人教版高二化学选修4第四章第二节 化学电源 学案设计（无答案）

第二节 化学电源

【学习目标】

1.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 2.知道化学电源在生产、生活的应用价值。 3.掌握常见化学电源的电极反应和电池总反应。 一、化学电源的分类：

1.一次电池：一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成 ，不流动，也叫做 。

2.化学电源的优点：它的能量转化效率 ，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组，使用方便，易于维修，并可在各种环境下工作。

3.电池优劣的判断依据:电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，或者是输出功率的大小，以及电池可储存时间的长短。

二.一次电池：市售一次电池常有普通锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。 1.普通锌锰干电池：负极材料是 ，正极材料是 ，电解质溶液是 。 电极反应式为： 负极（锌筒）： ， 正极（碳棒）： ， 电池总反应： 。

2.碱性锌锰电池：负极材料是 ，正极材料是 ，电解质溶液是 。 电极反应式为： 负极（锌筒）： ， 正极（碳棒）： ， 电池总反应： 。 碱性锌锰电池比普通锌锰干电池的性能好，它的 和可储存时间均有提高。 3.锌银电池 ：负极材料是 ，正极材料是 ，电解质溶液是 。 电极反应式为： 负极（ ）： ， 正极（ ）： ，

电池总反应： 。

4.锂电池：锂电池的负极是 ，正极可以是 、 、 等。其比能高、电压高、工作温度宽，可存储时间长。 三、燃料电池：

1.含义：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。如氢氧燃料电池等。一切能燃烧的液体或气体燃料，均可作燃料电池的燃料。如烃、肼、甲醇、氨、煤气等。燃料电池能量转化率超过 。

2.甲烷燃料电池：电极材料正负极都是 ，电解质一般为碱性（KOH溶液）。 总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

负 极： ， 正 极： 。

3.氢氧燃料电池：电极材料正负极都是 ，电解质可为中性、酸性或碱性。 电解液 负极反应 正极反应 总反应 中性 酸性 碱性 2H2+O2=2H2O 2H2+O2=2H2O 2H2+O2=2H2O 四、化学电池电极反应的书写方法：

1.书写化学电源的电极反应式应遵循的原则：

（1）原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。

（2）弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的用离子符号表示。

（3）正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。

2.常见电极反应式的书写类型：

（1）根据装置书写电极反应式：首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。 （2）给出总反应式，写电极反应式：

各类电极反应式的一般书写步骤为：①列出物质，标电子的得失。②选离子，配电荷。③配个数，巧用水。④两式加，验总式。

如以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤： 负极反应式的书写：

第一步：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。 第二步：根据电解质溶液的酸碱性，用H或OH或其它离子配平，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。 第三步：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： 第一步：O2＋4e===2O。

第二步：O2＋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。

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

1、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某该种电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融 盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气和CO2的混合气为正极燃气，制得在650℃下工 作的燃料电池。完成有关电池的反应式： 负极反应式：2CO+2CO3-4e- = 4CO2 正极反应式： ，

总电池反应式： 。

2、燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池的能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是( )

A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质

B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用 C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH溶液，该电池的负极反应为C2H5OH－12e===2CO2↑＋3H2O

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2-＋

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2＋

2－

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2－

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2－

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D．甲烷碱性燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e===4OH

【课后作业】

1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( )

A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn

2.某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是( )

＋

－－

－－

A．电子通过外电路从b极流向a极 B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e===4OH C．每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L的H2 D．H由a极通过固体酸电解质传递到b极

3.有人设计出利用CH4和O2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，则下列说法中正确的是( )

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电池放电时，溶液pH不断升高

A．①② B．①③ C．①④ D．③④

4.美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功的用于潜航器的镁－过氧化氢燃料电池系统。工作原理如图所示。以下说法中错误的是( ) A．电池的负极反应为：Mg－2e===Mg

－

2＋

－

－

－

－

2－

－

＋

B．电池工作时，H向正极移动

＋

2＋

＋

C．电池工作一段时间后，溶液的pH减小 D．电池总反应式是：Mg＋H2O2＋2H===Mg＋2H2O

5.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( ) A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中重金属离子对环境的污染 C．不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极

6.甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是 ( )

＋

A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇 B．正极反应式：O2＋2H2O＋4e===4OH C．负极反应式：CH3OH＋H2O－6e===CO2＋6H D．该电池提供1 mol e，消耗氧气0.25 mol

7．氢氧燃料电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液．下列说法正确的是（ ）

A．负极反应为：2H2+4OH﹣4e═4H2O B．负极反应为：O2+2H2O+4e═4OH

C．电池工作时溶液中的阴离子移向正极 D．电池工作时正极区pH下降，负极区pH升高 8.下列有关化学电池的说法不正确的是（ ） A. 化学电池是将化学能变成电能的装置

B. 一次电池的活性物质消耗到一定程度就不能使用

C. 二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，故可多次重复使用 D. 燃料电池是将燃料燃烧所放出的能量转化为化学能装置

9.锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可表示为：Zn＋2MnO2＋2NH4+==Zn 2++ Mn2O3+2NH3+H2O在电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是（ ）

A. Zn B. 碳棒 C. MnO2和NH4+ D. Zn 2+和NH4+ 10原电池是化学对人类的一项重大贡献。

(1)某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。

①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是_________ _______________。

②a和b用导线连接，Cu极为原电池_______极(填“正”或“负”)，电极反应式是_________________ Zn极发生_______(填“氧化”或“还原”)反应，溶液中的H移向 (填“Cu”或“Zn”)极。

③无论a和b是否连接，Zn片均被腐蚀，若转移了0.2 mol电子，则理论上Zn片质量减轻________g。 (2)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

＋

﹣

﹣

﹣

﹣

－

－

＋

－

－

①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为： ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。