1、基础课时4化学电源学习任务1.通过搜集、观察生活中常见的化学电源，了解化学电源的分类及废旧电池的处理方法等，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。2通过设计简单的燃料电池分析、体会化学电源的工作原理，电极构成及简单的电极反应式书写与判断，构建认知模型。一、化学电源1概念：是将化学能直接转化为电能的实用装置。2分类3化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有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。a干电池一次电池b.铅蓄电池 二次电池c.锌锰电池 燃料电池d.氢氧燃料电池 绿色电池提示：abcd、二、常见化学电源1锌锰干电池项目酸性锌锰干电池碱
2、性锌锰干电池电极锌筒作负极，石墨作正极电解质氯化铵和氯化锌氢氧化钾电极反应负极Zn2e=Zn2Zn2OH2e=ZnOH2O正极2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH电池反应Zn2MnO22NH4Cl=2NH3ZnCl2Mn2O3H2OZn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH2铅蓄电池(1)电极材料(2)电解质溶液：H2SO4溶液。(3)原理(4)特点：性能优良，造价低，可多次充放电；单位质量储存的电能少。3氢氧燃料电池(1)原理(电极反应及电池反应)。项目酸性燃料电池碱性燃料电池电极石墨电极材料电解质磷酸等酸性溶液KOH溶液电极反应负极2H24
3、e=4H2H24OH4e=4H2O正极O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池反应2H2O2=2H2O(2)特点：能量利用效率高、可连续使用和污染小等。微点拨：燃料电池的两电极不参与反应，而是燃料(还原性气体或液体)和氧气分别在两极发生反应。(正确的打“”，错误的打“”)(1)手机、手提电脑使用的电池为一次电池。()(2)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池工作时，负极反应相同。()(3)铅蓄电池放电时负极反应与充电时阴极反应相同。()(4)氢氧燃料电池的电极一般不参与反应。()提示：(1)手机、手提电脑使用的是二次电池。(2)酸性锌锰干电池负极反应为Zn2e=Zn2，碱性锌锰干电池负极反
4、应为Zn2OH2e=ZnOH2O。(3)铅蓄电池放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应。(4)铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸，工作时该电池的总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。试根据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(3)电流方向从_极流向_极。(4)充电时，铅蓄电池的负极与电源的_极相连接。解析铅蓄电池工作(放电)时，起原电池作用。根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知
5、，PbO2是氧化剂，即正极反应为PbO24HSO2e=PbSO42H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H转变成H2O，所以pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极即Pb电极，阳离子移向正极即PbO2电极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。答案(1)增大(2)Pb(3)PbO2Pb(4)负二次电池的工作原理一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H22NiOOH2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为电动汽车、卫星等的电源。1该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？提示：由H2OH知呈碱性。2放电时的电极反应式如何书写？提示：负极：H22OH2e=2H2O正
6、极：2NiOOH2H2O2e=2Ni(OH)22OH3充电时的电极反应式如何书写？提示：阴极：2H2O2e=H22OH阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O4电池充电时，外接电源的负极连接二次电池的哪个电极？提示：负极。1二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。2当蓄电池充电时就是通直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。3充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程。【例1】(2019全国卷)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Z
7、n(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l) ZnO(s)2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)C放电时负极反应为Zn(s)2OH(aq)2e=ZnO(s)H2O(l)D放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区DA项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生
8、氧化反应，元素化合价升高，失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)，正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)2OH(aq)2e=ZnO(s)H2O(l)，正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。借题发挥(1)放电一段时间后，电池中的电解质溶液的浓度怎样变化？(2)放电过程中正极区和负极区溶液的酸碱性怎样变化？提示：(1)浓度增大。因为电池在放电过程中消耗水，导致溶液的浓度增大。(2)根据电极反应式可以判断正极区溶液的碱性增强，负极区溶
9、液的碱性减弱。可充电电池电极反应式的书写方法已知电池总反应式书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；第二，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)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。1LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4LiLiFePO4。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是()A该电池可用H2SO4溶液作电解质溶液B该电池放电时，电池内部的Li向负极移动C该电
10、池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4e=FePO4LiD在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少CH2SO4溶液作电解质溶液时，将会与Li发生反应，A项错误；该电池放电时，阳离子Li移向正极，B项错误；该电池充电时，阳极发生的是失去电子的氧化反应，C项正确；在该电池的放电过程中，正极上不断有LiFePO4生成，正极的质量逐渐增大，D项错误。借题发挥(1)写出该电池放电时的正、负极反应式。(2)该电池能用水作电解质溶液吗？为什么？提示：(1)负极：Lie=Li；正极：FePO4Lie=LiFePO4。(2)不能。因为锂是活泼金属，可与水发生反应，故不能用水作电解质溶液，电解质可以为导电
11、固体。2(双选)生产铅蓄电池时，在两极板上的铅锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO42H2OPbO2Pb2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是()A需要定期补充硫酸B放电时Pb是负极，PbO2是正极C.放电时负极上发生的反应是Pb2eSO=PbSO4D放电时电解质溶液的密度增大AD由电池反应式可知，不需要定期补充硫酸，A项错误；铅蓄电池放电时，相当于原电池，则发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极，B项正确；放电时，负极上铅失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO结合生成PbSO4，电极反应式
12、为PbSO2e=PbSO4，C项正确；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也减小，D项错误。常见燃料电池的比较设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气以壬烷(C9H20)代表汽油，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。1该电池放电时发生的化学方程式如何书写？提示：该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应：C9H2014O2=9CO210H2O。2该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？提示：该电池的正极是氧气，得电子，
13、电极反应式是O24e=2O2。负极失去电子发生氧化反应。3固体电解质里的O2的移动方向是怎样的？提示：原电池中阴离子O2向负极移动。4向外电路释放电子的电极为哪一极？提示：负极。原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。5若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？提示：C9H2074OH56e=9CO47H2O。1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
14、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=2K2CO36H2O肼燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：N2H44OH4e=N24H2O总反应：N2H4O2=N22H2O2.燃料电池的工作原理一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不
15、管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。【例2】原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为：_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物做电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池，其负极反应式为：2CO2CO4e=4CO2。正极反应式是：_；总电池反应式是：_。解析(1)甲烷在反应时失去电子，故a电极是电
16、池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)正极发生还原反应，故正极电极反应式为：O22CO24e=2CO，根据正极反应式负极反应式总电池反应式，可推知总电池反应式应为：2COO2=2CO2。答案(1)aCH410OH8e=CO7H2O减小(2)O22CO24e=2CO2COO2=2CO2“三步法”书写燃料电池电极反应式1下图是某种酶生物燃料电池的工作原理示意图。下列说法中不正确的是()A葡萄糖是还原剂B外电路中电子由A极移向B极C溶液中H由B极区移向A极区DB极电极反应式为H2O22H2e=2H2OC根据图中信息可知，H2O2转化为 H2O，氧元素化合
17、价由1降为2，得到电子，发生还原反应，B极为燃料电池的正极，A极为燃料电池的负极。A、葡萄糖发生氧化反应作还原剂，选项A正确；B、外电路中电子由负极A极移向正极B极，选项B正确；C、电池中阳离子向正极移动，故溶液中H由A极区移向B极区，选项C不正确；D、B极为正极，H2O2得到电子发生还原反应，电极反应式为H2O22H2e=2H2O，选项D正确。2燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的K2CO3作电解质，惰性材料作电极，一极通CH2=CH2，另一极通O2、CO2。下列说法中不正确的是()A电池的总反应式为CH2=CH23O2=2CO22H2OB正极发生的电极反应为3O26CO2
18、12e=6COC负极发生的电极反应为CH2=CH26CO12e=8CO22H2OD通入乙烯的一极为正极D燃料电池中可燃性气体作负极，D项错误；该燃料电池的总反应式为CH2=CH23O2=2CO22H2O，产物CO2、H2O均不与熔融的K2CO3反应，A项正确；正极O2得到电子生成O2、O2与CO2反应生成CO，B项正确；总反应方程式减去正极反应方程式即为负极反应方程式，C项正确。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判断电池的正、负极只需看其正、负极材料的活泼性D氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源C电池的正、负极不仅与电极材料有关，还与
19、电解质溶液有关，C项错误。2微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种锌银电池，其电极材料分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应分别为Zn2OH2e=Zn(OH)2、Ag2OH2O2e=2Ag2OH，总反应为Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag。下列叙述正确的是()A在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极CZn是负极，Ag2O是正极DZn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应C根据电极反应可知Zn失电子被氧化，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，故C正确；负极(即Zn极)在反应时消耗OH，则负极区溶液的pH应减
20、小，故A错误；发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。3高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能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：Zn2OH2e=Zn(OH)2B充电时阳极反应：Fe(OH)35OH3e=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C该电池放电时负极发生氧化反应：Zn
21、2OH2e=Zn(OH)2，正极发生还原反应：FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH，电极附近溶液碱性增强，A、D正确，C不正确；充电时阳极发生氧化反应：Fe(OH)35OH3e=FeO4H2O，B正确。4某种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是_。(2)此电池的正极发生的电极反应式是_；负极发生的电极反应式是_。(3)电解液中的H向_极移动；向外电路释放电子的电极是_。(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是_。解析甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应为2CH3OH2H2O12e=2CO212H；氧气作正极，反应为3O212H12e=6H2O，两反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子传到正极上，故H向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正负极(4)产物对环境无污染
