2020高考化学一轮复习讲义 电化学专题(3)化学电源(无答案)

考点三化学电源

李仕才

1．一次电池

A.锌锰电池

普通锌锰电池碱性锌锰电池装置

电极反应负极：Zn−2e−Zn2+

正极：2+

4

NH+2MnO2+2e−2NH3+Mn2O3+H2O

总反应：

Zn+2MnO2+2+

4

NH Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O

负极：Zn+2OH−−2e−Zn(OH)2

正极：2MnO2+2H2O+2e−2MnOOH+2OH−

总反应：

Zn + 2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2

特点

优点：制作简单，价格便宜；

缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短，

放电后电压下降较快

优点：克服了普通锌锰干电池的缺点，单位

质量所输出的电能多且储存时间长，适用于

大电流和连续放电

B.银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH溶液)

负极材料：Zn

电极反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2

正极材料：Ag2O

电极反应：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。

2．二次电池

A.铅蓄电池是最常见的二次电池

①放电时的电极反应

SO-(aq)−2e−PbSO4(s) (氧化反应)

负极：Pb(s)+2

4

SO-(aq)+2e−PbSO4(s)+2H2O(l) (还原反应)

正极：PbO 2(s)+4H+(aq)+2

4

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

②充电时的电极反应

SO-(aq) (还原反应)

阴极：PbSO 4(s)+2e−Pb(s)+2

4

SO-(aq) (氧化反应)

阳极：PbSO 4(s)+2H2O(l)−2e−PbO2(s)+4H+(aq)+2

4

总反应：2PbSO 4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

规律：（1）充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。

（2）需要注意的是充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。

二次电池充电时的电极连接：

B.锂电池

负极材料：锂正极材料：石墨

电解质：LiAlCl4SOCl2

放电时的反应

负极反应：8Li－8e－===8Li＋

正极反应：3SOCl2＋8e－===SO2－3＋2S＋6Cl－

总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S

常见的锂离子电极材料

正极材料：LiMO2（M：Co、Ni、Mn等）

LiM2O4（M：Co、Ni、Mn等）

LiMPO4（M：Fe等）

负极材料：石墨（能吸附锂原子）

总反应：Li1-x MO2＋Li x C n nC＋LiMO2

负极反应：Li x C n-xe－===xLi＋+nC

正极反应：Li1-x MO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

3．燃料电池

是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。

（1）氢氧燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

装置

电池总反应2H2+O22H2O

介质

酸性

(H+)

负极：2H2−4e−4H+

正极：O2+4H++4e−2H2O 中性

(Na2SO4)

负极：2H2−4e−4H+

正极：O2+2H2O+4e−4OH−碱性

(OH−)

负极：2H2+4OH−−4e−4H2O

正极：O2+2H2O+4e−4OH−

固体电解质，传导O2-

负极：2H2−4e−+O2-4H2O

正极：O2+4e−2O2-

熔融盐介质，如熔融的

K2CO3

负极：2H2−4e−+2CO32-2H2O+2CO2

正极：O2+4e−+2CO22CO32-

（2）甲烷燃料电池

甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，总反应：CH4 + 2KOH+ 2O2=== K2CO3+3H2O。

负极：CH4− 8e− +8OH−===CO2 + 6H2O、CO2 + 2OH−===CO32− + H2O，所以：

负极电极式：CH4 +10OH− + 8e− === CO32− + 7H2O

正极：O2 + 4e− ===2O2−和O2− + H2O === 2OH−，所以：

正极电极式：O2 + 2H2O + 4e− === 4OH−

②酸性电解质(H2SO4溶液为例)

总反应：CH4 +2O2 ===CO2 + 2H2O

负极：O2+4e−+4H+ === 2H2O

正极：CH4−8e−+2H2O ===8H++ CO2

③熔融盐介质，如熔融的K2CO3

总反应：CH4 +2O2 ===CO2 + 2H2O

正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO2－3

负极：CH4 - 8e－＋10OH-=== CO32-＋7H2O

④掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O2－

总反应：CH4 +2O2 ===CO2 + 2H2O

正极：O2＋4e－===2O2－

负极：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋4H2O

说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式。（3）甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质：

①碱性电解质(KOH溶液为例)

总反应式：2CH3OH + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O

正极：O2 + 4e− + 2H2O===4OH−