课件5：2.2.2 发展中的化学电源

【议一议】 2．有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人
的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2 和H2O进行工作。请讨论解答： (1)负极材料是______，电极反应为__________________。 (2)正极材料是______，电极反应为__________________。
盐桥
Zn2+ Zn2+
Zn2+ Zn2+ Zn2+
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总反应:
Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3 ↑+Mn2O3 + H2O
(3)缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容 易发生气涨或漏液，会导致电器设备的_腐__蚀__。 改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防__漏___
电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构 造上进行改进，制成碱__性锌锰电池。
③锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现 已成为笔记本电脑、移动电话、摄像等低功耗电器 的主流。
锂是密度最小的金属，用 锂作为电池的负极，跟用相同 质量的其他金属作负极相比较 ，使用寿命大大延长。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过_燃__料_与_氧__化__剂_分别在两个电极上发生_氧_ _化__还__原_反应，将_化__学_能直接转化为_电__能的装置。 (2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高__、能量转 化率_高_。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不__是__ _储__存__在__电__池__内__部_，而是由外设装备提供_燃__料_和_氧__化__剂_等。
(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是_P_t ，其负极反应 特 点 是燃__料__氢__气__在__惰__性__电__极__(_P_t)_上__失__去__电__子__生__成__H_＋__，__H_＋___ _与__电__解__质__溶__液__中__的__O_H__－_反__应__生__成__H_2_O__ ， 负 极 反 应 式 是 _H_2_－__2_e_－_＋__2_O_H__－_=_=_2_H__2O__。 2．正极反应式的书写 (1)首先判断在正极发生反应的物质 ①当负极材料与电解质能自发发生氧化反应时，在正极上 发生电极反应的物质是_电__解__质__溶__液__中__的__某__种__微__粒_； ②当负极材料与电解质不能自发发生氧化反应时，在正极
( A)
A ． 以 NaCl 溶 液 或 NaOH 溶 液 为 电 解 液 时 ， 正 极 反 应 都
为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－
3e－===Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解质
溶液的碱性保持不变
二、写电极反应式，格式为： 负极反应： 还原剂—ne- → 氧化产物 正极反应： 氧化剂 + ne- → 还原产物 两极得失电子数目相等，用“==”不用
“三→、将”正、负极反应式相加，验证与原电池
总反应方程式是否一致
注意：
判断电极产物是否与电解质溶液发生反应， 若发生反应，则应写入电极反应式。
二、原电池电极反应式的书写
1．负极反应式的书写 先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质 溶液的成分对电极产物的影响。 (1)锌锰干电池(Zn—C—NH4Cl)的负极是Z_n_，其负极反应 特 点 是锌__本__身__失__去__电__子__生__成__Z_n_2_＋_，__Z_n_2_＋_与__电__解__质__溶__液__成____ 分__不__反__应__，负极反应式是_Z_n_－__2_e_－_=__=_=_Z_n_2_＋_。
上发生电极反应的物质是__溶__解__在__电__解__质__溶__液__中__的_O_2。
(2)然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考 虑正极反应产物是否_与__电__解__质__溶__液_反应的问题，若参与反
应要叠加在一起书写。
(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中，其正极反 应式是_O_2_＋__2_H_2_O__＋__4_e－__=_=_=_4_O__H_－__；铜锌原电池(Zn－Cu －H2SO4)的正极反应式是_2_H__＋_＋__2_e_－_=__=_=_H_2_↑_。
答案 (1)锌 2Zn－4e－===2Zn2＋
(2)铂 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
一、原电池电极反应式的书写
【例1】 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高
而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电
池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
(B )
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
变式训练1 可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以
NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空
气电极为正极。下列说法正确的是
变式训练2 燃料电池是目前电池研究的热
点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃
料电池，如图所示a、b均为惰性电极。
下列叙述不正确的是
(B)
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O C．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
高中化学·必修2·人教版
第2课时 发展中的化学电源
[目标导航] 1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的 化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清 洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电 源的电极反应式。
一、常见的化学电源
1．锌锰干电池 (1)结构：锌锰干电池是以锌筒为_负_极，石墨棒为_正_极，在 石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作_电__解__质_。 (2)原理：锌锰电池是一__次__性__电池，放电之后_不__能__充电， 内部的氧化还原反应是不__可__逆__的。负极发生的电极反应 为:__Z_n_－__2_e_－__=_=_=_Z_n_2_＋，正极发生的电极反应为: 2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
【议一议】 1．判断正误
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。 (2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。 (3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化。 (4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅。
()
×× ( )
()
×√( )
原电池电极反应式的书写：
一、写电池总反应方程式，判断正极、负极， 分析反应特点，以及电解质溶液对电极产物的 影响
铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：
放电
PbO2 + Pb + 2H2SO4 充电2PbSO4 + 2H2O
②镍镉充电电池：它是一种体积小，具有残留性
记忆的充电电池，寿命比铅蓄电池长，可重复使用 500次以上。它以Cd为负极，NiO(OH)为正极，KOH 为电解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪 光灯、电动剃须刀等，但镉是有毒重金属，废弃镍 镉电池如不回收，会严重_污__染_环境。
放电
化_学__能___充__电___电___能___ 。
①铅蓄电池：最早使用的充电电池，它是用硬橡胶
或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐 色的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫 酸溶液中。
铅蓄电池电极反应： 负极：Pb + SO42-—2e-＝PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O
广泛用于卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视 机等。
2．充电电池
(1)充电电池又称_二__次__电池。充电电池在放电时所进行的
氧__化__还__原___反应，在充电时又_逆__向__进行， 生__成__物__重新转化
为反__应__物__，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电
电池中能量的转化关系是：
(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是P__b，其负极反
应特点是_P_b__失__去__电__子__生__成__P__b_2＋_，__P__b_2＋_与__电___解__质__溶__液__中_ _的__S__O_24_－_反__应__生__成__P__b_S_O__4 ，负极反应式是_P_b_－__2_e_－_＋__S_O__24－ _=_=_=__P_b_S_O__4 。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电
极反应如下： 负极： 2_H__2＋__4_O__H_－__－__4_e_－_=_=_=_4_H__2O__(氧化反应)； 正极：_O_2_＋__2_H_2_O__＋__4_e－__=_=_=_4_O__H_－__ (还原反应)； 总反应：_2_H__2＋__O__2=_=__=_2_H_2_O_。
常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、 甲醇燃料电池等。燃料电池的正极反应物一般为 氧气。电解质不同，电极反应就不同. 氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理为： 负极：2H2－4e－===4H＋(氧化反应) 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(还原反应) 电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
二、燃料电池
【例2】 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空 气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强
D 碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 ( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动