PAGE8-其次節(jié)化學(xué)電源[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解和學(xué)習(xí)電池的分類、優(yōu)點(diǎn)及適用范圍。2.了解幾類化學(xué)電池的構(gòu)造、原理。3.駕馭原電池電極反應(yīng)式及總反應(yīng)方程式的書寫。一、化學(xué)電池一次電池1．化學(xué)電池(1)概念：化學(xué)電池是將eq\o(□,\s\up3(01))化學(xué)能變成eq\o(□,\s\up3(02))電能的裝置。(2)化學(xué)電池的分類化學(xué)電池eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\o(□,\s\up3(03))一次電池一般鋅錳電池、堿性鋅錳電池,\o(□,\s\up3(04))二次電池\o(□,\s\up3(05))鉛蓄電池,\o(□,\s\up3(06))燃料電池\o(□,\s\up3(07))氫氧燃料電池))2．常見的一次電池——堿性鋅錳電池(1)組成：堿性鋅錳電池的負(fù)極是eq\o(□,\s\up3(08))Zn，正極是eq\o(□,\s\up3(09))MnO2，電解質(zhì)是eq\o(□,\s\up3(10))KOH。(2)工作原理負(fù)極：eq\o(□,\s\up3(11))Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：eq\o(□,\s\up3(12))2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－總反應(yīng)：eq\o(□,\s\up3(13))Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2二、二次電池燃料電池1．二次電池——鉛蓄電池(1)鉛蓄電池的構(gòu)造(2)鉛蓄電池的工作原理放電和充電是不同條件下的正、逆反應(yīng)過程：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)eq\o(□,\s\up3(06))2PbSO4(s)＋2H2O(l)鉛蓄電池放電的電極反應(yīng)如下：負(fù)極：eq\o(□,\s\up3(07))Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)(eq\o(□,\s\up3(08))氧化反應(yīng))正極：eq\o(□,\s\up3(09))PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(eq\o(□,\s\up3(10))還原反應(yīng))(3)鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：可eq\o(□,\s\up3(11))重復(fù)運(yùn)用、電壓eq\o(□,\s\up3(12))穩(wěn)定、運(yùn)用便利、平安牢靠、價(jià)格eq\o(□,\s\up3(13))低廉，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。②缺點(diǎn)：eq\o(□,\s\up3(14))比能量低、笨重，廢棄的電池eq\o(□,\s\up3(15))污染環(huán)境。2．氫氧燃料電池(1)組成：電極材料為Pt，負(fù)極通入eq\o(□,\s\up3(16))H2，正極通入eq\o(□,\s\up3(17))O2，電解質(zhì)是H2SO4。(2)工作原理負(fù)極：eq\o(□,\s\up3(18))2H2－4e－=4H＋正極：eq\o(□,\s\up3(19))O2＋4H＋＋4e－=2H2O總反應(yīng)：eq\o(□,\s\up3(20))2H2＋O2=2H2O(3)優(yōu)點(diǎn)：①能量eq\o(□,\s\up3(21))轉(zhuǎn)換率超過80%，遠(yuǎn)高于一般燃燒過程。②污染eq\o(□,\s\up3(22))小，被譽(yù)為“eq\o(□,\s\up3(23))綠色”發(fā)電站。1．能做化學(xué)電池的原電池具有的條件是什么？提示：只有能持續(xù)地供應(yīng)穩(wěn)定電流的原電池才能做化學(xué)電池。這就要求原電池工作時(shí)，原電池反應(yīng)的速率幾乎不變，即電解質(zhì)溶液中離子的濃度幾乎不變，如堿性鋅錳電池工作時(shí)c(OH－)改變不大。2．氫氧燃料電池的電解質(zhì)改為KOH時(shí)的兩極反應(yīng)式怎么寫？提示：若改為堿性環(huán)境時(shí)，兩極反應(yīng)式書寫時(shí)要留意沒有H＋生成和消耗，而有OH－生成和消耗，其兩極反應(yīng)式為：正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－；負(fù)極：2H2－4e－＋4OH－=4H2O。

一、化學(xué)電池一次電池1．化學(xué)電池(1)分類種類特點(diǎn)(分類依據(jù))實(shí)例一次電池活性物質(zhì)消耗到肯定程度就不能再運(yùn)用一般鋅錳電池、堿性鋅錳電池二次電池可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，可多次重復(fù)運(yùn)用鉛蓄電池燃料電池可通過不斷充入還原劑、氧化劑連續(xù)運(yùn)用氫氧燃料電池、甲烷燃料電池(2)優(yōu)點(diǎn)①化學(xué)電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定牢靠。②可以制成各種形態(tài)和大小、不同容量和電壓的電池及電池組。③運(yùn)用便利，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。2．一次電池一次電池的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流淌，也叫做干電池。(1)特點(diǎn)一次電池不能充電，不能反復(fù)運(yùn)用。(2)常見的一次電池種類特點(diǎn)堿性鋅錳電池銀鋅電池基本構(gòu)造負(fù)極：Zn正極：MnO2電解質(zhì)：KOH負(fù)極：Zn正極：Ag2O電解質(zhì)：KOH工作原理負(fù)極反應(yīng)Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極反應(yīng)2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－總反應(yīng)Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag性能與適用范圍比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間比一般鋅錳電池均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，相宜小電流連續(xù)放電[即時(shí)練]1．廢電池必需進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程。其首要緣由是()A．為了利用電池外殼的金屬材料B．防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染C．不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D．回收其中的石墨電極答案B解析廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對(duì)土壤和水源造成污染，必需進(jìn)行集中處理。2．被稱之為“軟電池”的紙質(zhì)電池，采納一個(gè)薄層紙片作為傳導(dǎo)體，在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳。紙內(nèi)的離子“流過”水與氯化鋅組成的電解液。電池總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋H2O=ZnO＋2MnOOH。下列說法正確的是()A．該電池的正極為鋅B．該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化作用C．當(dāng)0.1molZn完全溶解時(shí)，流經(jīng)電解液的電子個(gè)數(shù)為1.204×1023D．電池正極反應(yīng)式為2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnOOH＋2OH－答案D解析由總反應(yīng)式可知，二氧化錳為氧化劑而不是催化劑，鋅為還原劑，應(yīng)為原電池的負(fù)極，A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤；電子只能經(jīng)外電路流淌，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電池負(fù)極反應(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得正極反應(yīng)式為2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnOOH＋2OH－。規(guī)律方法電極反應(yīng)式的書寫方法

二、二次電池燃料電池1．化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫(1)先標(biāo)出放電(原電池)總反應(yīng)式中變價(jià)元素的化合價(jià)，確定電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)。即負(fù)極：還原劑－ne－=氧化產(chǎn)物正極：氧化劑＋ne－=還原產(chǎn)物依據(jù)原子守恒和電解質(zhì)溶液的組成找出參與反應(yīng)或生成的電解質(zhì)溶液的成分。如鉛蓄電池中：負(fù)極：Pb(還原劑)－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)(電解質(zhì)溶液中的離子)=PbSO4(氧化產(chǎn)物)(2)寫出一個(gè)比較簡(jiǎn)單書寫的電極反應(yīng)式，書寫時(shí)肯定要留意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存。如鉛蓄電池的負(fù)極反應(yīng)式為Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4。(3)在得失電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式，即得另一極的反應(yīng)式。如鉛蓄電池的正極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得到，即Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)－(Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－)=2PbSO4＋2H2O－PbSO4，整理得：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O。2．燃料電池(1)燃料電池電極反應(yīng)式的書寫要求①在電池的負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)肯定是可燃物，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電池的正極多為氧氣或空氣，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，特殊留意電解質(zhì)酸堿性不同的區(qū)分。可依據(jù)電荷守恒來配平。②電極材料一般不參與化學(xué)反應(yīng)，只作電池反應(yīng)物的載體。③正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子守恒的前提下，相加后的電池反應(yīng)必定是燃料燃燒反應(yīng)和燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加。(2)常見的四種典型燃料電池名稱電解質(zhì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)氫氧燃料電池KOH正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－負(fù)極：2H2－4e－＋4OH－=4H2O總反應(yīng)：2H2＋O2=2H2OH2SO4正極：O2＋4e－＋4H＋=2H2O負(fù)極：2H2－4e－=4H＋總反應(yīng)：2H2＋O2=2H2O甲烷燃料電池KOH正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O總反應(yīng)：CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O甲醇燃料電池KOH正極：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－負(fù)極：2CH3OH＋16OH－－12e－=2COeq\o\al(2－,3)＋12H2O總反應(yīng)：2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O肼燃料電池KOH正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－負(fù)極：N2H4＋4OH－－4e－=N2＋4H2O總反應(yīng)：N2H4＋O2=N2＋2H2O[即時(shí)練]3．關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是()A．在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)－2e－=PbSO4(s)B．在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板C．在放電時(shí)，負(fù)極質(zhì)量不斷變小D．在放電時(shí)，SOeq\o\al(2－,4)移向正極答案B解析A項(xiàng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，元素的化合價(jià)降低，因此正極反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，鉛蓄電池中，鉛板是負(fù)極材料，正確；C項(xiàng)，放電時(shí)，負(fù)極由Pb漸漸生成PbSO4，故負(fù)極質(zhì)量不斷增大，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，放電時(shí)陰離子移向負(fù)極。4．(1)現(xiàn)有反應(yīng)2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(KOH))2H2O，要構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通入的應(yīng)是________，正極通入的應(yīng)是________，電極反應(yīng)式分別為_____________________、______________________。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解液，則電極反應(yīng)式分別為_______________、_____________。(3)上述(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，(1)中溶液pH變________(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH變________。(4)如把H2改為甲烷，KOH溶液作電解液，則電極反應(yīng)式分別為___________、_________。答案(1)H2O2負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)負(fù)極：2H2－4e－=4H＋正極：O2＋4H＋＋4e－=2H2O(3)小大(4)負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－解析(3)由于(1)是在堿性條件下反應(yīng)，KOH量不變，但工作時(shí)H2O增多，故溶液變稀，pH將變??；而(2)中為酸性溶液，H2SO4量不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。本章歸納總結(jié)1．紐扣電池可用于計(jì)算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，電池的總反應(yīng)為Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。關(guān)于該電池的敘述不正確的是()A．運(yùn)用時(shí)電子由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，Zn是負(fù)極B．運(yùn)用時(shí)電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極，Ag2O是負(fù)極C．正極的電極反應(yīng)為Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－D．Zn極發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O極發(fā)生還原反應(yīng)答案B解析由總方程式可以看出，負(fù)極為Zn，正極為Ag2O，運(yùn)用時(shí)電子由負(fù)極流向正極，A正確，B錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，C、D正確。2．質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)常作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。該燃料電池以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，鉑作催化劑，導(dǎo)電離子是H＋。下列對(duì)該燃料電池的描述中正確的是()①正極反應(yīng)為：O2＋4H＋＋4e－=2H2O②負(fù)極反應(yīng)為：2H2－4e－=4H＋③總的化學(xué)反應(yīng)為：2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2H2O④氫離子通過電解質(zhì)向正極移動(dòng)A．①②③B．②③④C．①②④D．①②③④答案C解析燃料電池中的反應(yīng)不是在點(diǎn)燃的條件下進(jìn)行的，故③錯(cuò)誤。因?yàn)閷?dǎo)電離子是H＋，且向正極移動(dòng)，所以正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，電子由負(fù)極通過外電路流向正極。3．有四種燃料電池：A．固體氧化物燃料電池B．堿性氫氧化物燃料電池C．質(zhì)子交換膜燃料電池D．熔融鹽燃料電池下面是工作原理示意圖，其中正極反應(yīng)生成水的是()答案C解析A項(xiàng)，正極反應(yīng)生成O2－；B項(xiàng)，正極反應(yīng)生成OH－；C項(xiàng)，正極反應(yīng)生成H2O；D項(xiàng)，正極反應(yīng)生成COeq\o\al(2－,3)。4．一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為：CH3CH2OH－4e－＋H2O=CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說法正確的是()A．檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng)B．若有0.4mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48L氧氣C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH＋O2=CH3COOH＋H2OD．正極上發(fā)生的反應(yīng)為：O2＋4e－＋2H2O=4OH－答案C解析結(jié)合題意，該電池總反應(yīng)即是乙醇的氧化反應(yīng)，不消耗H＋，故負(fù)極產(chǎn)生的H＋應(yīng)向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；酸性溶液中，正極電極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，D錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)移0.4mol電子時(shí)，消耗O20.1