2018-2019年高中化学 第04章 电化学基础 专题4.2 化学电池导学案 新人教版选修4

4-2 化学电源
【学习目标】
1．了解化学电源的分类方法。

2．了解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。

【学习重难点】
学习重点：常见化学电源的组成和工作原理
学习难点：常见化学电源的组成和工作原理
【自主预习】
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=2CO32-
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
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：。

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＋8H2O3Zn(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：；
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（Z r O2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。

下列对该燃料说法正确的是A．在熔融电解质中，O2－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- = 2O2-
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+2CO32--4e- = 4CO2，正极反应式：，电池总反应式：。

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。

【预习检测】
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．判断一种电池的优劣主要是看其负极材料的活泼性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
2．下列说法中，不正确的是( )
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
合作探究
探究活动一：化学电池
化学电池是将的装置。

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：
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(可充电电池)、燃料电池(连续电池)。

使用后的废弃电池中含有和酸、碱等有害物质，随处丢弃会给、等造成严重的污染。

所以废弃电池要进行回收利用。

【学以致用】
1．下列说法正确的是( )
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
2．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
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
探究活动二：常见的化学电池
1．一次电池
（1）碱性锌锰干电池是一种常用的一次电池，其负极是，正极是，电解质溶液是溶液。

①负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，
②正极反应式：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－，
③总反应式：Zn＋MnO2＋H2O===Mn(OH)2＋ZnO。

（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
①负极是，其依据是
2．二次电池
铅蓄电池是常见的二次电池，其负极是，正极是，电解质溶液是。

已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4放电2PbSO4＋2H2O
（1
3
）燃料电池的燃料除氢气外，还有、、、氨气、肼等气体或液体。

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，其产物最终是，负极
反应式是
；正极反应式是
；总反应式是。

[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)。

【学以致用】
3．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag 2O 和Zn ，电
解质溶液为KOH 溶液，电极反应为 Zn ＋2OH －－2e －
===ZnO ＋H 2O Ag 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －
总反应为Ag 2O ＋Zn===ZnO ＋2Ag
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Ag 2O 经外电路流向Zn 极
C ．Zn 是负极，Ag 2O 是正极
D ．Zn 极发生还原反应，Ag 2O 极发生氧化反应
4．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH 溶液中，然后分别向两极通入乙烷和
氧气，其电极反应式为C 2H 6＋18OH －－14e －
===2CO
3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
＋12H 2O 、7H 2O ＋2,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(7,2EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(7O 2＋14e －===14OH －，有关此电池的推断正确的是( )
A ．通氧气的电极为负极
B ．参加反应的氧气与
C 2H 6的物质的量之比为7∶2 C ．放电一段时间后，KOH 的物质的量浓度不变
D ．电解质溶液中，CO3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
向
正极移动
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CH 4＋2KOH ＋2O 2===K 2CO 3＋3H 2O ，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O 2一极附近溶液的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CH 4＋10OH －
－8e －
===CO
3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
＋7H 2O
【学习小结】
【巩固练习】
1．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
钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO 2(s)＋H 2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn 2O 3(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)＋H 2O(l)＋2e －
===Mn 2O 3(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
2．铅蓄电池的两极分别为Pb 、PbO 2，电解质溶液为H 2SO 4，工作时的电池反应为Pb ＋PbO 2
＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O ，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,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,4EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
只向PbO 2处移动
D ．电解质溶液pH 不断增大
3．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与
铝反应产生电流。

电池总反应为4Al ＋3O 2＋6H 2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是( ) A ．正极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
B ．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C ．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D ．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
4．（1）今有反应2H 2＋O 22H 2O ，要构成燃料电池，则负极通入的应是____________，正极通
入的应是_____________________________________________________， 电极反应式分别为__________________________________________________、 ________________________________________________________________________。

（2）如把KOH 改为稀H 2SO 4作电解质溶液，则电极反应式分别为__________________、 ________________________________________________________________________。

（3）上述（1）和（2）的电解质溶液不同，反应进行后，（1）中溶液pH 变________(填“大”
或“小”，下同)，（2）中溶液pH 变________。

（4）如把H 2改为甲烷，KOH 溶液作电解质溶液，则电极反应式分别为
________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。

【总结与反思】
通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。

【参考答案】
【自主预习】略
【预习检测】1． C 2． D
【合作探究】
探究活动一：
化学能转化电能
种类特点(分类依据) 实例
一次电池放完电以后不能再使用
普通锌锰电池、
碱性锌锰电池
二次电池充电、放电可循环进行铅蓄电池、镍氢电池
燃料电池
可通过不断充入还
原剂、氧化剂，连续使用
氢氧燃料电池、
CH4燃料电池
[归纳总结]
汞、镉、铬、铅等大量的重金属，土壤，水源
【学以致用】1． C 2． B
3．（1）
介质负极反应式正极反应式
酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
（2）烃类、醇类、煤气、，CH3OH， H2O、CO
3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3
EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
， 2CH3OH－12e－＋16OH －===2CO3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3
EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－
＋12H2O； 3O2＋
11 6H 2O ＋12e －===12OH －； 2CH 3OH ＋3O 2＋4OH －
===2CO
3,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－,3EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(2－＋6H 2O 。

【学以致用】
3． C 4． B 5． C
【巩固练习】。