化学电源教学设计复习课程

化学电源教学设计

课标解读重点难点

1.了解电池的分类、特点及适用范围。

2.了解几类化学电池的构造、原理。

3.了解化学电源的广泛应用及废旧电池的危害。1.一次、二次、燃料电池的构造及工作原理。(重点)

2.原电池电极反应式的书写。(重难点)

化学电源 1.概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。

2．类型①一次电池如普通锌锰电池——干电池

②二次电池如铅蓄电池

③燃料电池如氢氧燃料电池

常见的几种化学电池

1.一次电池(碱性锌锰电池)

(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH。

(2)电极反应：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2

正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2

2．二次电池(蓄电池)

(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液

(2)工作原理

①放电：负极：Pb(s)＋SO2－

4(aq)－2e－===PbSO4(s)

正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－

4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)

总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)

②充电时

铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。

阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－

4(aq)；

阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－

4(aq)；

总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。

上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

放电

充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

3．燃料电池

(1)工作原理

①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。

②电极材料本身不发生氧化还原反应。

③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。

(2)氢氧燃料电池

①电极材料Pt，酸性电解质。

②电极反应：负极：H2－2e－===2H＋

正极：1

2

O2＋2H＋＋2e－===H2O

总反应：H2＋1

2

O2===H2O

若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？

【提示】负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

总反应：2H2＋O2===2H2O

1．根据装置书写电极反应式

(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的

得失。

(2)电极反应式的书写。

负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子，若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共

存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：Pb＋SO2－

4－2e－===PbSO4。

正极：阳离子得到电子生成单质，或O2得到电子。若反应物是O2，则：

电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。

2．给出总反应式，写电极反应式

分析反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)→选择一个简单的变化情况去写电极反应式→

另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电

极反应式，即得结果

以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定 2 mol H2失掉 4 mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋。

(2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH －。

3．可充电电池电极反应式的书写

在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。

(1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高。

(2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。

书写电极反应式应注意电解质溶液的影响。

(1)中性溶液反应物中无H＋或OH－。

(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH－。

(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H＋。

(4)水溶液不能出现O2－。

例1．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为______________、______________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为__________________、_____________________。

(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_______________________________。

(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、__________________。

【解析】根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反

应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O 增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸

性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。

【答案】(1)H2O2负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(1)变小，(2)变大

3＋7H2O

(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－

正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

小结：

常见燃料电池的电极反应

在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变，引起电极反应的变化，但

不影响燃料及O2的性质。

电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时，还要特别考虑电解质溶液

是否参与反应。

(1)甲烷燃料电池。

电解质：KOH

正极(通O2)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

3＋7H2O

负极(通CH4)：CH4＋10OH－－8e－===CO2－

总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O

(2)甲醇燃料电池。

电解质：KOH

正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

3＋12H2O

负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－

总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O

(3)肼燃料电池。

电解质：KOH

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O