高中化学必修二-第四课时-化学电源

第四锦时化学电源

【明确学习目标】

1.熟悉化学电源分类、组成及工作原理，（学习重难点）

2.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。

3.认识化学能转化为电能对现代文明的重大意义。

课前预习案

【新课预习】

化学电源的分类：—电池、电池和电池等。

【预习中的疑难问题】

课堂探究案

一、【合作探究1：化学电池的分类和优劣标准】

1.现代科技的发展，人类利用化学和物理知识的原理，设计了各种各样的

电池，,化孝能电池：将转换成的装置。如碱性锌镒电池.辉银电池、铅蓄

I----1电池、镉铢电池、氢锲电池.锂离子电池等；广泛应用于通讯.交通、文化.

电J办公及家用电子产品。高科技、军率.生产行业也有特殊应用。

K太阳能电池：将太阳能转换成电能的装置，如。

池

I—I原子能电池：将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转涣器转变为

2,^的优点和作用

优点：①能量转换效率高，供能稳定可靠。②可制成各种形状和大小，不同容量和电

压的电池和电池组，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。

（2）电池优劣的主要标准

①比能量：即,单位（W・h）/kg或（W-h）/L;②比功率：

即,单位W/kg或W/L；③电池时间的长短。

二、【合作探究2】分析两种一次性电池的结构，总结它们的优缺点。

1.普通锌镒干电池是最早使用的化学电源，一作负极；位于中央的顶盖带有—

t2t

作正极；电解质是糊状____；Zn+2MnO2+2NH4-Zn+Mn2O3+2NH；s+H2O

正极：负极：

2.碱性锌镒干电池:用电解质溶液替代氯化镀溶液做电解质溶液，电池的能量和

放电电流都得到显著提高；Zn+2Mn02+2H20-Zn（OH）2+2MnOOH

正极：负极：

普通锌镭干电池的缺点：放电之后不能充电，在使用过程中，锌逐渐溶解使锌外壳变薄,

水的生成，内部的氯化镂（显酸性）会泄漏出来，使电器腐蚀，即使不用，放置过久也会失

效；干电池中一般含有汞、镭、镉、铅、锌等重金属，会对环境造成严重污染，为了防止污

染和资源浪费，必修对废电池回收利用。

三、【合作探究3:二次电池】：又称

在放电时所发生的氧化还原反应在充电时可以—进行，使电池恢复到放电前的状态，

实现了循环转化，至一定周期后终止。

1.铅蓄电池是最早和使用最广泛的充电电池，—是Pb,—是PbOz,电解质是.

①放电过程的反应：负极：；正极：；

总反应：______________________________________

②充电过程的反应：阴极：（还原反应）；

阳极：（氧化反应）。总反应：o

③铅蓄电池的充、放电过程总反应：

④如何给可充电电池充放电？其充放电过程的区别与联系是什么？

2.封闭式体积小的充电电池一一银镉电池，负极是一,正极是—,电解质是

;镉是致癌物质，废弃锲镉电池如不回收，会严重污染环境。

3.锂离子电池，常以作负极。锂是最—的金属，活动性极强，是制造电池的理

想物质。锂离子电池是新一代可充电的电池。

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定

的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn+2KzFe0i+8H2。、放电-3Zn(0H)2+

2Fe(OH)3+4KOH,回答下列问题。'充电

(1)放电时的正极反应是,负极区的PH_,电解质溶液PH_；

(2)放电时，每转移3mol电子，有____mol被氧化，K'向移动；

(3)充电时阴极反应是__________________________

四、【合作探究4:燃料电池】

①端续地将和;的化学能直接转换成电能；一种高效、低污染、环境友好的

发电装置。能量转化率高；②燃料电池的电极本身氧化还原反应，只是一个催化转化

元件；是具有很强催化活性的活性电极，如知电极、石墨电极，在负极上发生氧化反应的是

在正极上发生还原反应的是,产物是；③工作时，燃料(常见的有

氢气、烧、醇类和氨气等)和氧化剂不是储存在电池内部，而是连续地由外部供给，在电极

上不断地进行反应，生成物不断地被排出；电解质溶液有酸性、中性、碱性、熔融氧化物、

熔融碳酸盐、质子电池等。

例1.电池反应：2H2+。2=240,分析在不同环境下电极方程式书写

(1)稀硫酸：负极：,正极：o

(2)为KOH溶液：负极：正极：o

(3)NaCl溶液:负极：,正极：。

例2.以甲烷燃料电池为例，分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。

(D酸性条件总反应：o

正极反应：；负极反应：O

(2)碱性条件总反应式：.

正极反应式：；负极反应式：。

(3)固体电解质(电解质是掺杂了的ZrOz晶体，高温下能传导0")

总反应："

正极反应：：负极反应：»

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2c。3)环境下

电池总反应：«

正极反应：；负极反应：»

五、【合作探究2】原电池原理的应用补充

1.比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属为一极，活动性弱的金属为…极。例如有两种金属

A和B,用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原

理可知，金属活动性o

2.防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化

学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电

解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐

蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、

二氧化碳，含有少量的射和形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个

微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：

负极：正极：

电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更—的金属与被保护的金属相连

接，或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。

课堂练习案

1.下列叙述中正确的是（）

A.构成原电池的正负极材料必须是两种金属

B.由铜锌做电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极

C.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀

D.铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过

2.在铁的电化学腐蚀中，发生还原反应的那个电极上进行的电极反应是（）

--+-

A.2H20+02+4e=40HB.2H+2e=H2

---2+

C.40H4e=2H20+02D.Fe-2e^=Fe

3.把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电

池.若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为

正极；b、d相连时，b为正极.则这四种金属的活动性顺序由大到小为（）

A.A>b>c>dB.A>c>d>bC.C>a>b>dD.B>d>c>a

4.氢镇电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镇电池。

放电一

氢镁电池的总反应式是H2+2Ni0（0H）^^Ni（0H）2,,根据此反应式判断，下

列叙述中正确的是（）

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，也是负极

C.电池放电时，镁元素被氧化D.电池充电时，氢元素被还原

5.某原电池总反应离子方程式为2Fe"+Fe=3Fe计能实现该反应的原电池是（）

A.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCh溶液

B.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe（N03）2溶液

C.正极为铁，负极为锌，电解质溶液为F&（S0）3

D.正极为银,负极为铁，电解质溶液为CuSOi

6.下列变化中属于原电池的是（）

A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层

B.白铁（镀锌）表面有划损时，也能阻止铁被氧化

C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层

D.铁与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液时，可使反应加速

7.铁制品上的钾钉应该选用下列哪些材料制成（）

A.铝钾钉B.铜钾钉C.锌钾钉D.锡钾钉

8.一学生做了如下实验并得结论：当X、Y组成原电池时，Y为负极；当Z、W

组成原电池时，W为正极；W能从含Y离子的盐溶液中置换出单质Y,据此可

知它们的活泼性顺序是（）

A.Z>W>X>YB.X>Y>Z>WC.X>Y>W>ZD.Z>W>Y>X

9.某种锂电池的总反应为Li+MnO2==LiMnO2,下列说法不正确的是（）

A.Li是负极，电极反应为Li-e-=Li+

B.Li是正极，电极反应为Li+e-=L「

C.MnO?是正极，电极反应为MnO2+e==MnO；D.锂电池是一种环保型电池

10.废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存

在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是（）

A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气，碳棒取下洗净用作电极

B.从黑色粉末中提取氯化铁的步骤是溶解、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶

C.把铜帽取下洗净回收利用

D.电池内部填有氯化锭等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用

11.现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下

列叙述不正确的是()

A.a极是负极，该电极上发生氧化反应

-

B.b极反应是02+40H-4e^=2H20

C.总反应方程式为2H2+02=2H20

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源KOH溶液

12.下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()

A.该系统中只存在3种形式的能量转化

B.装置Y中负极的电极反应式为02+2HQ+4e-=40H

C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能

实现化学能与电能间的完全转化

13.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧

化铝(Y203)的氧化错(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导0"。下列对该燃

料电池说法正确的是()

A.在熔融电解质中，0?一由负极移向正极

B.电池的总反应是：2C,HIO+13O2==8C02+10H20

-2-

C.通入空气的一极是正极，电极反应为：02+4e=20

-2-

D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：GHio+26e+130==4C02+5H20

14.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li。)：,和Na£03的熔

融盐混和物作电解质,C0为负极燃气，空气与COz的混和气为正极助燃气，制

得在6501下工作的燃料电池。完成有关电极及电池方程式

(1)负极：正极：