1819　化學電源

1、第二節(jié)化學電源學習目標：1.利用化學反應中的能量轉化觀點，了解化學能和電能相互轉化的實際意義及其重要作用。(重點)2.從物質的氧化還原反應角度，理解化學電源的種類及其工作原理，會書寫電極反應式。(難點)3.以可持續(xù)發(fā)展意識，了解各類化學電源的優(yōu)缺點和化學電源的發(fā)展趨勢。自 主 預 習·探 新 知一、一次電池1堿性鋅錳電池(1)構造(2)組成正極：MnO2；負極：Zn；電解質：KOH。(3)工作原理負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極反應：2MnO22H2O2e=2MnO(OH)2OH；總反應：Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。2鋅銀電池(1)構造(2)

2、組成負極：Zn；正極：Ag2O；電解質：KOH。(3)工作原理負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極反應：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；總反應：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。二、二次電池(以鉛蓄電池為例)1構造2組成負極：Pb；正極：PbO2；電解質：H2SO4溶液。3工作原理(1)放電過程：負極：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反應)；正極：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)總反應：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)(2)充電過程：陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s

3、)SO(aq)；陽極：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)；總反應：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。(3)鉛蓄電池的充、放電過程：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)三、氫氧燃料電池1構造2電池總反應：2H2O2=2H2O。3氫氧燃料電池在不同介質中的電極反應式介質負極反應式正極反應式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO22H2O4e=4OH堿性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH基礎自測1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“&#

4、215;”)。(1)燃料電池工作時的能量轉化形式與火力發(fā)電時的能量轉化形式相同。()(2)燃料電池工作時，還原劑通過燃燒將化學能轉化為電能。()(3)鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生還原反應。()(4)燃料電池工作時，化學能可以全部轉化為電能。()(5)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。 ()(6)堿性鋅錳干電池比普通鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長。()(7)鋅銀二次電池充電時，鋅電極接電池的正極。()【答案】(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)(7)×2一種充電電池放電時的電極反應為：H22OH2e=2H2

5、O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH。當為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是() 【導學號：80192269】AH2O的還原 BNiO(OH)的還原CH2的氧化DNi(OH)2的氧化D放電時為原電池反應，負極上失去電子，正極上得到電子；充電時為電解反應，與外電源正極連接的電極為陽極，由放電時的電極反應式知，陽極上發(fā)生的是Ni(OH)2的氧化反應，D正確。合 作 探 究·攻 重 難二次電池工作原理思考交流(教師備選)H2是一種優(yōu)質燃料，熱值高。一種充電電池的原料為H2，其電池反應為H22NiO(OH)2Ni(OH)2，它具有比能量高等優(yōu)點，常作為衛(wèi)星的電源。(1

6、)該電池屬于一次電池還是二次電池？【提示】二次電池。(2)該電池內電解質溶液呈酸性還是堿性？【提示】由H2OH知呈堿性。(3)放電時的電極反應式如何書寫？【提示】負極：H22OH2e=2H2O正極：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH(4)充電時的電極反應式如何書寫？【提示】陰極：2H2O2e=H22OH陽極：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O(5)電池充電時，外電源的負極連接二次電池的哪個電極？【提示】負極或陰極。1二次電池在充電時，正、負電極上發(fā)生的反應正好與放電時發(fā)生的反應相反，因而充電時，二次電池的正極應與充電電源的正極相連接，電池的負極應與充電電源的

7、負極相連接。2充電時發(fā)生的電極反應和總反應是放電時發(fā)生的反應的逆過程。3可充電電池復雜電極反應式的書寫方法第一步：先標出放電(原電池)總反應式中變價元素的化合價，確定電子轉移的方向與數(shù)目，指出參與負極和正極反應的物質。如鉛蓄電池中：第二步：寫出一個比較容易書寫的電極反應式，書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液共存。如鉛蓄電池的負極反應式為PbSO2e=PbSO4。第三步：在電子守恒的基礎上，用總反應式減去寫出的電極反應式，即得另一極的反應式。如鉛蓄電池的正極反應式可用總反應式負極反應式得到，即PbPbO24H2SO(PbSO2e)=2PbSO42H2OPbSO4，整理得：PbO24HSO2

8、e=PbSO42H2O。對點訓練1鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂電池放電時電壓高而平穩(wěn)，因而越來越成為人們研制綠色原電池所關注的焦點。其中一種鎂電池的反應為xMgMo3S4MgxMo3S4，則鎂電池放電時，下列說法錯誤的是() 【導學號：80192270】AMg2向正極遷移B正極反應式為Mo3S42xe=Mo3SCMo3S4發(fā)生氧化反應D負極反應式為xMg2xe=xMg2C放電時，該電池作原電池，鎂是還原劑，作原電池的負極，失去電子，電極反應式是xMg2xe=xMg2，D選項正確。Mo3S4在反應中是氧化劑，得到電子，發(fā)生還原反應，電極反應式是Mo3S42xe=Mo3S，B選項正

9、確，C選項錯誤。原電池中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，A選項正確。2鉛蓄電池是化學電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解質為稀硫酸，工作時該電池的總反應式為PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。試根據(jù)上述情況判斷：(1)蓄電池的負極材料是_。(2)工作時，正極反應為_。(3)工作時，電解質溶液的pH_(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)工作時，電解質溶液中陰離子移向_極。(5)電流方向從_極流向_極。(6)充電時，鉛蓄電池的負極與電源的_極相連接?！窘馕觥啃铍姵毓ぷ?放電)時，起原電池作用。根據(jù)原電池原理，負極發(fā)生氧化反應元素化合價升高，所以Pb為負極；正極發(fā)生還原反應

10、元素化合價降低，從總反應式可知，PbO2是氧化劑，即正極反應為：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；從正極反應或電池的總反應可知H2SO4參加了反應，H轉變成H2O，所以pH增大；原電池工作時溶液中陰離子移向負極，陽離子移向正極；電流方向與電子移動方向相反，從正極沿導線流向負極?！敬鸢浮?1)Pb(2)PbO24HSO2e=PbSO42H2O(3)增大(4)負(5)正負(6)負化學電源電極反應的書寫1.根據(jù)裝置書寫電極反應式(1)確定原電池的正、負極及放電的物質。首先根據(jù)題目給出的裝置圖的特點，結合原電池正、負極的判斷方法，確定原電池的正、負極及放電的物質。(2)書寫電極反應式。負極反應

11、。規(guī)律：活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H(或其他氧化產物)。若電解質溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H不共存，則該陰離子應寫入負極反應式。如鉛蓄電池，負極：PbSO2e=PbSO4。正極反應。規(guī)律：陽離子得到電子生成單質(或低價離子)，或O2得電子。如果是O2得電子，則有以下兩種寫法：電解質是堿性或中性：O22H2O4e=4OH電解質是酸性：O24H4e=2H2O(3)寫出電池總反應式。結合得失電子守恒，將正、負電極反應式相加得到電池反應的總反應方程式。2根據(jù)原電池總反應式，寫電極反應式(1)一般書寫步驟為列物質，標得失。選離子，配電荷。配個數(shù)，巧用水。兩式加，驗總式

12、。(2)以2H2O2=2H2O為例，當電解質溶液為KOH溶液時的電極反應式的書寫步驟：負極反應式的書寫：根據(jù)總反應方程式，列出總式兩邊化合價升高的有關物質為H2，轉移電子為4e：2H24e=4H。根據(jù)電解質溶液的酸堿性，用H或OH或其他離子配平，使兩邊電荷總數(shù)相等即2H24OH4e=4H2O。利用H2O使兩邊的元素守恒，即2H24e4OH=4H2O。同理，正極反應式的書寫：O24e=2O2，O24e2H2O=4OH。注意：在堿性溶液中提供H使O2變?yōu)镺H的是水，要寫成化學式的形式。將正、負極反應式相加，即得到總反應式。3有機燃料電池電極反應式書寫方法電池的負極一定是可燃物，有機燃料中各元素的化

13、合價變化遵循一般化合價規(guī)則，燃料失電子發(fā)生氧化反應，電池的正極多為氧氣或空氣得電子，發(fā)生還原反應，特別注意電解質溶液酸堿性不同的區(qū)別?？筛鶕?jù)電荷守恒來配平電極反應式。如乙醇堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應式的書寫方法。第一步：確定生成物。乙醇燃燒生成CO2和H2O，其中CO2與KOH溶液反應生成K2CO3和H2O，故生成物為CO和H2O。第二步：確定價態(tài)的變化及轉移電子數(shù)。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合價為2，CO中碳元素的化合價為4，故1 mol乙醇完全反應失去2×4(2)12 mol電子。第三步：列出表達式。C2H5OHOH12eCOH2O。第四步：確定電極反應式中各物質的化

14、學計量數(shù)。由碳原子守恒確定CO的化學計量數(shù)為2，由電荷守恒確定OH的化學計量數(shù)為16。(注：失去12個電子，相當于帶12個單位正電荷)再由氫原子守恒確定H2O的化學計量數(shù)為11，故負極反應式為C2H5OH16OH12e=2CO11H2O。對點訓練3在堿性鋅錳干電池中，已知氫氧化鉀溶液為電解質，發(fā)生的電池總反應為Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。下列該電池的電極反應，正確的是()A負極反應為Zn2e=Zn2B負極反應為Zn2e2H2O=Zn(OH)22HC正極反應為2MnO22e2H=2MnO(OH)D正極反應為2MnO22e2H2O=2MnO(OH)2OHD在書寫堿性電池

15、的電極反應式時，方程式中不得出現(xiàn)H。在堿性電池中，負極的Zn失去電子形成的Zn2應該與OH結合為Zn(OH)2。4某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質，以CH4為燃料時，該電池工作原理如圖。下列說法正確的是()Aa為CH4，b為CO2BCO向正極移動C此電池在常溫時也能工作D正極電極反應式為O22CO24e=2COD依據(jù)圖中電子流向和有關電極產物，可確定a處通入的為CH4，負極反應式為CH48e4CO=5CO22H2O；b處通入的為空氣，正極反應式為O22CO24e=2CO，故A錯、D正確。CO應向負極移動，B錯；該電池工作時，必須達到Li2CO3、K2CO3熔融的溫度，C

16、錯。當 堂 達 標·固 雙 基1下列有關化學電池的說法中正確的是()A化學電池只能將化學能轉化為電能B燃料電池能將全部化學能轉化為電能C鋅銀電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長D一次電池包括干電池和蓄電池C蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)；燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換，蓄電池可重復使用，屬于二次電池。 2科學工作者為心臟病患者設計的心臟起搏器的電池是以Pt和Zn為電極材料，依靠人體體液中含有的一定濃度的溶解氧、H和Zn2進行工作的。該電池工作時，正極的電極反應式為() 【導學號：80192271】AZn2e=Zn2B2H

17、2e=H2C4OH4e=O22H2ODO24H4e=2H2OD正極得電子，體液中溶解的氧氣得電子而發(fā)生還原反應：O24H4e=2H2O，D項正確。3熔融碳酸鹽燃料電池，是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池，其電解質是熔融態(tài)碳酸鹽。下圖是用熔融碳酸鹽作電解質，氫氣和氧氣形成的燃料電池。下列說法不正確的是() 【導學號：80192272】A該電池放電時，負極的反應式為H22eCO=H2OCO2B該電池中的CO由左邊移向右邊C該電池放電時，正極的反應式為O22CO24e=2COD該電池放電時，當轉移4 mol電子時正極消耗1 mol O2和2 mol CO2BA

18、項，發(fā)生氧化反應的一極為負極，H2作還原劑，負極反應式：H22eCO=H2OCO2，正確；B項，電解質中陰離子移向負極，即CO從右邊移向左邊，陽離子從負極移向正極，錯誤；C項，O2在正極上得到電子，根據(jù)電池示意圖，O24e2CO2=2CO，正確；D項，根據(jù)C項分析，正確。題后反思燃料電池的正極反應本質都是O24e=2O2，在不同電解質環(huán)境中，其正極反應的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應時，要特別注意所給電解質的狀態(tài)和電解質溶液的酸堿性。4(1)依據(jù)原電池的構成，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是_(填序號)。AC(s)CO2(g)=2CO(g)BNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)C2H2O(l)=2H2(g)O2(g)D2CO(g)O2(g)=2CO2(g)若以熔融的K2CO3與