1第二课时第二课时 化学电源化学电源课标要求1知道化学电源的分类方法。2熟悉几种常见化学电源和新型化学电源的组成。3了解常见化学电源和新型化学电源的工作原理，学会电极反应式的书写。4知道化学电源的广泛应用，及废旧电池对环境的危害。1化学电源概述(1)化学电源的分类化学电源Error!(2)各类电池的特点一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。燃料电池：利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应设计成电池，电极本身不参加反应，燃料和氧化剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将产物不断排出，因此，能连续不断地提供电流。(3)废旧电池的回收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。2一次电池(1)银锌钮扣电池1.银锌钮扣电池的负极是银锌钮扣电池的负极是 Zn，正极是，正极是 Ag2O，电解质溶液是，电解质溶液是 KOH 溶液；碱性溶液；碱性锌锰电池的负极是锌锰电池的负极是 Zn，正极是，正极是 MnO2，电解质溶液是，电解质溶液是 KOH 溶液。溶液。2铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是铅蓄电池是最常见的二次电池，正极是 PbO2，负极是，负极是 Pb，电解质溶液是，电解质溶液是H2SO4溶液。溶液。3氢氧燃料电池氢氧燃料电池“两类型两类型”：(1)酸性电解质时：负极反应式：酸性电解质时：负极反应式：2H24e=4H。正极反应式：正极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质时：负极反应式：碱性电解质时：负极反应式：2H24OH4e=4H2O。正极反应式：正极反应式：2H2OO24e=4OH。化学电源概述及一次电池化学电源概述及一次电池2基本构造工作原理负极反应：Zn2OH2e=ZnOH2O；正极反应：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；电池反应：ZnAg2O=ZnO2Ag。(2)普通锌锰干电池基本构造工作原理负极反应：Zn2e=Zn2；正极反应：2MnO22e2NH=Mn2O32NH3H2O； 4电池反应：Zn2MnO22NH=Zn2Mn2O32NH3H2O。 4(3)碱性锌锰电池基本构造工作原理负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；电池反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。性能优点碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性优越，它的比能量大，能提供较大电流并连续放电。特别提醒 判断某电极发生反应的物质时，除考虑在该电极上得(或失)电子的物质外，还要考虑得(或失)电子后形成的新物质是否会和电解质溶液中的离子发生反应。31普通锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为 Zn2MnO22NH= 4Zn2Mn2O32NH3H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( )AMnO2和 NH BZn2和 NH 4 4CZn D碳棒解析：选 A 在电池的正极上发生的是得电子的还原反应，是电池总反应中氧化剂发生的反应。由普通锌锰干电池的总反应式可知，MnO2与 NH发生的反应为正极反应。 42碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为 Zn (s)2MnO2 (s)2H2O(l)=Zn(OH)2(s)2MnOOH，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，锌的质量理论上减少 6.5 g解析：选 C 由所给的电池总反应式可知，电池工作时，每有 1 mol Zn 参加反应，则会有 2 mol 电子从负极 Zn 经外电路流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)2H2O(l)2e=2MnOOH(s)2OH(aq)。外电路每通过 0.2 mol 电子，Zn 的质量减少 6.5 g。1基本构造2组成负极：Pb，正极：PbO2，电解质：硫酸。3工作原理(1)放电过程(原电池反应)负极：PbSO2e=PbSO4；24正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；24电池反应：PbPbO24H2SO=2PbSO42H2O。24(2)充电过程二次电池二次电池(铅蓄电池铅蓄电池) 4阴极：PbSO42e=PbSO(发生还原反应)；24阳极：PbSO42H2O2e=PbO24HSO(发生氧化反应)；24总反应：2PbSO42H2O=PbPbO24H2SO。244铅蓄电池的优缺点(1)优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；生产生活中使用广泛。(2)缺点：比能量低，废弃电池污染环境。已知铅蓄电池的充、放电过程：PbPbO22H2SO4放电,充电 2PbSO42H2O。(1)铅蓄电池放电时，正极区域溶液的 pH 是如何变化的？提示：铅蓄电池放电时，正极反应式为 PbO24HSO2e=PbSO42H2O，反应24消耗 H，故c(H)下降，pH 升高。(2)铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？充电时两极发生什么反应？据此，在充电时，怎样连接电源的两极？提示：放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；铅蓄电池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正极。1二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。2充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。3可充电电池复杂电极反应式的书写方法第一步：先标出放电(原电池)总反应式中变价元素的化合价，确定电子转移的方向与数目，指出参与负极和正极反应的物质。如铅蓄电池中：5第二步：写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。如铅蓄电池的负极反应式为 PbSO2e=PbSO4。24第三步：在电子守恒的基础上，用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式。如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式负极反应式得到，即 PbPbO24H2SO(PbSO2e)=2PbSO42H2OPbSO4，2424整理得：PbO24HSO2e=PbSO42H2O。241镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2O 放电,充电 Cd(OH)22Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是( )A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性变弱D放电时电解质溶液中的 OH向正极移动解析：选 AC 由总反应可知，放电时，负极 Cd 发生氧化反应：Cd2e2OH=Cd(OH)2，负极碱性变弱，C 项正确；正极反应为2NiOOH2e2H2O=2Ni(OH)22OH，放电时，OH由正极向负极移动，D 项错误；充电时，电能转化为化学能，B 项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为 Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O，A 项正确。22013 年 3 月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )Aa 为电池的正极B电池充电反应为 LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a 极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中 Li从 b 向 a 迁移解析：选 C 锂离子电池中，b 电极为 Li，放电时，Li 失电子为负极，LiMn2O4得电子为正极，所以 a 为电池的正极，A 正确；充电时，Li在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为 LiMn2O4=Li1x Mn2O4xLi，B 正确；放电时，a 为正极，正极上Li1x Mn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，C 错误；放电时，溶液中阳离子向正6极移动，即溶液中 Li从 b 向 a 迁移，D 正确。1氢氧燃料电池原理图示2工作原理通入可燃物(H2)的一极为电池的负极，通入 O2的一极为电池的正极。(1)酸性氢氧燃料电池(电解质为 H2SO4)负极反应：2H24e=4H，正极反应：O24H4e=2H2O，总反应：2H2O2=2H2O。(2)碱性氢氧燃料电池(电解质为 KOH)负极反应：2H24OH4e=4H2O，正极反应：2H2OO24e=4OH，总反应：2H2O2=2H2O。3电池特点(1)能量转换率高，污染小。(2)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。特别提醒(1)燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。(2)酸性介质中的燃料电池(氧化剂为 O2)的正极反应式为 O24H4e=2H2O；碱性介质中的燃料电池(氧化剂为 O2)的正极反应式为 O22H2O4e=4OH。1用稀 H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式。提示：总反应式是甲烷燃烧的化学方程式 CH42O2=CO22H2O，其中正极反应式为2O28H8e=4H2O。负极反应式为 CH48e2H2O=CO28H。2用 KOH 作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？试分别写出燃料电池燃料电池 7两极的电极反应式。提示：不相同；因为 CO2与 KOH 溶液反应生成 K2CO3，故总反应式为 CH42O22OH=CO3H2O，其中正极反应式为 2O24H2O8e=8OH，负极反应式为23CH410OH8e=CO7H2O。23有机燃料电池电极反应式书写方法电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各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。如乙醇碱性(KOH 溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。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 CO和 H2O。23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23完全反应失去 24(2)12 mol 电子。第三步：列出表达式。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 2，23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。231肼(N2H4)空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质为 20%30%的 KOH 溶液，电池总反应式为 N2