高中化学学案【化学电源】

化学电源

目标与素养：1.了解化学电源的分类。（宏观辨识）2.了解常见的化学电源及

其工作原理。（微观探析）3.了解化学电源的广泛使用及对环境的影响。（社会责任）

自主预习€＞摆新Ml

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匚基础知识填充二

1.化学电源的分类

2.常见电池

（1）锌镒干电池

项目酸性锌镒干电池碱性锌镒干电池

电极锌筒作负极,石墨作正极

电解质氯化钱和氯化锌氢氧化钾

电Zn+2OH--2e-=ZnO

负极Zn-2e==Zn2+

极

+H2O

反MnO2+2H2O+2e-

正极2NH4+2e==2NH+H

应32

==Mn(OH)2+2OH-

电池

Zn4-2NH4Cl=ZnC12+2NH3Zn+MnO2+H2O

反应

+H2=ZnO+Mn(OH)2

（2）铅蓄电池

「负极：钳

①电极材料，

〔正极：二氧化铅

②电解质溶液：30%H2s。4溶液。

③原理。

负极

Pb+SOi--2e-=PbSO4

放电时+

正极+PbO2+4H+SOl-4-2e-=PbSO4+2H2O

(原电池)

总反应式

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

图吸*PbSO4+2e-=Pb+SO%-

+

充电时阳极.PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SOi-

(电解池)

总反应同2PbS()4+2H2O=PbO2+Pb+2H2s。4

④特点：性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放

的电能小。

(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

电负极+

2H2-4e==4H2H2+4OH-4e-=4H2O

极

反正极+-

O2+4H+4e==2H2OO2+2H2O+4e==4OH

应

电池反应

2H24-O2=2H2O

②特点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。

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。

「7预习效果验收「

1.判断对错(对的在括号内打，错的在括号内打“X”。)

⑴手机、电脑使用的电池为一次电池。

(2)酸性锌铳干电池和碱性锌镒干电池工作时，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。

+

⑸氢氧燃料电池的负极反应为：H2-2e=2Ho

［提示］(1)X手机、电脑使用的是二次电池。

(2)X酸性锌疑干电池负极反应为Zn-2e-==Zn2+,碱性锌镂干电池负极

反应为Zn+2OH-—2e==ZnO+H2Oo

(3)X铅蓄电池放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应。

(4)J

_-

(5)X氢氧燃料电池在碱性环境中的负极反应为H2+2OH-2e

=2H2OO

2.下列电池属于一次电池的是()

A.锌镒干电池B.铅蓄电池

C.锂电池D.氢氧燃料电池

A［铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。］

3.燃料电池是一种新型电池，它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化

为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下：

-

X极：1o2+H2O+2e==2OH；

-

Y极：H2+2OH--2e==2H2Oo

下列判断中，正确的是()

A.X极是负极

B.Y极是正极

C.Y极发生还原反应

D.Y极发生氧化反应

［答案］D

核心突破。及重姬

HEX1NTUPOGCZGZHONGZAN

淑难点1二次电池工作原理

1.二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充扫

码

看

放电过程相反。做

课

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。

—正极一还原反应

I.放电时，电极一

一负极一氧化反应

—阳极一氧化反应

II.充电时，电极一

一阴极一还原反应

【例1】LiFePCh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FePCh+Li餐宴LiFePCh。下列有关LiFePCh电池的说

充电

法正确的是()

A.该电池可用H2s04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.该电池充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4-e-==FePO4+Li+

D.在该电池的放电过程中，电池正极的质量逐渐减少

C［H2s04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LiFePCh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？

++

［答案］(1)负极：Li-e"==Li；正极：FePO4+Li+e==LiFePO40

(2)不能。因为锂是活泼金属，可与水发生反应，故不能用水做电解质溶液,

电解质可以为导电固体。

训练

1.已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接

线柱，一个接线柱旁标有“+”，另一个接线柱旁标有“一”。关于标有“一”

的接线柱，下列说法正确的是()

A.充电时作阳极，放电时作正极

B.充电时作阳极，放电时作负极

C.充电时作阴极，放电时作负极

D.充电时作阴极，放电时作正极

C［“一”接线柱放电时为原电池的负极，失去电子发生氧化反应，充电

时与外接电源负极相连，作电解池的阴极，得到电子发生还原反应，C项正确。］

2.生产铅蓄电池时，在两极板上的铅睇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2PbSO4+2H2O圣事PbCh+Pb

放电

+2H2so4。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Pb-2e+SOF==PbSO4

D.放电时电解质溶液的密度减小

A［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

2+

成Pb,Pb2+与溶液中的S0M结合生成PbSO4,电极反应式为Pb+SOi--2e

-=PbSO4,C项正确；放电时，H2s04被消耗，溶液中H2s04的物质的量浓

度减小，所以溶液的密度也减小，D项正确。］

更难点多电极反应式书写方法

1.一般电极反应式的书写

|列物质|

|标得失|—判断出电极反应产物，找出得失电子的数量

电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定

|看环境|存在，如碱性介质中生成的H+应让其结合

|配守恒生成水。电极反应式要根据电荷守恒、

质量守恒、电子守恒等加以配平

|两式加|

|验总式|—两电极反应式相加，与总反应式对照验证

2.复杂电极反应式的书写

复杂电极反应式=总反应式一较简一极电极反应式

【例2】用CH30H气体代替H2作燃料，则得到甲醇燃料电池。

写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。

(l)CH3OH-NaOH溶液一O2构成的燃料电池：

负极反应式：,

正极反应式：,

总反应式：o

(2)CH3OH-H2SO4溶液一O2构成的燃料电池：

负极反应式：,

正极反应式：,

总反应式：»

［答案］(l)2CH3OH+16OH-12e-=2COr+l2H2。3O2+6H2O+12e

-=12OH_2CH3OH+3O2+4OH==2COr+6H2O

+

(2)2CH3OH+2H2O-12e==2CO21+12H

+

3O2+12H+12e==6H2O2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

方法技巧」

⑴酸溶液作电解质：CxHy或CxH,Qz氧化后的存在形式为CO2O

⑵碱溶液作电解质：C*Hy或CxHyOz氧化后的存在形式为COFo

1.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K2c03

作电解质，惰性材料作电极，一极通CH2==CH2,另一极通。2、CO2o下列说

法中不正确的是()

A.电池的总反应式为CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O

B.正极发生的电极反应为3O2+6CO2+12e-=6COT

C.负极发生的电极反应为CH2==CH2+6COF-12e==8CO2+2H2O

D.通入乙烯的一极为正极

D［燃料电池中可燃性气体做负极，D项错误；该燃料电池的总反应式为

CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O,产物CO2>H2O均不与熔融的K2c。3反应，

A项正确；正极02得到电子生成。2-、。2-与CO2反应生成COT,B项正确；

总反应式减去正极反应式即为负极反应式，C项正确。]

2.氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料（出）和氧化剂（02）,分别在两

极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是。

写出氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式：

介质负极反应式正极反应式

酸性

碱性

+

［答案］2H2+O2==2H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-==2H2O2H2

-4e+4OH==4H2OO2+2H2O+4e==4OH

当堂达标。提素养

DAZCTANGDABIACTISUYAZG

1.锌镒干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn（s）+2MnO2（s）+

2NHj（aq）=Zn2+（aq）+Mn2O3（s）+2NH3（g）+H2O⑴，在如图所示装置中，电池

放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是（）

I-

OO00

。O00

。O00用©和Mn6

。00

O^^

OO0-

OO00

OOOO一锌筒

I_

碳棒

A.ZnB.碳

C.MnCh和NH]D.Zip+和N%

C[Zn在负极上被氧化得到Zn2+：MnCh、NH1在正极上被还原得到

Mn2O3>NH30]

2.氢氧燃料电池是将七和02分别通到浸入20%〜40%（质量分数）的KOH

溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2+O2=2H2。，则下列叙述正确的

是（）

A.通入H2的一极是正极，通入02的一极是负极

B.通入。2的一极是正极，通入H2的一极是负极

C.该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大

D.该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大

B［根据电池总反应可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液

的pH不断减小。通入。2的一极作正极，通入H2的一极作负极，%在负极上

发生氧化反应，其电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O,负极区附近溶液中

OIF浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。］

3.某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为：

Fe+NiO2+2H2O^^Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中正确的是()

充电

A.放电时，负极上发生反应的物质是Fe

B.放电时，正极反应是NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2

C.充电时，阴极反应是Ni(OH)2-2e-+2Oir=NiO2+2H2O

D.充电时，阳极附近c(OIT)增大

A［电池的负极发生氧化反应，该蓄电池的负极为Fe,A项正确；该电池

的正极为NiO2,发生还原反应，电极反应为Ni(h+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH

-

，B项错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)2+2e==Fe+

--

2OH,C项错误；充电时阳极的电极反应为Ni(OH)2+2OH-2e==NiO2+

2H2O,c(OlT)减小，D项错误。］

4.某固体酸燃料电池以CsHSCh固体为电解质传递H+,其基本结构如下

图，电池总反应可表示为2H2+O2=2H2O。下列有关说法正确的是()

®a极

多孔不锈钢

二固体酸膜