2020高中化学 第四章 电化学基础 第二节 化学电源导学案 新人教版选修4

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

1.原电池的设计与判断

(1)依据Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑设计原电池，可选用铁片作负极，铜片(或石墨)作正极，用导线连接后，置于电解质溶液稀硫酸中。

(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，也能构成原电池，其电极反应式：负极为Cu－2e===Cu；正极为2Fe＋2e===2Fe。

(3)若(2)题中电极材料选铜和铁，则电极反应式：负极为Fe－2e===Fe，正极为2Fe＋2e===2Fe ，其电池总反应的离子方程式为Fe＋2Fe===3Fe。

以上三种电池并不能提供稳定的电流，为了能提供稳定的电流，人们根据原电池的原理，设计了多种多样的化学电池。

2.化学电池是将化学能转化成电能的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。 种类 一次电池 二次电池 特点(分类依据) 放完电以后不能再使用 充电、放电可循环进行 实例 普通锌锰电池、碱性锌锰电池 铅蓄电池、镍氢电池 氢氧燃料电池、CH4燃料电池 －

2＋

3＋

2＋

－

2＋

3＋

－

2＋

3＋

－

2＋

燃料电池 可通过不断充入燃料、氧化剂，连续使用 归纳总结

化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，分为一次电池、二次电池(充电电池)、燃料电池(连续电池)。使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等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。

1.下列说法错误的是( )

A.依据原电池的原理设计出了化学电源 B.原电池是化学电源的雏形

C.判断电池的正负极只需看其正负极材料的活泼性

D.氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源 答案 C

解析 判断电池的正负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关。 2.下列说法中错误的是( )

A.化学电池是将化学能转变成电能的装置

B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等 C.化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护 D.废旧电池可以随意丢弃 答案 D

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，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液。

已知该电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2，则 ①负极反应式：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2， ②正极反应式：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。试根据总反应式Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag判断：

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

铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：

放电

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)充电2PbSO4(s)＋2H2O(l) (1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式 负极：Pb(s)＋SO4(aq)－2e===PbSO4(s)；

正极：PbO2(s)＋4H(aq)＋SO4(aq)＋2e===PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(2)放电过程中，电解质溶液的pH变大，理由是H2SO4不断被消耗，使c(H)减小，pH增大。 3.燃料电池

(1)氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2===2H2O。 氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应

＋

＋

2－

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2－

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介质 酸性 中性 碱性 负极反应式 2H2－4e===4H 2H2－4e===4H 2H2－4e＋4OH===4H2O －－－＋－＋正极反应式 O2＋4H＋4e===2H2O O2＋2H2O＋4e===4OH O2＋2H2O＋4e===4OH －－－－＋－(2)燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体。若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是CH3OH，其最终产物是H2O、CO3，负极反应式是2CH3OH－12e＋16OH

－

2－

－

===2CO3＋12H2O；正极反应式是3O2＋6H2O＋12e===12OH；总反应式是2CH3OH＋3O2＋4OH===2CO3＋6H2O。

2－

2－－－

－

归纳总结

1.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。

2.书写化学电池中电极反应式注意的问题

(1)正确判断出化学电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。

(2)确认电极得失电子后的产物是否能与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。

(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号。

(4)书写二次电池的电极反应式时，要注意判断充电方向与放电方向。放电时的电极反应式倒过来即为充电时的电极反应式(注意电子的得失)。

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。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)。下列说法中错误的是( ) 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)＋2H2O(l)＋2e===2MnOOH(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0.2 mol电子，锌的质量减少 6.5 g 答案 C

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解析 本题要求利用原电池原理分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池原理写出正极反应式知B正确。 4.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 C.SO4只向PbO2处移动 D.电解质溶液的密度不断减小 答案 D

解析 由题给电极反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，H2SO4浓度减小，溶液密度减小，所以B错，D对；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO4和OH)移向Pb极，所以C不正确。

5.用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O。下列说法错误的是( )

A.通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极 B.放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高 C.放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化

D.通甲烷极的电极反应式是CH4＋10OH－8e===CO3＋7H2O 答案 C

解析 原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是

正极：2O2＋4H2O＋8e===8OH 负极：CH4＋10OH－8e===CO3＋7H2O 由此可见A、B、D正确，错误的为C。

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