.常见化学电源2-燃料电池
课时6.2.2 化学电源-高一化学必修第二册(新教材人教版)
化学电源【学习目标】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、组成和工作原理2、会正确书写燃料电池的电极反应【主干知识梳理】一、常见的化学电源1、化学电源的概念：将化学能转化为电能的装置2、化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池(1)一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。
即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池①酸性锌锰干电池结构酸性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作电解质电极反应负极Zn－2e－===Zn2＋正极2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O总反应Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O缺陷酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀改进措施a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池b.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碱性锌锰干电池结构碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液电极反应负极Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2特点比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电③锌银电池电极反应负极Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag特点比能量大、电压稳定、储存时间长(2)二次电池：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。
常见化学电源及电极反应式的书写
常见化学电源及电极反应式的书写一、常见化学电源：（大体可分为三类）1、燃料电池：（1）氢氧燃料电池：2H2+O2=2H2O当电解质溶液呈酸性时；负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O当电解质溶液呈碱性时；电解质溶液为KOH溶液，负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-（2）甲烷燃料电池：用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。
负极：CH4+ 10 OH--8e-==CO3 2- +7H2O 正极：2O2+ 4H2O +8e- == 8OH-总反应式为：CH4+ 2O2+2KOH==K2CO3+ 3H2O用酸液作电解质溶液负极：CH4 + 2H2O - 8e- = CO2 + 8H+ 正极：2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O总反应:CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O（3）甲醇燃料电池：强碱作为电解质溶液负极：2CH4O + 16OH--12e-==2CO3 2- +12H2O 正极：3O2+ 6H2O +12e- == 12OH-总反应式为：2CH4O + 3O2+4OH-==2CO3 2- + 6H2O（4）熔融盐燃料电池：该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，负极：2CO+2CO3 2- -4e-==4CO2正极：O2 + 2CO2+4e- ==2CO3 2-总反应式为：2CO +O2==2CO2（5）固体氧化物燃料电池：固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O 2-在其间通过。
负极：2H2+ 2O2--4e- = 2H2O 正极：O2+4e- = 2O 2-总反应式为：2H2 + O2= 2H2O2、蓄电池：（1）铅蓄电池： Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液。
负极：Pb+SO4 2- -2e- = PbSO4正极：PbO2+4H++ SO4 2- +2e- = PbSO4+2H2O 总反应式为：Pb+ PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O（2）碱性镍—镉电池该电池以Cd和NiO(OH) 作电极材料，NaOH作电解质溶液。
高中化学人教必修二教师用书：第二章 第二节 第2课时 发展中的化学电源 Word含解析
第2课时 发展中的化学电源1．了解常见的化学电源。
2．理解燃料电池的工作原理。
1．干电池最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。
(1)锌锰电池⎩⎪⎨⎪⎧ 正极：石墨棒负极：锌筒电解质：NH 4Cl(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质NH 4Cl 换成湿的KOH ，并在构造上作了改进。
2．充电电池充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
(1)铅蓄电池：正极材料为PbO 2，负极材料为Pb ，电解质溶液为H 2SO 4溶液。
(2)镍镉电池：正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH 。
(3)锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3．燃料电池(1)原理利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。
(2)与其他电池的区别由外设装备提供燃料和氧化剂，且电极材料不参与反应等。
4．废旧电池中含有汞、镉、铅等大量毒性很强的重金属，随意丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。
并通过食物链对人体健康造成威胁和危害。
因此，要把废旧电池回收到指定的地点进行再处理。
1．对化学电源的叙述正确的是()A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高B．最早使用的化学电池是铅蓄电池C．化学电源均是安全、无污染的D．化学电源是指可充电电池解析：火力发电其能量转化率不如化学电源能量转化率高，A项正确；最早使用的化学电池是锌锰电池，最早使用的充电电池是铅蓄电池，B项错误；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染，C项错误；有些化学电源是可充电电池，如铅蓄电池，有些是不可充电的电池，如干电池，D项错误。
答案：A2．锌空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点。
下列有关说法错误的是()A．电池放电时Zn电极逐渐溶解B．石墨为正极C．电子由石墨经导线流向Zn片D．电池放电时实现了化学能向电能的转化解析：A项Zn为负极，碱性条件下被氧化为ZnO2－2而溶解，正确；B项石墨为正极，正极上O2得电子被还原，正确；C项电子由负极(Zn)经导线流向正极(石墨)，错误；D项电池放电是化学能转化为电能，正确。
常见化学电源
5.新型燃料电池
（2）甲醇燃料电池 ） • • • • • • • 碱性介质 碱性介质 正极： 正极： 3O2 + 12e– + 6H2O → 12OH– 负极： 负极： 2CH3OH - 12e– + 16OH – → 2CO32 – +12H2O 总反应式： 总反应式： 2CH3OH + 3O2 + 4OH– = 2CO32 – +6 H2O
• • • • • • •
酸性介质： 性介质： 正极： 正极： O2 + 4H+ +4e¯== 2H2O; 负极： 负极： 2H2-4e-==4H+ 总电池反应： 总电池反应： 2H2+O2=2H2O
5.新型燃料电池
（2）甲醇燃料电池 ） • 直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电 池的一种变种， 池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预 先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳， 先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质 子和电子， 子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电 池一样， 池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧 反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。 反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。
• 该电池用取之不尽的海水为电解液，靠空气中 该电池用取之不尽的海水为电解液， 的氧使铝不断氧化而产生电流。 的氧使铝不断氧化而产生电流。1991年，我国 年 首创以铝-空气 海水为能源的新型电池， 空气-海水为能源的新型电池 首创以铝 空气 海水为能源的新型电池，用作 航海标志灯已研制成功。 航海标志灯已研制成功。该电池以取之不尽的 海水为电解液， 海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而 产生电流。这种海水电池的能量比“干电池” 产生电流。这种海水电池的能量比“干电池” 高20～50倍。 ～ 倍 • 1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能 年我国首创以铝－ 年我国首创以铝 空气－ 源的新型海水标志灯，以海水为电解质， 源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空 气中的氧气使铝不断氧化而产生电流， 气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把 灯放入海水中数秒钟，就会发出耀眼的白光。 灯放入海水中数秒钟，就会发出耀眼的白光。
燃料电池和普通化学电源的区别
燃料电池和普通化学电源的联系
•
•
都是通过氧化还原反应供应电能的电化学装置
组成类似，由正负极电极和电解质组成
中性锌锰电池和碱性锌锰电池性能差别的 原因
活性材料 中性 正极活性物质是天然二 氧化锰，负极是片状锌 正极完全采用电解二氧 化锰，负极是粉状锌 电解液 是NH4Cl + ZnCl2 溶液 KOH水溶液 电池结炭”式反极结构， 与锰环接触的钢壳壳体为 正极，插入锌膏中的集流 体为负极
碱性
碱性锌锰电池放电性能与普通锌锰电池相 比有下列特点
•
• •
内阻小，能在重负荷下连续工作的同时维持较高的稳定电压；
MnO2利用率高，同体积相比较，其电荷量比纸板电池大一倍左右； 储存期内自放电率小，一般储存3年仍能保持原有电荷量的85%,寿命较长；
•
低温性能好，在-20℃能输出常温电荷量的25%,轻负荷下还能在更低的温 度下工作；
燃料电池和普通化学电源的区别
工作原理 燃料电池 普通化学电源 能量转换装置 能量储存装置 反应物 外部 内部 寿命 无限制 反应物数量限制 电极 稳定 消耗
燃料电池本身电极不包含活性物质，只是一个催化转化 原件。工作时，燃料和氧化剂连续由外界供应，在电极 上不断反应，生成物不断被排除，由此提供电能。一般 电池的活性物质贮存在电池内部，随着电池工作活性物 质会损耗，是一个能量储存装置，电池寿命受到活性物 质数量的限制。
日常生活中常见的化学电源
日常生活中常见的化学电源原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池。
化学电源品种繁多，大体可分为三类：1.一次电池（1）锌锰电池—干电池普遍用在手电和小型器械上的干电池，外壳锌片作负极，中间的碳棒是正极，它的周围用石墨粉和二氧化锰粉的混合物填充固定，正极和负极间装入氯化锌和氯化铵的水溶液作为电解质，为了防止溢出，与淀粉制成糊状物。
其电极反应式为：负极：Zn-2e- == Zn2+正极：2 NH4++2e-=2NH3↑+H2↑产生的NH3和Zn2+作用：Zn2++4NH3 = [ Zn(NH3)4]2+产生的H2和MnO2作用：H2+2MnO2 = Mn2O3+H2O总反应式为：2Zn+4MnO2+4NH4Cl== [Zn(NH3)4]Cl2+ ZnCl2+2Mn2O3+ 2H2OZn+2MnO2+2 NH4Cl== Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH)或Zn+2 NH4+= Zn2++2NH3↑+H2↑电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H2氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。
由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。
新制干电池的电动势为1.5V，这样的干电池是“一次”电池，不能充电再生。
（2）银锌电池—钮扣电池钮扣电池最常见的为微型的Ag—Zn电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极壳盖组成的小圆盒。
盒内靠正极壳一端充由Ag2O和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充Zn—Hg合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH。
该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。
其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。
其电极反应式为：负极：Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-==2Ag+ 2OH-总反应式为：Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag（3）高能电池—锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。
2025届高考化学复习第35讲原电池常见化学电源
第35讲原电池常见化学电源1.理解原电池的构成、工作原理及应用。
2．正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。
3．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。
考点一原电池的工作原理及应用1.概念：把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)二看两电极：一般．．是金属活动性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路：形成闭合回路的三个必要条件①电解质溶液；②两电极直接接触或通过导线连接；③两电极插入电解质溶液。
3．工作原理(以铜锌原电池为例)【师说·助学】装置Ⅰ、Ⅱ的比较①盐桥作用：a.连接内电路形成闭合回路。
b.维持两电极电势差(中和电荷)，使电池能持续提供电流。
②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2＋直接反应，使电池效率降低；装置Ⅱ中使Zn与Cu2＋隔离，电池效率提高，电流稳定。
4．原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性_的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。
(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的_而受到保护。
(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
【易错诊断】判断正误，错误的说明理由。
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池：_。
2．在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生：_。
3．两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极：_。
4．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高：_。
【教考衔接】典例[2021·广东卷，9]火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。
该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时，下列说法正确的是()A．负极上发生还原反应B．CO2在正极上得电子C．阳离子由正极移向负极D．将电能转化为化学能听课笔记【师说·延伸】原电池正、负极判断的一般方法【对点演练】考向一电极的判断及电极反应式的书写1．(1)由组成原电池的电极材料判断。
化学电源的类别
化学电源的类别
化学电源是一种将化学能转化为电能的装置。
根据其化学反应方式和电极材料的不同，化学电源可以分为多种类别。
一、原电池：原电池是指利用不可逆化学反应的化学电池，如干电池和锌碳电池等。
二、可充电电池：可充电电池是指可以通过外部电源进行反向充电的化学电池，如镍镉电池和镍氢电池等。
三、燃料电池：燃料电池是指通过氧化还原反应将燃料和氧气转化为电能的化学电池，如氢燃料电池和甲醇燃料电池等。
四、太阳能电池：太阳能电池是指通过半导体材料的光电作用将太阳光转化为电能的化学电池，如硅太阳能电池和染料敏化太阳能电池等。
五、生物燃料电池：生物燃料电池是指通过微生物催化将生物质能转化为电能的化学电池，如微生物燃料电池和葡萄糖燃料电池等。
化学电源具有高能量密度、长寿命、环保等优点，在现代生活和工业生产中得到广泛应用。
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(2)复杂电极反应式的书写
三、作业检测
1近年来，科学家研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电.该电池的负极反应式为
A.H2＋2OH－－2e－=== 2H2O
B.O2＋4H＋＋4e－=== 2H
C.H2－2e－=== 2H＋
D.O2＋2H2O＋4e－=== 4OH
2.肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．肼
池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的
—空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式是_______________________________；
负极的电极反应式是_______________________________。
3.请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱．请画出实验装置图并写出电极反应式．
(2)复杂电极反应式的书写
三、作业检测
1近年来，科学家研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电.该电池的负极反应式为
A.H2＋2OH－－2e－=== 2H2O
B.O2＋4H＋＋4e－=== 2H
C.H2－2e－=== 2H＋
D.O2＋2H2O＋4e－=== 4OH
2.肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．肼
池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的
—空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式是_______________________________；
负极的电极反应式是_______________________________。
3.请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱．请画出实验装置图并写出电极反应式．。