1、第2课时化学电源学习目标定位1.知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。一化学电池化学电池是将化学能转变成电能的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。种类特点(分类依据)实例一次电池放完电以后不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池充电、放电可循环进行铅蓄电池、镍氢电池燃料电池可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用氢氧燃料电池、CH4燃料电池归纳总结化学电池的分类及污染化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续
2、电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。1下列说法错误的是()A依据原电池的原理设计出了化学电源B原电池是化学电源的雏形C判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活动性D氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源答案C解析判断一种电池的优劣主要是看这种电池的比能量的大小，以及可储存时间的长短。2下列说法中，不正确的是()A化学电池是将化学能转变成电能的装置B化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护D废旧电池可以随意丢弃答案D解析本题考查的是
3、有关化学电池的概念、分类及性能等方面的知识。废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收利用。二常见的化学电池1一次电池(1)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据电池反应方程式ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag判断：负极是Zn，其依据是在总反应式中锌元素化合价升高，失去电子，锌为负极。正极反应式是Ag2OH2O2e=2Ag2OH，反应类型是还原反应。(2)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液。负极反应式：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式：2MnO22H2O
4、2e=2MnOOH2OH；电池反应方程式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。2二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O(1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式负极：PbSO2e=PbSO4；正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。(2)铅蓄电池充电时，发生氧化反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO42H2O2e=PbO24HSO；发生还原反应的物质是PbSO4，其电极反应式是PbSO42e=PbSO。(3)放电过程中，硫酸的
5、浓度变化是不断减小，密度的变化是不断减小，溶液的pH变化是不断增大。3燃料电池(1)氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池反应方程式是2H2O2=2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO22H2O4e=4OH碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH(2)燃料电池的燃料除氢气外，还有甲烷、甲醇、肼、氨等。若将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是
6、CH3OH，其产物最终是H2O、CO，负极反应式是2CH3OH12e16OH=2CO12H2O；正极反应式是3O26H2O12e=12OH；电池反应式是2CH3OH3O24OH=2CO6H2O。归纳总结1常见化学电池的比较(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。(2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。2书写化学电池中电极反应式应注意的问题(1)正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反
7、应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。(4)书写二次电池的电极反应时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。(5)溶液中不存在O2，酸性溶液中它与H结合生成H2O，中性或碱性溶液中它与H2O结合生成OH。3碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池反应方程式为Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列说法中，错误的是(
8、)A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量减少6.5 g答案C解析本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子移动方向与电流方向相反，C项错误；由电子守恒知，D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池原理写出正极反应式知，B项正确。4铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应方程式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列结
9、论正确的是()APb为正极被氧化B溶液的pH不断减小CSO只向PbO2处移动D电解质溶液pH不断增大答案D解析由题给电池反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B错，D对；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A错误；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH)移向Pb极，所以C错。5用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列说法错误的是()A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B放电
10、时，通入O2一极附近溶液的pH升高C放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D通甲烷一极的电极反应式是CH410OH8e=CO7H2O答案C解析原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是正极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO7H2O由此可见A、B、D正确，错误的为C。1微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种锌银电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质为KOH，电极反应为Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是()A在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B在使用过
11、程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极CZn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应DZn是负极，Ag2O是正极答案D解析根据原电池原理：负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，可以判断该原电池中Zn为负极，Ag2O为正极；根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小，故A、C错误；电子是从负极沿导线流向正极，故B错误。2高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是()A放电时负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2B充电时阳极反应为Fe(
12、OH)33e5OH=FeO4H2OC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强答案C解析根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。充电时，阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钾；放电时正极附近生成OH，碱性增强。3燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池的能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40% 左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是()A上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供
13、宇航员使用C乙醇燃料电池的电解质常用KOH溶液，该电池的负极反应为C2H5OH12e=2CO23H2OD甲烷燃料电池在碱性环境下的正极反应为O22H2O4e=4OH答案C解析氢气、甲烷、乙醇等在燃料电池中，发生的反应为氧化反应，故作为电池的负极反应物。电解质为强碱KOH溶液，因此不可能生成二氧化碳，应该生成CO，即负极反应为C2H5OH12e16OH=2CO11H2O，故C项错误。4熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反
14、应式：2CO2CO4e=4CO2；正极反应式：_；总电池反应式：_。答案O22CO24e=2CO2COO2=2CO2解析解答此题的关键是弄清原电池的概念，负极失去电子发生氧化反应；正极得到电子发生还原反应。依题意，总电池反应式应为2COO2=2CO2，根据正极反应负极反应总电池反应，可推知正极反应式。40分钟课时作业经典基础题题组1化学电池及处理1下列说法正确的是()A碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质大量储存在电池内部答案C解析碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。2随着人们生活质量的不断提高，废电池
15、必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是()A利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D回收其中石墨电极答案B解析汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。题组2一次电池3锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为Zn(s)2MnO22NH=Zn2Mn2O3(s)2NH3H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()AZn B碳CMnO2和NH DZn2和NH3答案C解析根据方程式可知：Zn为负极，碳棒为正极，负极：Zn2e=Zn2，正极：2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O，所以正极上参与反
16、应的物质是MnO2和NH。4某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是()A正极反应为AgCle=AgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子答案D解析根据电池总反应可以看出Cl2得电子，Ag失电子，所以在原电池中Cl2在正极上发生还原反应，Ag在负极上发生氧化反应。正极反应为Cl22e=2Cl，A项错误；因为电解质溶液为盐酸，所以负极上Ag失电子生成的Ag随即与附近的Cl反应，B项错误；用氯化钠代替盐酸后，电极反应不发生改变
17、，C项错误；当电路中转移0.01 mol e时，负极生成0.01 mol Ag，由于AgCl=AgCl，所以消耗0.01 mol Cl，由于电荷守恒，同时有0.01 mol H通过阳离子交换膜转移至右侧溶液中，D项正确。题组3可充电电池5目前人们正研究开发一种高能电池钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以Na导电的Al2O3陶瓷作固体电解质，反应为2Nax SNa2Sx。下列说法正确的是()A放电时，钠作正极，硫作负极B放电时，Na向负极移动C充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连D放电时，负极发生的反应是2Na2e=2Na答案D解析放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得电子发生
18、还原反应，故钠作负极，硫作正极，A错误；放电时，阳离子向正极移动，B错误；充电时，钠极(负极)与外电源的负极相连，硫极(正极)与外电源的正极相连，C错误；放电时，负极发生氧化反应，D正确。6镍(Ni)镉(Cd)可充电电池，放电时，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质是KOH，电极反应分别是Cd2OH2e=Cd(OH)2,2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH。下列说法不正确的是()A电池放电时，负极周围溶液的pH不断减小B电池放电时，总反应是Cd2NiO(OH)2H2O=Cd(OH)22Ni(OH)2C电池充电时，镉(Cd)元素被氧化D电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接答
19、案C解析C项，充电时，Cd(OH)22e=Cd2OH，所以镉元素应被还原。7新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示(已知硼氢化钠中氢为1价)，有关该电池的说法正确的是()A电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性B电池负极区的电极反应：BH8OH8e=BO6H2OC放电过程中，Na从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个答案B解析A项，电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH，MnO2既作电极材料又有催化作用，二氧化锰不能导电，A错误；B项，负极发生氧化反应，电极反
20、应式为BH8OH8e=BO6H2O，B正确；C项，放电时，钠离子向正极移动，C错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数6 molL11 L2NA mol112NA，D错误。8我国企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为V2O5xLiLixV2O5。下列说法合理的是()A电池在放电时，Li向负极移动B锂在放电时作正极，充电时作阳极C该电池充电时阳极的反应为LixV2O5xe=V2O5xLiDV2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应答案C解析A项，电池在放电时，L
21、i向负电荷较多的正极移动，A错误；B项，锂在放电时作负极，充电时为阴极，B错误；C项，该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是：LixV2O5xe=V2O5xLi，C正确；D项，在反应中V2O5中的V元素的化合价也发生了变化，所以V2O5不只是锂发生反应的载体，D错误。题组4燃料电池9美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂在200 左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意如图。下列说法不正确的是()Aa极为电池的负极B电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极C电池工作时，1 mol乙醇被还原时就有6
22、 mol电子转移D电池正极的电极反应为4HO24e=2H2O答案C解析A项，原电池工作时，阳离子向正极移动，则a为负极，故A正确；B项，电池工作时，电流由正极经外电路流向负极，在该电池中由b极流向a极，故B正确；C项，根据方程式可知，1 mol乙醇被氧化失去12 mol电子，故C错误；D项，电池正极氧气得到电子被还原，电极反应式为4HO24e=2H2O，故D正确。10如图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法不正确的是()A左电极为电池的负极，a处通入的物质是
23、甲醇B正极反应式为O22H2O4e=4OHC负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HD该电池提供1 mol e，消耗氧气0.25 mol答案B解析电极反应式为负极：2CH3OH12e2H2O=2CO212H正极：3O212e12H=6H2O，B错误；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供 1 mol 电子时，消耗O2为0.25 mol。能力提升题11“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_能转化为_能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd2NiOOH2H2OCd
24、(OH)22Ni(OH)2飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性_(填“增大”、“减小”或“不变”)，负极电极反应式为_。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2，其正极的电极反应式为_。答案(1)太阳电减小Cd2e2OH=Cd(OH)2(2)Ag2O2eH2O=2Ag2OH解析(1)负极是失电子发生氧化反应的一极，Cd为阳极；放电时负极反应为Cd2e2OH=Cd(OH)2，故溶液碱性减小。12某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压，该电池的总反应3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KO
25、H。(1)放电时负极反应为_。(2)充电时Fe(OH)3发生_反应。(3)放电时电子由_极流向_极(填“正”或“负”)。(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是_。答案(1)Zn2e2OH=Zn(OH)2(2)氧化(3)负正(4)1.8061024解析放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn2e2OH=Zn(OH)2，电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.8061024，充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。13燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从
26、而将化学能转化为电能的装置。(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为_，正极电极反应式为_，放电过程中溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池示意图如图，有关说法正确的是_(填字母)。a.电池工作时，Na向负极移动b电子由电极2经外电路流向电极1c电池总反应为4NH33O2=2N26H2Od电极2发生的电极反应为O24H4e=2H2O(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。A为生物燃料电池的_(填“正”或“负”)极。正极反应式为_；负极反应式为_。放电过程中，H由_极区向_极区迁移(填“正”或“
27、负”)。在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体_L。该电池_(填“能”或“不能”)在高温下工作。(4)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答下列问题：a极电极反应式为_。工作时，O2由电极_向电极_移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极_通过传感器流向电极_。答案(1)CH410OH8e=CO7H2OO22H2O4e=4OH减小(2)c(3)正O24H4e=2H2OC6H12
28、O66H2O24e=6CO224H负正22.4不能(4)COO22e=CO2baab解析(1)负极为CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为CO，故负极电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O；正极O2得电子在碱性条件下生成OH，电极反应式为O22H2O4e=4OH，电池总反应式为CH42O22OH=CO3H2O。随着放电反应的进行，OH不断消耗，pH减小。(2)先分析进出电极物质的化合价判断电池正、负极，NH3N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极；电池工作时，Na向正极移动，电子由电极1经外电路流向2，电极2电极反应式为O22H2O4e=4OH；电极1电极反应式
29、为2NH36OH6e=N26H2O。(3)O2H2O发生还原反应，故A为燃料电池的正极，B为燃料电池的负极。由于电解质中含有H，故正极电极反应为O24H4e=2H2O，负极电极反应为C6H12O66H2O24e=6CO224H。放电过程中，H由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O，即1 mol O21 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。高温下由于微生物蛋白质发生变性，故该电池不能在高温下工作。(4)根据元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为COO22e=CO2，b电极为正极，电极反应式为O24e=O2，总反应为2COO2=2CO2。工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2由电极b向电极a移动。
