第2課時化學電源課程目標,1．了解化學電源的種類及其工作原理。2．了解化學電源在生產、生活和國防中的實際應用。3．能正確書寫各類電池的電極反應式。圖說考點,學業基礎核心素養當堂評價學業基礎

化學電一次二次燃料二、常見的化學電池1．一次電池(以堿性鋅錳電池為例)(1)組成：正極：________；負極：________；電解質：________。(2)工作原理：負極反應：_____________________________________；正極反應：___________________________________。總反應：_____________________________________。MnO2ZnKOHZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2

PbO2Pb稀H2SO4溶液

③鉛蓄電池的充、放電過程：Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。3．燃料電池(以氫氧燃料電池為例)(1)基本構造：(2)工作原理：負極反應：______________________________；正極反應：_____________________________；總反應：2H2＋O2===2H2O。2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－三、化學電池的使用1．化學電池的優點(1)化學電池的能量轉換效率______，供能穩定可靠。(2)可以制成各種形狀和_____、不同_____和______的電池及電池組。(3)使用方便，易于維護，并可在各種環境下工作。2．判斷電池優劣的主要標準(1)比能量：即單位質量或單位體積所能輸出________的多少，單位(W·h)/kg(或W·h)/L。(2)比功率：即單位質量或單位體積所能輸出________的多少，單位W/kg或W/L。(3)電池的可儲存時間的________。3．化學電池回收利用：廢舊電池中含________和酸堿等有害物質，應回收利用，既減少污染，又節約資源。較高大小容量電壓電能功率長短重金屬【即學即練】1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)堿性鋅錳電池工作時電子由MnO2經外電路流向Zn極。(

)(2)鋅銀電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質溶液是KOH溶液，則其負極電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋。(

)(3)鉛蓄電池充電時PbO2在陽極上生成。(

)(4)燃料電池中通入燃料的一極為正極。(

)(5)氫氧燃料電池(酸性電解質)中O2通入正極，電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(

)(6)廢舊電池中含有汞、鎘、鉛、鎳等重金屬，隨意丟棄會污染環境，應對廢舊電池分類回收，集中處理。(

)××√×√√2．下列有關化學電源的描述正確的是(

)①一次電池也叫干電池，其活性物質被消耗后不能再生②二次電池也叫可充電電池，通過充電可使其活性物質再生③任何電池都是依據原電池的原理制造的④化學電源與其他能源相比，具有攜帶方便，可制成各種形狀等優點⑤比能量與比功率，是判斷電池優劣的主要標準A．①②③④⑤

B．①②④⑤C．③④⑤

D．①②③⑤答案：B解析：一次電池中電解質溶液為膠狀，無法流動，故也叫做干電池，干電池中發生氧化還原反應的活性物質被消耗到一定程度時，電池就不能繼續使用了，①正確；二次電池放電后可以再充電使活性物質獲得再生，②正確；部分電池(如太陽能電池)不是依據原電池的原理制造的，③錯誤；化學電源可以制成各種形狀、大小不同的電池，④正確；比能量與比功率越大，則電池單位質量或單位體積所能輸出的電能越大或者輸出功率越大，比能量與比功率是判斷電池優劣的主要標準，⑤正確。3．下列說法正確的是(

)A．酸性鋅錳干電池是一次電池，堿性鋅錳干電池是二次電池B．鉛蓄電池是一次電池，鋰離子電池是二次電池C.燃料電池的能量轉化率可達100%D．廢舊電池集中處理的主要目的是防止電池中的重金屬污染水源及土壤解析：一次電池是放電后不能再充電使其復原的電池，如酸性鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池等；可充電電池又稱二次電池或蓄電池，放電后可通過充電的方式使電池內的活性物質再生而繼續使用的電池，如鉛蓄電池、鋰離子電池等，A、B項錯誤；燃料電池除將化學能轉化為電能外，還有一部分轉化為熱能，能量轉化率小于100%，C項錯誤；電池中含有的汞、鎘、錳等重金屬會污染土壤和水源，需要集中處理，D項正確。答案：D4．鉛蓄電池是最常見的二次電池，電壓穩定，安全可靠，價格低廉，應用廣泛。電池總反應為Pb(s)＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。放電時，正極的電極反應是__________________________________，電解質溶液中硫酸的濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)，當外電路中通過0.5mol電子時，理論上負極板的質量增加________g。

減小24

5．寫出甲烷燃料電池在不同環境下的電極反應式。(1)酸性條件燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O

①燃料電池正極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O

②①－②×2，得燃料電池負極反應式：________________________。CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O

①燃料電池正極反應式：O2＋4e－===2O2－

②①－②×2，得燃料電池負極反應式：__________________________。CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O

核心素養提升點一二次電池分析例1.已知某鎳鎘(Ni-Cd)電池的電解質溶液為KOH溶液，其充放電總反應為Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放電,充電Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。有關該電池的說法正確的是(

)A．充電時陽極反應：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2OB.充電過程是化學能轉化為電能的過程C．放電時負極附近溶液的堿性不變D．放電時電解質溶液中的OH－向正極移動答案：A解析：充電時，陽極上電極反應式為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正確；充電時，電能轉化為化學能，故B錯誤；放電時，負極上電極反應式為Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以溶液的堿性減弱，故C錯誤；放電時，電解質溶液中OH－向負極移動，故D錯誤。狀元隨筆二次電池，放電時是原電池、充電時是電解池，要看清題目中充電和放電過程的方向。放電時，電極是正、負極，充電時兩電極是陰、陽極。

答案：C解析：放電時，負極反應為Pb－2e－===Pb2＋，A項錯誤；充電時，Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋，當正極質量增加23.9g時轉移0.2mol電子，B項錯誤；放電時，PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，PbO2電極附近溶液的pH增大，C項正確；充電時，Pb電極的電極反應式為Pb2＋＋2e－===Pb，D項錯誤。狀元隨筆二次電池充電時電極反應式的書寫及正誤判斷是該類題的難點，二次電池的充電和放電過程中，同一個電極的電極反應互為“逆反應”，故可以先按照原電池原理寫出該極的電極反應式，然后物質顛倒，得失電子相反即可。

關鍵能力解答二次電池相關問題的方法在解答二次電池類題時，若給出電池總反應，相關問題的分析可按如下方法進行。1．電極極性及兩極反應物的判斷：首先根據放電總反應式標出電子轉移的方向和數目，則放電時失去電子的物質為負極反應物，其所在電極為負極，得到電子的物質為正極反應物，其所在電極為正極；然后根據充電反應是放電反應的逆過程，可判斷充電時的陽極(陰極)即為放電時的正極(負極)。2．電極反應的書寫：根據放電總反應寫出放電時正、負極的電極反應；正、負極電極反應的逆過程即為充電時的陽、陰極電極反應。3．溶液中離子移動方向：放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。4．pH變化規律：消耗OH－(H＋)的電極周圍，溶液的pH減小(增大)，生成OH－(H＋)的電極周圍，溶液的pH增大(減小)。若總反應消耗OH－(H＋)，則電解質溶液的pH減小(增大)；若總反應生成OH－(H＋)，則電解質溶液的pH增大(減小)；若總反應既不消耗也不生成OH－(H＋)，則電解質溶液的pH變化情況由溶液的酸堿性及是否有水生成而定。狀元隨筆電池在充電時，正極接電源正極，負極接電源負極，即“正接正，負接負”。

答案：C

狀元隨筆燃料電池中通燃料的一極為負極，書寫電極反應時，要考慮電解質溶液的酸堿性。[提升2]以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池的結構示意圖如圖所示。下列關于該電池的敘述不正確的是(

)A．該電池能夠在高溫下工作B．電池的負極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋C．放電過程中，質子(H＋)從負極區向正極區遷移D．在電池反應中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標準狀況下22.4LCO2氣體答案：A解析：微生物的主要成分是蛋白質，高溫條件下蛋白質失去生理活性，電池不能工作，A錯誤；根據題給裝置可知，負極上C6H12O6在酸性條件下發生氧化反應生成CO2，電極反應式為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B正確；原電池中陽離子移向正極，即放電過程中，質子(H＋)從負極區向正極區遷移，C正確；根據電池反應C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O可知，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標準狀況下22.4LCO2氣體，D正確。狀元隨筆微生物在高溫下變性失活，故微生物電池不宜在高溫下工作。

當堂評價1.如圖為氫氧燃料電池的原理示意圖，下列敘述不正確的是(

)A.a電極是負極B．b電極的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲存在電池內的新型發電裝置答案：B解析：從題圖中可看出，a電極處通入的是H2，b電極處通入的是O2，該電池的總反應是2H2＋O2===2H2O，故a電極處H2失電子被氧化，a電極為負極，A項正確；b電極為正極，電極反應為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B項錯誤；氫氧燃料電池的反應產物是水，環保無污染，是一種具有應用前景的綠色電源，C項正確；氫氧燃料電池的還原劑和氧化劑可在需要時通入，D項正確。

解析：鋰的摩爾質量較小，相對于鉛蓄電池，鋰電池的比能量更高，故A錯誤。答案：A3．某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環充放電，成功地實現了對磁性的可逆調控(如下圖)。下列說法中正確的是(

)A．放電時，正極的電極反應式為Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2OB．該電池可以用水溶液做電解質溶液C．放電時，Fe做電池的負極，Fe2O3做電池的正極D．充電時，電池被磁鐵吸引答案：A解析：由電池的示意圖可知，電池放電的反應物為氧化鐵和單質鋰，生成物為單質鐵和氧化鋰，所以放電的總反應為Fe2O3＋6Li===2Fe＋3Li2O，則電池的負極為單質鋰，所以負極反應為6Li－6e－===6Li＋，總反應減去負極反應得到正極反應：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O，A項正確；因為單質鋰可以與水反應(類似金屬鈉)，所以電解質溶液不能是水溶液，B項錯誤；放電時，Li做電池的負極，Fe2O3做電池的正極，C項錯誤；從圖中明顯看到充電時(向左反應)，電池會遠離磁鐵，實際上是因為，充電時電池中的單質鐵轉化為氧化鐵，不能被磁鐵吸引，D項錯誤。4．生物燃料電池(BFC)是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉化率高，是一種真正意義上的綠色電池，其工作原理如下圖所示。已知C1極的電極反應式為：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋下列說法不正確的是(

)A．C1極為電池負極，C2極為電池正極B．C2極的電極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．該生物燃料電池的總反應式為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2OD．電子由C2極經外電路導線流向C1極答案：D解析：據題意可知，C1極失去電子，作該燃料電池的負極，C2極作電池的正極，故A項正確；由于電解質溶液是稀硫酸，因此C2極的電極反應式為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，由此可得，電池總反應式為：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故B、C項均正確；電子是由負極(C1極)經外電路流向正極(C2極)的，故D項錯誤。5．LED產品由于具有節能、壽命長的特點，越來越受到人們的歡迎。如圖所示是氫氧燃料電池驅動LED發光的裝置。①a處通入的氣體是氫氣，b處通入的氣體是氧氣②該裝置中只涉及兩種形式的能量轉化③電池正極的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－④P型半導體連接的是電池負極上述說法中正確的是(

)A．①②

B．①③

C．③④D．②④答案：B解析：由電子流向可知，a為負極，b為正極，負極上發生氧化反應，通入的是氫氣，正極上發生還原反應，通入的是氧氣，故①正確；該裝置中涉及的能量轉化形式有化學能轉化為電能，電能轉化為光能和熱能，故②錯誤；a為負極，電極反應為H2－2e－＋2OH－===2H2O，b為正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故③正確；P型半導體連接的是電池正極，故④錯誤。

答案：B

7．微型紐扣電池在現代生活中有廣泛應用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－根據上述反應式，完成下列填空：(1)下列敘述正確的是________。A．在使用過程中，電解質溶液中的KOH被不斷消耗，pH減小B．使用過程中，電子由Ag2O極經外電路流向Zn極C．Zn是負極，Ag2O是正極D．Zn電極發生還原反應，Ag2O電極發生氧化反應C(2)寫出電池的總反應式：_____________________________。(3)使用時，負極區的pH________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，正極區的pH________，電解質溶液的pH________。Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag減小增大不變解析：(1)在使用過程中，負極消耗OH－，pH減小，正極生成OH－，pH增大，電解質溶液中KOH的量不變，pH不變，A項錯；電子流向是由Zn極經外電路流向Ag2O極，B項錯；Zn為負極，發生氧化反應，Ag2O為正極，發生還原反應，C項對，D項錯。(2)將正負兩極反應式相加可得總反應式。8．請仔細觀察下列四種裝置的構造示意圖，完成下列問題。(1)堿性鋅錳電池的總反應式為Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2，則負極的電極反應式為________________________。(2)堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池(干電池)性能好，放電電流大。試從影響反應速率的因素分析其原因是___________________________________________________________________________。(3)鉛蓄電池放電過程中，硫酸溶液濃度________(填“變大”“變小”或“不變”)，充電時陰極的電極反應式為_____________________。(4)鋅銀紐扣電池在工作過程中________(填物質名稱)被還原。Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2