人教版高中化学选修四第四章 第二节 化学电源

第二节化学电源

[核心素养发展目标] 1.证据推理与模型认知：通过对常见化学电池的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。2.科学态度与社会责任：增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。

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获得再生。

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－1或(W·h)·L－1。

(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－1或W·L－1。

(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－。

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化学电池中电极反应式的书写方法及步骤

(1)分析电极反应。负极元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，写出氧化产物的简单形式；正极元素化合价降低，得电子，发生还原反应，写出还原产物的简单形式。

(2)注意电解质环境。电极产物在电解质溶液中能稳定存在，写出产物的正确存在形式。

(3)根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

(4)根据正负极得失电子守恒，两电极反应式相加得电池总反应。

(5)若已知电池总反应，可用电池总反应减去某一电极反应式求得另一电极反应式。

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)

(1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。

(2)放电反应原理

①负极反应式是Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s) ；

②正极反应式是PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(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)＋SO2－4(aq) ；

②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(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。

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充电电池充电、放电的原理

(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电和放电的反应不互为逆反应。

(2)充、放电时各电极上发生的反应

(3)充电电池电极反应式的书写

充电时阴极(或阳极)的电极反应式与该电池放电时负极(或正极)的电极反应刚好相反。例如，铅蓄电池充电、放电的过程如下图所示。

注意书写铅蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液，放电时两极生成的Pb2＋和电解质溶液中的SO2－4不能共存，Pb2＋与SO2－4结合生成PbSO4沉淀，因此将负极反应式写成Pb－2e－===Pb2＋是错误的，应写成Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。

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。

(2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：

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(1)燃料电池的工作原理

一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。

(2)常见的四种典型燃料电池