高中化学必修二第二章 第二节 第2课时

第2课时发展中的化学电源

[学习目标定位] 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)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)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Zn－2e－===Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O。

(3)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。

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，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能放电

电能。

充电

(2)常见的充电电池

常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液；

②镍镉电池

以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境；

③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。

3．燃料电池

(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气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)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：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)；

总反应：2H2＋O2===2H2O。

[归纳总结]

化学电池的基本类型

(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。

(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。

(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

1

答案C

2．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是()

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

答案C

解析从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

二原电池电极反应式的书写方法

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Zn，其负极反应特点是锌本身失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与电解质溶液成分不反应，负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋。

(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是Pb，其负极反应特点是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与电解质溶液中的SO2－4反应生成PbSO4，负极反应式是Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4。

(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是Pt，其负极反应特点是Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－反应生成H2O，负极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2O。

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溶液能自发的发生化学反应时，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溶液不能自发的发生化学反应时，在正极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，若参与反应要书写叠加式。

(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＋2H 2O ＋4e －

===4OH －

；铜锌原电池(Zn －Cu －H 2SO 4)的正极反应式是2H ＋

＋2e －

===H 2↑。 [归纳总结]

书写原电池电极反应式时注意的问题

(1)正确判断原电池的负极和正极，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，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 [活学活用]

3．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li ＋MnO 2===LiMnO 2，下列说法正确的是( ) A ．Li 是正极，电极反应为Li －e －

===Li ＋

B ．Li 是负极，电极反应为Li －e －

===Li ＋

C ．MnO 2是负极，电极反应为MnO 2＋e －

===MnO －

2 D ．Li 是负极，电极反应为Li －2e －

===Li 2＋ 答案 B

解析 由总反应L 0

i ＋M ＋4

nO 2===L ＋1iM ＋3

nO 2可知，Li 元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn 元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li 被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li －e －===Li ＋，

MnO 2在正极上反应，电极反应为MnO 2＋e －===MnO －2

。 4．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O 2和H 2O 进行工作。

(1)负极材料是________，电极反应为_____________________________________。