2018-2019版高中化学第四章电化学基础第二节化学电源学案新人教版选修

第二节 化学电源

[学习目标定位] 1.知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。

一、化学电池及其分类 1.化学电池的分类

(1)化学电池按其使用性质常分为如下三类：

①一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。 ②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质再生。 ③燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。 (2)化学电池按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。 2.判断电池优劣的主要标准

(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg或(W·h)·L。 (2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg或W·L。 (3)电池可储存时间的长短。 3.化学电池的回收利用

使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 例1 下列说法中错误的是( )

A.干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池 B.二次电池能连续不断地使用是因为含有的活性物质可以再生 C.氢气、甲醇、烃、肼、氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料 D.具有高“比能量”和高“比功率”的电池称为高能电池 答案 B

解析 二次电池放电后需要再充电，只能重复使用，而不能连续不断地使用。 考点 初步认识化学电池 题点 化学电池及其类别

例2 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

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B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中石墨电极 答案 B

解析 汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。 考点 初步认识化学电池 题点 废旧化学电池的回收利用 二、常见的化学电池 1.一次电池

(1)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 。

①负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液； ②负极反应式是Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2； ③正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e===2MnOOH＋2OH。

(2)锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

①负极反应式是Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2； ②正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH。 2.二次电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

2PbSO4(s)＋2H2O(l)

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(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。 (2)放电反应原理

①负极反应式是Pb(s)＋SO4(aq)－2e===PbSO4(s)；

②正极反应式是PbO2(s)＋4H(aq)＋SO4(aq)＋2e===PbSO4(s)＋2H2O(l)； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。 (3)充电反应原理

①阴极(发生还原反应)反应式是PbSO4(s)＋2e===Pb(s)＋SO4(aq)；

②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e===PbO2(s)＋4H(aq)＋SO4(aq)； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。 3.燃料电池

氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。 (1)氢氧燃料电池的总反应式是2H2＋O2===2H2O。

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(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：

介质 酸性 碱性

常见化学电池的比较

(1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。 (2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。

(3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。 例3 (2017·腾冲县期末)锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )

负极反应式 2H2－4e===4H 2H2－4e＋4OH===4H2O －－－＋正极反应式 O2＋4H＋4e===2H2O O2＋2H2O＋4e===4OH －－＋－

A.放电时Li由B极向A极移动

B.电池放电反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH C.B电极反应式为O2＋4H＋4e===2H2O D.电解液a可以为氯化锂溶液 答案 B

解析 在锂空气电池中，A(金属锂)为负极，其反应式是4Li＋4OH－4e===4LiOH；B为正极，其反应式是O2＋4e＋2H2O===4OH；总反应式是4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。原电池工作过程中，溶液中的Li(阳离子)移向B极(正极)；金属锂能与水反应，电解质中不能含有水。 考点 一次电池和二次电池 题点 一次电池

方法点拨 根据原电池装置书写电极反应式

(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。

(2)若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入负极反应式。 (3)正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。

例4 (2017·毕节市模拟)镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15

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年。镍—镉电池的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O( )

2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。下列说法不正确的是

A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－2e===Cd(OH)2 B.充电时，阳极反应为Ni(OH)2(s)－e＋OH(aq)===NiOOH(s)＋H2O(l) C.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小 D.该电池充电时将电能转化为化学能 答案 C

解析 由电池总反应可知：放电时负极反应式为Cd＋2OH－2e===Cd(OH)2，负极区OH浓度减小，pH减小；放电时正极反应式为NiOOH(s)＋H2O＋e===Ni(OH)2(s)＋OH，正极区OH浓度增大，pH增大；充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni(OH)2(s)－e＋OH

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(aq)===NiOOH(s)＋H2O(l)；二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。 考点 一次电池和二次电池 题点 二次电池

方法点拨 由二次电池的总反应式书写电极反应式

(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。

(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。 例5 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。 (1)酸性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________________________。 (2)碱性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________________________。 (3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池

总反应式：_______________________________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________________________。 答案 (1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋8e===4H2O

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