新人教版高中化学选修4 4.2 化学电源(导学案)

第四章第二节化学电源

【学习目标】1、认识日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；

2、认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；

3、学习化学电池的构成，电极反应式及总反应式的书写。

【学习重点】化学电源的结构及电极反应的书写。

【学习难点】燃料电池电极反应的书写。

自主学习

一、化学电源

（一）化学电源的分类

1.一次电池：电池中发生反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。

2.二次电池：可多次的电池。

3.燃料电池：利用和间的氧化还原反应将能转化为能的化学电源。燃料电池能连续不断地提供电能的原因

。

4.判断电池优劣或者是否合适某种需要，主要看这种电池

或以及电池的可存储时间的长短。

二、一次电池

（一）锌锰电池——分为酸性和碱性两种

1.普通锌锰电池：酸性电解质为

负极：材料，反应式：

+＋2 e-＋2MnO2＝2NH3↑＋Mn2O3

正极：材料，反应式：2NH

4

＋H2O

总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl 2+2NH3↑

2. 碱性锌锰电池：

负极：材料，反应式：

正极：材料，反应式：2MnO2+2e-+2H2O =2MnOOH+2OH-

总反应化学反应方程式：Zn +2MnO2 +2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

（二）银锌电池

负极：材料，反应式：。

正极：材料，反应式：。

总反应化学反应方程式：Zn +AgO2 +H2O= Zn(OH)2+2Ag

三、二次电池

（一）铅蓄电池——最常见的二次电池

总反应化学反应方程式：

放电时：

负极：材料，反应式：。

正极：材料，反应式：。

充电时：

阳极(氧化反应)：材料，反应式：

阴极(还原反应)：材料，反应式：

（二）目前已经开发的新型二次电池有

四、燃料电池

（一）氢氧燃料电池

总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是：

1.使用中性作电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

2．使用酸性电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

3．使用碱性电解质

负极反应式：；正极反应

式：。

小结：氢氧燃料电池的电解质适合选择性的电解质。

燃料电池与前几种电池的比较的优势：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。④如氢燃料电池的产物对环境是友好的。

五、书写电极反应式注意点：

1、普通原电池

①找出氧化反应和还原反应的物质和电子得失的数目，确定正负极反应的物质；

②根据反应物和产物的结构，考虑反应环境（离子共存）写出正负极反应式。

③正负极反应式遵守得失电子相等的原则。

④总反应的离子方程式是正、负两个极电极反应之和，若能写出某一极反应或

已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。

⑤检查：质量守恒和电荷守恒。

⑥注意：判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体

情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、

Al在浓HNO

3

中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

2、燃料电池：抓正极、看环境、得负极

①先写正极：正极一般是O

2

得电子发生还原反应。

②看环境：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中不能出现的H+，酸性介质中不能出现的OH-。

③得负极：用总的离子反应式减去正极反应式即可得到负极反应式。

④检查：质量守恒和电荷守恒。

合作探究

1、用镁片和铝片为电极，分别以稀H

2SO

4

和NaOH溶液为电解质溶液，构成有盐桥的

原电池，请画出装置图，并写出正、负极反应式。

2、甲烷燃料电池是一种新型高效的电池，它采用铂为电极材料，两极上分别通入CH

4和O

2

进行反应，KOH溶液作为电解质。你认为选择KOH溶液作为电解质的原因是什么？请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。

原因：。

负极反应式：；

正极反应式：；

总反应离子反应方程

式：；

总反应化学反应方程

式：。

3、甲醇燃料电池（DMFC）可用于生命探测仪，该燃料电池以甲醇为燃料，

氧气为氧化剂，电解质可以是质子交换膜（可传导氢离子），甲醇和氧气

分别在多孔金属电极上发生反应，从而将化学能直接转化为电能，如

图所示，

（1）请写出正、负极反应式。

负极反应式：；

正极反应式：；

（2）如果电解质换成NaOH溶液，请写出请写出正、负极反应式。

负极反应

式：；

正极反应

式：；

4、肼（N

2H

4

）一空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，其电解质是20%-30%的

KOH溶液，产物是N

2和H

2

O，请写出总反应的离子方程式和正、负极反应式。

负极反应

式：；

正极反应

式：；

总反应化学反应方程

式：。

巩固练习

1.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因

是( )

A.利用电池外壳的金属材料

B.不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

C.回收其中石墨电极

D.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

2. 在蓄电池放电时,溶液的pH将( )

A.不变

B.升高

C.降低

D.无法确定

3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和

Ag

2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag

2

O+H

2

O2Ag+Zn(OH)

2

。关于该

电池的叙述不正确的是( )

A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag

2

O极,Zn是负极

B.使用时电子由Ag

2O极经外电路流向Zn极,Ag

2

O是负极

C.正极的电极反应为Ag

2O+2e-+H

2

O2Ag+2OH-

D.Zn极发生氧化反应,Ag

2

O极发生还原反应

4.(双选) 燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直

接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极： O

2＋2H

2

O＋4e－＝4OH－；Y极：

2H

2＋4OH－--4e－＝4H

2

O下列判断正确的是（）

A．X是正极 B．负极材料是氢气

C．电解液可能是硫酸 D．Y极发生氧化反应，故是负极

5.市场出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等．它在使用之前需用塑料袋与空气隔绝．使用时开启塑料袋的小气孔，轻轻揉搓就会放出热量来．当使用完后还会发现有铁锈生成，依上述现象完成下列问题：

（1）“热敷袋”放出热量时铁发生了反应（填“氧化”或“还原”）。

（2）炭粉的主要作用是：；

加入氯化钠的作用：。（3）试用有关电极反应和化学方程式来表示上述变化过程：

②化学方程式： 。

导学案答案 自主学习

一（一）1.不可逆氧化还原 2.重复放电充电 3.燃料；氧化剂；化学；电；还原剂与氧化剂不是全部贮存在电池内，而是在工作不断从外界输入，同时把电极反应产物排除电池，能量转换率达到80%以上 4、单位质量、单位体积输出的能量；输出功率

二（一）1.NH 4Cl ，负极：Zn ，Zn-2e —=Zn 2+；正极：石墨 2.负极：Zn ，Zn+OH --2e —=Zn(OH)2；正极：MnO 2

（二）负极：Zn ，Zn-2e —+2OH — = Zn(OH)2；正极：Ag 2O+H 2O+2e — = 2Ag+2OH — 三（一）Pb ，Pb-2e -+SO 42- = PbSO 4；PbO 2,PbO 2+2e —+4H ++SO 42— = PbSO 4+2H 2O 。

PbO 2, PbSO 4-2e -+2H 2O = PbO 2+ 4H ++SO 42-； Pb ，PbSO 4；+2e - = Pb+SO 42- 。

镉镍电池、镍氢电池、锌银电池、锂电子电池、聚合物锂离子蓄电池 四（一）Pt 。 1、负极：2H 2-4e — = 4H + ；正极：O 2+4e —+2H 2O = 4OH — 2、负极：2H 2-4e — = 4H + ；正极：O 2+4e -+4H + = 2H 2O

3、负极：2H 2-4e — +4OH —= 4H 2O ；正极：O 2+4e —+2H 2O = 4OH —；酸性或碱性 合作探究 1、

负极：Mg-2e —=Mg 2+ 负极： 2Al —6e —+8OH — = 2AlO 2—+4H 20

正极：2H++2e—=H

2↑正极： 6H

2

0 + 6e—=

3H

2

↑+6OH—

2、甲烷燃烧生成CO

2

，KOH溶液可以吸收生成的CO2，否者电池有可能会爆炸；

CH

4-8e—+10 OH—= CO

3

2-+7H

2

O ；2O

2

+8e—+4H

2

O= 8OH—；CH

4

+2O

2

+2OH— = CO

3

2- + 3H

2

0；

CH

4+ 2O

2

+ 2KOH = K

2

CO

3

+ 3H

2

3、(1) 酸性条件

正极：3O2 + 12e–+ 12H+ → 6H2O

负极：2CH4O - 12e–+ 2H2O → 12H+ + 2CO2

(2) 2CH

3OH- 12e—+ 16OH—═ 2CO

3

2—+ 12H

2

O；3O

2

+12e—+6H

2

O = 12OH—。

4、N

2H

4

+ 4OH—-4e- = 4H

2

O+ N

2

↑；O

2

+ 2H

2

O+ 4e—= 4OH-； N

2

H

4

+ O

2

= N

2

↑+ 2H

2

O，

巩固练习：

1-4：D、B、B、AD

5.(1) 氧化；(2)与铁、氯化钠溶液构成原电池，碳作电池的正极，从而加速铁的

氧化；氯化钠溶于水形成电解质溶液；(3) ①2Fe-4e-═2Fe2+；O

2+2H

2

O+4e-═4OH-

2Fe+O

2+2H

2

O═2Fe（OH）

2

↓，4Fe（OH）

2

+O

2

+2H

2

O═4Fe（OH）

3

，2Fe（OH）

3

═Fe

2

O

3

?nH

2

O+

（3-n）H

2

O

提高训练

6.有关下图装置中的叙述正确的是（）

A．NaOH溶液的碱性逐渐减弱

B．这是一个原电池装置，利用该装置可长时间的观察到 Fe(OH)

2

沉淀的颜色

C．Pt为正极，其电极反应为：O

2＋2H

2

O ＋4eˉ＝4OHˉ

D．Fe为负极，其电极反应为：Fe－3eˉ＋3OHˉ＝Fe(OH)

3

7.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是( )

A.铝罐将逐渐被腐蚀

B.石墨颗粒和炭棒上发生的反应为:O

2

+4e-2O2-

C.炭棒应与玩具电机的负极相连

D.该电池工作一段时间后炭棒和石墨颗粒的质量会减轻

8.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气（2NaCl+2H

2O ═ 2NaOH +H

2

↑+Cl

2

↑），已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极Pb-2e-+SO

42-═PbSO

4

；正极PbO

2

+4H++SO

4

2-+2e-═PbSO

4

+2H

2

O

今若制得Cl

2 0.050摩，这时电池内消耗的H

2

SO

4

的物质的量至少是（）

A.0.025 mol

B.0.050 mol

C.0.10 mol

D.0.20 mol

9. 甲醇燃料电池工作原理如图，下列说法不正确的是（）

A．盐桥中的K+向负极移动

B．负极电极反应方程式为：CH

3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H

2

O

C．每消耗1mol甲醇，需消耗33.6L标况下的氧气

D．正极烧杯中溶液pH增大

10.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，

负极反应式：2CO+2CO32--4e- = 4CO2，正极反应式：__

______________ ，

电池总反应式：_______________ 。

11.Zn—MnO

2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl

2

、NH

4

Cl混合溶液。

(1)该电池的负极材料是，负极反应式是。

(2)若ZnCl

2NH

4

Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是

。欲除去Cu2+,最好

选用下列试剂中的(填代号)。

a.NaOH

b.Zn

c.Fe

d.NH

3·H

2

O

提高训练

6-9：C、A、C、A

10. O

2+2CO

2

+4e-==2CO

3

2； 2C

4

H

10

+13O

2

=8CO

2

+10H

2

O

11. (1)Zn，Zn－2eˉ＝Zn2+

（2）锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀；b