选修4 第四章 第二节 化学电源讲义

1、 XXX同学XXXX年X月X日学案 【第X次】年级： 高二 选修： 4 第 四 章课题: 第二节 化学电源 一、教材新知识知识点一:一次电池与二次电池 1一次电池：只能放电不能充电，电量用完便不能再用的电池。一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了，如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等都是一次电池 2二次电池：可反复充电和放电的电池。二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这种电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等知识点二:一次电池 1碱性锌锰电池 碱性锌锰电池的构造如图，碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应为：

2、 负极：Zn2OH2e = Zn(OH)2 正极：2MnO22H2O2e = 2MnOOH(碱式氧化锰)2OH 总反应方程式：Zn2MnO22H2O = 2MnOOHZn(OH)2 注意：在使用过程中，电池负极区溶液pH减小 特点：比普通锌锰电池性能好，比能量和储存时间均有提高，可适用于大电流和连续放电 说明： 比能量：指该电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)/kg，(W·h)/L 判断一种电池的优劣或是否适合某种需要，主要看这种电池的比能量，或者输出功率的大小（比功率，单位是W/kg，W/L）以及电池的可储存时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而

3、输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要 2锌银电池 锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应为： 负极：Zn2OH2e = Zn(OH)2 正极：Ag2OH2O2e = 2Ag2OH 总反应方程式：ZnAg2OH2O = Zn(OH)22Ag 注意：在使用过程中，电池负极区溶液pH减小 特点：锌银电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电 3锂电池 锂电池用金属锂作负极，正极可以是MnO2、CuO、FeS2等，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫铣铁氯（SOCl2）中组成。锂电池的主要反应为： 负极：8Li8e = 8Li

4、正极：3SOCl28e = SO322S6Cl 总反应方程式：8Li3SOCl2 = 8LiClLi2SO32S 特点：锂电池是一种高能电池，有质量轻、电压稳定、工作效率高和贮存寿命长的优点知识点三:二次电池 铅蓄电池 铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液，如图所示。铅蓄电池放电的电极反应如下（PbSO4不溶于水）： 负极：Pb(s)SO42(aq)2e = PbSO4(s) 正极：PbO2(s)4H(aq)SO42(aq)2e = PbSO4(s)2H2O(l) 总反应方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) =

5、2PbSO4(s)2H2O(l) 注意：在使用过程中，电解质溶液pH不断增大，且SO42同时向两极移动 铅蓄电池的特点：电压稳定，使用方便、安全、可靠，同时可以循环使用 说明： 铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆反应，电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。 阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e = PbO2(s)4H(aq)SO42(aq) 阴极：PbSO4(s)2e = Pb(s)SO42(aq) 总反应方程式：2PbSO4(s)2H2O(l) = PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq) 可逆反应方程式为：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)充电

6、放电2PbSO4(s)2H2O(l) 有关二次电池的充电原理及电极，将在电解池一节中加以讲述知识点四:燃料电池 1燃料电池 燃料电池是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。燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，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 2氢氧燃料电池 如图所示，以H2为燃料，O2为氧化剂，Pt作电极，使用酸性电解质溶液，在负极室通入H2，它在Pt电极上被催化分解为H原子，再失去电子成为H进入电解质溶液，透过隔膜，进入正极室；在正极室通入O2，经过Pt电极的催化

7、，O2、H在正极上放电生成H2O，电极反应式分别为： 负极：2H24e = 4H 正极：O24e4H= 2H2O 总反应方程式为：2H2O2 = 2H2O 说明： 若用Na2SO4溶液作电解质溶液： 负极：2H24e = 4H 正极：O24e2H2O = 4OH 总反应方程式为：2H2O2 = 2H2O 若为NaOH溶液作电解质溶液，则电极反应式分别是： 负极：2H24e4OH = 4H2O 正极：O24e2H2O = 4OH 总反应方程式为：2H2O2 = 2H2O 注意：电极反应式的生成物受溶液酸碱性的影响。书写电极反应式时，一定要重视电解质溶液的成分及溶液的酸碱性，因为它会影响生成物的存

8、在形式。可见，看清楚电解质溶液的成分相当重要二、热点考向讲解及分析考向一:常见的一次电池 1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)2MnO2(s)H2O(1) = Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列说法错误的是（ ） A电池工作时，锌失去电子 B电池负极的电极反应式为Zn2e2OH= Zn(OH)2 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，锌的质量理论上减小6.5 g 2ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。 （1）该电池的负极材料是 。

9、电池工作时，电子流向 （填“正极”或“负极”）。 （2）若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的 （填代号）。 aNaOH bZn cFe dNH3·H2O （双选）3微型纽扣电池在现代生活中有广泛使用，有一种银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：Zn2OH2e = ZnOH2O Ag2OH2O2e = 2Ag2OH。根据上述反应式，判断下列叙述正确的是（ ） A在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 B在使用过程中，电极负极区溶液的pH减小 CZn是负极，Ag2

10、O是正极 DZn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 总结：原电池的考点、考查的题型 1、电极方程式的书写普通电池和燃料电池 2、正负极放电过程中的现象 3、电解质溶液阴阳离子的移动方向 4、电解质溶液的pH变化 5、盐桥中阴阳离子的移动方向中和电荷 6、正负极判断及其反应类型 7、牺牲阳极的阴极保护法 8、电子流向与电流方向 9、构成原电池可加快化学反应速率（一般在实验题或工艺流程图题考） 10、原电池的设计考向二：二次电池 1铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为PbPbO22H2SO4 = 2PbSO42H2O，下列结论正确的是（ ） APb为正

11、极被氧化 B溶液的pH不断减小 CSO42只向PbO2处移动 D电解质溶液pH不断增大 2在铅蓄电池充、放电的过程中，发生还原反应的电极是（ ） A充电时的阴极和放电时的负极 B充电时的阴极和放电时的正极 C充电时的阳极和放电时的负极 D充电时的阳极和放电时的正极 3关于铅蓄电池PbPbO22H2SO4充电放电PbSO42H2O的说法正确的是（ ） A在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)SO42(aq) = PbSO4(s)2e B在放电时，该电池的负极材料是铅板 C在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)2e = Pb(s)SO42(aq) 4银锌

12、电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为：2AgZn(OH)2 放电充电 Ag2OZnH2O，则此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ），阳极上发生反应的物质是（ ） AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn考向三：燃料电池的电极方程式书写以H2、CH3OH燃料电池为例 1. 氢氧燃料电池酸、碱性条件下的正负极电极方程式 （1）酸性条件下： 总反应式为2H2+O2=2H2O 负极：2H2-4e-=4H+，正极：O2+4e-+4H+=2H2O （2）碱性条件下： 总反应式为2H2+O2=2H2O 负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O，正极：O2+4e-+2H2O=4O

13、H- 【说明】 引导学生先写出总反应式，然后画双线桥标明电子得失情况，然后据此写出电极方程式；有了双线桥法写电极方程式还不够，还要考虑离子共存问题，如碱性条件下的负极方程式需要注意2molH2失去4mol电子后生成的H+在碱性条件下不能存在，故其电极反应式需要加多4molOH-然后生成水； 注意-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。故在氢氧燃料电池中，-2价的氧原子只能以H2O或OH-的形式存在；其他燃料电池也是如此具体可参考鲁科版教材P26的“追根寻源”： 也可以死记硬背氧气在不同条件下的正极方程式，然后再用总反应式减去氧气的电极反应式就可得到负极方程式。 2. 甲

14、醇燃料电池分别在H2SO4溶液、KOH溶液、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物和固体氧化锆氧化钇（这种固体电解质在高温下允许氧离子O2在其间通过）作为电解质的正负极电极方程式 （1）H2SO4(aq)作电解质溶液： 总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 负极：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极：O2+4e-+4H+=2H2O 负极方程式的写法： 对总反应式画双线桥分析其得失电子情况 根据双线桥法可初步写出CH3OH-6e- =CO2 根据电荷守恒，左边6个正电荷，右边无电荷，有两种方法让其电荷守恒：反应式左边添加阴离子（H2SO4溶液中大量存在的、在离子方程式

15、中可拆成离子的阴离子只有SO42-）抵消掉6个正电荷，使反应式左右两边电荷数为0；右边添加6个正电荷（H2SO4溶液中大量存在的、在离子方程式中可拆成离子的阳离子只有H+），使左右两边均有6个正电荷； 根据原子守恒，左边有1个O和4个H，右边2个O没有H，需要在反应式左边添加一个含氧元素的物质来源（H2SO4溶液能提供O元素的粒子有H2O和SO42-），右边需要加上一个含氢粒子（在H2SO4溶液考虑生成H2O或H+） 综合考虑和，反应式左边应添加H2O，右边应添加H+，然后将其配平则负极方程式的书写完成。 （2）NaOH(aq)作电解质溶液 总反应式为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32

16、-+6H2O（需要注意碱性条件下CO2与OH-不能共存） 负极：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 负极方程式的写法： 对总反应式画双线桥分析其得失电子情况 根据双线桥法可初步写出CH3OH-6e- =CO32- 根据电荷守恒，左边6个正电荷，右边2个负电荷，有两种方法让其电荷守恒：反应式左边添加阴离子（NaOH溶液中大量存在的、在离子方程式中可拆成离子的阴离子只有OH-）并配平使反应式左右两边均有2个负电荷；右边添加阳离子（NaOH溶液中大量存在的、在离子方程式中可拆成离子的阳离子只有Na+）使左右两边均有6个正电荷； 根据原子守恒，左

17、边有1个O和4个H，右边3个O没有H，需要在反应式左边添加一个含氧元素的物质来源（NaOH溶液中能提供O元素的粒子有H2O和OH-），右边需要加上一个含氢粒子（在NaOH溶液中考虑生成H2O或OH-） 综合考虑和，反应式左边应添加OH-，右边应添加H2O，然后将其配平则负极方程式的书写完成。 （3）Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质： 总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O （注意不要以为还有后续反应：CO32-+CO2+H2O=2HCO3-，碳酸氢钠的热稳定性很差） 负极：CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2+2H2O，正极：O2+4e-+2CO2=2CO32

18、- 负极方程式的写法： 对总反应式画双线桥分析其得失电子情况 根据双线桥法可初步写出CH3OH-6e- =CO2 根据电荷守恒，左边6个正电荷，右边无电荷，有两种方法让其电荷守恒：反应式左边添加阴离子（Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物中阴离子只有CO32-）抵消掉6个正电荷，使反应式左右两边电荷数为0；右边添加6个正电荷（Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物中阳离子有Li+和Na+），使左右两边均有6个正电荷； 根据原子守恒，左边有1个O和4个H，右边2个O没有H，需要在反应式左边添加一个含氧元素的物质来源（Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物中含氧元素的粒子只有CO32-），

19、右边需要加上一个含氢粒子（在Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物中考虑生成H2O，基于碳酸氢钠的不稳定性以及电荷守恒，不考虑生成H+） 综合考虑和，反应式左边应添加CO32-，右边应添加H2O，然后将其配平则负极方程式的书写完成。 （4）固体氧化锆氧化钇（这种固体电解质在高温下允许氧离子O2在其间通过）作为电解质 总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 负极：CH3OH-6e-+3O2-=CO2+2H2O，正极：O2+4e-=2O2- 1.（1）阿波罗宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电极反应式为： 2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH- 在负极发生反

20、应的物质是 ，负极发生的是 （填“氧化”或“还原”）反应，电池反应是 。 （2）在下图所示装置中，试管A、B中的电极为多孔惰性电极；C、D为两个铂夹，夹在被Na2SO4溶液浸湿的滤纸条上，滤纸条的中部滴有KMnO4液滴；电源有a、b两级。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中，断开K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示，则：标出电源的正、负极：a为 极，b为 极。在湿的Na2SO4滤纸条中部的KMnO4液滴处有什么现象发生？写出电极反应式：A中 ，B中 。若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则检流计的指针是否移动？ （填“是”或“否

21、”），其理由是 。 2下列关于化学电源的叙述错误的是（ ） A普通锌锰干电池中碳棒为正极 B铅蓄电池中覆盖着PbO2的电极板是负极板 C氢氧燃料电池的正极是通入氧气的那一极 D碱性锌锰干电池的比能量和储存时间比普通锌锰干电池高 （双选）3右图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ） Aa电极是负极 Bb电极的电极反应为：4OH4e = 2H2OO2 C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D氢氧燃料电池是一种需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的发电装置 （双选）4燃料电池是燃料（如CO，H2，CH4）等跟O2（或空气）起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是

22、强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（ ） A通入氧气的一极发生氧化反应，通入甲烷的一极发生还原反应 B负极反应式：CH410OH8e = CO327H2O C随着放电的进行，电解质溶液的pH保持不变 D放电时溶液中的阴离子向负极移动 5如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用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。下列说法正确的是（ ） A左电极为电池的负极，a处通入的物质是空气 B右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气 C负极反应式为：CH3OHH2O

23、6e= CO26H D正极反应式为：O22H2O4e= 4OH 6熔融盐燃料电池具有高的发电效率，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的混合气体为正极助燃气，制得在650下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO2CO324e = 4CO2正极反应式：_电池总反应式：_ 7（05广东，双选）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是（ ）A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是：2C4H1

24、013O2 = 8CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e = 2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H1026e13O2 = 4CO25H2O 8. 根据2CrO422H+ Cr2O72H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的 极，其电极反应式为 。 9. (2014肇庆5月月考)铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。 高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe2NaOH2H2ONa2FeO43H2，则电解时阳极的电极反应式是 。 高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质

25、中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为 。 三、随堂基础巩固 1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。锌锰碱性电池以KOH为电解质，电池总反应式为：Zn2MnO22H2O = 2MnOOHZn(OH)2。下列说法错误的是（ ） A电池工作时，锌失去电子 B电池正极的电极反应式为：MnO2H2Oe=MnOOHOH C外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g D锌锰碱性电池是二次电池，所以性能比普通锌锰电池好 2ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。 （1）该电池的负极材料是 。电池工

26、作时，电子流向 （填“正极”或“负极”）。 （2）若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的 （填代号）。 aNaOH bZn cFe dNH3·H2O 3国外最新研制的溴锌蓄电池的基本结构是用碳棒作两极，电解质是溴化锌溶液。锌溴电池的总反应式为ZnBr2充电放电Zn22Br，现有四个电极反应：Zn2e = Zn2 Zn22e = Zn Br22e = 2Br 2Br2e = Br2那么充电时的阳极反应和放电时的负极反应分别是（ ） A B C D 4锌溴电池的总反应式为ZnBr2充电放电Zn22Br，下列

27、说法不正确的是（ ） A电池充电时，溴元素在阳极被氧化 B电池放电时，溴元素在正极被还原 C电池充电时，锌被氧化 D电池放电时，锌是负极 （双选）5氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是1/2H2NiO(OH) 充电放电 Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述正确的是（ ） A电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化 C电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，H2在负极放电 6锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可以表示为：2AgZn(OH)2Ag2OZnH2O，回答下列有关问题： （1）电池的

28、放电过程是_（填或） （2）该电池属于_性电池（填“酸”、“碱”或“中”） （3）写出充电时的电极反应式：阳极_ 阴极_ （4）充电时，电池的阳极应接电源的_极。 （5）试简述回收该种废电池的意义。_ 7一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如2Fe3+Cu = 2Fe2+Cu2+，可以写成：氧化反应：Cu2e = Cu2+；还原反应：2Fe3+2e = 2Fe2+（或Fe3+e = Fe2+）。 （1）根据以上信息将反应3NO2H2O = 2H+2NO3NO拆分成两个“半反应式”： 氧化反应式 ； 还原反应式 。 （2）已知某

29、一反应的“半反应式”为：CH410OH8e = CO327H2O；O22H2O4e= 4OH，则总反应式为： 。 8据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH3O24OH充电放电2CO326H2O，则下列说法错误的是（ ） A放电时CH3OH参与反应的电极为正极 B充电时电解质溶液的pH逐渐增大 C放电时负极的电极反应为：CH3OH6e8OH = CO326H2O D充电时每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子四、课后作业一、选择题 （双选）1阿波罗号

30、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2O2 = 2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，则下列叙述中正确的是（ ） A此电池能发出蓝色火焰 BH2为正极，O2为负极 C工作时，电解质溶液的pH不断减小 D电极反应为负极：2H24OH4e = 4H2O； 正极：O22H2O4e = 4OH 2据报道，美国正在研究用锌电池取代目前广泛使用的蓄电池，它具有容量大、污染少的特点，其电池反应为：2ZnO2 = 2ZnO，其原料为锌、空气和碱性电解质溶液，则下列叙述正确的是（ ） A锌为正极，空气在负极反应 B负极反应式为：Zn2OH2e = ZnOH2O C正极反应式为：O24H4e = 2H2O