高中化学 专题1 第2单元 第2课时 化学电源教案 苏教版选修4

第2课时化学电源

目标与素养：1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防

中的实际应用。(科学态度与社会责任)2.学会一次电池、二次电池的反应原理，会书写电极

反应式。(宏观辨识与微观探析)

自主预习。援新知

----------------------------------------------------------s.见彳,------------------------------------------------

「7基础知识填充」

一、化学电源的分类及特点

〃⑴一次电池：只能放电，不能充电，消耗到一

化定程度，不能再使用。

学V(2)二次电池：可反复充电和放电，充电时为

电电解池,放电时为原电池。

源(3)燃料电池：将化学能直接转化为电能,能量

、利用率高，无污染。

二、一次电池

1.银锌钮扣电池

(1)组成

金属

灰壳负极:Zn

正极:AgzO

浸了KOH溶液的隔板

(2)电极反应和电池反应

-

负极：Zn+20H^-2e=Zn(OH)2

正极：Ag20+H20+2e-^2Ag+20H-1,

电池反应：Zn+Ag?0+H20=2Ag+Zn(OH)”

2.锌锦干电池

(1)组成：分为酸性锌钛电池(普通锌锦干电池)和碱性锌钛电池,其正极为石墨棒,负极

为锌筒,前者电解质溶液为NH£1和ZnCh混合液,后者电解质为选I。

(2)电极反应和电池反应

以碱性锌锦干电池为例：

负极：Zn+20[C—2e-^Zn(OH)2»

正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OHr。

电池反应：Zn+2MnO2+2HQ=Zn(OH)2+2MnOOH。

三、燃料电池

以KOH溶液为电解质溶液，写出氢氧燃料电池的电极反应式和电池反应。

电极反应（碱性环境）：

负极：出+201「一2-=2比0；

正极：/+40+26-=20K:

电池反应：坦土|鱼三盟。

特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能,能量利用率高，排放废弃物少。

四、二次电池

1.构造与组成

电解质

2.工作原理

放电过程充电过程

-

负极：Pb-2e+SOr=PbSO,;（氨

阴极：PbS0i+2e'=Pb+S0i；（还原反应）

化反应）

-+

正极：PbO2+4H*+SOT+2e-阳极：PbS01+2H20-2e=Pb02+4H+S0r；

=PbSOi+2H2O；（还原反应）（氧化反应）

总反应：Pb+Pb02+2H2SOi=2PbSO1

总反应：2PbS0i+21I20=Pb+PbO2+2H2sol

+2H20

铅蓄电池的充、放电过程：

放电

Pb+PbO2+2H2SOi^^2PbSO,+2HQ

充电

3.铅蓄电池的优缺点

（D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。

（2）缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。

匚预习效果验收工

1.判断正误（正确的打“J”，错误的打“义”）。

（l）Zn具有还原性和导电性，可作锌镭干电池的负极材料。（）

（2）锌镒干电池放电后可以再次充电使用。（）

(3)氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应。()

答案：⑴V(2)X(3)V

2.下列有关电池的说法不正确的是()

A.手机上用的锂离子电池属于二次电池

B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C.甲醵燃料电池可把化学能转化为电能

D.锌钵干电池中，锌电极是负极

B［二次电池，即可充电电池，所以A项对。在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失

电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，所以B项错。］

3.Li-SOCk电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCL

-SOCl2o电池的总反应可表示为：4Li+2S0Cl2=4LiCl+S+S02t«

请回答下列问题：

(1)电池的负极材料为，发生的电极反应为

(2)电池正极发生的电极反应为。

解析：(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子:

Li—e-=Li+o

(2)SOCk为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl\S、S02o(或用总反应减

去负极反应)。

答案：(l)LiLi-e-=Li+

-

(2)2S0Cl2+4e=4Cr+S+S02t

核心突破。及重雎

HIXINTUI'。GONGZHCNGNAN

W难点i化学电源电极反应式的书写

1.根据装置书写电极反应式

首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。

(1)先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。

(2)书写电极反应式

负极：活泼金属或比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。如铅蓄电池的负极：Pb+SO厂-2e-=Pb$O”。

正极：阳离子得到电子生成单质(或低价离子)，或G得到电子，若是小发生电极反应，

则有两种情况：①电解质是碱性或中性：Oz+2H2O+4e=40H；②电解质是酸性：Oz+4H'+

-

4e=2H20o

(3)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

--整合还原剂、氧化产物、失去电子数、电解质得

负极—

—到氧化半反应式或“总反应式一还原半反应式”

——整合氧化剂、还原产物、得电子数、电解质得到

正极—

还原半反应式或“总反应式一氧化半反应式”

各类电极反应式的一般书写步骤为①列出物质，标电子的得失；②选离子，配电荷；③

配个数，巧用水；④两式加，验总式。

以2H2+02=2HQ为例，当电解质溶液为KOH溶液时的负极反应式的书写步骤：

(1)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【卜，转移电子数为4e，2H2

—4e"=4Hh,

(2)根据电解质溶液的酸碱性，用1广或01「或其他离子配平，使两边电荷总数相等。21b

—4e-+40H==4H20O

注意：在碱性溶液中，电极反应式不出现

--

⑶利用元素守恒验证，即得2H2-4e+40H=4H20,

3.可充电电池电极反应式的书写

在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，

所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生

氧化反应，对应元素的化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素

的化合价降低。

4.给出电极反应式，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

子数相等后将两式相加，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，如为和0旷、Pb＞和S01,要写成反应后的物质,如HzO、PbSOlo

【例1】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳

放电

定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn+2K2FeO.l+8H20==3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4K0H,

充电

下列叙述不正确的是()

A.放电时负极反应为Zn—2e-+20JT=Zn(0H)2

B.充电时阳极反应为Fe(OH)3-3e-+50ir=Fe0r+4H20

C.放电时每转移3mol电子，正极有1molLFeO”被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

C［根据题给总反应式，高铁电池放电时高铁酸钠在正极得到电子，被还原。］

误区警示J

电极反应式书写的两个注意点

(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。

(2)在酸性溶液中，可发生消耗1广和产生1广的反应，不可能发生消耗01「和产生0【「的反

应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OFT和产生0H的反应，不可能发生消耗H，和产生酎的

反应。

颂理直训胸

放电

1.某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe+Ni02+2H20^^Fe(OH)2+Ni(OH)2,

充电

下列说法中正确的是()

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Ni()2+2e-+2H+=Ni(0H)2

C.充电时，阴极反应是NiSH)2-2e-+2OH-=NiO2+2Ha

D.充电时，阳极附近pH增大

A［原电池的负极发生氧化反应，该原电池的负极为Fe,A项正确；该电池的正极为Ni02,

发生还原反应，电极反应为NiOz+

--

2e+2H20=Ni(0H)2+20H,B项错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)z+

2e-=Fe+20H-,C项错误；充电时，阳极的电极反应为Ni(0匹+20『-2e-=NiO2+2HQ,

pH减小，D项错误。］

粤/_____________________________常见燃料电池的比较

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

正极：0z+4屋+240=4014

KOH负极：2H2—4屋+40仁=4压0

氢氧

总反应：2H2+02=2H20

燃料

正极：()2+4e—+4H'^2H2。

电池

+

H2soi负极：2H2—4e-=4H

总反应：2H2+02=2“

-

甲烷正极：202+4H20+8e^80H~

燃料KOH负极：CH4+1OOH--8e~=C0r+7H20

电池总反应：CH>+202+2K0H=K2C03+3H20

甲醇正极：30z+6HQ+12e-=120H

KOH

燃料负极：2cH：QH+160ir—12葭=2«)r+12比0

电池总反应：2cH30H+302+4K0H=2K2C03+6H20

正极：02+2H20+4e-=40H^

朋燃料

KOH负极：N2H.1+40H^-4e-=N2+4H20

电池

总反应：N2H,t+02=N2+2H20

2.书写燃料电池电极反应式的三步骤

烧或含氧衍生物作燃料,碱性电解

质生成碳酸盐和水.其他电解质一

般生成二氧化碳和水

①酸性溶液：。2+4e~+4H+=2H2。

②碱性溶液：。2+4e-十2H2。一4OH-

③允许02一通过的高温固体：Q+-2O2-

④熔融的碳酸盐：。2+4e.+2CO2——2co算

负极的电极反应=电池总反应一正极的电极

反应

要设法消去总反应和正极反应中的

K0H

【例2】（1）现有反应2H2+02^240,要构成燃料电池，则负极通入的应是一

正极通入的应是,电极反应式分别为

⑵如把K0H改为稀硫酸作导电物质，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。

解析：解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。（1）根据总反应式可知上在反应中被氧

化，被还原，应在负极上反应，应在正极上反应，又因为是碱性溶液不可能有参加或

生成，故负极反应为2H2+40『-4e-=4H2。，正极反应为02+2压0+4底=401。（2）若将导

电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有

参加反应，也不可能有0H生成，负极：2H2—4鼠=4右，正极：02+4H++4e-=2HQ。（3）

由于（D是在碱性条件下反应，K0H量不变，但工作时HQ增多，故溶液变稀，pH将变小；而

（2）中为酸溶液，HzSOi不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。

答案：⑴H?02

负极：2W+401r-4e-=4HQ

正极：02+2H2O+4e"=40H*

（2）负极：211一4e~=41广

+-

正极：02+4H+4e=2H20

⑶小大

［借题发挥］

⑴以C2H5011为燃料的燃料电池在酸性、碱性电解质溶液中的负极的电极反应式是否相

同？试写出。

（2）已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？

提示：⑴不同。碱性（生成碳酸盐）:CM0H+160H-12e-=2C0r+llH20,酸性（生成

-

C02）：C2H50H-12e+3H20=2C02t+12H*。

（2）能。在负极通入氢气，正极通入氯气，可用盐酸作电解质溶液，既可以将化学能转化

为电能，又可以制备盐酸。

何磁痛训图

2.一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2cQ,和Na2c的熔融盐混合物作电

解质，一极通C0气体，另一极通乌和⑩混合气体，其总反应为2C0+0Z=2C02。则下列说法

正确的是（）

A.通C0的一极是电池的正极

B.负极发生的电极反应是a+2C02+4e-=2C0广

C.负极发生的电极反应是CO+COK—2e-=2C02

D.正极发生氧化反应

C［据题意知通入C0的一极为电源的负极，C0失去电子转变为CO2,负极发生氧化反应,

故A、B、D项错误，C项正确。］

当堂达标。提素养

DAZ3TAZGDABIACTISUYAZG

1.下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是

（）

干电池示意图铅蓄电池示意图氢氧燃料电池示意图

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏

C.铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207g

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

C［在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂

全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电

源，D正确；C项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误。］

2.有关碱性锌镒电池的说法正确的是（）

A.Zn为正极B.MnO?为负极

C.以氯化钱作为电解质D.MnOz极有电子流入

D［碱性锌锌电池的电极材料是MnO?和Zn,电解质为KOH,电池反应为Zn+2MnO2+

2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH,可知Zn为负极，流出电子，MnO,为正极，有电子流入。］

3.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO?,电解质溶液为H2SOt.工作时的电池反应方程式为

Pb+Pb02+2H2SO(=2PbSO,+2H，0,下列结论正确的是()

A.Pb为正极被氧化

B.电解质溶液的pH不断减小

C.SO—向PbOz处移动

D.电解质溶液的pH不断增大

D［由题给电池反应可以看出H2soi不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确;

由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中

负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO,极，内电路中，S0厂移向Pb极，所

以C不正确。］

4.燃料电池是利用燃料(如山、CO、CH,等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。

下列关于C0燃料电池(NaOH作电解质)的说法中正确的是()

-

A.负极反应为：02+2H20+4e~=40H

B.负极反应为：C0—2e「+40H=C0『+2H20

C.放电时正极发生氧化反应，