1、第2课时发展中的化学电源学习目标核心素养建构1.记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3能正确书写简单化学电源的电极反应式。知 识 梳 理1干电池干电池是一种一次性电池，放电后不能再充电。2充电电池充电电池又称为二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。3燃料电池(1)原理：利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。(2)与其他电池的区别：反应物不是储存在电池内部，由外设装备提供燃料和氧化剂。【自主思考】铅蓄电池在充电、放电过程中发生的氧化
2、还原反应是可逆反应吗？提示不是，因为充电和放电过程中氧化还原反应发生的条件不相同。效 果 自 测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能()(3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化()(4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅()答案(1)(2)(3)(4)2下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是()A碱性锌锰电池B手机用锂电池C汽车用铅蓄电池 D玩具用镍氢电池答案A3下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能
3、转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极答案B探究一、常见化学电源的特点【合作交流】1一次电池和二次电池是否指分别只能使用一次和两次的电池？提示一次电池是不可充电电池，电量一旦放完就无法再次使用；二次电池是可充电电池，电量放完后可进行充电，可反复使用多次。2结合所学知识判断：干电池与充电电池的本质区别，燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。提示干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料
4、和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。【点拨提升】几种电池的特点名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用电解质溶液为胶状，不流动放电后可再充电使活性物质获得再生可以多次充电，重复使用电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等【典题例证1】下列说法正确的是()A镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电
5、池B燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C化学电池的反应基础是氧化还原反应D铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2解析碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。答案C【学以致用1】【学以致用1】下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C.铅蓄电池工作过程中，每转移2 mol电子，负极质量减小207 gD.氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源解析干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二
6、次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，故A正确；干电池长期使用后，锌会参与电极反应，使锌筒被破坏，故B正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，负极质量应该增加而非减小，故C错误；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源。D正确。答案C探究二、常见化学电源电极反应式的书写【合作交流】氢气被看作是理想的“绿色能源”。用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池是利用氢能的一种重要方式(装置如图所示)。请写出氢氧燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的电极反应式。负极_；正极_。提示2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH【
7、点拨提升】1电极反应方程式的书写方法(1)负极反应式的书写活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：Mne=Mn。若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。燃料电池(电极材料本身不反应)H2O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：H22e=2H。H2O2(KOH)燃料电池负极反应式：H22e2OH=2H2O。(2)正极反应式的书写首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。
8、燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)H2O2(H2SO4)的正极反应式：O24e4H=2H2O。H2O2(KOH)的正极反应式：O24e2H2O=4OH。2书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，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与电解质溶液发生反应，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，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。
9、【典题例证2】LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_；(2)电池正极发生的电极反应为_；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。解析分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Lie
10、=Li。(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)因为构成电池的两个主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。答案(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成SOCl2H2O=SO2 2HCl(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应【学以致用2】据媒体报道，以氢氧燃料电池为动力的公交车在北京试运行。质子交换膜燃料电池(PEMF
11、C)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化剂，铂作催化剂，导电离子是H。下列对该燃料电池的描述中正确的是()正极反应为O24H4e=2H2O负极反应为2H24e=4H总的化学反应为2H2O22H2O氢离子通过电解质向正极移动A BC D解析此题考查了原电池的基本原理，包括燃料电池的电极反应、总反应及电解液中离子的移动等相关理论。通过分析，反应条件是点燃，显然是错误的，其余各项均正确。答案C1下列关于化学电源的说法正确的是()A干电池放电之后还能再充电B充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能C充电电池可以无限制地反复放电、充电D氢氧燃料电池是一种环境友好电池解析A项，干电
12、池是一次性电池，放电之后不能再充电，A错误；B项，充电电池在放电时化学能转化为电能 ，充电时将电能转化为化学能，B错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，C错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好电池，D正确。答案D2镍镉(NiCd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)22Ni(OH)2Cd2NiO(OH)2H2O，由此可知，该电池的负极材料是()ACd BNiO(OH)CCd(OH)2 DNi(OH)2解析放电时，元素化合价升高失电子的物质为负极材料。答案A3燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液
13、，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()A负极反应式：O22H2O4e=4OHB负极反应式：CH48OH8e=CO26H2OC随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变D放电时溶液中的阴离子向负极移动解析O22H2O4e=4OH应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。所以负极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH)将减小。答案D4.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：PbSO2e=PbSO4正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O今欲制得Cl2
14、0.050 mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()A.0.025 mol B.0.050 molC.0.10 mol D.0.20 mol解析要求得硫酸的量，需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反应合并可得：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。而在制取Cl2时，每生成1 mol Cl2，电子转移2 mol，现需要转移电子0.050 mol20.100 mol。由铅蓄电池总反应可知，每转移0.100 mol电子，将消耗0.100 mol硫酸。答案C5(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2
15、K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：高铁电池的负极材料是_。放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_。放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，a极的电极反应式为_。解析(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去负极反应式得正极反应式，正极生成OH，故正极附近溶液碱性增强。(2)由电子流动方向可
16、知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，容易写出总反应式和正极反应式，两者相减得出负极反应式。答案(1)Zn还原FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH正(2)BCH3OH6e8OH=CO6H2O课时作业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储存在电池内解析碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池，燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是不断被输入。答案C2.燃料电池不是把还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入还原剂和氧化剂，同时将电极反应产物不断排出电池。下面有4种
17、燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是()解析电解质为能够传导氧离子的固体氧化物，正极上的氧气得电子生成氧离子，故A不符合题意；电解质溶液是酸性溶液，正极上氧气得到电子后和氢离子反应生成水，故B符合题意；电解质为熔融碳酸盐，正极上氧气得电子并结合二氧化碳生成碳酸根离子，故C不符合题意；电解质溶液是氢氧化钾溶液，正极上氧气得电子并结合水生成氢氧根离子，故D不符合题意。答案B3一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇(CH3OH)与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()ACH3OHO22e=H2OCO22HBO24H4e=2H2OCCH3OHH2O6e=CO26H
18、DO22H2O4e=4OH解析该燃料电池的总反应为2CH3OH3O2=4H2O2CO2，由于在酸性溶液中正极反应为O24H4e=2H2O，根据得失电子守恒则负极反应为CH3OHH2O6e=CO26H答案C4燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是()Aa极是负极，该电极上发生氧化反应Bb极反应是O24OH4e=2H2OC总反应的化学方程式为2H2O2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析a极通H2为负极，电极反应式为2H24OH4e=4H2O发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O22H2
19、O4e=4OH，B不正确；正负极电极反应式相加得总反应为2H2O2=2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。答案B5汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O。根据此反应判断下列叙述中正确的是()APbO2是电池的负极BPb是负极CPbO2得电子，被氧化D电池放电时，溶液酸性增强解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为PbSO2e=PbSO4，故B项正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，因此A、C两项
20、错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D项错误。答案B6.我国发射的神舟系列飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该燃料电池可同时供应电和水蒸气，其所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该燃料电池的总反应为2H2O2=2H2O，负极反应为H2CO2e=CO2H2O，则下列推断正确的是()A.电池工作时，CO向负极移动B.电池放电时，电子经外电路由通氧气的正极流向通氢气的负极C.正极的电极反应为4OH2e=O22H2OD.通氧气的电极为正极，发生氧化反应解析原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，B错误；正极反应为O24e2CO2=2C
21、O，C错误；通氧气一极为正极，发生还原反应，D错误。答案A7锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高的优点受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法中正确的是()ALi是正极，电极反应式为Lie=LiBLi是负极，电极反应式为Lie=LiCMnO2是负极，电极反应式为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应式为Li2e=Li2解析由总反应式LiMnO2=LiMnO2可知，锂元素在反应后化合价升高(01 价)，锰元素在反应后化合价降低(4价3价)。Li失电子被氧化，在电池中作负极，电极反应式为Lie=Li。MnO2在正极上得电子被还原
22、，电极反应式为MnO2e=MnO。答案B8.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小、无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是()A.电流从右侧电极经过负载流向左侧电极B.负极的电极反应式为N2H44OH4e=N24H2OC.该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触D.该燃料电池持续放电时，正极发生氧化反应，正极附近溶液的碱性减弱解析该燃料电池中，空气中的O2作氧化剂，则右侧通入氧化剂的电极为正极，电流从正极流向负极，
23、即电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，A正确；通入燃料的电极为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H44OH4e=N24H2O，B正确；因为电池中正、负极上发生气体参与的反应，所以采用多孔导电材料可以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，C正确；该原电池中，正极发生还原反应，氧气得电子并结合水生成氢氧根离子，正极附近溶液的碱性增强，D错误。答案D9氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。试回答下列问题：(1)通入Cl2(g)的电极是_(填“正”或“负”)极；(2)投入Al(s)的电极是_(填“正”或“负”)极；(3)外电路电子从_(填
24、“Al”或“Cl2”)极流向_(填“正”或“负”)极；(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为_NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。解析判断原电池的正、负极首先要分析题中所给信息，此题所给信息是具体反应物，根据具体反应物间的化学反应式：2Al3Cl2=2AlCl3，可知Cl2得电子在正极发生还原反应，Al失电子在负极发生氧化反应，所以通入Cl2(g)的电极是正极，投入Al(s)的电极是负极，外电路电子由负极(Al)流向正极。8.1 g Al(s)的物质的量为0.3 mol，1 mol Al反应转移3 mol电子，0.3 mol Al反应在电路中通过的电子数目为0.9NA。答案
25、(1)正(2)负(3)Al正(4)0.910如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总反应：_；电解质溶液pH的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总反应：_；电解质溶液pH的变化_(填“变大”、“变小”或“不变”)。解析(1)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，酸性条件下与H结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H，H进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的
26、反应，由于有H2O生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。(2)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH；负极上，H2失去电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合生成水。电池总反应也是H2和O2生成水的反应。同样，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。答案(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O变大(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O变小11化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示)，锌锰干电池的负极材料是_，负极发生的电极反
27、应方程式为_。若反应消耗16.25 g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为_mol。(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池电池总反应式可以表示为：Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2，已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是_(填序号)。以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能(3)下图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知X极为电池的_(填“正”或“负”)极，Y极的电极反应方程式为_。解析(1)锌锰干电池中的负极是Zn，发生氧化反应，失去电子生成锌离子，电极反应式是：Zn2e=
28、Zn2；16.25 g Zn的物质的量是：16.25 g65 gmol10.25 mol，每个Zn失去2个电子，所以电池中转移电子的物质的量是0.5 mol。(2)该反应的反应条件不同，所以不是可逆反应；错误，正确；充电时，是把电能转化为化学能，放电时是把化学能转化为电能，所以错误，正确。(3)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，X是电子流出的一极，所以X是负极；Y是正极，发生还原反应，结合电解质溶液，氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O22H2O4e=4OH。答案(1)锌Zn2e=Zn20.5(2)(3)负O22H2O4e=4OH12电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型银锌电池
29、，其电极分别为Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2OZnH2O=2AgZn(OH)2。(1)工作时电流从_(填“Ag2O”或“Zn”，下同)极流向_极。(2)负极的电极反应式为_。(3)工作时电池正极区溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少_ g。解析(1)工作时电池总反应为Ag2OZnH2O=2AgZn(OH)2，银元素的化合价由1降低到0，Ag2O得电子作正极，电流从正极流出，所以工作时电流从Ag2O极流向Zn极。(2)根据上述分析可知，Zn作负极，在碱性溶液中的电极反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2。(3)工作时，正极反应为Ag2O2eH2O=2Ag2OH，所以电池正极区溶液的pH增大。(4)根据Zn2e2OH=Zn(OH)2可知，外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少0.1 mol65 gmol16.5 g。答案(1)Ag2OZn(2)Zn2e2OH=Zn(OH)2(3)增大(4)6.5
