第二节 化学电源学案

第二节 化学电源

一 、学习目标

1、了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。

2、认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用

3、能用原电池反应表示化学能和电能的转化关系，了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。 4、正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。 [重点难点]：

常见化学电源的工作原理，燃料电池的基本构造、工作原理

二、预习

1、化学电池

1)概念: 2)分类:

3)优点:

4)电池优劣的判断标准:

2、化学电源

1．一次电池 电池结构 电极反应 正极 负极 总反应式 2.二次电池 电池结构 正极 负极 总反应式 碱性锌锰电池 负极： 正极： 电解质溶液：KOH溶液 铅蓄电池 负极： 正极： 电解质溶液： 锌银电池 负极： 正极： 电解质溶液：KOH溶液 － Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 氢氧燃料电池 负极：H2 正极：O2 电解质：酸性电解质 2H2＋O2===2H2O 电极反应

氢氧燃料电池

介质 负极 中性 正极 负极 碱性 正极 电池反应： 2H2+O2=2H2O

常见电极反应式的书写类型

1、燃料电池负极反应式的书写：

－

(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H2，转移电子数为4e：2H2－－＋

4e===4H。

＋－

(2)根据电解质溶液的酸碱性，用H或OH或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2H2＋4OH－－

－4e===4H2O。

＋

注意 电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不宜出现H。

－－

(3)利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H2－4e＋4OH===4H2O。 同理，正极反应式的书写如下：

－2－

①O2＋4e===2O。

－－＋2－－

②O2＋2H2O＋4e===4OH，注意：在碱性溶液中提供H使O变为OH的是水，要写成化学式的形式。将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。

(4)负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价2－

的C在酸性溶液中以CO形式存在，在碱性溶液中以CO形式存在）；

23

2、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、逆方向反应都能进行，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，对应元素化合价降低。

3、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

＋－2＋2－

存的离子，如H和OH、Pb和SO4，要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。

三、研习

【典例、问题解析】

1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是( )

A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小

2－

C．SO4只向PbO2处移动 D．电解质溶液的pH不断增大

2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：

放 电 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH

充 电

3、下列叙述不正确的是( )

A．放电时负极反应为：Zn－2e＋2OH===Zn(OH)2

－－2－

B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e＋5OH===FeO4＋4H2O C．放电时每转移3 mol 电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．放电时正极附近溶液的碱性增强 4、微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为

－－

Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O

－－

Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH 总反应式为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag

根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( ) A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大

B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，Ag2O是正极

D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应

－－

【变式训练】

1、电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋2SO4

＋

2－

放 电 充 电

2PbSO4＋2H2O

则下列说法正确的是( )

A．放电时：负极板上发生了还原反应

－2－

B．放电时：正极反应是Pb－2e＋SO4===PbSO4

C．充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连

－2－＋

D．充电时：阳极反应是PbSO4－2e＋2H2O===PbO2＋SO4＋4H 2、镍-镉（Ni—Cd）可充电电池，可以发生如下反应：

Cd（OH）2 +2Ni(OH)2充电Cd+2NiO(OH)+2H2O， 放电 由此可知，该电池的负极材料是（ ） A.Cd B.NiO(OH) C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2

3、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列说法错误的是( ) ．． A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e—=Mn2O3(s)+2OH—(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

—

—

4、一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6 ＋7O2＋8KOH====4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是（ ）

A.正极反应为14H2O＋7O2＋28e====28OH B.放电一段时间后，负极周围的pH升高

C.每消耗1 mol C2H6 ，则电路上转移的电子为14 mol D.放电过程中KOH的物质的量浓度不变

－

－

四、练习

1、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图，下列说法中正确的是( )

A．电池工作时，质子向电池的负极迁移 B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极

－＋

C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e===2CO2＋12H

－－

D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e===4OH

2、氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：

－－

负极：2H2＋4OH－4e===4H2O

－－

正极：O2＋2H2O＋4e===4OH

当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( ) A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol

3、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( )

－

①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e ②负极上CH4失去电子，电极反应式

－－2－－

为CH4＋10OH－8e===CO3＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e

－

===4OH ④电池放电后，溶液的pH不断升高

A．①② B．①③ C．①④ D．③④

4、为体现“绿色奥运”、“科技奥运”的理念，中国将在2008年北京奥运会时推出国产燃料电池汽车，作为马拉松领跑车和拍摄车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。下图是某科技杂志登载的该电池原理示意图。下列叙述正确的是( )