高中化学第四章电化学基础4.2化学电源导学案新人教版选修4【精品

化学电源

学习目标：

1、认识日常生活中常用的化学电源和新型化学电池； 2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池； 3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。 学习重难点：

化学电源的结构及电极反应的书写；燃料电池电极反应的书写。 自主学习 一、化学电源 （一）化学电源的分类

1.一次电池：电池中发生反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。 2.二次电池：可多次的电池。

3.燃料电池：利用和间的氧化还原反应将能转化为能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因 。

4.判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池或 以及电池的可存储时间的长短。 O2 +4e +2CO2=2CO3 二、一次电池

（一）锌锰电池——分为酸性和碱性两种

1.普通锌锰电池：酸性电解质为

负极：材料，反应式： 正极：材料，反应式：2

＋2 e?＋2MnO2＝2NH3↑＋Mn2O3＋H2O

-2-

总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl 2+2NH3↑ 2. 碱性锌锰电池：

负极：材料，反应式：

正极：材料，反应式：2MnO2+2e?+2H2O =2MnOOH+2OH? 总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

（二）银锌电池

负极：材料，反应式： 。

1

正极：材料，反应式：。

总反应化学反应方程式：Zn +AgO2 +H2O= Zn(OH)2+2Ag

三、二次电池

（一）铅蓄电池——最常见的二次电池 总反应化学反应方程式：

放电时：

负极：材料，反应式： 。 正极：材料，反应式：。 充电时：

阳极(氧化反应)：材料，反应式： 阴极(还原反应)：材料，反应式： 小规律：

1、充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。

2、充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，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。 （二）目前已经开发的新型二次电池有

[课堂练习]高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是

A 放电时负极反应为：Zn－2ｅ－＋2OH－＝Zｎ(OH)2 B 充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－＝FeO42－＋4H2O C 放电时每转移3mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化 D 放电时正极附近溶液的碱性增强 四、燃料电池 （一）氢氧燃料电池

总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是： 1、使用中性电解质

负极反应式：；

2

正极反应式：。 2．使用酸性电解质

负极反应式：； 正极反应式：。 3．使用碱性电解质

负极反应式：； 正极反应式：。

小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择性的电解质。

燃料电池与前几种电池的比较的优势：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；

②反应产物不断排出 ③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。 ④氢燃料电池等的产物对环境是友好的。 （二）其它燃料电池

[课堂练习]某种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O。下列对该燃料说法正确的是 A.在熔融电解质中，O由负极移向正极

B.电池的总反应是：2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O C.通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 + 4e = 2O

D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e + 13O2 = 4CO2 + 5H2O 五、熔融盐电池

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。负极反应式：2CO+2CO3-4e = 4CO2，正极反应式：， 电池总反应式：。 六、书写电极反应式注意点： 1、普通原电池

①找出氧化反应和还原反应的物质和电子得失的数目，确定正负极反应的物质； ②根据反应物和产物的结构，考虑反应环境（离子共存）写出正负极反应式。 ③正负极反应式遵守得失电子相等的原则。

④总反应的离子方程式是正、负两个极电极反应之和，若能写出某一极反应或已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。 ⑤检查：质量守恒和电荷守恒。

3

2----2-2－

2-

2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极

①先写正极：正极一般是O2得电子发生还原反应。

②看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中产物中不能出现的H，酸性介质中产物中不能出现的OH。

③得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。 ④检查：质量守恒和电荷守恒。 合作探究:

例1、1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S．

（1）、此电池中_______作负极，电极反应为_______，_______作正极． （2）、该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______。

例2、充电电池在放电时发生的反应，在充电时又可以逆向进行，使生成物恢复原状，由此推断，“充电”

时的反应是 （ ）

A、氧化还原反应 B、非氧化还原反应 C、可能是氧化还原反应，也可能是非氧化还原反应D、无法判断

例3、新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。写出电极反应式：

-+

例4、银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可表示为： 2Ag+Zn(OH)2

那么放电时，负极上发生反应的物质是（）

A、Ag B、Zn(OH)2 C、Ag2O D、Zn

例5、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按此图的提示，叙述不正确的是( )

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：4OH-4e== 2H2O+O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

－

－

Ag2O+Zn+2H2O

4

D．燃料电池是一种不需将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

巩固练习:

1.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.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

C.回收其中石墨电极 D.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 2. 在铅蓄电池放电时,溶液的pH将( )

A.不变 B.升高 C.降低 D.无法确定

3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O

2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是( )

A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极 B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极 C.正极的电极反应为Ag2O+2e+H2O

-

2Ag+2OH

-

D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应

4.(双选) 燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极： O2＋2H2O＋4e＝4OH； Y极：2H2＋4OH--4e＝4H2O下列判断正确的是 （ ）

A．X是正极 B．负极材料是氢气

C．电解液可能是硫酸 D．Y极发生氧化反应，故是负极 5.有关下图装置中的叙述正确的是（ ）

A．NaOH溶液的碱性逐渐减弱

B．这是一个原电池装置，利用该装置可长时间的观察到Fe(OH)2沉淀的颜色 C．Pt为正极，其电极反应为：O2＋2H2O ＋4eˉ＝4OHˉ D．Fe为负极，其电极反应为：Fe－3eˉ＋3OHˉ＝Fe(OH)3

6.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际 应用价值的装置来,下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的 电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是( ) A.铝罐将逐渐被腐蚀

B.石墨颗粒和炭棒上发生的反应为:O2+4eC.炭棒应与玩具电机的负极相连

-－

－

－

－

2O

2-

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D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻

7.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气（2NaCl+2H2O ═ 2NaOH +H2↑+Cl2↑），已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极 Pb-2e+SO4═PbSO4 ；正极 PbO2+4H+SO4+2e═PbSO4+2H2O 今若制得Cl2 0.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（ ） A.0.025 mol B.0.050 mol C.0.10 mol D.0.20 mol

8.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

9.研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl====Na2Mn5O10＋2AgCl下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )

A．正极反应式：Ag＋Cl－e====AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C．Na不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl是还原产物 10.已知空气--锌电池的电极反应式为：锌：Zn＋2OH－2e====ZnO＋H2O， 1－－

石墨：O2＋H2O＋2e====2OH，据此判断锌片是( )

2 A．负极，并被氧化 B．负极，并被还原 C．正极，并被氧化

D．正极，并被还原

－

－

＋

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－

＋

－

－＋

-2-+

2--

11.铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：

Fe＋Ni2O3＋3H2O====Fe(OH)2＋2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是( ) A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－2e====Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－2e====Ni2O3＋3H2O 12.下列有关电池的说法不正确的是( ) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

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D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻

7.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气（2NaCl+2H2O ═ 2NaOH +H2↑+Cl2↑），已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极 Pb-2e+SO4═PbSO4 ；正极 PbO2+4H+SO4+2e═PbSO4+2H2O 今若制得Cl2 0.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（ ） A.0.025 mol B.0.050 mol C.0.10 mol D.0.20 mol

8.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

9.研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl====Na2Mn5O10＋2AgCl下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )

A．正极反应式：Ag＋Cl－e====AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C．Na不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl是还原产物 10.已知空气--锌电池的电极反应式为：锌：Zn＋2OH－2e====ZnO＋H2O， 1－－

石墨：O2＋H2O＋2e====2OH，据此判断锌片是( )

2 A．负极，并被氧化 B．负极，并被还原 C．正极，并被氧化

D．正极，并被还原

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11.铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：

Fe＋Ni2O3＋3H2O====Fe(OH)2＋2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是( ) A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－2e====Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－2e====Ni2O3＋3H2O 12.下列有关电池的说法不正确的是( ) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

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