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－===Cu2＋；正极为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

(3)若(2)题中电极材料选铜和铁，则电极反应式：负极为Fe－2e－===Fe2＋，正极为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，其电池总反应的离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

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。

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：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电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)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(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)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(CH 3OH)和氧气，发生原电池反应。

在负极发生氧化反应的是CH 3OH ，其最终产物是H 2O 、CO 2－3，负极反应式是2CH 3OH －12e －＋16OH－===2CO 2－3＋12H 2O ；正极反应式是3O 2＋6H 2O ＋12e －===12OH －；总反应式是2CH 3OH ＋3O 2＋4OH －===2CO 2－3＋6H 2O 。

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)＋2MnO 2(s)＋2H 2O(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2MnO 2(s)＋2H 2O(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.SO2－4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(SO2－4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－===CO2－3＋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－===CO2－3＋7H2O由此可见A、B、D正确，错误的为C。

1.下列电池工作时，O2在正极放电的是( )答案 B解析A项，锌锰电池，Zn是负极，MnO2为正极，所以正极放电的物质是二氧化锰；B项，氢燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极；C项，铅蓄电池负极为Pb，正极为PbO2放电；D项，镍镉电池负极为Cd，正极为NiO(OH)放电。

2.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。

有一种锌银电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质为KOH，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )A.在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大B.在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C.Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应D.Zn是负极，Ag2O是正极答案 D解析根据原电池原理：负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，可以判断该原电池中Zn为负极，Ag2O为正极；根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小，故A、C错误；电子是从负极沿导线流向正极，故B错误。

3.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 放电充电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)2B.充电时阳极反应为Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－4＋4H2OC.放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强答案 C解析根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。

充电时，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。

放电时正极附近生成OH－，碱性增强。

4.2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是( )A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1－x Mn2O4＋x LiC.放电时，a极锂的化合价发生变化D.放电时，溶液中Li＋从b向a迁移答案 C解析图示所给出的是原电池装置。

A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。

5.原电池是化学对人类的一项重大贡献。

(1)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”)。

(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。

可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池。

请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2；正极反应式：____________________________________________________________；总电池反应式：__________________________________________________________。