高中化學(xué)學(xué)案【化學(xué)電源】

化學(xué)電源

目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解化學(xué)電源的分類。（宏觀辨識）2.了解常見的化學(xué)電源及

其工作原理。（微觀探析）3.了解化學(xué)電源的廣泛使用及對環(huán)境的影響。（社會責(zé)任）

自主預(yù)習(xí)€＞擺新Ml

NINHUYUXITAZX1ZZHI

匚基礎(chǔ)知識填充二

1.化學(xué)電源的分類

2.常見電池

（1）鋅鎰干電池

項(xiàng)目酸性鋅鎰干電池堿性鋅鎰干電池

電極鋅筒作負(fù)極,石墨作正極

電解質(zhì)氯化錢和氯化鋅氫氧化鉀

電Zn+2OH--2e-=ZnO

負(fù)極Zn-2e==Zn2+

極

+H2O

反MnO2+2H2O+2e-

正極2NH4+2e==2NH+H

應(yīng)32

==Mn(OH)2+2OH-

電池

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

反應(yīng)

+H2=ZnO+Mn(OH)2

（2）鉛蓄電池

「負(fù)極：鉗

①電極材料，

〔正極：二氧化鉛

②電解質(zhì)溶液：30%H2s。4溶液。

③原理。

負(fù)極

Pb+SOi--2e-=PbSO4

放電時(shí)+

正極+PbO2+4H+SOl-4-2e-=PbSO4+2H2O

(原電池)

總反應(yīng)式

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

圖吸*PbSO4+2e-=Pb+SO%-

+

充電時(shí)陽極.PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SOi-

(電解池)

總反應(yīng)同2PbS()4+2H2O=PbO2+Pb+2H2s。4

④特點(diǎn)：性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，可多次充放電；單位重量的電極材料釋放

的電能小。

(3)氫氧燃料電池

①原理(電極反應(yīng)及電池反應(yīng))。

項(xiàng)目酸性燃料電池堿性燃料電池

電極石墨電極材料

電解質(zhì)磷酸等酸性溶液KOH溶液

電負(fù)極+

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

極

反正極+-

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

應(yīng)

電池反應(yīng)

2H24-O2=2H2O

②特點(diǎn)：能量利用效率高、可連續(xù)使用、排放污染物少。

微點(diǎn)撥：燃料電池的兩電極不參與反應(yīng)，而是燃料(還原性氣體或液體)和氧

氣分別在兩極發(fā)生反應(yīng)。

「7預(yù)習(xí)效果驗(yàn)收「

1.判斷對錯(cuò)(對的在括號內(nèi)打，錯(cuò)的在括號內(nèi)打“X”。)

⑴手機(jī)、電腦使用的電池為一次電池。

(2)酸性鋅銃干電池和堿性鋅鎰干電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)相同。

(3)鉛蓄電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)與充電時(shí)陰極反應(yīng)相同。

(4)氫氧燃料電池的電極一般不參與反應(yīng)。

+

⑸氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為：H2-2e=2Ho

［提示］(1)X手機(jī)、電腦使用的是二次電池。

(2)X酸性鋅疑干電池負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+,堿性鋅鏤干電池負(fù)極

反應(yīng)為Zn+2OH-—2e==ZnO+H2Oo

(3)X鉛蓄電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為充電時(shí)陰極反應(yīng)的逆反應(yīng)。

(4)J

_-

(5)X氫氧燃料電池在堿性環(huán)境中的負(fù)極反應(yīng)為H2+2OH-2e

=2H2OO

2.下列電池屬于一次電池的是()

A.鋅鎰干電池B.鉛蓄電池

C.鋰電池D.氫氧燃料電池

A［鉛蓄電池、鋰電池屬于二次電池；氫氧燃料電池屬于燃料電池。］

3.燃料電池是一種新型電池，它利用燃料在反應(yīng)過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化

為電能。氫氧燃料電池的基本反應(yīng)如下：

-

X極：1o2+H2O+2e==2OH；

-

Y極：H2+2OH--2e==2H2Oo

下列判斷中，正確的是()

A.X極是負(fù)極

B.Y極是正極

C.Y極發(fā)生還原反應(yīng)

D.Y極發(fā)生氧化反應(yīng)

［答案］D

核心突破。及重姬

HEX1NTUPOGCZGZHONGZAN

淑難點(diǎn)1二次電池工作原理

1.二次電池放電時(shí)是原電池，而充電時(shí)是電解池；二次電池的充掃

碼

看

放電過程相反。做

課

2.當(dāng)蓄電池充電時(shí)就是通直流電，蓄電池的正極與外接直流電

源的正極相連，作陽極；蓄電池的負(fù)極與外接直流電源的負(fù)極相連，作陰極。

可簡單記憶：負(fù)接負(fù)，正接正。

3.充電時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)是放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)的逆過程。

—正極一還原反應(yīng)

I.放電時(shí)，電極一

一負(fù)極一氧化反應(yīng)

—陽極一氧化反應(yīng)

II.充電時(shí)，電極一

一陰極一還原反應(yīng)

【例1】LiFePCh電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可用于

電動汽車。電池反應(yīng)為FePCh+Li餐宴LiFePCh。下列有關(guān)LiFePCh電池的說

充電

法正確的是()

A.該電池可用H2s04溶液作電解質(zhì)溶液

B.該電池放電時(shí)，電池內(nèi)部的Li+向負(fù)極移動

C.該電池充電時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為LiFePO4-e-==FePO4+Li+

D.在該電池的放電過程中，電池正極的質(zhì)量逐漸減少

C［H2s04溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，將會與Li發(fā)生反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池

放電時(shí)，陽離子Li+移向正極，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池充電時(shí)，陽極發(fā)生的是失去電

子的氧化反應(yīng)，C項(xiàng)正確；在該電池的放電過程中，正極上不斷有LiFePCh生

成，正極的質(zhì)量逐漸增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。］

［借題發(fā)揮］

(1)寫出該電池放電時(shí)的正、負(fù)極反應(yīng)式。

(2)該電池能用水作電解質(zhì)溶液嗎？為什么？

++

［答案］(1)負(fù)極：Li-e"==Li；正極：FePO4+Li+e==LiFePO40

(2)不能。因?yàn)殇囀腔顫娊饘?，可與水發(fā)生反應(yīng)，故不能用水做電解質(zhì)溶液,

電解質(zhì)可以為導(dǎo)電固體。

訓(xùn)練

1.已知蓄電池在充電時(shí)作電解池，放電時(shí)作原電池。鉛蓄電池上有兩個(gè)接

線柱，一個(gè)接線柱旁標(biāo)有“+”，另一個(gè)接線柱旁標(biāo)有“一”。關(guān)于標(biāo)有“一”

的接線柱，下列說法正確的是()

A.充電時(shí)作陽極，放電時(shí)作正極

B.充電時(shí)作陽極，放電時(shí)作負(fù)極

C.充電時(shí)作陰極，放電時(shí)作負(fù)極

D.充電時(shí)作陰極，放電時(shí)作正極

C［“一”接線柱放電時(shí)為原電池的負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，充電

時(shí)與外接電源負(fù)極相連，作電解池的陰極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，C項(xiàng)正確。］

2.生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，在兩極板上的鉛睇合金柵架上均勻涂上膏狀的PbSO4,

干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是2PbSO4+2H2O圣事PbCh+Pb

放電

+2H2so4。下列對鉛蓄電池的說法錯(cuò)誤的是（）

A.需要定期補(bǔ)充硫酸

B.放電時(shí)Pb是負(fù)極，PbO2是正極

C.放電時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb-2e+SOF==PbSO4

D.放電時(shí)電解質(zhì)溶液的密度減小

A［由電池反應(yīng)式可知，不需要定期補(bǔ)充硫酸，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鉛蓄電池放電

時(shí)，相當(dāng)于原電池，則發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正

極，所以Pb是負(fù)極，PbO2是正極，B項(xiàng)正確；放電時(shí)，負(fù)極上鉛失去電子生

2+

成Pb,Pb2+與溶液中的S0M結(jié)合生成PbSO4,電極反應(yīng)式為Pb+SOi--2e

-=PbSO4,C項(xiàng)正確；放電時(shí)，H2s04被消耗，溶液中H2s04的物質(zhì)的量濃

度減小，所以溶液的密度也減小，D項(xiàng)正確。］

更難點(diǎn)多電極反應(yīng)式書寫方法

1.一般電極反應(yīng)式的書寫

|列物質(zhì)|

|標(biāo)得失|—判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量

電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定

|看環(huán)境|存在，如堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合

|配守恒生成水。電極反應(yīng)式要根據(jù)電荷守恒、

質(zhì)量守恒、電子守恒等加以配平

|兩式加|

|驗(yàn)總式|—兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對照驗(yàn)證

2.復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫

復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式一較簡一極電極反應(yīng)式

【例2】用CH30H氣體代替H2作燃料，則得到甲醇燃料電池。

寫出下列燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。

(l)CH3OH-NaOH溶液一O2構(gòu)成的燃料電池：

負(fù)極反應(yīng)式：,

正極反應(yīng)式：,

總反應(yīng)式：o

(2)CH3OH-H2SO4溶液一O2構(gòu)成的燃料電池：

負(fù)極反應(yīng)式：,

正極反應(yīng)式：,

總反應(yīng)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酸溶液作電解質(zhì)：CxHy或CxH,Qz氧化后的存在形式為CO2O

⑵堿溶液作電解質(zhì)：C*Hy或CxHyOz氧化后的存在形式為COFo

1.燃料電池是一種利用能源物質(zhì)的新形式，比如我們可用熔融的K2c03

作電解質(zhì)，惰性材料作電極，一極通CH2==CH2,另一極通。2、CO2o下列說

法中不正確的是()

A.電池的總反應(yīng)式為CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O

B.正極發(fā)生的電極反應(yīng)為3O2+6CO2+12e-=6COT

C.負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為CH2==CH2+6COF-12e==8CO2+2H2O

D.通入乙烯的一極為正極

D［燃料電池中可燃性氣體做負(fù)極，D項(xiàng)錯(cuò)誤；該燃料電池的總反應(yīng)式為

CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O,產(chǎn)物CO2>H2O均不與熔融的K2c。3反應(yīng)，

A項(xiàng)正確；正極02得到電子生成。2-、。2-與CO2反應(yīng)生成COT,B項(xiàng)正確；

總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即為負(fù)極反應(yīng)式，C項(xiàng)正確。]

2.氫氧燃料電池用Pt作電極，不斷充入燃料（出）和氧化劑（02）,分別在兩

極發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，電池總反應(yīng)式是。

寫出氫氧燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)式：

介質(zhì)負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式

酸性

堿性

+

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

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

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)。提素養(yǎng)

DAZCTANGDABIACTISUYAZG

1.鋅鎰干電池在放電時(shí)，總反應(yīng)方程式可以表示為Zn（s）+2MnO2（s）+

2NHj（aq）=Zn2+（aq）+Mn2O3（s）+2NH3（g）+H2O⑴，在如圖所示裝置中，電池

放電時(shí)，正極（碳棒）上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）

I-

OO00

。O00

。O00用?和Mn6

。00

O^^

OO0-

OO00

OOOO一鋅筒

I_

碳棒

A.ZnB.碳

C.MnCh和NH]D.Zip+和N%

C[Zn在負(fù)極上被氧化得到Zn2+：MnCh、NH1在正極上被還原得到

Mn2O3>NH30]

2.氫氧燃料電池是將七和02分別通到浸入20%?40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的KOH

溶液的多孔石墨電極上，其電池總反應(yīng)為2H2+O2=2H2。，則下列敘述正確的

是（）

A.通入H2的一極是正極，通入02的一極是負(fù)極

B.通入。2的一極是正極，通入H2的一極是負(fù)極

C.該電池工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH增大

D.該電池工作一段時(shí)間后，負(fù)極區(qū)附近溶液的pH增大

B［根據(jù)電池總反應(yīng)可知，該電池工作時(shí)不斷有H2O生成，則電解質(zhì)溶液

的pH不斷減小。通入。2的一極作正極，通入H2的一極作負(fù)極，%在負(fù)極上

發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-=4H2O,負(fù)極區(qū)附近溶液中

OIF濃度降低，則pH減小。綜上分析，B項(xiàng)正確。］

3.某堿性蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：

Fe+NiO2+2H2O^^Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列說法中正確的是()

充電

A.放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是Fe

B.放電時(shí)，正極反應(yīng)是NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2

C.充電時(shí)，陰極反應(yīng)是Ni(OH)2-2e-+2Oir=NiO2+2H2O

D.充電時(shí)，陽極附近c(diǎn)(OIT)增大

A［電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，該蓄電池的負(fù)極為Fe,A項(xiàng)正確；該電池

的正極為NiO2,發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為Ni(h+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH

-

，B項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為Fe(OH)2+2e==Fe+

--

2OH,C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)為Ni(OH)2+2OH-2e==NiO2+

2H2O,c(OlT)減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。］

4.某固體酸燃料電池以CsHSCh固體為電解質(zhì)傳遞H+,其基本結(jié)構(gòu)如下

圖，電池總反應(yīng)可表示為2H2+O2=2H2O。下列有關(guān)說法正確的是()

?a極

多孔不銹鋼

二固體酸膜