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第2课时化学电源目标与素养：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。(科学态度与社会责任)2.学会一次电池、二次电池的反应原理，会书写电极反应式。(宏观辨识与微观探析)一、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。2二次电池：可反复充电和放电，充电时为电解池，放电时为原电池。3燃料电池：将化学能直接转化为电能，能量利用率高，无污染。二、一次电池1．银锌钮扣电池(1)组成(2)电极反应和电池反应负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。电池反应：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。2．锌锰干电池(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NH4Cl和ZnCl2混合液，后者电解质为KOH。(2)电极反应和电池反应以碱性锌锰干电池为例：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。三、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：H2＋2OH－－2e－===2H2O；正极：12O2＋H2O＋2e－===2OH－；电池反应：H2＋12O2===H2O。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。四、二次电池1．构造与组成2．工作原理放电过程充电过程负极：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4；(氧化反应)阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4；(还原反应)正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；(还原反应)阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；(氧化反应)总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4铅蓄电池的充、放电过程：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O3．铅蓄电池的优缺点(1)优点：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。(2)缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料。()(2)锌锰干电池放电后可以再次充电使用。()(3)氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应。()答案：(1)√(2)×(3)√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．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为_____________________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为___________________________。解析：(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)。答案：(1)LiLi－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑化学电源电极反应式的书写1．根据装置书写电极反应式首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。(1)先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。(2)书写电极反应式负极：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。如铅蓄电池的负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。正极：阳离子得到电子生成单质(或低价离子)，或O2得到电子，若是O2发生电极反应，则有两种情况：①电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；②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。2．给出总反应式，写电极反应式各类电极反应式的一般书写步骤为①列出物质，标电子的得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的负极反应式的书写步骤：(1)根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2，转移电子数为4e－：2H2－4e－===4H＋。(2)根据电解质溶液的酸碱性，用H＋或OH－或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2H2－4e－＋4OH－===4H2O。注意：在碱性溶液中，电极反应式不出现H＋。(3)利用元素守恒验证，即得2H2－4e－＋4OH－===4H2O。3．可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。4．给出电极反应式，书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等后将两式相加，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。【例1】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放电充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是()A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2B．充电时阳极反应为Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－4＋4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强C[根据题给总反应式，高铁电池放电时高铁酸钠在正极得到电子，被还原。]电极反应式书写的两个注意点(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。(2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。1．某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe＋NiO2＋2H2O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NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2C．充电时，阴极反应是Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2OD．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NiO2，发生还原反应，电极反应为NiO2＋2e－＋2H2O===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－===NiO2＋2H2O，pH减小，D项错误。]常见燃料电池的比较1．常见的四种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O总反应：2H2＋O2===2H2OH2SO4正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O负极：2H2－4e－===4H＋总反应：2H2＋O2===2H2O甲烷燃料电池KOH正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O肼燃料电池KOH正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O2.书写燃料电池电极反应式的三步骤【例2】(1)现有反应2H2＋O2=====KOH2H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是______，正极通入的应是______，电极反应式分别为_______________________、________________________。(2)如把KOH改为稀硫酸作导电物质，则电极反应式分别为____________________、____________________。(3)上述(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，(1)中溶液pH变________(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH变________。解析：解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。(1)根据总反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，H2应在负极上反应，O2应在正极上反应，又因为是碱性溶液不可能有H＋参加或生成，故负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加反应，也不可能有OH－生成，负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)由于(1)是在碱性条件下反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而(2)中为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。答案：(1)H2O2负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(3)小大(1)以C2H5OH为燃料的燃料电池在酸性、碱性电解质溶液中的负极的电极反应式是否相同？试写出。(2)已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？提示：(1)不同。碱性(生成碳酸盐)：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋11H2O，酸性(生成CO2)：C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋。(2)能。在负极通入氢气，正极通入氯气，可用盐酸作电解质溶液，既可以将化学能转化为电能，又可以制备盐酸。2．一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为2CO＋O2===2CO2。则下列说法正确的是()A．通CO的一极是电池的正极B．负极发生的电极反应是O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3C．负极发生的电极反应是CO＋CO2－3－2e－===2CO2D．正极发生氧化反应C[据题意知通入CO的一极为电源的负极，CO失去电子转变为CO2，负极发生氧化反应，故A、B、D项错误，C项正确。]1．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()干电池示意图铅蓄电池示意图氢氧燃料电池示意图A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B．干电池在