人教版 选择性必修1 化学反应原理 第2课时　化学电源(01)

1、第2课时化学电源【课程标准要求】1.了解常见化学电源的工作原理。2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。一、化学电源1.化学电源的分类化学电源包括一次电池、二次电池和燃料电池等，原电池是各种化学电源的雏形。普通锌锰电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池。2.判断电池优劣的主要标准3.化学电池回收利用废旧电池中含重金属和酸、碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。【微自测】 1.判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生()(2)二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生()(3)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池()(4)化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点()(5)比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准()二、常见化学电源1.一次电池(以碱性锌锰电池为例)2.二次电池(以铅酸蓄电池为例)3.燃料电池(1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应是2H2O2=2H2O。氢氧燃料电池在

2、不同介质中的电极反应介质负极反应式正极反应式酸性H22e=2HO22H2e=H2O中性H22e=2HH2OO22e=2OH碱性H22e2OH=2H2OH2OO22e=2OH其他燃料电池燃料电池具有广阔的发展前景，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。(3)燃料电池的能量利用率高，且可以做到污染物的少排放甚至零排放，因此又被誉为“绿色发电站”。【微自测】 2.下列说法正确的是()A.普通锌锰电池是一次电池，碱性锌锰电池是二次电池B.铅酸蓄电池是一次电池，锂离子电池是二次电池C.燃料电池的能量转化率可达100%D.废旧电池集中处理的主要原因是防止电池中的重金属、酸和碱等物质污染水源及土壤答案D解析一次电池是放电后不能再充电使其复原的电池，如普通锌锰电池、碱性锌锰电池等；二次电池又称可充电电池或蓄电池，放电后可通过充电的方法使活性物质再生而继续使用的电池，如铅酸蓄电池、锂离子电池等，A、B项错误；燃料电池除将化学能转化为电能外，还有一部分转化为热能，能量转化率小于100%，C项错误；电池中的重金属、酸和碱等物质会污染土壤和水源，需要集中处理，D项正确。一、可充电电池(二次电

3、池)的反应原理【活动探究】铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池是一种常见的二次电池。铅酸蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，可放电也可充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳(防止酸液泄漏)。铅酸蓄电池设有多层电极板，其中正极板上覆盖有棕褐色的PbO2，负极板上覆盖有海绵状的金属Pb，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料隔开(防止电极之间发生短路)，两极均浸入稀H2SO4中，如下图所示：其充放电的总反应为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。(1)写出铅酸蓄电池放电时的正、负极反应式。提示：负极反应式：Pb2eSO=PbSO4正极反应式：PbO24HSO2e=PbSO42H2O(2)铅酸蓄电池放电时，正极附近溶液pH怎样变化？提示：由正极反应式可知，放电过程中不断消耗H，造成正极附近c(H)减少，pH升高。(3)写出铅酸蓄电池充电时阳极和阴极反应式。提示：充电时的阳极反应式(放电时正极反应的逆反应)：PbSO42H2O2e=PbO24HSO阴极反应式(放电时负极反应的逆反应)：PbSO42e=PbSO(4)给该电池充电时怎样连接电极？提示：充电时，该电池的正极接外电源正极，负极接外电源负极。

4、【核心归纳】可充电电池充电、放电的原理(1)可充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电和放电的反应不互为可逆反应。(2)可充、放电时各电极上发生的反应(3)可充电电池电极反应式的书写充电时阴极(或阳极)的电极反应式是该电池放电时负极(或正极)的电极反应的逆反应。例如，铅酸蓄电池充电、放电的过程如图所示。书写铅酸蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液，放电时两极生成的Pb2和电解质溶液中的SO不能共存，Pb2与SO结合生成PbSO4沉淀，因此将负极反应式写成Pb2e=Pb2是错误的，应写成PbSO2e=PbSO4。【实践应用】1.铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆，其构造如下图所示，已知PbSO4难溶于水，电池反应为PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O，下列说法不正确的是()A.电池工作时，Pb为负极，发生氧化反应B.电池工作时，电解质溶液pH保持不变C.硫酸根离子在负极和正极都参与了反应D.正极的电极反应式为PbO22e4HSO=PbSO42H2O答案B解析Pb作负极，发生氧化反应，A正确；电池工作时，硫酸浓度减小，则

5、电解质溶液pH增大，B错误；负极反应式为PbSO2e=PbSO4，正极反应式为PbO2SO2e4H=PbSO42H2O，故硫酸根离子在负极和正极都参与了反应，C、D正确。2.镍镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达1015年。其总反应为Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2。下列说法不正确的是()A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd2OH2e=Cd(OH)2B.充电时，阳极反应为Ni(OH)2eOH=NiO(OH)H2OC.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小D.该电池充电时将电能转化为化学能答案C解析由电池总反应可知：放电时负极反应式为Cd2OH2e=Cd(OH)2，负极区OH浓度减小，pH减小；放电时正极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，正极区OH浓度增大，pH增大；充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni(OH)2eOH=NiO(OH)H2O；二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。二、燃料电池电极反应式的书写【活动探究】下面是三种燃料电池装置，结合原电池原理对其反应原理进行探究：(1)写出装置中，酸性甲

6、醇燃料电池的正、负极反应式和总的化学方程式：提示：负极反应式：CH3OH6eH2O=CO26H正极反应式：O24e4H=2H2O总反应式：2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)写出装置中熔融碳酸盐氢氧燃料电池的正、负极反应式。提示：负极反应式：H22eCO=CO2H2O正极反应式：O24e2CO2=2CO(3)写出装置中碱性甲烷燃料电池的正、负极反应式和总的化学方程式。提示：负极反应式：CH48e10OH=CO7H2O正极反应式：2H2OO24e=4OH总反应式：CH42O22OH=CO3H2O(4)燃料电池中正极通常通入什么物质？负极发生氧化反应还是还原反应？提示：燃料电池中正极通常通入的是O2；可燃物一般在负极发生氧化反应。【核心归纳】1.燃料电池的组成和工作原理(1)组成(2)工作原理(以酸性氢氧燃料电池为例)利用质子交换膜技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在负极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达正极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到正极，这样就产生了电能。2.燃料电池电极反应式的书写方法电池的负极反应物一定是可燃物，有机燃料中各

7、元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。以乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池为例第一步：确定生成物。乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为K2CO3和H2O。第二步：确定价态的变化及转移电子数。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为2，CO中碳元素的化合价为4，故1 mol乙醇完全反应失去1 mol24(2)12 mol电子。第三步：列出表达式。C2H5OHOH12eCOH2O。第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。由碳原子守恒确定CO的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH的化学计量数为16(注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷)，再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11，故负极反应式为C2H5OH16OH12e=2CO11H2O。(1)燃料电池负极反应产物的判断碱性介质：C元素CO，其余介质：CCO2酸性介质：H元素H，其余介质：HH2O(2)配电荷守恒的方法：用电解质溶液中的离子平衡电荷。阴离

8、子(OH、O2、CO)在负极反应左侧，阳离子(H)在负极反应右侧。【实践应用】1.甲醇空气燃料电池(DMFC)是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是()A.该装置能将电能转化为化学能B.电流由乙电极经导线流向甲电极C.负极的电极反应式为：CH3OH6OH6e=CO25H2OD.b口通入空气，c口通入甲醇答案B解析甲醇燃料电池是一种新型化学电源，可将化学能转化为电能，A错误；图中H向乙电极迁移，则乙电极为正极，甲电极为负极，电流由正极流向负极，即由乙电极经导线流向甲电极，B正确；该电池的电解质溶液呈酸性，故负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26H，C错误；b口通入CH3OH在负极发生氧化反应，c口通入空气，其中O2在正极发生还原反应，D错误。2.肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其作燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化效率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是()A.电池工作时，正极附近的pH降低B.当消耗1 mol O2时，有2 mol Na由甲槽向乙槽迁移C.负极反应为4OHN2H44e=N24H2OD.若去掉离子交换膜电池也能正常工作答案C解析电池工作时，O2在正极发生还原反应：O22H2O4e=4OH，由于生成OH，溶液的pH增大，A错误；当消耗1 mol O2时，电路中转移4 mol电子，为保持溶液呈电中性，应有4 mol Na由甲槽向乙槽迁移，B错误；N2H4在负极上失电子发生氧化反应，则负极反应为4OHN2H44e=N24H2O，C正确；若去掉离子交换膜，肼会与水中溶解的氧气直接接触，发生爆炸，不能正常工作，D错误。3.以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性条件燃料电池总反应式：_。正极反应式：_。负极反应式： _

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