格板,在格板上分别填

充   PbO2  和   Pb,分别作正极和负极。二者交替排列而成,在电极之间注入
                            -3
密度为       1.25~1.28 g·cm      的   H2SO4   溶液。 
问题导学 当堂检测


                                                                   
      2.镍镉碱性蓄电池 
      负极:Cd 

      正极:NiO2        或   NiO(OH) 
      电解质:KOH 
      3.新一代绿色电池——锂离子电池 
问题导学 当堂检测
      特点:高能电池,工作效率高,电压高,贮存时间长等。 
      用途:电脑、手表、心脏起搏器等。 
      温馨提示:①多次使用,放完电后可再充电使用。内部氧化还原在放
电、充电时“可逆”进行。②镍镉电池寿命较铅蓄电池长,但镉是致癌物,
镍镉污染环境。③锂离子电池污染少,被称为绿色电池。 
      三、燃料电池 
         活动与探究 
      根据教材图           2  15 氢氧燃料电池构造示意图判断下列叙述的正误。 
      ①通氢气的电极是负极 
                                                      -   -
      ②通氧气的电极的电极反应式为                            4OH    -4e       2H2O+O2↑ 
      ③氢氧燃料电池是一种具有广泛应用前景的绿色电源 

问题导学 当堂检测
      ④氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池
内的新型发电装置 

      答案:在氢氧燃料电池中,通                      H2 的电极为负极,通               O2 的电极为正极,
                                                            -           -
故①正确。正极的电极反应式应为                             2H2O+O2+4e            4OH   ,②错误。③④
正确。 
       迁移与应用 
            例  3 如图所示是氢氧燃料电池的基本结构,将电极                         a、b  分
别与负载连接后,电池就能正常工作。下列有关该燃料电池工作时的叙
述中,不正确的是(  ) 


问题导学 当堂检测                                    

    A.a 电极一定是负极 
     B.若  X 是  H+,则  H+将从    a 电极通过离子交换膜移向              b 电极 
     C.若  X 是  O2-,则生成的水将从         d 口流出 
     D.溶液中的电流方向是从              b 流向   a 
问题导学 当堂检测 解析:燃料电池中,燃料为负极,故                                                   A   正确;在原电池中阳离子向正极
流动、阴离子向负极流动,B、C                                                  正确;电流经过外电路由正极流向负极,
而不是溶液中,D                          错误。 
         答案:D 
         规律总结:燃料电池是基于原电池原理设计的。其工作原理遵循原
电池原理,如:负极发生氧化反应,正极发生还原反应,电子由负极经外电
路流向正极,溶液中阳离子由负极移向正极等。 
问题导学 当堂检测                         迁移训练                 3(2013         江苏化学)燃料电池能有效提高能源
利用率,具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中
最环保的是(  ) 
        A.甲醇                          B.天然气 
         C.液化石油气 D.氢气 

         解析:H2            燃烧的产物为                        H2O,所以              H2    作燃料最环保。 
         答案:D 
                                                                     
     氢氧燃料电池: 


                                              

问题导学 当堂检测
                         氢氧燃料电池构造示意图 
                 -        +
     负极:2H2-4e         4H  
                 +    -
     正极:O2+4H     +4e      2H2O 

     总反应:2H2+O2          2H2O 
     优点:能量转化率高,对环境无污染。 
1.对化学电源的叙述正确的是(  ) 
A.化学电源比火力发电对化学能的利用率高 
B.化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位 
C.化学电源均是安全、无污染的 
D.化学电源即为可充电电池 
问题导学 当堂检测 1 2        3        4
解析:目前人类生活、生产的主要耗电仍然是火力发电;化学电源中常含
有   Cd、Hg、Pb、Ni              等重金属离子,如果废旧电池随意丢弃会造成环境
污染;化学电源包括可充电电池,也包括不能进行充电循环使用的一次
性电池。 
答案:A 
 问题导学    当堂检测     1        2 3        4


2.下列化学电池不易造成环境污染的是(  ) 
A.氢氧燃料电池                                                               B.锌锰电池 
C.镍镉电池                                                                 D.铅蓄电池 
答案:A 
3.在理论上不能用于设计成原电池的化学反应是(  ) 

A.HCl+NaOH                  NaCl+H2O 


B.2CH3OH+3O2                   2CO2+4H2O 
问题导学 当堂检测 1        2        3 4

C.4Fe(OH)2+2H2O+O2                       4Fe(OH)3 

D.3Cu+8HNO3(稀)                      3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 
解析:用于设计原电池的化学反应必须是放出能量的氧化还原反应。在
该题中,选项              A   不是氧化还原反应,故选                           A。 
答案:A 
4.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。 
(1)目前常用的镍镉(Ni                       Cd)电池,其电池总反应可以表示为: 


Cd+2NiO问题导学 当堂检测 1        2        3        4 (OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 

已知      Ni(OH)2      和    Cd(OH)2      均难溶于水但能溶于酸,以下说法正确的是    
(填字母序号)。  
①放电时            Cd   作正极           ②放电时            Ni  元素被还原                 ③充电时化学能转变
为电能            ④放电时化学能转变为电能 
A.①③                             B.②④                    C.①④               D.②③ 
  (2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物,有资料表明,一节废镍镉
电池可以使            1 m2  的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严
重,这是因为                                           。  
(3)另一种常用的电池——锂电池(锂是一种碱金属元素,其相对原子质
量为     7),由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电能)特别大而
问题导学 当堂检测 1        2        3        4
广泛应用于心脏起搏器,一般使用时间可长达十年,它的负极由金属锂

制成,电池总反应可表示为                         Li+MnO2            LiMnO2。 
试回答锂电池比容量特别大的原因是                                                                          。  
锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制,为什么这种电池不能使用
电解质的水溶液?请用化学方程式表示其原因:                                                            。  
解析问题导学 当堂检测 :1    (    2 1       3  )      4根据电池总反应式可分析哪种元素发生氧化反应,哪种元素发

生还原反应。(2)因为                                  Ni(OH)2          和     Cd(OH)2           溶于酸,产生大量的重金属离
子,对土壤污染更严重。(3)锂的摩尔质量为                                                                    7 g·mol-1,较小,单位质量转
移电子的物质的量多,放电量大。 
答案:(1)B 

         (2)Cd(OH)2              和     Ni(OH)2          能溶于酸性溶液生成有毒的重金属离子等 

         (3)锂的摩尔质量小                                  2Li+2H2O                      2LiOH+H2↑ 
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