化学电源教学设计资料(DOC 13页).doc

化学电源教学设计课　标　解　读重　点　难　点1.了解电池的分类、特点及适用范围2.了解几类化学电池的构造、原理3.了解化学电源的广泛应用及废旧电池的危害1.一次、二次、燃料电池的构造及工作原理重点) 2.原电池电极反应式的书写重难点)化学电源1.概念：是将化学能直接转化为电能的装置化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能2．类型常见的几种化学电池1.一次电池(碱性锌锰电池)(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH2)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)22．二次电池(蓄电池)(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液(2)工作原理①放电：负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)总反应：Pb(s)＋PbO2(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逆过程。

阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；总反应：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)2PbSO4(s)＋2H2O(l)3．燃料电池(1)工作原理①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能②电极材料本身不发生氧化还原反应③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除2)氢氧燃料电池①电极材料Pt，酸性电解质②电极反应：负极：H2－2e－===2H＋正极：O2＋2H＋＋2e－===H2O总反应：H2＋O2===H2O若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？【提示】　负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应：2H2＋O2===2H2O1．根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。

2)电极反应式的书写负极：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＋SO－2e－===PbSO4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：电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O3)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，写电极反应式分析反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)→选择一个简单的变化情况去写电极反应式→另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－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，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低书写电极反应式应注意电解质溶液的影响1)中性溶液反应物中无H＋或OH－2)酸性溶液反应物，生成物均无OH－3)碱性溶液反应物，生成物中均无H＋4)水溶液不能出现O2－例1．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为______________、______________2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为__________________、_____________________1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ _______________________________3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、__________________。

解析】　根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有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－若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出答案】　(1)H2　O2　负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)负极：2H2－4e－===4H＋　正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(1)变小，(2)变大(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－小结：常见燃料电池的电极反应在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变，引起电极反应的变化，但不影响燃料及O2的性质。

电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时，还要特别考虑电解质溶液是否参与反应1)甲烷燃料电池电解质：KOH正极(通O2)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极(通CH4)：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O(2)甲醇燃料电池电解质：KOH正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O(3)肼燃料电池电解质：KOH正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O(4)熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池有关的电池反应式为：正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO负极：2CO＋2CO－4e－===4CO2总反应：2CO＋O2===2CO2例2．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。

它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应下列判断正确的是(　　)A．有O2放电的a极为电池的负极B．有H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2高温,2H2O【解析】　固体介质允许O2－通过，说明为非水体系，因此C项中a极反应式不正确，这种表达是水溶液中进行的反应，a极反应式应该是：O2＋2e－===O2－，b极反应：H2－2e－===2H＋，总反应方程式是H2＋O2高温,H2O答案】　D例3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，故得到广泛应用锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)下列说法错误的是(　　)A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g【解析】　根据题意，该电池的负极材料是锌。

电池工作时，锌本身失去电子而发生氧化反应，失去的电子通过外电路移向另一极(正极)在该电极上，MnO2获得电子发生还原反应生成MnOOH：2MnO2＋2e－―→2MnOOH从元素守恒的角度来看，右侧还多2个氢在碱性溶液中不出现H＋，故正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－反应中，失去0.2 mol电子，消耗掉0.1 mol锌，质量为6.5 g答案】　C练习1．下列有关电池的说法不正确的是(　　)A．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【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，故电流从铜电极流向锌电极，而电子是由锌电极流向铜电极，B项错；电池的实质即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】　B2．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向航标灯的电源必须长效、稳定我国科技工作者研制出以铝合金、Pt­Fe合金网为电极材料的海水电池在这种电池中 (　　)①铝合金是阳极　②铝合金是负极　③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应A．②③　　　　　　　　B．②④C．①② D．①④【解析】　较活泼的铝合金为负极(②对)。

Pt­Fe合金网为正极，海水是电解液(③对)负极上发生氧化反应(④错)答案】　A3．关于铅蓄电池的说法正确的是(　　)A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)【解析】　A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为： PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极。