【重点资料】2019高中化学 专题1 第二单元 化学能与电能的转化 第2课时 化学电源学案 苏教版选修4

第2课时 化学电源学习目标：1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。

2.掌握一次电池、二次电池的反应原理，会书写电极反应式。

(重点)[自 主 预 习·探 新 知]1．化学电源的分类及特点化学电源⎩⎪⎨⎪⎧(1)一次电池：只能放电，不能充电，消耗到一定程度，不能再使用。

二次电池：可反复充电和放电，充电时为电解池，放电时为原电池。

燃料电池：将化学能直接转化为电能，能量利用率高，无污染。

2．银锌钮扣电池(一次电池) (1)组成(2)电极反应和电池反应负极：Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2。

正极：Ag 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －。

电池反应：Zn ＋Ag 2O ＋H 2O===2Ag ＋Zn(OH)2。

3．锌锰干电池(一次电池)(1)组成：分为酸性锌锰电池(普通锌锰干电池)和碱性锌锰电池，其正极为石墨棒，负极为锌筒，前者电解质溶液为NH 4Cl 和ZnCl 2混合液，后者电解质为KOH 。

(2)电极反应和电池反应 对于碱性锌锰干电池：负极：Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2正极：2MnO 2＋2H 2O ＋2e －===2MnOOH ＋2OH －。

电池反应：Zn ＋2MnO 2＋2H 2O===Zn(OH)2＋2MnOOH 。

(3)特点：比能量大，能提供较大电流并连续放电。

4．燃料电池以KOH 溶液为电解质溶液，写出氢氧燃料电池的电极反应式和电池反应。

电极反应(碱性环境)： 负极：H 2＋2OH －－2e －===2H 2O ； 正极：12O 2＋H 2O ＋2e －===2OH －；电池反应：H 2＋12O 2===H 2O 。

特点：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能，能量利用率高，排放废弃物少。

5．铅蓄电池(二次电池) (1)组成(2)电极反应和电池反应 ①放电时负极：Pb ＋SO 2－4－2e －===PbSO 4(氧化反应)正极：PbO 2＋4H ＋＋SO 2－4＋2e －===PbSO 4＋2H 2O(还原反应) 电池反应：Pb ＋PbO 2＋4H ＋＋SO 2－4===2PbSO 4＋2H 2O 。

②充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆反应。

阴极：PbSO 4＋2e －===Pb ＋SO 2－4(还原反应)阳极：PbSO 4＋2H 2O －2e －===PbO 2＋4H ＋＋SO 2－4(氧化反应) 总反应：2PbSO 4＋2H 2O===Pb ＋PbO 2＋4H ＋＋2SO 2－4。

上述充、放电反应可写成如下化学方程式：(3)特点可重复使用，电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛。

缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。

[基础自测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)二次电池又叫蓄电池，放电后可充电使活性物质再生。

( )(2)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料。

( )(3)铅蓄电池电路中转移2 mol电子时，要消耗1 mol硫酸。

( )(4)氢氧燃料电池中负极氢气失去电子，正极氧气得到电子。

( )【答案】(1)√(2)√(3)×铅蓄电池的负极和正极均要消耗硫酸，故当电路中转移2 mol电子时，需消耗2 mol硫酸。

(4)√2．下列有关电池的说法不正确的是( )A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极B[二次电池，即可充电电池，所以A项对。

在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，所以B项错。

] 3．下列有关化学电池的说法中正确的是( )【导学号：73702040】A．化学电池只能将化学能转化为电能B．燃料电池能将全部化学能转化为电能C．锌银电池比能量大，电压稳定，储存时间长D．一次电池包括干电池和蓄电池C[蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)；燃料电池的能量转换率超过80%，但不可能100%转换；蓄电池可重复使用，属于二次电池。

][合作探究·攻重难]32OH＋O2―→CH3COOH＋H2O。

[思考交流]1．该反应的正极反应写为O2＋4e－＋2H2O===4OH－正确吗？为什么？如果不正确，请写出正确的正极反应式。

【提示】不正确。

因为该电池为酸性燃料电池，在酸性环境中其电极产物不应写成OH－。

正确的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

2．根据(1)中写出的正极反应式，推出其负极的电极反应式。

【提示】利用电池反应式减去正极反应式可推知负极的电极反应式为：CH3CH2OH－4e－＋H＋。

2O===CH3COOH＋4H(1)一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式(3)给出电极反应式书写总反应式根据给出的两个电极反应式，写出总反应式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。

注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO2－4，要写成反应后的物质，如H2O、PbSO4。

(4)根据装置书写电极反应式①确定原电池的正负极及放电的物质。

首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。

②书写电极反应式。

a．负极反应：规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H＋(或其他氧化产物)。

特例：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H＋能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池的负极反应是Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。

b．正极反应：规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子。

特例：若是氧气得电子，要考虑电解质溶液的情况。

中性或碱性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

③写出电池总反应方程式。

结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。

[当堂达标·固双基]题组1 一次电池1．碱性电池具有容量大，放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，下列说法错误的是( )【导学号：73702041】A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 gC[从电池总反应式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH可以确定Zn为负极，电子从负极流出经外电路流向正极。

当外电路中每通过0.2 mol电子，参加反应的锌理论上为0.1 mol，即质量减少6.5 g。

]2．钮扣电池可作计算器、电子表等的电源。

有一种钮扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋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Ag2O极，Zn是负极B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极C．正极的电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应B[由总方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A 项正确，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。

] 题组2 二次电池3．关于铅蓄电池的说法正确的是( )【导学号：73702042】A ．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO 2－4(aq)===PbSO 4(s)＋2e －B ．在放电时，该电池的负极材料是铅板C ．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D ．在充电时，阳极发生的反应是PbSO 4(s)＋2e －===Pb(s)＋SO 2－4(aq) B [铅蓄电池的充放电反应为：Pb(s)＋PbO 2(s)＋2H 2SO 4(aq)放电充电2PbSO 4(s)＋2H 2O(l)，放电时Pb 作负极：Pb(s)－2e －＋SO 2－4(aq)===PbSO 4(s)，在正极上：PbO 2(s)＋2e－＋4H ＋(aq)＋SO 2－4(aq)===PbSO 4(s)＋2H 2O(l)；充电时，H 2SO 4的浓度不断增大；阳极上发生的是氧化反应，是失去电子而不是得到电子。

]4．某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe ＋NiO 2＋2H 2O 放电充电Fe(OH)2＋Ni(OH)2，下列说法中正确的是( )A ．放电时，负极上发生反应的物质是FeB ．放电时，正极反应是NiO 2＋2e －＋2H ＋===Ni(OH)2 C ．充电时，阴极反应是Ni(OH)2－2e －＋2OH －===NiO 2＋2H 2O D ．充电时，阳极附近pH 增大A [原电池的负极发生氧化反应，该原电池的负极为Fe ，A 项正确；该电池的正极为NiO 2，发生还原反应，电极反应为NiO 2＋2e －＋2H 2O===Ni(OH)2＋2OH －，B 项错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)2＋2e －===Fe ＋2OH －，C 项错误；充电时，阳极的电极反应为Ni(OH)2＋2OH －－2e －===NiO 2＋2H 2O ，pH 减小，D 项错误。

]题组3 燃料电池5．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为甲烷，然后将甲烷通入以KOH 为电解质的燃料电池发电。

电池负极反应为( )【导学号：73702043】A ．CH 4－8e －＋8OH －===CO 2＋6H 2O B ．O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2OC ．CH 4＋10OH －－8e －===CO 2－3＋7H 2O D ．O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －C [甲烷燃料电池的总反应：CH 4＋2O 2＋2KOH===K 2CO 3＋3H 2O ，根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出负极通入甲烷，正极通入氧气，故B 、D 错。

然后根据甲烷中碳元素的化合价变化：C －4H 4―→C ＋4O 2－3，写出1 mol 甲烷转移的电子数，最后根据电荷守恒、原子守恒，配平即可得负极反应：CH 4＋10OH －－8e －===CO 2－3＋7H 2O ，故A 错，所以正确答案为C 。