1、 第二节化学电源明确学习目标1.了解和学习电池的分类、优点及适用范围。2.了解几类化学电池的构造、原理。3.掌握原电池电极反应式及总反应方程式的书写。一、化学电池一次电池1化学电池(1)概念：化学电池是将化学能变成电能的装置。(2)化学电池的分类化学电池2常见的一次电池碱性锌锰电池(1)组成：碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH。(2)工作原理负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2二、二次电池燃料电池1二次电池铅蓄电池(1)铅蓄电池的构造(2)铅蓄电池的工作原理放电和充电
2、是不同条件下的正、逆反应过程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l)铅蓄电池放电的电极反应如下：负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)正极：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)(3)铅蓄电池的优缺点优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。2氢氧燃料电池(1)组成：电极材料为Pt，负极通入H2，正极通入O2，电解质是H2SO4。(2)工作原理负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O总反应：2H
3、2O2=2H2O(3)优点：能量转换率超过80%，远高于普通燃烧过程。污染小，被誉为“绿色”发电站。1能做化学电池的原电池具有的条件是什么？提示：只有能持续地提供稳定电流的原电池才能做化学电池。这就要求原电池工作时，原电池反应的速率几乎不变，即电解质溶液中离子的浓度几乎不变，如碱性锌锰电池工作时c(OH)变化不大。2氢氧燃料电池的电解质改为KOH时的两极反应式怎么写？提示：若改为碱性环境时，两极反应式书写时要注意没有H生成和消耗，而有OH生成和消耗，其两极反应式为：正极：O24e2H2O=4OH；负极：2H24e4OH=4H2O。一、化学电池一次电池 1化学电池(1)分类种类特点(分类依据)实
4、例一次电池活性物质消耗到一定程度就不能再使用普通锌锰电池、碱性锌锰电池二次电池可以再充电使活性物质获得再生，可多次重复使用铅蓄电池燃料电池可通过不断充入还原剂、氧化剂连续使用氢氧燃料电池、甲烷燃料电池(2)优点化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。2一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。(1)特点一次电池不能充电，不能反复使用。(2)常见的一次电池种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：Zn正极：MnO2电解质：KOH负极：Zn正极：Ag2O电解质：KOH工作原理负极反应
5、Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2正极反应2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH总反应Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag性能与适用范围比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电即时练1废电池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为了利用电池外壳的金属材料B防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中的石墨电极答案B解析废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土
6、壤和水源造成污染，必须进行集中处理。2被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水与氯化锌组成的电解液。电池总反应为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法正确的是()A该电池的正极为锌B该电池反应中二氧化锰起催化作用C当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.2041023D电池正极反应式为2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH答案D解析由总反应式可知，二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B两项错误；电子只能经外电路流动，C项错误；电池负极反应式为Zn2OH2e
7、=ZnOH2O，用总反应式减去负极反应式得正极反应式为2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH。规律方法电极反应式的书写方法二、二次电池燃料电池 1化学电源中电极反应式的书写(1)先标出放电(原电池)总反应式中变价元素的化合价，确定电子转移的方向与数目，指出参与负极和正极反应的物质。即 负极：还原剂ne=氧化产物正极：氧化剂ne=还原产物根据原子守恒和电解质溶液的组成找出参加反应或生成的电解质溶液的成分。如铅蓄电池中：负极：Pb(还原剂)2eSO(电解质溶液中的离子)=PbSO4(氧化产物)(2)写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。如铅蓄电池的负极
8、反应式为PbSO2e=PbSO4。(3)在得失电子守恒的基础上，用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式。如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式减去负极反应式得到，即PbPbO24H2SO(PbSO2e)=2PbSO42H2OPbSO4，整理得：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。2燃料电池(1)燃料电池电极反应式的书写要求在电池的负极反应的物质一定是可燃物，燃料失电子发生氧化反应。电池的正极多为氧气或空气，得电子，发生还原反应，特别注意电解质酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平。电极材料一般不参加化学反应，只作电池反应物的载体。正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相加
9、后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加。(2)常见的四种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O24e2H2O=4OH负极：2H24e4OH=4H2O总反应：2H2O2=2H2OH2SO4正极：O24e4H=2H2O负极：2H24e=4H总反应：2H2O2=2H2O甲烷燃料电池KOH正极：2O24H2O8e=8OH负极：CH410OH8e=CO7H2O总反应：CH42O22KOH=K2CO33H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O26H2O12e=12OH负极：2CH3OH16OH12e=2CO12H2O总反应：2CH3OH3O24KOH=2K2CO
10、36H2O肼燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：N2H44OH4e=N24H2O总反应：N2H4O2=N22H2O即时练3关于铅蓄电池的说法正确的是()A在放电时，正极发生的反应是Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)B在放电时，该电池的负极材料是铅板C在放电时，负极质量不断变小D在放电时，SO移向正极答案B解析A项，正极发生还原反应，元素的化合价降低，因此正极反应式为PbO24HSO2e=PbSO42H2O，错误；B项，铅蓄电池中，铅板是负极材料，正确；C项，放电时，负极由Pb逐渐生成PbSO4，故负极质量不断增大，错误；D项，放电时阴离子移向负极。4(1)现有反应2H2
11、O22H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是_，正极通入的应是_，电极反应式分别为_、_。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解液，则电极反应式分别为_、_。(3)上述(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，(1)中溶液pH变_(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH变_。(4)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解液，则电极反应式分别为_、_ _。答案(1)H2O2负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O(3)小大(4)负极：CH410OH8e=CO7H2O正极：2O24H2O8e=8OH解析(3)由于(1)是在
12、碱性条件下反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而(2)中为酸性溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。本章归纳总结 1纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是()A使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极B使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极C正极的电极反应为Ag2O2eH2O=2Ag2OHDZn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应答案B解析由总方程式可以看出，负极
13、为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A正确，B错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C、D正确。2质子交换膜燃料电池(PEMFC)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答案C解析燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的，故错误。因为导电离子是H，且向正极移动，所以正极反应为O24H4e=2H2O，电子由负极通过外电路流向正极。3有四种燃料电池：A固体氧化物燃料
14、电池 B碱性氢氧化物燃料电池C质子交换膜燃料电池 D熔融盐燃料电池下面是工作原理示意图，其中正极反应生成水的是()答案C解析A项，正极反应生成O2；B项，正极反应生成OH；C项，正极反应生成H2O；D项，正极反应生成CO。4一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为：CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为：O24e2H2O=4OH答案C解析结合题意，该电池总反应
15、即是乙醇的氧化反应，不消耗H，故负极产生的H应向正极移动，A错误；酸性溶液中，正极电极反应为O24e4H=2H2O，D错误；转移0.4 mol电子时，消耗O2 0.1 mol，即标准状况下为2.24 L，B错误；正极反应式与负极反应式相加可得电池总反应为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2O，C正确。5(1)据报道，科研人员开发出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型电池，可供手机连续使用一个月。据此请回答以下问题：甲醇是_极，电极反应是_。电池反应的离子方程式是_。(2)一般来说，根据一个氧化还原反应便可设计一个原电池。例如，某种燃料电池的总反应是CH42O22OH=CO3H2O。在此燃料电池中，通CH4极是_极，通O2极是_极，每消耗1 mol CH4，转移电子_ mol，此电池的电解质溶液为_，负极发生的电极反应是_，正极发生的电极反应是_。答案(1)负CH3OH6e8OH=CO6H2O2CH3OH3O24OH=2CO6H2O(2)负正8KOH溶液(合理即可)CH48e10OH=CO7H2O2O24H2O8e=8OH
