高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化第2课时化学电源学案苏教版 doc

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第2课时 化学电源

一、常见的化学电源 1．锌锰干电池

(1)结构

锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。 (2)原理

锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。 (3)电极反应

负极发生的电极反应为Zn－2e===Zn，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH4＋2e===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。 (4)缺陷与改进措施

锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。 改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。 2．充电电池

放电

(1)充电电池又称二次电池。其能量的转化关系是化学能充电电能。

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(2)常见的充电电池

①铅蓄电池

常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。 ②镍镉电池

以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。

③碱金属中的Li是最轻的金属，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绿色电池。 3．燃料电池

(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化、还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。

(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。 (3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：2H2＋4OH－4e===4H2O(氧化反应)； 正极：O2＋2H2O＋4e===4OH(还原反应)； 总反应：2H2＋O2===2H2O。

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从电极反应认识化学电池类型

(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。 (2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。

(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

例1 下列电池工作时，O2在正极得电子的是( )

A B C D 锌锰电池 考点 常见化学电源 题点 常见化学电源的分类 答案 C

铅蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池 例2 汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( ) A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO4－2e===PbSO4 D．电池放电时，溶液的酸性增强 考点 常见化学电源 题点 铅蓄电池 答案 C

解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。 思维启迪

二次电池的放电、充电是相反的过程，如铅蓄电池放电时，Pb电极上发生氧化反应，充电时Pb电极上发生还原反应，PbO2电极亦是如此。 二、电池中电极反应式的书写 1．充电电池电极反应式的书写方法

(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。 (2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共

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存)。

(3)在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 例3 铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据上述情况判断： (1)工作时，电解质溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向______极。 (3)电流方向从______极流向______极。

(4)写出负极的电极反应式：__________________________________________________。 (5)当铅蓄电池向外电路提供1 mol电子时，理论上负极板的质量增加______ g。 考点 常见化学电源 题点 铅蓄电池的相关综合

答案 (1)增大 (2)负 (3)正 负 (4)Pb＋SO4－2e===PbSO4 (5)48

解析 本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理，二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e＋SO4===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋SO4＋2e

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===PbSO4＋2H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1 mol电

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1－2e2－－1

子时，根据Pb――→PbSO4，则负极增重为SO4的质量，即96 g·mol× mol＝48 g。

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2．燃料电池电极反应式的书写方法

(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 (2)写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下两种情况： ①酸性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋4H＋4e===2H2O。

②碱性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋2H2O＋4e===4OH。

(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。

例4 如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。 试回答下列问题：

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