第四章 第二节 化学电源(教师版)

第二节化学电源一、化学电源的分类及优劣判断1．化学电源的分类2．判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位W·h·kg－1或W·h·L－1。

(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的多少，单位W·kg－1或W·L－1。

(3)电池的可储存时间的长短。

3．化学电池的优点(1)化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。

(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。

(3)使用方便，易于维护，可在各种环境下工作。

正误判断(1)在垃圾分类中，废旧电池属于有害垃圾，应回收集中处理(√)(2)干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池、碱性电池、中性电池(√)(3)干电池在使用后，可再次充电使用(×)理解应用1．下列电池属于二次电池的是()A．银锌纽扣电池B．氢氧燃料电池C．铅蓄电池D．锌锰干电池答案C2．下列化学电源属于绿色电池的是()A．干电池B．镍镉电池C．锌锰电池D．氢氧燃料电池答案D二、常见的化学电池1．一次电池电解质溶液制成胶状，不流动的一次电池，也叫干电池。

常见的一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锂电池等。

种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：Zn负极：Zn 正极：MnO2正极：Ag2O 电解质：KOH电解质：KOH工作原理负极反应Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2正极反应2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag2．二次电池二次电池的特点是发生氧化还原反应的物质(电极材料、电解质溶液)大部分被消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。

铅蓄电池是最常见的二次电池。

放电过程充电过程负极：Pb(s)－2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)；(氧化反应)阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；(还原反应)正极：PbO2(s)＋2e－＋SO2－4(aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)；(还原反应)阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；(氧化反应)铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)3．燃料电池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，电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。

燃料电池工作时，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，于是电池就连续不断地提供电能。

(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应2H2－4e－===4H＋2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应2H2＋O2===2H2O正误判断(1)可充电的二次电池中的放电反应与充电反应互为可逆反应(×)(2)锂电池由于Li性质活泼，所以不能用水溶液做电解质溶液(√)(3)碱性锌锰电池比普通锌锰电池的能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电(√)(4)由燃料电池可知，电极材料不一定参与电极反应(√)深度思考1．写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。

(1)酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：________________________________________________________________；正极反应式：______________________________________________________________；负极反应式：______________________________________________________________。

(2)碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：________________________________________________________________；正极反应式：______________________________________________________________；负极反应式：______________________________________________________________。

(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池总反应式：________________________________________________________________；正极反应式：______________________________________________________________；负极反应式：______________________________________________________________。

答案(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2＋8H＋＋8e－===4H2O－＋2H＋(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O(3)2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O3O2＋6H2O＋12e－===12OH－2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O2．锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。

该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。

(填字母)(2)电池正极反应式为_______________________________________________________。

(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？____(填“是”或“否”)，原因是______。

答案(1)b a(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属，能与水反应解析(1)Li失去电子为负极，MnO2为正极，电流从正极流向负极，即由b流向a。

(2)正极反应为MnO2得电子结合Li＋生成LiMnO2。

(3)Li与水反应，故不可用水代替混合有机溶剂。

3．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。

请回答下列问题：池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放电充电(1)高铁电池的负极材料是________，放电时负极的电极反应式为__________________。

(2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为_________。

放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。

答案(1)Zn Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2(2)还原FeO2－4＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－正解析放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极上发生还原反应，正极的电极反应式为FeO2－4＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。

方法指导由二次电池的总反应式书写电极反应式(1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。

(2)充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程，即充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。

随堂练习1．下列说法错误的是()A．氧化还原反应释放的化学能是化学电池的能量来源B．化学电池中的负极材料不一定参加电极反应C．二次电池的充电和放电过程是可逆反应D．丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的浪费答案C解析二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。

2．(2020·合肥期末)直接煤—空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是()A．随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B．负极的电极反应式为C＋2CO2－3－4e－===3CO2↑C．电极X为负极，O2－向X极迁移D．直接煤—空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高答案A解析随着反应的进行，氧化物电解质的量不会减少，故A错误；由原理图分析可知，其负极反应式为C＋2CO2－3－4e－===3CO2↑，故B正确；原电池内部的阴离子向负极移动，所以C正确；直接煤—空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，所以D正确。

3．(2019·甘肃张掖高二上期末联考)甲醇燃料电池结构示意图如下。

甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。

下列说法不正确的是()A．右电极为电池正极，左电极为电池负极B．负极电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋C．b处通入空气，a处通入甲醇D．正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－答案D解析原电池中电子从负极流向正极，电子流出的一端是负极，流入的一端是正极，正极得到电子发生还原反应，所以右电极为电池正极，左电极为电池负极，A项正确；负极是甲醇失电子发生氧化反应，依据电池总反应和酸性环境，2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，负极电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋，B项正确；由上述分析知，右电极为电池正极，b处通入的物质是空气，左电极为电池负极，a处通入的是甲醇，C项正确；正极是氧气得到电子发生还原反应，图中是酸性介质，电极反应产物应为水，电池的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误。

4．(2019·黄冈高二检测)镁和次氯酸盐形成的燃料电池的工作原理为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－。

下列说法错误的是()A．镁作负极材料，发生氧化反应B．放电时，所有阴离子都向负极迁移C．负极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2D．消耗12 g镁时转移1 mol电子答案B解析ClO－在正极得电子发生还原反应，所以不是所有阴离子都向负极迁移。