第四章《化學反應與電能》導學案第一節(jié)原電池的工作原理第二課時化學電源【學習目標】知道化學電源的分類方法。熟悉幾種常見化學電源的組成和工作原理。了解化學電源廣泛的應用及廢舊電池對環(huán)境的危害，培養(yǎng)良好的環(huán)保意識?！緦W習重難點】重點：（1）化學電池的工作原理；（2）燃料電池電極反應式的書寫難點：掌握幾種典型化學電池的電極反應【課前預習】舊知回顧一、原電池的知識總結1．定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池_。2．組成條件（1）兩個活潑性不同的電極【注意】①其中一個相對較活潑，另一個相對較不活潑，如：金屬與金屬、金屬與非金屬、非金屬與非金②燃料電池中兩極可同選石墨或鉑（2）電解質(zhì)溶液（3）電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路（4）自發(fā)的氧化還原反應3．原電池中電子流向、電流的流向及離子的遷移方向外電路中電子的流向：負極——導線——正極外電路中電流的流向：正極——導線——負極內(nèi)電路中離子的遷移：陰離子移向負極，陽離子移向正極溶液?！菊n中探究】情境導入：化學電源作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在日常生活中具有廣泛的應用。它可以為我們提供電力，如、筆記本電腦等電子設備都需要電池來供電。隨著科技的發(fā)展，電池的性能和安全性也在不斷提高。我們也可以進一步思考化學電源在電動汽車中的應用，它作為電動汽車的動力來源，能夠?qū)⒒瘜W能轉(zhuǎn)化為電能，為車輛提供動力。隨著電動汽車的普及和發(fā)展，它對環(huán)境的貢獻不容忽視。電動汽車相較于傳統(tǒng)燃油汽車，可以減少燃油排放和環(huán)境污染，符合環(huán)保意識和社會發(fā)展趨勢?；瘜W電源在電動汽車中的應用和推廣具有重要意義，它可以促進環(huán)保意識的普及和可持續(xù)發(fā)展。一、化學電源的分類及概念活動一、生活中的化學電源任務1：引導學生認識化學電源，且了解化學電源的分類?！居懻?】討論生活中的化學電源有哪些？按照特點化學電源怎么分類？【答題要點】1.生活中有干電池，汽車的鉛酸蓄電池，、電動汽車的鋰電池等。2.化學電源的分類：化學電源可以分為一次電池、二次電池和燃料電池等①一次電池：也叫做干電池，放電后不可再充電②二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生③燃料電池：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源【討論2】了解生活中的電池的工作特點，那么怎么判斷電池的優(yōu)劣指標呢？【答題要點】1.比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。2.比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。3.電池的可儲存時間的長短?！居懻?】電池使用需要注意哪些？可以直接掩埋處理嗎？使用后的廢棄電池中含有汞、鎘、鉻、鉛等大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴重的污染。廢棄電池要進行回收利用?！緦柧?】下列電池不屬于化學電池的是()A．堿性干電池 B．鉛蓄電池 C．燃料電池 D．太陽能電池【答案】D【解析】常見的電源：堿性干電池、蓄電池、燃料電池，可以將化學能轉(zhuǎn)化為電能，而太陽能電池是太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，不是化學電池，故選D?！緦柧?】下列有關電池的說法錯誤的是()A．中用的鋰離子電池屬于二次電池B．甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能C．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D．鉛蓄電池使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導電能力下降【答案】C【解析】A項，中用的鋰離子電池是一類放電后可以再充電而反復使用的電池，屬于二次電池，A正確；B項，甲醇燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源，B正確；C項，銅鋅原電池工作時，鋅為負極，銅為正極，電子沿外電路從負極鋅流向正極銅，C錯誤；D項，鉛蓄電池使用一段時間后電解質(zhì)硫酸消耗，酸性減弱，導電能力下降，D正確；故選C。二、一次電池（鋅錳電池）活動一：引導學生分小組討論鋅錳干電池的使用場景及不足？任務1：結合生活中的化學電源使用情況，分析鋅錳干電池的電池類別?！敬痤}要點】1.一次電池：也叫做干電池，放電后不可再充電。常見的一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。2.鋅錳干電池的結構：常見的鋅錳干電池的構造如圖所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負極。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應無法逆向進行），屬于一次電池。3.生活中使用鋅錳干電池時的弊端：酸性鋅錳干電池即使不用，放置過久，鋅筒也會因酸性的NH4Cl溶液腐蝕，造成漏液而失效，還會導致電器設備的腐蝕。任務2：在已掌握的原電池原理，及電極反應式的書寫知識基礎上，引導學生書寫鋅錳干電池的兩極反應式?！敬痤}要點】負極：Zn﹣2e=Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e=2MnO(OH)+2NH總反應：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH活動二、一次電池——堿性鋅錳電池任務1：分小組討論堿性鋅錳電池與普通鋅錳干電池相比，結構區(qū)別在哪？堿性鋅錳電池的使用功能有哪些提升？【答題要點】1.堿性鋅錳電池用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)；2.電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高，更加耐用。任務2：引導學生獨立書寫堿性鋅錳電池的電極反應式?！敬痤}要點】堿性鋅錳電池電極反應式的書寫：正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－；負極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2；總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2?！緦柧?】下列說法中正確的是(

)A.鎳氫電池、鋰離子電池和鋅錳干電池都是二次電池B.氫氧燃料電池是一種高效且不會污染環(huán)境的新型電池C.鉛酸蓄電池放電的時候正極材料是鉛，負極材料是二氧化鉛D.鉛酸蓄電池充電時將化學能轉(zhuǎn)化為電能【答案】B

【解析】A.鎳氫電池、鋰電池為二次電池，鋅錳干電池為一次電池，故A錯誤；B.氫氧燃料電池產(chǎn)物為H2O，不污染環(huán)境，故C.鉛蓄電池放電的時候，Pb被氧化，為原電池的負極，PbO2被還原，為原電池的正極，故D.鉛蓄電池充電時是將電能轉(zhuǎn)化為化學能，故D錯誤；三、二次電池（鉛酸蓄電池）活動一、閱讀課本，熟悉二次電池的概念，了解鉛酸蓄電池的工作原理。。任務1：閱讀課本，總結二次電池的概念，并舉例生活常見的二次電池。【答題要點】1.二次電池又稱可充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。2.生活中可以電池，筆記本電池以及汽車發(fā)動機的使用電池均屬于二次電池。任務2：分小組討論鉛酸蓄電池的構成，并判斷正負極?！敬痤}要點】1.鉛酸蓄電池的構成;鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，深灰色所示的正極板，板上覆蓋有二氧化鉛。淺灰色所示的負極板上覆蓋有鉛單質(zhì)。硫酸作為電解質(zhì)溶液。2.正負極分判斷：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。任務3：老師引導學生思考鉛酸蓄電池的工作原理的充放電規(guī)律?！纠蠋熆偨Y】1.二次電池的充電規(guī)律a.充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，是原電池的逆反應，因此負極應與電源的負極相連得電子，稱陰極，正極接電源的正極后作陽極。b.工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。2.圖解二次電池的的工作原理任務4：小組討論鉛酸蓄電池的電極反應式，并總結書寫電極反應式的方法?！敬痤}要點】1.電極反應式的書寫①放電時的反應負極：Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)；正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)?？偡磻剑篜b(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)==2PbSO4(s)＋2H2O(l)②充電時的反應陰極：PbSO4＋2e－Pb＋SO4陽極：PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋SO總反應：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H++2SO【總結】鉛酸蓄電池是二次可充電電池，引導學生熟悉鉛酸蓄電池的整體工作原理的總反應式。Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)2.二次電池電極反應式的書寫方法a.標：先標出原電池總反應式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，找出參與負極和正極反應的物質(zhì)。b.寫：寫出一個比較容易書寫的電極反應式(書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)c.減：在電子守恒的基礎上，總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。eq\a\vs4\al(注意：)充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反。【對應訓練4】下列關于鉛蓄電池的說法中正確的是()A．在放電時，正極發(fā)生的反應是Pb+SO42=PbSO4+2eB．在放電時，該電池的負極材料是鉛板C．在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小D．在充電時，陽極發(fā)生的反應是PbSO4+2e=Pb+SO42【答案】B【解析】A項，電池放電時正極發(fā)生還原反應，電極反應為PbO2+4H++2e+SO42=PbSO4+2H2O；C項，電池充電時硫酸的濃度應不斷增大；D項，電池充電時陽極應發(fā)生氧化反應?；顒佣?、鋰電池半自主學習任務1：生活中熟悉的電池，筆記本電池均屬于鋰電池，分小組展開討論，并總結鋰電池的優(yōu)勢及工作原理?！敬痤}要點】老師投屏給出：轉(zhuǎn)移1mol電子時，消耗金屬的質(zhì)量圖Li的摩爾質(zhì)量是7g/mol,當轉(zhuǎn)移1mol的電子時需要鋰的質(zhì)量7g,和其他金屬比較，有著電池質(zhì)量小、體積小、儲存和運輸能量大優(yōu)點。任務2：根據(jù)二次電池電極反應式的書寫方法，讓學生自主寫出鋰電池的放電的電極反應式?！敬痤}要點】鋰電池工作原理示意圖（網(wǎng)絡圖片）放電時，負極材料—嵌鋰石墨；正極材料—鈷酸鋰；電解質(zhì)溶液—六氟磷酸鋰電極反應式：負極：LixCy﹣xeCy+xLi+正極：Li1xCoO2+xLi++xeLiCoO2總反應：Li1xCoO2+LixCyLiCoO2+Cy【對應練習5】我國科學家成功研制出二次電池，在潮濕條件下的放電反應：，模擬裝置如圖所示(已知放電時，由負極向正極遷移)。下列說法正確的是A．放電時，電子由鎂電極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向石墨電極B．放電時，正極的電極反應式為：C．充電時，Mg電極接外電源的正極D．充電時，每生成轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.2mol【答案】B【解析】A．放電時，電子由鎂電極(負極)經(jīng)導線流向石墨電極(正極)，不經(jīng)過電解質(zhì)溶液，故A錯誤；B．放電時，石墨作正極，電極反應式為，故B正確；C．充電時，Mg作陰極，連接電源的負極，故C錯誤；D．題目未給標準狀況，無法使用22.4L/mol計算氣體的物質(zhì)的量，故D錯誤；故答案選B。四、燃料電池活動一、講解實現(xiàn)氫氣與氧氣反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程任務1：思考討論氫氧燃料電池的構成條件【答題要點】一般用酸溶液或堿溶液作電解質(zhì)溶液，以Pt作電極，負極室通入氫氣，正極室通入氧氣，用導線外接用電器形成閉合回路，即可實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為電能。任務2：氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種，引導學生書寫不同環(huán)境下的氫氧燃料電池的電極反應式?！敬痤}要點】1.酸性條件：負極：2H24e=4H+正極：O2+4H++4e=2H2O總反應：2H2+O2=2H2O2.堿性條件：負極：2H2+4OH4e=4H2O正極：O2+2H2O+4e=4OH總反應：2H2+O2=2H2O任務3：根據(jù)氫氧燃料電池的工作原理，書寫甲烷燃料電池的電極反應式?！敬痤}要點】1.酸性條件負極：CH48e+2H2O=CO2+8H+正極：O2+4e+4H+=2H2O總反應：CH4+2O2=CO2+2H2O2.堿性條件負極：CH48e+10OH=CO32+7H2O正極：O2+4e+2H2O=4OH總反應：CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O【對應訓練6】燃料電池是利用燃料(如CO、H2、CH4等)與氧化劑反應，將反應物的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通常用氫氧化鉀作電解質(zhì)。回答下列問題：(1)已知某燃料電池的總反應為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，電池中有一極的電極反應式為CH4+10OH8e=CO32+7H2O，該電極是燃料電池的(填“正”或“負”)極，另一個電極上的電極反應式為。

(2)隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的堿性逐漸(填“增強”“減弱”或“不變”)

(3)通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷燃燒的能量利用率。

【答案】(1)負4H2O+2O2+8e=8OH(2)減弱(3)大于【解析】(1)根據(jù)電極反應式可知，甲烷失去電子，作電池的負極，正極反應式可以用電池總反應式減去負極反應式得到。(2)從電池總反應可知反應過程消耗KOH，所以溶液的堿性減弱。課后作業(yè)練習【例1】下列有關電池的說法錯誤的是()A．中用的鋰離子電池屬于二次電池B．甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能C．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D．鉛蓄電池使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導電能力下降【答案】C【解析】A項，中用的鋰離子電池是一類放電后可以再充電而反復使用的電池，屬于二次電池，A正確；B項，甲醇燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源，B正確；C項，銅鋅原電池工作時，鋅為負極，銅為正極，電子沿外電路從負極鋅流向正極銅，C錯誤；D項，鉛蓄電池使用一段時間后電解質(zhì)硫酸消耗，酸性減弱，導電能力下降，D正確；故選C?！纠?】下列有關裝置的說法正確的是A.裝置Ⅰ中Mg為原電池的負極B.裝置Ⅱ為一次電池C.裝置Ⅲ可構成原電池D.裝置Ⅳ工作時，電子由鋅通過導線流向碳棒【答案】D

【解析】A.鎂與氫氧化鈉溶液不反應，鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應，裝置Ⅰ中鋁為負極，鎂為正極，故A錯誤；B.鉛蓄電池是二次電池，可以放電充電，故B錯誤；C.裝置Ⅲ中的兩個材料相同、都是Zn，不能構成原電池，故C錯誤；D.裝置Ⅳ為干電池，鋅為負極，碳棒為正極，工作時，原電池中電子由負極沿導線流向正極，因此電子由鋅通過導線流向碳棒，故D正確?！纠?】微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，有一種鋅銀電池，其總反應為Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag。下列敘述中正確的是()。A．在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH逐漸增大B．在使用過程中，電子由Ag2O經(jīng)外電路流向ZnC．Zn是負極，Ag2O是正極D．Zn發(fā)生還原反應，Ag2O發(fā)生氧化反應【答案】C【解析】根據(jù)電池反應可知，Zn失電子被氧化，Ag2O得電子被還原，故Zn是負極，Ag2O是正極；負極在反應時消耗OH，則負極區(qū)溶液的pH應逐漸減小；原電池工作時，電子由負極經(jīng)外電路流向正極，即電子由Zn經(jīng)外電路流向Ag2O；在原電池中，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應?！纠?】瑞典ASES公司設計的曾用于驅(qū)動潛艇的液氨液氧燃料電池的工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是()A．電極2發(fā)生氧化反應B．電池工作時，Na+向負極移動C．電流由電極1經(jīng)外電路流向電極2D．電極1發(fā)生的電極反應為2NH3+6OH6e=N2↑+6H2O【答案】D【解析】由圖示可知，電極2為正極，發(fā)生還原反應，A項錯誤；電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，B項錯誤；電流從正極經(jīng)外電路流向負極，應從電極2經(jīng)外電路流向電極1，C項錯誤；負極NH3放電生成N2，D項正確。【例5】新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池以其獨特的優(yōu)勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的正極反應式為FePO4+Li++e=LiFePO4，負極反應式為Lie=Li+。下列說法中正確的是()A．充電時動力電池上標注“+”的電極應與外接電源的正極相連B．放電時電池總反應為FePO4+Li++e=LiFePO4C．放電時電池內(nèi)部Li+向負極移動D．放電時，在正極上Li+得電子被還原【答案】A【解析】B項，放電時電池總反應為FePO4+Li=LiFePO4；C項，放電時電池內(nèi)部Li+向正極移動；D項，在正極上FePO4得電子被還原。【例6】氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600～700℃)，具有效率高、噪音低、無污染、燃料多樣、余熱利用價值高等優(yōu)點。氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關該電池的說法正確的是()A．電池工作時，熔融碳酸鹽只起到導電的作用B．負極反應式為H2－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=CO2＋H2O[來源:學#科#網(wǎng)Z#X#X#K]C．該電池可利用工廠中排出的CO2，減少溫室氣體的排放D．電池工作時，外電路中流過0.2mol電子，消耗3.2gO2【答案】B【解析】根據(jù)圖示，在氫氧熔融碳酸鹽燃料電池中，通入氫氣的電極為負極，負極發(fā)生氧化反應，