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2019-2020年高中化學(xué) 化學(xué)電源名師導(dǎo)航 新人教版選修4 知識梳理 1.化學(xué)電池是_________的裝置，它包括_________、_________和_________等幾大類。常見的普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池屬于_________(填類別)，常見的蓄電池屬于____________。 2.堿性鋅錳電池的負(fù)極是_________，正極是_________，電解質(zhì)是_________。其電極反應(yīng)為：負(fù)極：____________________________________，正極：___________________________，總反應(yīng)式為：____________________________________。堿性鋅錳電池比__________________性能好，它的__________________和__________________均有提高，可適用于_________和_________，是民用電池的升級換代產(chǎn)品之一。 3.鉛蓄電池是常見的_________，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有_________，負(fù)極板上覆蓋有_________，電解質(zhì)是_________。 放電時電極反應(yīng)：負(fù)極：______________________________________________________； 正極：______________________________________________________________________ 放電時總反應(yīng)式：____________________________________________________________ 鉛蓄電池充電時電極反應(yīng)： 陰極：______________________________________________________________________ 陽極：______________________________________________________________________ 充電時總反應(yīng)式：____________________________________________________________ 可見充電過程和放電過程是可逆的，可用一個可逆反應(yīng)表示為：_____________________ 鉛蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是_________、_________、_________、_________，所以在生產(chǎn)、生活中得到廣泛應(yīng)用；缺點(diǎn)是_________、_________、_________。 4.氫氧燃料電池正極通入_________，負(fù)極通入_________。若電解質(zhì)溶液為酸性介質(zhì)，其電極反應(yīng)為：負(fù)極：___________________________，正極：___________________________，總反應(yīng)：___________________________。若電解質(zhì)溶液為堿性介質(zhì)，電極反應(yīng)為：負(fù)極：___________________________，正極：__________________，總反應(yīng)：2H2+O2====2H2O。 疑難突破 1.電極反應(yīng)式應(yīng)如何書寫？ 剖析：(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式或根據(jù)題意，確定原電池的正負(fù)極，弄清正、負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。 (2)弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以分子表示，其余以離子符號表示。 (3)注意電解質(zhì)溶液的成分，對正極、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響，正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或據(jù)化學(xué)方程式確定。 (4)寫電極反應(yīng)式時要保證電荷守恒、元素守恒、質(zhì)量守恒，可在電極反應(yīng)式一端據(jù)需要添加H+或OH-或H2O，將兩個電極反應(yīng)式合起來，即可得到電池反應(yīng)總方程式。 2.為什么許多國家對廢舊電池進(jìn)行回收？ 剖析：可以回收到大量的金屬材料和化工原料。廢舊電池中有害于生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)在自然條件下極難被降解；廢舊鋅錳干電池含有高濃度的氯化銨溶液，埋在土壤中會使土壤酸化，種子脫水死亡。 問題探究 問題1：（1）請?zhí)骄侩姵刂圃鞓I(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時應(yīng)考慮哪些問題？ 探究：（1）如果你是一個研制電池的管理者，在開發(fā)新產(chǎn)品時將主要考慮哪些問題？ 準(zhǔn)確把握市場需求信息，以便了解新產(chǎn)品的市場開發(fā)前景和預(yù)期可能獲得利潤的大??；本企業(yè)研制、生產(chǎn)新產(chǎn)品的技術(shù)、資金、設(shè)備、人力等條件。 (2)如果你是一個研制電池的工程師，在開發(fā)新產(chǎn)品時將主要考慮哪些問題？ 電池功率的大??；電池的使用環(huán)境；電池的連續(xù)工作時間或使用壽命；電池廢棄后，其內(nèi)容物可能對環(huán)境的影響等等。 問題2：鐵在空氣里生銹，為什么不單純是水的作用，也不單純是空氣中氧氣的作用，而是水和氧氣共同作用的結(jié)果？你感興趣探究嗎？ 探究：設(shè)計實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于下表： 實(shí)驗(yàn)過程 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 各步結(jié)論 有水無氧氣 無鐵銹 沒有氧氣，不能生銹 有氧氣無水 無鐵銹 沒有水，不能生銹 有水和氧氣 有鐵銹 氧氣和水共同作用，才能生銹 典題精講 【例1】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。鋅錳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)+Mn2O3(s)。下列說法錯誤的是（ ） A.電池工作時，鋅失去電子 B.電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn－2e-+2OH-====Zn(OH)2 C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極 D.外電路中每通過0.2 mol 電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g 思路解析：該電池中Zn為負(fù)極，失去電子；該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移2e-，通過計算每轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子，Zn反應(yīng)6.5 g；電子由負(fù)極通過外導(dǎo)線流向正極，所以C錯。 答案：C 【例2】生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是： 2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是（ ） A.需要定期補(bǔ)充硫酸 B.工作時鉛是負(fù)極，PbO2是正極 C.工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是：Pb－2e-+====PbSO4 D.工作時電解質(zhì)的密度減小 思路解析：鉛蓄電池在工作時相當(dāng)于原電池，發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是正極，所以Pb是負(fù)極，PbO2是正極；在工作時，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是鉛失去電子生成Pb2+，Pb2+與溶液中的生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀的PbSO4干燥后安裝，說明H2SO4不用補(bǔ)充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。 答案：A 【例3】燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣起反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液。下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是（ ） A.負(fù)極反應(yīng)式為：CH4+10OH-－8e-====+7H2O B.正極反應(yīng)式為：2O2+4H2O+8e-====8OH- C.隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變 D.甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大 思路解析：A、B兩項(xiàng)是正確的。綜合A、B兩項(xiàng)知C項(xiàng)不正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，燃燒時產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大得多，D項(xiàng)正確。 答案：C 知識導(dǎo)學(xué) 新型電池是原電池原理的具體運(yùn)用，是容易把化學(xué)知識和生活熱點(diǎn)及科學(xué)前沿結(jié)合出題的重要考點(diǎn)。 對于一次電池，活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池等都是一次電池。 二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復(fù)使用，如鉛蓄電池。鉛蓄電池充放電是兩個完全不同的過程，放電時是一個原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；充電時是一個電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 由于氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，蓄電池中的陽極材料、電解質(zhì)溶液都有一定的消耗，所以，蓄電池需要定期的維護(hù)。 燃料電池是現(xiàn)代社會中具有發(fā)展前景的新能源。無論采用什么燃料，總是燃料在負(fù)極附近發(fā)生氧化反應(yīng)。要掌握其工作原理和種類，對這部分知識的考查經(jīng)常以信息題的形式出現(xiàn)，只要領(lǐng)會了反應(yīng)原理，自然融會貫通。 疑難導(dǎo)析 原電池考查的主要形式是判斷電極名稱，書寫電極反應(yīng)，進(jìn)行簡單的電子轉(zhuǎn)移計算，還可與金屬的腐蝕與防護(hù)以及相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合成各種形式的電化學(xué)進(jìn)行考查。其中電極反應(yīng)方程式的書寫是關(guān)鍵。書寫電極反應(yīng)方程式可以簡單記為四點(diǎn)：①列物質(zhì)，標(biāo)得失；②選離子，標(biāo)電荷；③配個數(shù)，配電荷；④兩式加，驗(yàn)總式。 主要從保護(hù)環(huán)境和節(jié)約材料的方面解釋。要弄清對廢舊電池進(jìn)行回收是否可以回收到有用材料，是否會污染環(huán)境。 問題導(dǎo)思 綜合運(yùn)用所學(xué)知識，立足于社會這個大背景之下，以更開闊的視野從管理、技術(shù)、環(huán)境和消費(fèi)等不同角度來分析實(shí)際問題。需要了解新產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)成本的最基本要求。 對于一個研制電池的管理者，是否要準(zhǔn)確把握市場需求信息，本企業(yè)研制、生產(chǎn)新產(chǎn)品的技術(shù)、資金、設(shè)備、人力等條件；對于一個研制電池的工程師，是否要考慮電池功率的大小，電池的使用環(huán)境，電池的連續(xù)工作時間或使用壽命，電池廢棄后其內(nèi)容物可能對環(huán)境的影響等問題。 這是一道實(shí)驗(yàn)設(shè)計題目，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計過程中，如果有多種因素影響實(shí)驗(yàn)時，要確定某一條件對實(shí)驗(yàn)的影響，我們采用的方法是保持其他條件不變，改變這個條件，看實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否發(fā)生變化。因此要證明鐵生銹是兩方面共同作用造成的，在設(shè)計時要單獨(dú)考慮每一個條件對實(shí)驗(yàn)的影響，因此要設(shè)計三種情況：有水無氧氣；有氧氣無水；既有水又有氧氣。 典題導(dǎo)考 綠色通道：原電池工作時，活潑金屬為負(fù)極，失去電子，所以電子流向?yàn)椋贺?fù)極→導(dǎo)線→正極。 【典題變式1】據(jù)報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿作電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量可達(dá)現(xiàn)在使用的鎳氫或鋰電池的十倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電，其電池反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4OH-====2+6H2O，則下列有關(guān)說法不正確的是（ ） A.放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B.放電時CH3OH參與正極反應(yīng) C.充電時陰極產(chǎn)生CH3OH D.充電時每生成1 mol CH3OH，則轉(zhuǎn)移6 mol 電子 答案:B 綠色通道：硫酸溶液的密度與其物質(zhì)的量濃度成正比，這是此類題的隱含條件。 【典題變式2】 鉛蓄電池是化學(xué)電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解液為稀硫酸。工作時該電池總反應(yīng)式為Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O。根據(jù)上述情況判斷： (1)蓄電池的負(fù)極材料是____________。 (2)工作時，正極反應(yīng)為_______________________________。 (3)工作時，電解質(zhì)溶液的pH____________ (填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)工作時，電解質(zhì)溶液中陰離子移向____________極。 (5)電流方向從____________極流向____________極。 答案: (1)Zn (2)PbO2+2e-+4H++PbSO4+2H2O (3)增大 (4)負(fù) (5)正 負(fù) 綠色通道：解此類題目應(yīng)先寫出總化學(xué)方程式，再找出電解質(zhì)溶液的成分，最后分別寫出正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式，從而作出合理的判斷。 【典題變式3】將兩個鉑電極插入氫氧化鉀溶液中，向兩極分別通入甲烷和氧氣，即構(gòu)成甲烷燃料電池，已知通入甲烷的一極，其電極反應(yīng)為：CH4+10OH-－8e-====+7H2O；通入氧氣的另一極，其電極反應(yīng)式是2O2+4H2O+8e-====8OH-。下列敘述正確的是（ ） A.通入甲烷的電極為正極 B.正極發(fā)生氧化反應(yīng) C.該電池使用一段時間后應(yīng)補(bǔ)充氫氧化鉀 D.燃料電池工作時，溶液中的陰離子向正極移動 答案:B