1、成才之路 化学路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修电化学基础 第四章 第二节 化学电源第四章 新知识导学探究2新思维名师讲堂3新考题随堂自测4新视点专家博客6新提升达标作业5新情境激趣入题1新情境激趣入题现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。你知道化学电池是怎样分类的吗？电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等。一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。新知识导学探究
2、新知导学1化学电池：是利用_原理，将_转变为_。2化学电池的分类化学电池 电池如普通锌锰电池 电池如铅蓄电池 电池如氢氧燃料电池原电池 化学能 电能一次 二次 燃料3化学电池的优点(1)化学电池的_较高，供能稳定可靠。(2)可以制成各种_，不同_和_的电池及电池组。(3)使用方便，易于维护。能量转换效率 形状和大小 容量 电压4判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量或单位体积所能_的多少，单位(Wh)/kg 或(Wh)/L。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能_的大小，单位 W/kg 或 W/L。(3)电池的_的长短。输出电能 输出功率 可储存时间5碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是_
3、，正极是_，电解质是_，其电极反应为：负极：_；正极：_；总反应方程式为：_。特点：比_电池性能好，_和_均有提高，可适用于_和_。锌片 MnO2 KOH Zn2e2OH=Zn(OH)2 2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2 普通锌锰 比能量 可储存时间 大电流 连续放电6铅蓄电池反应表示为：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)放电充电 2PbSO4(s)2H2O(l)铅蓄电池的优点：_、_、_、_，又可以循环使用。缺点：_、_，_。电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 比能量低 笨重 废弃电池，污染环境7氢氧燃料电池氢氧燃料
4、电池以_为燃料，_为氧化剂，铂作电极，当用 KOH 溶液为电解液，电极反应、电池反应分别为：负极：_；正极：_；总反应式：_。8废旧电池的处理_利用废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的_，而且也是对_的节约。H2 O2 2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH 2H2O2=2H2O回收 破坏 资源1回收废旧电池的意义是什么？提示：废旧电池中含有汞、镉、铬、铅等大量毒性很强的重金属，随处丢弃会给土壤、水源等环境造成严重的污染，并通过食物链给人体健康造成威胁和危害。另一方面，如果能回收再利用这些废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。自主探究2二次电池充电、放
5、电时两极发生的反应相同吗？提示：不相同。电池放电时，负极发生氧化反应，充电时，作阴极发生还原反应；放电时，正极发生还原反应，充电时，作阳极发生氧化反应。3化学电源电极反应遵循最基本的规律是什么？提示：无论什么电池，电极反应规律都是负极失电子被氧化，正极得电子被还原；两极间得失电子守恒。4(1)二次电池的充电过程和放电过程有何本质区别？(2)蓄电池经过多次充电和放电使用后，需要给蓄电池补充硫酸吗？提示：(1)从能量转换角度考虑。充电过程是电能转化成化学能，放电过程是化学能转化成电能。(2)蓄电池在充电和放电过程中发热，电解质溶液中的水分会不断损失，使硫酸浓度增大，需要补充蒸馏水。新思维名师讲堂1
6、书写要遵循的原则原电池两电极上分别发生氧化反应、还原反应，因此，电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写化学式，其余的以离子符号表示。正极反应、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。化学电池电极反应式的书写教材点拨2电极反应式的书写类型(1)根据装置书写电极反应式先分析题目给定的图示装置，确定原电池的正负极上的反应物质。电极反应式的书写负极：活泼金属或 H2 失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：PbSO24 2e=PbSO4。正极：阳离子得到
7、电子生成单质或 O2 得到电子，若反应物是 O2，则有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性：O22H2O4e=4OH电解质溶液呈酸性：O24H4e=2H2O正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。(2)给出总反应式，写电极反应式。各类电极反应式的一般书写步骤为：列出物质，标电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。如以 2H2O2=2H2O 为例，当电解质溶液为 KOH 溶液时的电极反应式的书写步骤：负极反应式的书写；根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为 H2，转移电子数为 4e：2H24e=4H。根据电解质溶液的酸碱性，用 H或 OH或其他离子配平，使两边电
8、荷总数相等。2H24e4OH=4H2O注意：电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不出现H；利用 H2O 使两边的元素守恒，即得：2H24e4OH=4H2O。同理，正极反应式的书写如下：O24e=2O2；O24e2H2O=4OH，注意在碱性溶液中提供 H使 O2变为 OH的是水，要写成化学式的形式。将正负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。(3)可充电电池电极反应式的书写可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与
9、充电时的阳极反应式相反。(4)给出电极反应书写总反应方程式。根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意若反应式同侧出现不能共存的离子，如 H和 OH、Pb2和 SO24，要写成反应后的物质，如 H2O、PbSO4。提示：解答书写有关电极反应式的题目时，应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而做出合理的判断。书写燃料电池电极反应式时，不仅要看正、负极上氧化剂、还原剂得失电子后生成的产物，还要看生成的产物是否与电解质溶液反应。正负极电极反应式相加可得原电池反应
10、的化学方程式，但前提是两电极反应式中得失电子数相等。若电解质为弱电解质，在叠加电极反应式时应把离子改写为相应的弱电解质分子。(1)美国“阿波罗”宇宙飞船中使用的氢氧燃料电池，其构造如下图所示：典例透析KOH作电解质，其反应为：2H2O2=2H2O，则负极通入的是_，电极反应式为：_；正极通入的是_，电极反应式为：_。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为：负极_，正极_。(3)如把H2改为CH4，KOH作导电物质，则电极反应式为：负极_，正极_。【解析】根据原电池的原理，负极发生氧化反应，电子流出；正极发生还原反应，电子流入；燃料电池燃料为负极，氧化剂为正极。(1)KOH 作
11、电解质，则负极通入的是 H2，因为电解质溶液显碱性，所以氢气失去电子变成 H后将与 OH结合生成水，电极反应式为：2H24OH4e=4H2O。正极通入的是 O2，氧气得到电子变成 O2后将与 H2O 结合生成 OH，电极反应式为：O22H2O4e=4OH。(2)稀 H2SO4 作电解质时，溶液显酸性，所以氧气得到电子变成 O2后将与 H结合生成水，正极反应为 O24H4e=2H2O，负极反应为 2H24e=4H。(3)把 H2 改为 CH4，KOH 作导电物质，则负极通入的是CH4，因为电解质溶液显碱性，所以甲烷失去电子后将与 OH反应生成水和 CO23，利用反应前后电荷守恒，配平负极反应方程
12、式：CH410OH8e=CO23 7H2O。【答案】(1)H2 2H24OH4e=4H2OO2 O22H2O4e=4OH(2)2H24e=4HO24H4e=2H2O(3)CH410OH8e=CO23 7H2O2O24H2O8e=8OH【点评】燃料电池电极反应式书写应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体，失去电子发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体，得到电子发生还原反应。(2)写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式中不能出现 H；在酸性电解质中，电极反应式中不能出现 OH。(3)正、负两极的电极反应式在得失电子
13、相等时相加，所得电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。1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 极 放 电 时 发 生 的 化 学 反 应 方 程 式 是_。(2)此 电 极 的 正 极 发 生 的 电 极 反 应 式 是 _；负 极 发 生 的 电 极 反 应 式 是 _。变式训练(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
14、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1各种化学电源特点的比较常见的化学电源教材点拨名称一次电池(干电池)二次电池(充电电池或蓄电池)燃料电池定义发生氧化还原反应的物质消耗到一定
15、程度，就不能再使用放电后可以再充电使发生氧化还原反应的物质获得再生一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池名称一次电池(干电池)二次电池(充电电池或蓄电池)燃料电池特点电解质溶液制成胶状，不流动可以多次重复使用与一般化学电池不同，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，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池铅蓄电池、氢镍电池、镉镍电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池2.常见化学电池的电极反应和总反应式(1)一次电池普通干电池(Zn、MnO2、NH4Cl、C)负极：Zn2e=Zn2正极：2NH4 2e
16、=2NH3H2总式：2NH4 Zn=2NH3H2Zn2碱性锌锰电池(Zn|KOH|MnO2)负极：Zn2OH2e=ZnOH2正极：2MnO22H2O2e=MnOOH2OH总式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZnOH2锌银电池(Zn|KOH|Ag2O)负极：Zn2OH2e=ZnOH2正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH总式：ZnAg2OH2O=ZnOH22Ag(2)二次电池铅蓄电池(Pb|H2SO4|PbO2)负极：PbSO24 2e=PbSO4正极：PbO24HSO24 2e=PbSO42H2O总式：PbPbO22H2SO4 放电充电 2PbSO42H2O氢镍电池(H2|OH|NiOO
17、H)负极：H22OH2e=2H2O正极：2NiOOH2H2O2e=2NiOH22OH总式：2NiOOHH2 放电充电 2NiOH2(3)燃料电池氢氧燃料电池(H2|H|O2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O总式：2H2O2=2H2O氢氧燃料电池(H2|OH|O2)负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH总式：2H2O2=2H2O提示：燃料电池的电极材料比较特殊(电极本身不参与反应)，所以从电极材料上很难判断电池的正负极。通常是利用电池总反应式，还原剂为电池的负极反应物，充入还原剂的电极为负极；氧化剂为电池的正极反应物，充入氧化剂的电极为电池的正极。(20
18、15南京师大附中检测)(双选)一种纽扣微型电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液是KOH溶液，俗称锌银电池，该电池的总反应为ZnAg2O=ZnO2Ag。根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是()A锌为负极，Ag2O为正极B放电时正极附近溶液的pH升高C放电时负极附近溶液的pH升高D溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动典例透析【解析】由氧化还原反应可看出Zn的化合价由02，失电子，因此Zn为负极；Ag2O中的Ag的化合价由10，得电子，因此Ag2O为正极。负极Zn2e=Zn2，Zn2与OH结合生成Zn(OH)2，其电极总反应为Zn2e2OH=Zn(OH)2，使负极区pH降低；
19、而正极Ag2O2e=2AgO2，在KOH溶液中O2会与H2O结合生成OH，其电极总反应为Ag2O2eH2O=2Ag2OH，正极区溶液pH升高。原电池中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，故A、B两项正确。【答案】AB变式训练2(2015西安交大附中高二检测)生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金上均匀涂上膏状的 PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO42H2O充电放电 PbO2Pb2H2SO4下列对铅蓄电池的说法中错误的是()A需要定期补充硫酸B工作时铅是负极，PbO2 是正极C工作时负极上发生的反应是 Pb2eSO24=PbSO4D工作时电解质溶液的密度减小解析：铅蓄
20、电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的物质作负极，发生还原反应的物质作正极，所以 Pb 是负极，PbO2 是正极；在工作时，负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的 SO24 生成 PbSO4 沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等；故 H2SO4 不用定期补充；放电时，H2SO4 被消耗，溶液中的 H2SO4 的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。答案：A新考题随堂自测1下列有关锌锰干电池的说法中正确的是()A锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料B在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C电流从锌流到碳棒上D在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动解析：在锌锰干电池中，锌外壳是负极，
21、石墨碳棒是正极，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，电流的方向与电子的流向相反，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故A正确，B、C、D错误。答案：A2(2015湖南长沙一中月考)已知空气锌电池的电极反应式为：(锌)Zn2OH2e=ZnOH2O，(石墨)12O2H2O2e=2OH，据此判断锌片是()A负极，并被氧化B负极，并被还原C正极，并被氧化D正极，并被还原解析：负极为失电子的活泼金属，发生氧化反应。答案：A3(2015河北邯郸高二期末)碱性锌锰电池的总反应为Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH，下列说法不正确的是()A该电池中Zn为负极，MnO2为正极，电解质溶液是KOH溶液B放电
22、时外电路电流由Zn极流向MnO2极C电池工作时OH向锌极移动D该电池的正极反应为MnO2eH2O=MnOOHOH解析：放电时，Zn为负极，MnO2为正极，电子从负极Zn流向正极MnO2，电流方向与电子流向相反，故B项错误。答案：B4(2015陕西渭南中学测试)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电。该电池负极反应为()AH22OH2e=2H2OBO24H4e=2H2OCH22e=2HDO22H2O4e=4OH解析：负极失去电子发生氧化反应，在酸性条件下，氢气失去电子生成H，C正确。答案：C5航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来
23、源，燃料电池一般指采用 H2、CH4、CO、C2H5OH 等可燃物质与 O2 一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟”九号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的，该电池以 KOH 溶液为电解质，其总反应的化学方程式为 CH42O22OH=CO23 3H2O。(1)写出正极反应式：_。(2)消耗标准状况下的 5.6 L O2 时，有_mol 电子发生转移。(3)开始放电时，正极附近溶液 pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。解析：以KOH溶液为电解质，正极反应为O22H2O4e=4OH，故消耗标准状况下的5.6 L O2(即0.25 mol)时，有0.25 mol
24、41 mol电子发生转移，因正极生成OH，故溶液的pH增大。答案：(1)O22H2O4e=4OH(2)1(3)增大新提升达标作业（点此链接）新视点专家博客氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H瞬即与溶液中大量存在的OH结合生成水。因此，实际发生的电极反应为：H22OH2H2O2e如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：H22H2e类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为2价。通常情况下，2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，2价的氧原子则只能存在于水分子和OH中。如果是酸性条件，还原产生的2价的氧原子与周围的H结合生成水，电极反应为：O24H4e2H2O如果反应条件为中性或碱性，2价的氧原子主要存在于OH中，因此电极反应为：O22H2O4e4OH由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。