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第二节化学电源课程标准导航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．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。新知初探自学导引自主学习一、化学电池1．定义化学电池是利用________原理，将________变成电能的装置。化学能原电池2．分类干电池氧化还原反应充电电池蓄电池燃料和氧化剂3．优点(1)化学电池的_______________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。能量转换效率4．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___________的多少。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能__________的大小。(3)电池的_______________的长短。输出电能输出功率可储存时间二、常见的一次电池种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：_______正极：_______电解质：_____负极：________正极：_________电解质：_______ZnMnO2KOHZnAg2OKOH种类特点碱性锌锰电池银锌电池工作原理负极反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Zn＋2OH－－2e－===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＋2Ag种类特点碱性锌锰电池银锌电池性能与适用范围比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于________和___________比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜______________大电流连续放电小电流连续放电三、二次电池1．铅蓄电池的构造2．铅蓄电池的工作原理(1)放电时负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)(_________反应)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(________反应)；总反应：_______________________________________________________。氧化还原PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的______。阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)(________反应)；阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)(_____反应)；总反应：____________________________________________________________。逆过程还原氧化2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)。3．铅蓄电池的特点可重复使用，电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉在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。四、燃料电池(以氢氧燃料电池为例)1．构造2．工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－负极反应_________________________________________________________总反应2H2＋O2===2H2O2H2－2e－===4H＋2H2－4e－＋4OH－===4H2O3.燃料除H2外，烃、肼、______、_____、_______等液体或气体。氧化剂：除纯氧气外，空气中的____也可。4．燃料电池的优点(1)能量转换率_____；(2)污染_______。甲醇氨煤气O2高小自主体验1．下列说法正确的是()A．碱性锌锰电池是二次电池B．铅蓄电池是一次电池C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D．燃料电池的活性物质储存在电池内部解析：选C。锌锰电池是一次电源，铅蓄电池是二次电池。燃料电池的电极本身不包含活性物质。2．(2012·景德镇高二检测)氢镍电池的总反应式是H2＋2NiO(OH)放电充电2Ni(OH)2。根据此反应判断，下列叙述中不．正确的是()A．电池放电时，镍元素被氧化B．电池充电时，氢元素被还原C．电池放电时，镍元素被还原D．电池放电时，H2在负极放电解析：选A。电池放电时，Ni元素化合价降低被还原，A错，C对；充电时，H元素化合价从＋1→0，化合价降低，被还原，B对；放电时，H元素化合价升高，在负极被氧化,D对。3．铅蓄电池放电时，PbSO4()A．只在正极上生成B．只在负极上生成C．在两个电极上生成D．在两个电极上除去解析：选C。铅蓄电池放电时，负极：Pb(s)－2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。PbSO4在两个电极上生成。要点突破讲练互动常见的燃料电池探究导引1燃料电池中电极和电解质溶液的选择与一般电池有何不同？提示：设计燃料电池，其电极和电解质溶液的选择与一般电池不同：(1)燃料电池的电极反应物为外界不断通入的燃料和氧化剂，电极本身不参与反应，故其电极可使用相同的惰性电极；(2)燃料电池的电解液未必能与电极反应物直接反应，但一般为酸或碱，如氢氧燃料电池。要点归纳电池负极反应正极反应总反应式氢氧燃料电池(H2SO4)H2－2e－===2H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2=====点燃2H2O氢氧燃料电池(Na2SO4)H2－2e－===2H＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2=====点燃2H2O氢氧燃料电池(KOH)H2－2e－＋2OH－===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2=====点燃2H2O电池负极反应正极反应总反应式CH4燃料电池(KOH)CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2OCH3OH燃料电池(KOH)CH3OH－6e－＋8OH－===CO2－3＋6H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O熔融盐燃料电池(Li2CO3)2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2O2＋4e－＋2CO2===2CO2－32CO＋O2===2CO2特别提醒通常燃料电池中负极为可燃性物质失电子，正极为O2得电子,电极材料一般为惰性电极。在写正极反应方程式时要注意给出的电解质溶液的酸碱性,在酸性条件下O2＋4e－＋4H＋===2H2O，在碱性或中性条件下O2＋4e－＋2H2O===4OH－。即时应用1．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在氧化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：1/2O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－；Y极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)。下列判断中正确的是()A．两电极的电极材料不能相同B．该电池工作时会产生蓝色火焰C．工作一段时间后电解质溶液pH增大D．工作时负极区附近pH变小解析：选D。燃料电池中，电极不参与反应,只作为催化转化元件，因此可以使用相同的惰性电极，所以A错误；电池工作时并不是H2在燃烧，因此看不到火焰，所以B错误；氢氧燃料电池的产物为水m电解质溶液(碱性)的pH减小，所以C错误；电池工作时，负极区OH－参与电极反应，因此负极区附近pH变小，故D正确。探究导引2电极反应与电池反应有何区别与联系？提示：电极反应是分别在两极上发生的“半反应”(氧化反应或还原反应)，电池反应是两个电极反应加合消去电子后的总反应。可通过电极反应相加求电池反应，也可通过电池反应减一个电极反应求另一个电极反应。化学电源电极反应式的书写要点归纳1．根据给出的两个电极反应式写总反应式书写时注意使两个电极反应式得失电子数相等后相加两式，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共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO2－4，要写成反应后的物质，如H2O和PbSO4。2．根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池的正负极上的反应物质。(2)电极反应式的书写①负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。②正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到电子，若反应物是O2，则有以下规律：电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。3．给出总反应式，写电极反应式书写步骤为(1)列物质，标得失；(2)选离子，配电荷；(3)配个数，巧用水；(4)两式加，验总式。以氢氧燃料电池为例说明如下：已知电池总反应式为2H2＋O2=====点燃2H2O。电解质溶液为KOH溶液，试写出两极反应式。负极书写步骤为：(1)根据总电池方程式列出总式两边化合价升高的有关物质，标出失去电子的数目：2H2－4e－―→2H2O。(2)根据电解质溶液的酸碱性，用H＋或OH－或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相等：2H2＋4OH－－4e－―→2H2O。此时注意：①电子带负电，②在碱性电解质溶液中，电极反应式不宜出现H＋，如上式写成2H2－4e－===4H＋就不对了。(3)利用H2O使两边元素守恒，即2H2＋4OH－－4e－===4H2O同理：正极电极反应式书写如下：①O2＋4e－―→4OH－②O2＋2H2O＋4e－===4OH－将正负极电极方程式相加，若得到总反应式,说明写法正确。4．可充电电池电极反应式的书写可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。(1)原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。(2)原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。特别提醒原电池电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒的原则，两电极反应式相加得电池总反应式。即时应用2．可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为:Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析：选A。本题着重考查了化学电池电极方程式的书写及分析。电解质溶液显碱性或中性，该燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正确；以NaOH作电解质时，负极Al失电子生成的Al3＋与电解质NaOH(过量)反应生成NaAlO2，电极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O，B错误；将正、负极反应据电子守恒加合得出总方程式为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO－2＋2H2O，因此消耗OH－同时生成H2O，溶液中c(OH－)减小，pH减小，C错误；原电池中，电子从负极流出经外电路流向正极，D错误。题型探究权威预测二次电池的工作原理例1生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，