新人教版高中化学选修4 4.2 化学电源(导学案)

第四章第二节化学电源

【学习目标】1、认识日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；

2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；

3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。

【学习重点】化学电源的结构及电极反应的书写。

【学习难点】燃料电池电极反应的书写。

自主学习

一、化学电源

（一）化学电源的分类

1.一次电池：电池中发生反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。

2.二次电池：可多次的电池。

3.燃料电池：利用和间的氧化还原反应将能转化为能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因

。

4.判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池

或以及电池的可存储时间的长短。

二、一次电池

（一）锌锰电池——分为酸性和碱性两种

1.普通锌锰电池：酸性电解质为

负极：材料，反应式：

+＋2 e-＋2MnO2＝2NH3↑＋Mn2O3

正极：材料，反应式：2NH

4

＋H2O

总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl 2+2NH3↑

2. 碱性锌锰电池：

负极：材料，反应式：

正极：材料，反应式：2MnO2+2e-+2H2O =2MnOOH+2OH-

总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

（二）银锌电池

负极：材料，反应式：。

正极：材料，反应式：。

总反应化学反应方程式：Zn +AgO2 +H2O= Zn(OH)2+2Ag

三、二次电池

（一）铅蓄电池——最常见的二次电池

总反应化学反应方程式：

放电时：

负极：材料，反应式：。

正极：材料，反应式：。

充电时：

阳极(氧化反应)：材料，反应式：

阴极(还原反应)：材料，反应式：

（二）目前已经开发的新型二次电池有

四、燃料电池

（一）氢氧燃料电池

总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是：

1.使用中性作电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

2．使用酸性电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

3．使用碱性电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择性的电解质。

燃料电池与前几种电池的比较的优势：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。④如氢燃料电池的产物对环境是友好的。

五、书写电极反应式注意点：

1、普通原电池

①找出氧化反应和还原反应的物质和电子得失的数目，确定正负极反应的物质；

②根据反应物和产物的结构，考虑反应环境（离子共存）写出正负极反应式。

③正负极反应式遵守得失电子相等的原则。

④总反应的离子方程式是正、负两个极电极反应之和，若能写出某一极反应或

已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。

⑤检查：质量守恒和电荷守恒。

⑥注意：判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体

情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、

Al在浓HNO

3

中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极

①先写正极：正极一般是O

2

得电子发生还原反应。

②看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中不能出现的H+，酸性介质中不能出现的OH-。

③得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。

④检查：质量守恒和电荷守恒。

合作探究

1、用镁片和铝片为电极，分别以稀H

2SO

4

和NaOH溶液为电解质溶液，构成有盐桥的

原电池，请画出装置图，并写出正、负极反应式。

2、甲烷燃料电池是一种新型高效的电池，它采用铂为电极材料，两极上分别通入CH

4和O

2

进行反应，KOH溶液作为电解质。你认为选择KOH溶液作为电解质的原因是什么？请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。

原因：。

负极反应式：；

正极反应式：；

总反应离子反应方程

式：；

总反应化学反应方程

式：。

3、甲醇燃料电池（DMFC）可用于生命探测仪，该燃料电池以甲醇为燃料，

氧气为氧化剂，电解质可以是质子交换膜（可传导氢离子），甲醇和氧气

分别在多孔金属电极上发生反应，从而将化学能直接转化为电能，如

图所示，

（1）请写出正、负极反应式。

负极反应式：；

正极反应式：；

（2）如果电解质换成NaOH溶液，请写出请写出正、负极反应式。

负极反应

式：；

正极反应

式：；

4、肼（N

2H

4

）一空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，其电解质是20%-30%的

KOH溶液，产物是N

2和H

2

O，请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。

负极反应

式：；

正极反应

式：；

总反应化学反应方程

式：。

巩固练习

1.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因

是( )

A.利用电池外壳的金属材料

B.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

C.回收其中石墨电极

D.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

2. 在蓄电池放电时,溶液的pH将( )

A.不变

B.升高

C.降低

D.无法确定

3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和

Ag

2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag

2

O+H

2

O2Ag+Zn(OH)

2

。关于该

电池的叙述不正确的是( )

A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag

2

O极,Zn是负极

B.使用时电子由Ag

2O极经外电路流向Zn极,Ag

2

O是负极

C.正极的电极反应为Ag

2O+2e-+H

2

O2Ag+2OH-

D.Zn极发生氧化反应,Ag

2

O极发生还原反应

4.(双选) 燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直

接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极： O

2＋2H

2

O＋4e－＝4OH－；Y极：

2H

2＋4OH－--4e－＝4H

2

O下列判断正确的是（）

A．X是正极 B．负极材料是氢气

C．电解液可能是硫酸 D．Y极发生氧化反应，故是负极

5.市场出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等．它在使用之前需用塑料袋与空气隔绝．使用时开启塑料袋的小气孔，轻轻揉搓就会放出热量来．当使用完后还会发现有铁锈生成，依上述现象完成下列问题：

（1）“热敷袋”放出热量时铁发生了反应（填“氧化”或“还原”）。

（2）炭粉的主要作用是：；

加入氯化钠的作用：。（3）试用有关电极反应和化学方程式来表示上述变化过程：