高中化學 專題1 第2單元 第2課時 化學電源教案 蘇教版選修4

第2課時化學電源

目標與素養(yǎng)：1.了解化學電源的種類及其工作原理，知道化學電源在生產、生活和國防

中的實際應用。(科學態(tài)度與社會責任)2.學會一次電池、二次電池的反應原理，會書寫電極

反應式。(宏觀辨識與微觀探析)

自主預習。援新知

----------------------------------------------------------s.見彳,------------------------------------------------

「7基礎知識填充」

一、化學電源的分類及特點

〃⑴一次電池：只能放電，不能充電，消耗到一

化定程度，不能再使用。

學V(2)二次電池：可反復充電和放電，充電時為

電電解池,放電時為原電池。

源(3)燃料電池：將化學能直接轉化為電能,能量

、利用率高，無污染。

二、一次電池

1.銀鋅鈕扣電池

(1)組成

金屬

灰殼負極:Zn

正極:AgzO

浸了KOH溶液的隔板

(2)電極反應和電池反應

-

負極：Zn+20H^-2e=Zn(OH)2

正極：Ag20+H20+2e-^2Ag+20H-1,

電池反應：Zn+Ag?0+H20=2Ag+Zn(OH)”

2.鋅錦干電池

(1)組成：分為酸性鋅鈦電池(普通鋅錦干電池)和堿性鋅鈦電池,其正極為石墨棒,負極

為鋅筒,前者電解質溶液為NH￡1和ZnCh混合液,后者電解質為選I。

(2)電極反應和電池反應

以堿性鋅錦干電池為例：

負極：Zn+20[C—2e-^Zn(OH)2?

正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OHr。

電池反應：Zn+2MnO2+2HQ=Zn(OH)2+2MnOOH。

三、燃料電池

以KOH溶液為電解質溶液，寫出氫氧燃料電池的電極反應式和電池反應。

電極反應（堿性環(huán)境）：

負極：出+201「一2-=2比0；

正極：/+40+26-=20K:

電池反應：坦土|魚三盟。

特點：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化成電能,能量利用率高，排放廢棄物少。

四、二次電池

1.構造與組成

電解質

2.工作原理

放電過程充電過程

-

負極：Pb-2e+SOr=PbSO,;（氨

陰極：PbS0i+2e'=Pb+S0i；（還原反應）

化反應）

-+

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

=PbSOi+2H2O；（還原反應）（氧化反應）

總反應：Pb+Pb02+2H2SOi=2PbSO1

總反應：2PbS0i+21I20=Pb+PbO2+2H2sol

+2H20

鉛蓄電池的充、放電過程：

放電

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

充電

3.鉛蓄電池的優(yōu)缺點

（D優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉，在生產生活中應用

廣泛。

（2）缺點：比能量低、笨重，廢棄的電池污染環(huán)境。

匚預習效果驗收工

1.判斷正誤（正確的打“J”，錯誤的打“義”）。

（l）Zn具有還原性和導電性，可作鋅鐳干電池的負極材料。（）

（2）鋅鎰干電池放電后可以再次充電使用。（）

(3)氫氧燃料電池的正極和負極本身都不參與電極反應。()

答案：⑴V(2)X(3)V

2.下列有關電池的說法不正確的是()

A.手機上用的鋰離子電池屬于二次電池

B.銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極

C.甲醵燃料電池可把化學能轉化為電能

D.鋅缽干電池中，鋅電極是負極

B［二次電池，即可充電電池，所以A項對。在原電池中，活潑金屬Zn是負極，負極失

電子發(fā)生氧化反應，因此電子的流向是由負極(鋅電極)流向正極(銅電極)，所以B項錯。］

3.Li-SOCk電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解質是LiAlCL

-SOCl2o電池的總反應可表示為：4Li+2S0Cl2=4LiCl+S+S02t?

請回答下列問題：

(1)電池的負極材料為，發(fā)生的電極反應為

(2)電池正極發(fā)生的電極反應為。

解析：(1)分析反應的化合價變化，可得Li為還原劑(作負極)，失電子:

Li—e-=Li+o

(2)SOCk為氧化劑，得電子，從題給電池反應可推出產物：Cl\S、S02o(或用總反應減

去負極反應)。

答案：(l)LiLi-e-=Li+

-

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

核心突破。及重雎

HIXINTUI'。GONGZHCNGNAN

W難點i化學電源電極反應式的書寫

1.根據裝置書寫電極反應式

首先判斷該電池所依據的化學反應，從而確定兩個半反應即電極反應。

(1)先分析裝置圖，確定原電池的正負極上的反應物質。

(2)書寫電極反應式

負極：活潑金屬或比失去電子生成陽離子；若電解質溶液中的陰離子與生成的陽離子不

共存，則該陰離子應寫入負極反應式。如鉛蓄電池的負極：Pb+SO廠-2e-=Pb$O”。

正極：陽離子得到電子生成單質(或低價離子)，或G得到電子，若是小發(fā)生電極反應，

則有兩種情況：①電解質是堿性或中性：Oz+2H2O+4e=40H；②電解質是酸性：Oz+4H'+

-

4e=2H20o

(3)正負電極反應式相加得到電池反應的總反應方程式。

2.給出總反應式，寫電極反應式

--整合還原劑、氧化產物、失去電子數、電解質得

負極—

—到氧化半反應式或“總反應式一還原半反應式”

——整合氧化劑、還原產物、得電子數、電解質得到

正極—

還原半反應式或“總反應式一氧化半反應式”

各類電極反應式的一般書寫步驟為①列出物質，標電子的得失；②選離子，配電荷；③

配個數，巧用水；④兩式加，驗總式。

以2H2+02=2HQ為例，當電解質溶液為KOH溶液時的負極反應式的書寫步驟：

(1)根據總反應方程式列出總式兩邊化合價升高的有關物質為【卜，轉移電子數為4e，2H2

—4e"=4Hh,

(2)根據電解質溶液的酸堿性，用1廣或01「或其他離子配平，使兩邊電荷總數相等。21b

—4e-+40H==4H20O

注意：在堿性溶液中，電極反應式不出現

--

⑶利用元素守恒驗證，即得2H2-4e+40H=4H20,

3.可充電電池電極反應式的書寫

在書寫可充電電池電極反應式時，由于電極都參加反應，且正方向、逆方向都能反應，

所以要明確電池和電極，放電為原電池，充電為電解池；原電池的負極與電解池的陽極發(fā)生

氧化反應，對應元素的化合價升高；原電池的正極與電解池的陰極發(fā)生還原反應，對應元素

的化合價降低。

4.給出電極反應式，書寫總反應方程式

根據給出的兩個電極反應式，寫出總反應方程式時，首先要使兩個電極反應式的得失電

子數相等后將兩式相加，消去反應物和生成物中相同的物質即可。注意若反應式同側出現不

能共存的離子，如為和0曠、Pb＞和S01,要寫成反應后的物質,如HzO、PbSOlo

【例1】高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)

放電

定的放電電壓。高鐵電池的總反應為：3Zn+2K2FeO.l+8H20==3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4K0H,

充電

下列敘述不正確的是()

A.放電時負極反應為Zn—2e-+20JT=Zn(0H)2

B.充電時陽極反應為Fe(OH)3-3e-+50ir=Fe0r+4H20

C.放電時每轉移3mol電子，正極有1molLFeO”被氧化

D.放電時正極附近溶液的堿性增強

C［根據題給總反應式，高鐵電池放電時高鐵酸鈉在正極得到電子，被還原。］

誤區(qū)警示J

電極反應式書寫的兩個注意點

(1)在電極反應式中，只有能溶于水的強電解質才能寫成離子。

(2)在酸性溶液中，可發(fā)生消耗1廣和產生1廣的反應，不可能發(fā)生消耗01「和產生0【「的反

應，同理在堿性溶液中，可發(fā)生消耗OFT和產生0H的反應，不可能發(fā)生消耗H，和產生酎的

反應。

頌理直訓胸

放電

1.某堿性蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應為Fe+Ni02+2H20^^Fe(OH)2+Ni(OH)2,

充電

下列說法中正確的是()

A.放電時，負極上發(fā)生反應的物質是Fe

B.放電時，正極反應是Ni()2+2e-+2H+=Ni(0H)2

C.充電時，陰極反應是NiSH)2-2e-+2OH-=NiO2+2Ha

D.充電時，陽極附近pH增大

A［原電池的負極發(fā)生氧化反應，該原電池的負極為Fe,A項正確；該電池的正極為Ni02,

發(fā)生還原反應，電極反應為NiOz+

--

2e+2H20=Ni(0H)2+20H,B項錯誤；充電時，陰極發(fā)生還原反應，電極反應為Fe(OH)z+

2e-=Fe+20H-,C項錯誤；充電時，陽極的電極反應為Ni(0匹+20『-2e-=NiO2+2HQ,

pH減小，D項錯誤。］

粵/_____________________________常見燃料電池的比較

1.常見的四種典型燃料電池

名稱電解質電極反應和總反應

正極：0z+4屋+240=4014

KOH負極：2H2—4屋+40仁=4壓0

氫氧

總反應：2H2+02=2H20

燃料

正極：()2+4e—+4H'^2H2。

電池

+

H2soi負極：2H2—4e-=4H

總反應：2H2+02=2“

-

甲烷正極：202+4H20+8e^80H~

燃料KOH負極：CH4+1OOH--8e~=C0r+7H20

電池總反應：CH>+202+2K0H=K2C03+3H20

甲醇正極：30z+6HQ+12e-=120H

KOH

燃料負極：2cH：QH+160ir—12葭=2?)r+12比0

電池總反應：2cH30H+302+4K0H=2K2C03+6H20

正極：02+2H20+4e-=40H^

朋燃料

KOH負極：N2H.1+40H^-4e-=N2+4H20

電池

總反應：N2H,t+02=N2+2H20

2.書寫燃料電池電極反應式的三步驟

燒或含氧衍生物作燃料,堿性電解

質生成碳酸鹽和水.其他電解質一

般生成二氧化碳和水

①酸性溶液：。2+4e~+4H+=2H2。

②堿性溶液：。2+4e-十2H2。一4OH-

③允許02一通過的高溫固體：Q+-2O2-

④熔融的碳酸鹽：。2+4e.+2CO2——2co算

負極的電極反應=電池總反應一正極的電極

反應

要設法消去總反應和正極反應中的

K0H

【例2】（1）現有反應2H2+02^240,要構成燃料電池，則負極通入的應是一

正極通入的應是,電極反應式分別為

⑵如把K0H改為稀硫酸作導電物質，則電極反應式分別為

（3）上述（1）和（2）的電解液不同，反應進行后，（1）中溶液pH變________（填“大”或

"小”，下同），（2）中溶液pH變。

解析：解答此題的關鍵是弄清原電池的有關概念。（1）根據總反應式可知上在反應中被氧

化，被還原，應在負極上反應，應在正極上反應，又因為是堿性溶液不可能有參加或

生成，故負極反應為2H2+40『-4e-=4H2。，正極反應為02+2壓0+4底=401。（2）若將導

電物質換成酸性溶液，此時應考慮不可能有

參加反應，也不可能有0H生成，負極：2H2—4鼠=4右，正極：02+4H++4e-=2HQ。（3）

由于（D是在堿性條件下反應，K0H量不變，但工作時HQ增多，故溶液變稀，pH將變??；而

（2）中為酸溶液，HzSOi不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。

答案：⑴H?02

負極：2W+401r-4e-=4HQ

正極：02+2H2O+4e"=40H*

（2）負極：211一4e~=41廣

+-

正極：02+4H+4e=2H20

⑶小大

［借題發(fā)揮］

⑴以C2H5011為燃料的燃料電池在酸性、堿性電解質溶液中的負極的電極反應式是否相

同？試寫出。

（2）已知氫氣可以在氯氣中燃燒，根據燃料電池的原理，能否以該反應設計燃料電池？

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

-

C02）：C2H50H-12e+3H20=2C02t+12H*。

（2）能。在負極通入氫氣，正極通入氯氣，可用鹽酸作電解質溶液，既可以將化學能轉化

為電能，又可以制備鹽酸。

何磁痛訓圖

2.一種新型熔融鹽燃料電池具有高發(fā)電效率?，F用Li2cQ,和Na2c的熔融鹽混合物作電

解質，一極通C0氣體，另一極通烏和⑩混合氣體，其總反應為2C0+0Z=2C02。則下列說法

正確的是（）

A.通C0的一極是電池的正極

B.負極發(fā)生的電極反應是a+2C02+4e-=2C0廣

C.負極發(fā)生的電極反應是CO+COK—2e-=2C02

D.正極發(fā)生氧化反應

C［據題意知通入C0的一極為電源的負極，C0失去電子轉變?yōu)镃O2,負極發(fā)生氧化反應,

故A、B、D項錯誤，C項正確。］

當堂達標。提素養(yǎng)

DAZ3TAZGDABIACTISUYAZG

1.下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是

（）

干電池示意圖鉛蓄電池示意圖氫氧燃料電池示意圖

A.上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池

B.干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞

C.鉛蓄電池工作過程中，每通過2mol電子，負極質量減輕207g

D.氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源

C［在干電池中，Zn作負極，被氧化，B正確；氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑

全部儲藏在電池內，且工作的最終產物是水，故氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電

源，D正確；C項忽略了硫酸鉛在該極上析出，該極質量應該增加而非減小，C錯誤。］

2.有關堿性鋅鎰電池的說法正確的是（）

A.Zn為正極B.MnO?為負極

C.以氯化錢作為電解質D.MnOz極有電子流入

D［堿性鋅鋅電池的電極材料是MnO?和Zn,電解質為KOH,電池反應為Zn+2MnO2+

2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH,可知Zn為負極，流出電子，MnO,為正極，有電子流入。］

3.鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO?,電解質溶液為H2SOt.工作時的電池反應方程式為

Pb+Pb02+2H2SO(=2PbSO,+2H，0,下列結論正確的是()

A.Pb為正極被氧化

B.電解質溶液的pH不斷減小

C.SO—向PbOz處移動

D.電解質溶液的pH不斷增大

D［由題給電池反應可以看出H2soi不斷被消耗，故pH不斷增大，所以B不正確，D正確;

由Pb元素化合價的變化，可以看出Pb是負極，所以A不正確；原電池工作時，整個電路中

負電荷的流向是一致的，外電路中，電子由Pb極流向PbO,極，內電路中，S0廠移向Pb極，所

以C不正確。］

4.燃料電池是利用燃料(如山、CO、CH,等)跟氧氣反應從而將化學能轉化成電能的裝置。

下列關于C0燃料電池(NaOH作電解質)的說法中正確的是()

-

A.負極反應為：02+2H20+4e~=40H

B.負極反應為：C0—2e「+40H=C0『+2H20

C.放電時正極發(fā)生氧化反應，