高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉(zhuǎn)化 2 化學電源學案 蘇教版選修4.doc

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化學電源 【考點精講】 1.堿性鋅錳干電池——一次電池 正極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－； 負極反應：Zn＋2OH－－2e－＝Zn（OH）2； 總反應式：Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn（OH）2。 2.鋅銀電池——一次電池 負極反應：Zn＋2OH－－2e－＝Zn（OH）2； 正極反應：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－； 總反應式：Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn（OH）2＋2Ag。 3.二次電池（可充電電池） 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。 （1）放電時的反應 ①負極反應：Pb＋－2e－＝PbSO4； ②正極反應：PbO2＋4H＋＋＋2e－＝PbSO4＋2H2O； ③總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O。 （2）充電時的反應 ①陰極反應：PbSO4＋2e－＝Pb＋； ②陽極反應：PbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋； ③總反應：2PbSO4＋2H2O＝Pb＋PbO2＋2H2SO4。 4.燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。 種類 酸性 堿性 負極反應式 2H2－4e－＝4H＋ 2H2＋4OH－－4e－＝4H2O 正極反應式 O2＋4e－＋4H＋＝2H2O O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 電池總反應式 2H2＋O2＝2H2O 【典例精析】 例題1一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷（C4H10）氣體；電解質(zhì)是摻有雜質(zhì)氧化銥（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態(tài)下傳導O2－。下列對該燃料電池的說法中正確的是（　?。? A.在熔融電解質(zhì)中，O2－由負極移向正極 B.電池的總反應式是：2C4H10＋13O2→8CO2＋10H2O C.通入空氣的一極是正極，電極反應式為：O2＋4e－＝2O2－ D.通入丁烷的一極是正極，電極反應式為：C4H10＋26e－＋13O2－＝4CO2＋5H2O 思路導航：燃料電池中的化學反應，燃料（還原劑）在負極發(fā)生氧化反應，氧氣（氧化劑）在正極發(fā)生還原反應，則通入丁烷的一極是負極，通入空氣的一極是正極。電池電解質(zhì)中離子的流向遵循電荷的異性相吸規(guī)律，負極呈陽性，陰離子流向負極，正極呈陰性，陽離子移向正極。 答案：B、C 例題2可用于電動汽車的鋁空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，通入空氣的一極為正極。下列說法正確的是 （　?。? A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ B.以NaOH溶液為電解液時，負極反應為Al＋3OH－－3e－＝Al（OH）3↓ C.以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D.電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極 思路導航：本題中電解質(zhì)溶液顯中性或堿性時，該燃料電池的正極反應均為O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，A正確；鋁作負極，Al失去電子變?yōu)锳l3＋，在NaOH溶液中Al3＋與過量的OH－反應生成AlO，因此負極反應為Al－3e－＋4OH－＝AlO＋2H2O，B錯誤；以NaOH溶液為電解液時，該燃料電池的總反應為4Al＋3O2＋4OH－＝4AlO＋2H2O，反應過程中消耗了OH－，所以電解液的pH降低，C錯誤；燃料電池工作時，電子通過外電路從負極流向正極，D錯誤。 答案：A 例題3氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。如圖所示為電池示意圖，該電池電極表面均勻地鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。 請回答下列問題： （1）氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化的主要形式是__________，在導線中電子流動的方向為__________（用a、b表示）。 （2）負極反應式為_________________________________________________。 （3）電極表面鍍鉑粉的原因為_______________________________________。 （4）該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能，因此大量安全儲氫是關鍵技術之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O＝LiOH＋H2↑ ①反應Ⅰ中的還原劑是__________，反應Ⅱ中的氧化劑是__________。 ②已知LiH固體的密度為0.82 gcm－3。用鋰吸收224 L（標準狀況）H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積之比為__________。 ③由②生成的LiH與H2O反應放出的H2用作電池燃料，若能量的轉(zhuǎn)化率為80%，則導線中通過電子的物質(zhì)的量為________mol。 思路導航：本題考查電化學知識。（1）原電池的工作原理是將化學能轉(zhuǎn)化成電能。該燃料電池的總反應方程式為2H2＋O2＝2H2O，其中H元素從0價升至＋1價，失去電子，即電子從a流向b。（2）負極為失去電子的一極，即H2失去電子生成H＋，由于電解質(zhì)溶液是堿性的，故電極反應式左右兩邊應各加上OH－。（3）鉑粉的接觸面積大，可以加快反應速率。（4）由題給兩個方程式可知，Li從0價升至＋1價，作還原劑。H2O中的H由＋1價降至H2中的0價，作氧化劑。由反應Ⅰ知，當吸收10 mol H2時，生成20 mol LiH，V（LiH）＝m/ρ＝208/（0.82103）≈195.1210－3（L）。V（LiH）/V（H2）＝195.1210－3 L/224 L≈8.710－4。20 mol LiH可生成20 mol H2，實際參加反應的H2的物質(zhì)的量為2080%＝16mol，1 mol H2轉(zhuǎn)移2 mol電子，所以16 mol H2轉(zhuǎn)移32 mol電子。 答案：（1）化學能轉(zhuǎn)化為電能　由a到b （2）H2＋2OH－－2e－＝2H2O （3）增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，可加快反應速率 （4）①Li　H2O　②8.710－4?、?2 【總結(jié)提升】 可逆反應與原電池的工作原理 當氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時，可逆反應達到化學平衡狀態(tài)，電流表指針示數(shù)為零；當電流表指針往相反方向偏轉(zhuǎn)，暗示電路中電子的流向相反，說明化學平衡移動方向相反。 例題已知在酸性條件下發(fā)生的反應為AsO＋2I－＋2H＋＝AsO＋I2＋H2O，在堿性條件下發(fā)生的反應為AsO＋I2＋2OH－＝AsO＋H2O＋2I－。設計如圖裝置（C1、C2均為石墨電極），分別進行下述操作： Ⅰ.向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸 Ⅱ.向B燒杯中逐滴加入40% NaOH溶液 結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流表指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 試回答下列問題： （1）兩次操作中指針為什么發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ （2）兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向為什么相反？試用化學平衡移動原理解釋。 （3）操作Ⅰ過程中C1棒上發(fā)生的反應為___________________________________； （4）操作Ⅱ過程中C2棒上發(fā)生的反應為___________________________________。 （5）操作Ⅱ過程中，鹽橋中的K＋移向______燒杯溶液（填“A”或“B”）。 思路導航：由于酸性條件下發(fā)生反應AsO＋2I－＋2H＋＝AsO＋I2＋H2O，堿性條件下發(fā)生反應AsO＋I2＋2OH－＝AsO＋H2O＋2I－，兩者都是氧化還原反應。而且滿足構(gòu)成原電池的三大要素：①不同環(huán)境中的兩電極（連接）；②電解質(zhì)溶液（電極插入其中并與電極自發(fā)反應）；③形成閉合回路。當加酸時，c（H＋）增大，C1：2I－－2e－＝I2，這是負極；C2：AsO＋2H＋＋2e－＝AsO＋H2O，這是正極。當加堿時，c（OH－）增大，C1：I2＋2e－＝2I－，這是正極；C2：AsO＋2OH－－2e－＝AsO＋H2O，這是負極。 答案：（1）兩次操作中均能形成原電池，化學能轉(zhuǎn)化成電能。 （2）（Ⅰ）加酸，c（H＋）增大，AsO得電子，I－失電子，所以C1極是負極，C2極是正極。（Ⅱ）加堿，c（OH－）增大，AsO失電子，I2得電子，此時，C1極是正極，C2極是負極。故發(fā)生不同方向的反應，電子轉(zhuǎn)移方向不同，即電流表指針偏轉(zhuǎn)方向不同。 （3）2I－－2e－＝I2 （4）AsO＋2OH－－2e－＝AsO＋H2O （5）A