高三化学第2课时 化学电源

燃料电池
分析氢氧燃料电池的工作原理，质子交换膜做离子导体， 写出电极反应式。
负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
燃料电池
分析氢氧燃料电池的工作原理，熔融碳酸盐做离子导体， 写出电极反应式。(正极同时充入O2和CO2)
负极：2H2+2CO32- -4e- = 2H2O+ 2CO2 正极：O2 + 4e- + 2CO2= 2CO32－
负极：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－
小试身手
锌银纽扣电池示意图如图所示，请 根据电池反应: Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag 写出两个电极的电极反应方程式。
负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
燃料电池
除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池 的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。
燃料电池的电极不参与反应，电池的正、负极反应物 分别是氧化剂和燃料。燃料电池具有能量利用效率高、可 连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前景十分广阔 的化学电源。
小试身手
写出下列甲烷燃料电池的电极反应式：
2.氢镍电池:H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2 负极：H__2_-_2_e_-_+_2_O__H_-_=_2H2O
正极：N__iO__(O__H_)_＋_e_－_＋__H2O=Ni(OH)2＋OH－
铅蓄电池 (二次电池)
负极材料：Pb， 负极反应物：Pb 正极材料： PbO2 ， 正极反应物:PbO2 电解液:30%的H2SO4溶液
小试身手
写出下列甲醇燃料电池的电极反应式：
(1)酸性条件 正极反应式：_O__2_＋__4_e_－_＋__4_H_＋__=_4_H_2_O____________； 负极反应式：_C__H_3_O__H_-_6_e_-+_H__2_O_=_C__O_2_↑_+_6_H__+ _____。 (2)碱性条件 正极反应式：_O_2_＋__4_e_－_＋__2_H__2_O_=_4_O__H_－___________； 负极反应式：C_H__3O__H_－__6_e_－__＋__8_O__H__－_＝__C_O__3_2－__＋__6_H。2O
增加__4_8__g。
下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是 ( C )
.
A．上述电池分别属于一次电池 、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量增减重轻9260g7 g
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
燃料电池 相当于燃烧反应的电池反应
多孔石墨电极
以惰性电极（石墨）为电极材料
在正负极分别通入氧化剂和燃料
氧化剂：氧气、H2O2 正极
还原剂：燃料（H2/CH4/乙醇/
甲醇/葡萄糖等）负极
判断正误：
原电池的正负极材料一定参与电极反应。（ ×） 燃料电池中，通入氧气的一极一定是正极。（ × ） 燃料电池中，阳离子向正极移动。（ √ ） 氢氧燃料电池中，负极反应一定是H2-2e-=2H+( × )
小试身手
写出下列甲烷燃料电池的电极反应式：
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池 正极反应式：_C_H__4_＋__4_O_2_－_－__8_e_－_=_C__O_2_＋__2_H__2O_____； 负极反应式：_2_O_2_＋__8_e_－_=_4_O__2_－_________________。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境 正极反应式：_2_O__2＋__4_C__O_2_＋__8_e_－_=_4_C__O__3_2-________； 负极反应式：_C__H_4_＋__4_C_O__32_-_－__8_e－__=_5_C_O__2_＋__2_H_2_O__。
思考
放电
Pb+PbO2+2H2SO4 充电 2PbSO4 + 2H2O
以铅蓄电池为例，可充电的二次电池中的放电反应 与充电反应是否互为可逆反应，为什么？
不是可逆反应。因为反应条件不同，充电过程要 在通电的条件下实现，即电解。
小试身手
铅蓄电池是典型的可充型电池，电池总反应式为：
放电
Pb+PbO2+2H2SO4 充电 2PbSO4+2H2O 请回答下列问题： (1)放电时，电解液中H2SO4的浓度将变_小___; (2)当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量
巩固提升
氢氧燃料电池是将多孔镍电极放置在KOH溶液中，然后分 别向两极通入H2和O2，即可产生电流。下列叙述中正确的 是 ( BC) A．通入H2的电极为正负极极 B．正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OHC．工作时，负极区溶液pH降低 D．工作时，溶液中的阴离子移向正负极极 E.工作一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量减不小变。
放电
Pb+PbO2+2H2SO4 充电 2PbSO4 + 2H2O
负极Pb： Pb+ SO42- -2e- = PbSO4 正极PbO2： PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O
铅蓄电池 (二次电池)
(1)放电时的反应
①负极反应：Pb＋SO42－－2e－ = = = PbSO4 ②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO24－＋2e－ = = = PbSO4＋2H2O ③电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 === 2PbSO4＋2H2O
(1)酸性条件 正极反应式：_2_O__2_＋__8_H_＋__＋__8_e－__=_4_H_2_O___________； 负极反应式：_C__H_4_－__8_e_－_＋__2_H__2_O_=_C__O_2_＋__8_H_＋_____。
(2)碱性条件 正极反应式：_2_O_2_＋__4_H__2O__＋__8_e_－_=_8_O__H_－__________； 负极反应式：_C_H__4_＋__1_0_O_H__－_－__8_e_－_=_C__O_3_2_-＋__7_H__2O__。
(2)充电时的反应
①阴极反应： PbSO4＋2e－ = = = Pb＋SO24－
②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－= = = PbO2＋4H＋＋SO42－
③电池总反应：2PbSO4＋2H2O=通==电==Pb＋PbO2＋2H2SO4
放电
Pb+PbO2+2H2SO4 充电 2PbSO4+2H2O
(1) 通常从电极进出物质的化合价升降电子注意电解质溶液中可参与反应的离子并配平电荷守恒。 (3) 根据原子守恒配平其他系数。
小试身手
判断下列电池放电时的电解质溶液的酸碱性，并写出电极反 应式。
1.镍镉电池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2 负极：_C_d_－__2_e_－_＋__2_O_H_－_ =Cd(OH)2 正极：_N_i_O_2_＋_2_e_－_＋__2_H_2O=Ni(OH)2＋2OH－
第1章 化学反应与能量转化
第2节 化学能转化为电能——电池
第2课时 化学电源
化学电源的分类
一次电池 (只能放电不能充电，
使用后即弃去)
二次电池 (可以反复 充电和放电)
燃料电池
思考
为什么废弃电池要进行回收利用？
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。
锌锰干电池(一次电池) 酸性锌锰干电池 MnO2和C 锌筒
石墨棒 NH4Cl、ZnCl2
负极：Zn-2e- =Zn2+ 正极：2MnO2+2NH4+ +2e- = Mn2O3+2NH3 +H2O
锌锰干电池(一次电池) 碱性锌锰干电池 锌粉和KOH
MnO2和石墨
碱式氧化锰 电池反应：Zn+2MnO2+H2O = ZnO +2MnOOH
燃料电池
分析氢氧燃料电池的工作原理，NaOH溶液做离子导体， 写出电极反应式。
负极：2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
燃料电池
分析氢氧燃料电池的工作原理，固体电解质(可传导O2-) 做离子导体，写出电极反应式。
负极：2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 正极：O2 + 4e- = 2O2－
以石墨为电极材料
介质
液
态 酸性
电 解
碱性
质 中性
电池反应： 2H2 +O２ = 2H2O
负极反应
正极反应
固 传导O2-
态 熔 融 电
碳酸盐
（正极 同时充
解 入O2和
质 CO2）
燃料电池
分析氢氧燃料电池的工作原理，稀硫酸做离子导体， 写出电极反应式。
负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- = 4H2O