高中化學(xué) 必修二 2-2-2

1、That's one small step for man，one giant leap for mankind.(對(duì)于一個(gè)人來說，這只是一小步；可對(duì)人類而言，這卻是巨人的一躍。)——1969年7月20日內(nèi)爾·阿姆斯特朗第一次登上月球時(shí)如是說。美國“臥薪嘗膽”十年，終于實(shí)現(xiàn)了“巨人的一躍”。可是，你知道嗎？要把1 kg重的物體從地球送到月球，需要500 kg的推動(dòng)力。動(dòng)力從何而來？飛船內(nèi)部用什么作電源？宇航員的飲用水從

2、何而來？,隨著阿波羅登月的成功，燃料電池的名聲大振——從登月開始，航天飛機(jī)飛行都是采用這種既能發(fā)電又能供水的新型化學(xué)電源。,●梳理導(dǎo)引1．普通鋅錳干電池電池組成為：____________做負(fù)極；位于中央的頂蓋有銅帽的____________做正極；石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，同時(shí)填有MnO2黑色粉末作去極劑，負(fù)極電極反應(yīng)____________________________。,2．鉛酸可充電電池(1)電

3、池組成為：____________作負(fù)極；____________作正極；濃硫酸作電解質(zhì)溶液。(2)電極反應(yīng)(放電)負(fù)極：____________；正極：____________；電池總反應(yīng)為____________________________。,3．氫氧燃料電池(1)氫氧燃料電池是以__________________為燃料，____________為氧化劑，鉑作電極。(2)電極反應(yīng)①堿式氫氧燃料電池：以KOH溶液為電解

4、質(zhì)；負(fù)極：________________________________________________________________________；正極：________________________________________________________________________；,②酸式氫氧燃料電池：以H2SO4溶液為電解質(zhì)；負(fù)極：_________________________________

5、_______________________________________；正極：________________________________________________________________________。(3)以上兩種氫氧燃料電池總反應(yīng)都是：____________________________。,答案：1.鋅片　碳棒　ZnZn2＋＋2e－2．(1)Pb　PbO2　(2)Pb＋SO―→PbSO4＋

6、2e－PbO2＋4H＋＋＋2e－―→PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O3．(1)氫氣　氧氣(2)①2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－O2＋2H2O＋4e－===4OH－②2H2―→4H＋＋4e－　O2＋4H＋＋4e－―→2H2O(3)2H2＋O2===2H2O,●問題探究1．你認(rèn)為如何根據(jù)電極的特點(diǎn)把化學(xué)電池進(jìn)行分類？提示：電極材料的特點(diǎn)決定了電極在電極反應(yīng)中是否發(fā)生變化

7、，從而可把化學(xué)電池進(jìn)行分類。根據(jù)電極的特點(diǎn)可把化學(xué)電池分類為：(1)活潑金屬作負(fù)極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧化反應(yīng)，如Cu—Zn原電池。(2)兩極都參加反應(yīng)的原電池，如蓄電池。(3)兩電極材料均為惰性電極，電極本身不發(fā)生反應(yīng)，而是由引入到電極上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如燃料電池。,2．你如何理解原電池原理的實(shí)際應(yīng)用？請(qǐng)舉例說明。提示：原電池原理的實(shí)際應(yīng)用可以理解為：(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀H2SO4反應(yīng)制H2，常用粗鋅，

8、它產(chǎn)生H2的速率快。因?yàn)榇咒\中的雜質(zhì)鋅、稀H2SO4溶液形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產(chǎn)生H2的速率加快。,(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱如把兩種金屬Zn和Cu用導(dǎo)線連接后，插入到稀H2SO4溶液中，能觀察到Zn極溶解，Cu極上有氣泡產(chǎn)生，根據(jù)觀察到的現(xiàn)象可以判斷出Zn極是負(fù)極，Cu極是正極。由原電池原理，可知金屬的活動(dòng)性Zn>Cu，即原電池中，活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動(dòng)性弱的金屬為正極。設(shè)計(jì)原電池,如利用反應(yīng)Cu2＋＋Zn===

9、Zn2＋＋Cu的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)原電池，由反應(yīng)式可知：Zn失去電子，作負(fù)極；Cu2＋在正極上得到電子，作電解質(zhì)溶液；正極為活潑性比Zn弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘俚?。所設(shè)計(jì)的原電池的電極反應(yīng)式為：負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反應(yīng))正極：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應(yīng)),●細(xì)品教材1．干電池最早使用的干電池是鋅錳干電池。其組成和結(jié)構(gòu)如下：負(fù)極是鋅制筒形外殼、正極是位于中央頂蓋有銅帽的石墨，在石墨周圍填充ZnCl2、N

10、H4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有黑色MnO2粉末作去極劑(吸收正極放出的H2、防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象)。它是一種一次性電池?！案呻姵亍彪妷阂话銥?.5 V，不能充電。,特點(diǎn)：①一次性電池，放完電后不能再使用，內(nèi)部氧化還原反應(yīng)不可逆。②用KOH代替NH4Cl能提高性能，延長(zhǎng)壽命。用途：錄音機(jī)、閃光燈、手電筒、電動(dòng)玩具、袖珍電視機(jī)以及電視、空調(diào)搖控器等。,說明：我們?nèi)粘Ｋ玫钠胀ǜ呻姵?，主要有酸性鋅錳電池和堿性鋅錳電池兩類，它們都含有汞、錳、

11、鎘、鉛、鋅等。重金屬對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，威脅著人類的健康。為了防止污染和資源浪費(fèi)，必須對(duì)廢舊電池加以回收再利用。,2．充電電池(1)充電電池的特點(diǎn)充電電池又稱蓄電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(一般通過充電器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺M(jìn)行充電)，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。這樣可以實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽怀潆姇r(shí)，再由電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。,(2)幾種常見的充電電池①鉛蓄電池最

12、早使用的充電電池是鉛蓄電池。其正極是PbO2，負(fù)極是Pb，電解質(zhì)溶液是H2SO4。由于鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此目前汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池。另外，鉛蓄電池還廣泛用于國防、科研、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。,負(fù)極(Pb)：Pb＋SO－2e－===PbSO4正極(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O總反應(yīng)式：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O,提

13、示：①多次使用，放完電后可再充電使用。內(nèi)部氧化還原在放電、充電“可逆”進(jìn)行。②鎳鎘電池壽命較鉛蓄電池長(zhǎng)，但鎘是致癌物，鎳鎘污染環(huán)境。③鋰離子電池質(zhì)量輕，污染少，被稱為綠色電池。用途：①鉛蓄電池用于汽車的電瓶。②鎳鎘電池廣泛用于收錄機(jī)、無線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等。③鋰離子電池用于筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)等。,3．燃料電池燃料電池也是一種高效、對(duì)環(huán)境友好的電池。能量轉(zhuǎn)化率理論上可高達(dá)85%～90%。現(xiàn)已達(dá)到40%～

14、60%?？捎肅H4、H2等為原料。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是用外加設(shè)備源源不斷地提供燃料和氧化劑，使反應(yīng)能連續(xù)進(jìn)行。,負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－總反應(yīng)式：2H2＋O2===2H2O特點(diǎn)：①能量轉(zhuǎn)化率高，理論上可高達(dá)85%－90%；②無污染；③燃料儲(chǔ)存在外加設(shè)備。用途：航天、航海。,A．鋅為正極，碳為負(fù)極B．鋅為負(fù)極，碳為正極

15、C．工作時(shí)，電子由碳極經(jīng)過電路流向鋅極D．長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用時(shí)，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器,【解析】　根據(jù)原電池的工作原理及正負(fù)極的判斷方法分析。由負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)或根據(jù)原電池形成的條件，相對(duì)活潑(指金屬性)的一極為負(fù)極，相對(duì)不活潑的一極為正極可判斷出選項(xiàng)B正確，A不正確。在外電路，電子從負(fù)極流向正極，故選項(xiàng)C不正確。長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用該原電池，由于鋅皮慢慢溶解而破損，且MnO2不斷吸收H2而生成H2O，糊

16、狀物也越來越稀，故其很可能流出腐蝕用電器，選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮俊、D,【例2】　如圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是(　　)A．a(chǎn)電極是負(fù)極B．b電極的電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2C．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?jī)?chǔ)存在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置,【解析】　本題考查燃料電池的原理及優(yōu)點(diǎn)。由原電池原理知，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)

17、，正極發(fā)生還原反應(yīng)，兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，兩電極反應(yīng)式相加得總反應(yīng)方程式。氫氧燃料電池的總化學(xué)方程式為2H2＋O2===2H2O，因此a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2－4e－===4H＋，a電極是負(fù)極；b電極上發(fā)生反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b電極是正極。氫氧燃料電池的能量效率較高，且產(chǎn)物是H2O，是一種具有應(yīng)用前景的綠色能源。氫氧燃料電池通入H2、O2就能工作，無需將H2、O2儲(chǔ)存在電池內(nèi)部?！敬鸢浮俊,,【解析】　

18、原電池正極是電子流入的一極，氧化劑在此處得電子被還原。而總反應(yīng)中MnO2所含Mn元素的化合價(jià)降低，說明MnO2被還原，為氧化劑。【答案】　C,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)是摻雜質(zhì)氧化銥(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下傳導(dǎo)O2－。下列對(duì)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(fù)極移向正極B．電池的總反應(yīng)式是：2C4H10＋13O2―→8CO2＋10

19、H2O,C．通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)式為：O2＋4e－===2O2－D．通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)式為：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O,【解析】　燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)，燃料(還原劑)在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣(氧化劑)在正極發(fā)生還原反應(yīng)，則通入丁烷的一極是負(fù)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(fù)極呈陽性，陰離子流向陽極，正極呈陰性，陽離子移向正極?！敬鸢浮俊

20、、C【點(diǎn)撥】　通過該題展示新型燃料電池。通過解答該題，學(xué)習(xí)新型燃料電池的化學(xué)反應(yīng)原理。,電子計(jì)算器中所用紐扣式電池為銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH。電極反應(yīng)為：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2(負(fù)極)、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－(正極)，總反應(yīng)式為：Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag。下列敘述正確的是(　　)A．電流由鋅經(jīng)外電路流向氧化銀B．鋅是陰極，氧化銀

21、是陽極C．鋅是負(fù)極，氧化銀是正極D．工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液pH減小，正極區(qū)pH增大,【解析】　在反應(yīng)過程中，Zn極發(fā)生氧化反應(yīng)，故Zn極為負(fù)極，反應(yīng)過程中OH－被消耗使Zn極周圍OH－濃度減小，pH降低；Ag2O極發(fā)生還原反應(yīng)，該極在反應(yīng)過程中生成OH－，使周圍溶液中OH－濃度升高，pH增大。電子流動(dòng)方向?yàn)閺腪n到Ag2O，電流方向恰好相反?！敬鸢浮俊、D,●細(xì)品教材1．廢舊電池的危害性廢舊電池的危害主要集中在其中所含的少量的重

22、金屬上，如鉛、汞、鎘等。這些有毒物質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入人體內(nèi)，長(zhǎng)期積蓄難以排除，損害神經(jīng)系統(tǒng)、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。鉛：神經(jīng)系統(tǒng)(神經(jīng)衰弱、手足麻木)、消化系統(tǒng)(消化不良、腹部絞痛)、血液中毒和其他的病變。汞：精神狀態(tài)改變是汞中毒的一大癥狀。脈搏加快，肌肉顫動(dòng)，口腔和消化系統(tǒng)病變。鎘、錳：主要危害神經(jīng)系統(tǒng)。,2．廢舊電池污染環(huán)境的途徑這些電池的組成物質(zhì)在使用過程中，被封存在電池殼內(nèi)部，并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。但經(jīng)過長(zhǎng)期機(jī)械磨損和腐

23、蝕，使得內(nèi)部的重金屬和酸堿等泄露出來，進(jìn)入土壤或水源，就會(huì)通過各種途徑進(jìn)入人的食物鏈。3．其他水源植物食品消化生物從環(huán)境中攝取的重金屬可以經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，逐級(jí)在較高級(jí)的生物中成千上萬地富集，然后經(jīng)過食物進(jìn)入人的身體，在某些器官中積蓄造成慢性中毒。,4．廢舊電池危害的其他表現(xiàn)目前世界上生活垃圾處理主要是衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒三種方式，混入生活垃圾的廢舊電池在這三個(gè)過程中的污染作用體現(xiàn)在：填埋：廢舊電池的重金屬通過滲濾作用污染

24、水體和土壤。焚燒：廢舊電池在高溫下，腐蝕設(shè)備，某些重金屬在焚燒爐中揮發(fā)在飛灰中，造成大氣污染，焚燒爐底重金屬堆積，給產(chǎn)生的灰渣造成污染。堆肥：廢舊電池的重金屬含量較高，造成堆肥的質(zhì)量下降。,再利用：一般采用反射爐火冶金法，工藝雖然容易掌握，但是回收率只有82%，其余的鉛以氣體和粉塵的形態(tài)出現(xiàn)，同時(shí)冶煉過程中的二氧化硫會(huì)進(jìn)入空氣中，造成二次污染，直接危害操作工人的健康。,●典例精析【例3】　化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用

25、。(1)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池，其電池總反應(yīng)式可以表示為：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水，但能溶于酸，以下說法正確的是(　　)①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)?、谝陨戏磻?yīng)不是可逆反應(yīng)?、鄢潆姇r(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋、芊烹姇r(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵．①③　　　　　B．②④C．①④ D．②③,(2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料表明

26、一節(jié)廢鎳鎘電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價(jià)值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因?yàn)開___________________________。【解析】　(1)可逆反應(yīng)是指相同條件下同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)，原電池的充、放電不是在相同條件下進(jìn)行的，所以不是可逆反應(yīng)。,(2)物質(zhì)以離子的形式存在，植物最容易吸收。從鎳鎘所對(duì)應(yīng)的化合物的水溶性這一角度去分析，因在酸性土壤中Ni(OH)2和Cd(OH)2易溶解變成Ni2＋和Cd2＋

27、，被植物吸收，造成污染?！敬鸢浮俊?1)B　(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液,廢電池處理不當(dāng)不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人體健康也存在極大的危害。有同學(xué)想變廢為寶，他的以下想法你認(rèn)為不正確的是(　　)A．把鋅皮取下洗凈用于實(shí)驗(yàn)室制氫氣B．碳棒取出洗凈用作電極C．把銅帽取下洗凈回收利用D．電池內(nèi)部填有NH4Cl等化學(xué)物質(zhì)，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥用【答案】　D,●資料備選生病的自由女神

28、聳立于美國紐約港外的一個(gè)海島上有15層樓高的自由女神，歷來被認(rèn)為是美利堅(jiān)合眾國的象征。然而，經(jīng)過近百年的風(fēng)風(fēng)雨雨，它和人一樣，已經(jīng)生病了。她究竟患了何種疾病呢？最近，美、法兩國組織了一個(gè)調(diào)查小組，對(duì)她進(jìn)行全面體驗(yàn)。結(jié)果，大吃一驚，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)自由女神近百年來一直受著一種疾病的折磨，那就是：電化學(xué)腐蝕。自由女神的外殼材料是銅，而支撐整個(gè)雕像的內(nèi)支架卻是鐵的，在它們之間僅有一層浸透油的毛氈隔開。,年歲久了，設(shè)計(jì)者預(yù)先沒想到的事發(fā)生了：首先是