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主题3合理利用化学能源课题1电池探秘[学习目标]1.掌握电池的构成、工作原理。2.了解生活中常见的几种电池和新型电池及其发展方向。1．在氧化还原反应中，还原剂失去电子被氧化，发生氧化反应；氧化剂得到电子被还原，发生还原反应。2．锌铜原电池中，锌做负极，发生氧化反应。3．Zn|H2SO4|Cu电池中，原电池原理用方程式表示为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。负极反应：Zn－2e－===Zn2＋。正极反应：2H＋＋2e－===H2↑。一、电池是怎样工作的1．电池是把化学能转化成电能的装置，其实质是发生了氧化还原反应。以铜、锌原电池为例，锌片失去电子，电子经导线流向铜片，溶液中的H＋从铜片上得到电子被还原成氢原子，继而结合成氢分子，在铜片上放出，其中电子流出的极为负极，发生氧化反应，电子流入的极为正极，发生还原反应，总的电池反应式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。2．形成原电池的条件。(1)活泼性不同的电极；(2)电解质溶液；(3)闭合回路；(4)自发进行的氧化还原反应。二、认识几种电池1．锌锰干电池的组成：锌锰干电池以外围的锌筒作负极，插在电池中心的碳棒与顶端的金属帽相连作正极，选用氯化铵作电解质。用该电解质溶液拌湿的二氧化锰和石墨及少量氯化锌填充在锌筒与碳棒之间。2．锌锰干电池的工作原理：锌锰干电池工作时，锌筒上的锌原子失去电子，电子通过外电路、金属帽流向碳棒，电池内部的二氧化锰从碳棒上得到电子被还原。电池内部填充的石墨不参与化学反应，仅起导电作用。3．铅蓄电池：铅酸蓄电池的一组铅板的孔穴中填充二氧化铅作正极，另一组铅板的孔穴中填充海绵状金属铅作负极，选用稀硫酸作为电解质。这种电池发生的氧化还原反应的方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。放电充电4．氢氧燃料电池：氢氧燃料电池一般以惰性金属铂作为正、负极材料，在负极消耗氢气，在正极消耗氧气，电解质通常选用氢氧化钾，所发生的氧化还原反应为2H2＋O2===2H2O。1．电池提供电能的本质是发生了氧化还原反应。2．活泼性强的金属一般作电池的负极。3．燃料一般在电池的负极反应。4．可充电电池的正极充电时接外接电源的正极。自我检测1．判断正误。(1)原电池中负极发生还原反应，正极发生氧化反应。(×)(2)锌锰干电池中碳棒与顶端的金属帽相连做正极，锌筒做负极。(√)(3)铅蓄电池充电时化学能转化为电能。(×)(4)燃料电池中燃料燃烧充分，能量转化率高。(×)2.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为X→外电路→YB．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XY解析：外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反。X极失电子，做负极，Y极上发生的是还原反应，X极上发生的是氧化反应。若两电极分别为Fe和碳棒，则Y为碳棒，X为Fe。答案：D3．下列有关原电池的叙述中正确的是()A．把电能转变为化学能的装置B．活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极C．外电路中电子从负极流向正极D．正极发生氧化反应解析：原电池将化学能转化为电能，A错误；原电池中活泼金属做负极，不活泼金属或非金属做正极，B错误；原电池中负极失去电子发生氧化反应，正极发生还原反应，D错误。答案：C要点一原电池的组成及工作原理问题：原电池的构成条件是什么？工作原理是什么？1．原电池的构成条件。(1)两个活泼性不同的电极(或金属与导电的非金属)。负极：活泼性强、失去电子发生氧化反应；正极：活泼性弱、得到电子发生还原反应。(2)两电极插入同一电解质溶液中。(3)形成闭合回路。(4)能自发地发生氧化还原反应。2．原电池的工作原理(以铜锌电池为例)。(1)工作原理。锌片失去电子，电子经导线流向铜片，溶液中的H＋从铜片上得到电子被还原成氢原子，继而结合成氢分子在铜片上放出。(2)电极名称。负极：电子流出的电极(发生氧化反应的一极)；正极：电子流入的电极(发生还原反应的一极)。(3)电极反应式。负极：Zn===Zn2＋＋2e－，正极：2H＋＋2e－===H2↑，总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。[例❶]在如图所示的8个装置中，属于原电池的是()A．②③④⑤B．①④⑥⑦C．③④⑤⑥D．②④⑥⑦答案：D即时演练1．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是()选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2解析：由总反应式知，Zn被氧化做原电池的负极，符合条件的有B、C两项，电解质溶液中Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===H2↑，故应选C。答案：C要点二原电池正负极的判断问题：原电池正负极判断的方法有哪些？1．由组成电极的材料判断，一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为正极。2．根据电流方向或电子流向判断，电流是由正极流向负极，电子是由负极流向正极。3．根据原电池内离子的定向移动判断，在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4．根据原电池两极发生的变化判断，负极总是失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应。5．根据现象判断，溶解的一极为负极，质量增加或有气泡放出的一极是正极。[例❷]Mg/AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋B．正极反应式为Ag＋＋e－===AgC．电池放电时Cl－由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑解析：Mg/AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。答案：B2.在右图所示的原电池中，下列说法正确的是()A．铜极上有气泡产生B．Zn为正极，铜为负极C．负极反应：2H＋＋2e－===H2↑D．该装置将电能转变为化学能即时演练解析：铜作正极，电极上发生2H＋＋2e－===H2↑有气泡产生。答案：A要点三锌锰干电池问题：锌锰干电池有哪些特点？电池名称酸性锌锰干电池碱性锌锰干电池特点优点：制作简单、价格便宜缺点：新电池会发生自放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快等能量较大，储存时间较长，适用于大电流和连续放电[例3]锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可表示为：Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋Mn2O3＋H2O在此电池放电时，正极(碳棒)上发生还原反应的是()A．ZnB．碳棒C．MnO2D．H＋解析：MnO2得到电子生成Mn2O3，发生了还原反应。答案：C即时演练3．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋4＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是()A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器解析：由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。答案：C要点四铅蓄电池、燃料电池问题1：铅蓄电池有什么特点？1．可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。2．单位重量电极材料释放的电能小，废弃电池污染环境。问题2：燃料电池有什么特点？1．电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。2．工作时，燃料和氧气连续地由外部供给。在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出。3．通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极。4．燃料电池能量转化率超过80%，比普通燃烧能量利用率高，有利于节约能源；5．燃料电池还可组合成燃料电池发电站，并被人们誉为“绿色”发电站，它的优点主要表现在不仅有巨大的经济优势，而且排放的废弃物也比普通火力发电站少得多，运行时噪音也低。[例4]氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下，下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是()A．该电池工作时电能转化为化学能B．该电池中电极a是正极C．该电池的总反应为2H2＋O2===2H2OD．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a解析：该电池是化学能转化为电能的装置；a极为负极；电子从a极通过导线流向b极。答案：C4．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，锌电极是负极即时演练解析：锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。答案：B