高二化学电源苏教版知识精讲

1、高二化学电源苏教版【本讲教育信息】一.教学内容：化学电源二.教学目标：了解生产生活中常见化学电源的种类及工作原理认识化学能转化为电能的实际意义三.教学重点、难点：生产生活中常见化学电源的种类及工作原理四.知识分析：(一)一次电池是化学电源中最为常见的一种电源，一次电池中发生氧化还原的物质大部分被消耗后，电池停止使用.说明：. 一次电池和二次电池均称为化学电源， 化学电源的电极材料一般由能导电的物质组成， 负极为还原性较强的物质(大多数是金属电极本身)，正极为氧化性较强的物质，电解液为酸、碱和盐溶液或某些熔融盐。其他原理与原电池的原理相同。. 一次电池只能放电一次，一次电池内部则简单得多，它不需

2、要调节一次电池内部的氧 化还原反应之间的可逆性变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池， 但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电能力远小于二次电池。.最常见的一次电池为锌镒电池。传统的锌镒干电池，其正极材料采用活性较低的天然二氧化镒，隔离物是淀粉和面粉的浆糊隔离层，电解液是以NH4CI为主的氯化俊、氯化锌水溶液，负极是锌筒，其放电性能一般较差，容量较低。碱性锌镒电池，又称碱镒电池，俗 称碱性电池，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化俊、氯化锌溶液，负极锌也由片状改变成粒状，增大了负极的反应面积，加之采用了高性能的电解镒粉，电性能得以很大提高。.普通锌镒电池

3、的电极反应为：负极： Zn - 2e = Zn2+；正极：2NH4+2e = 2NH3+H2；总反应：Zn +2NH 4+ = Zn2+2NH3+H2； 2MnO2+H2= 2MnO (OH) ZnCl 2+4NH 3= Zn (NH3) 41CI2锌镒电池的电极反应和总反应式也可以写成：负极 Zn 2 e-=Zn2+正极 2NH：+ 2 e-=2NH3 + H2H2 + 2MnO 2= Mn 2O3 + H 20正极产生的 NH3又和 ZnCl2作用：Zn2+4NH3= Zn(NH3” 2+干电池的总反应式：Zn+ 2NH 4Cl + 2MnO 2= Zn(NH 3Cl2+ Mn2O3+ H

4、2O或 2Zn + 4NH4cl + 2MnO 2= C Zn NH 3 4 Cl2+ZnCl 2+Mn2O3+H2O碱性锌镒电池与普通的锌镒电池相比，具有：能量和储量高，电流大、具有能持续放电 等优点。.锂电池是金属锂作负极，石墨作正极， 无机溶剂亚硫酰氯(SO2cl2作炭极上发生还原反 应。电解液是由四氯铝化锂(LiAlCl 4海解于亚硫酰氯中组成。它的总反应是锂与亚硫酰氯发 生反应，生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。8Li + 3SO2c12= 6LiCl + Li 2SO3+ 2S锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因 而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏

5、器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。. 1991年，我国首创以铝一空气一海水电池为能源的新型电池，该电池以取之不尽的海 水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟， 就会发出耀眼的白光，其能量比干电池高 20-50倍。负极材料是铝，正极材料可以用石墨。电极反应式为：负极反应：Al3e=A13+,正极反应：2H2O+ O2+4e-= 4OH -电池总反应式为：4A1 + 3。2+ 6H2O = 4A1 (OH 3.常见的一次电池有：碱性锌一镒干电池、银一锌纽扣电池、锂电池等，优点：携带方 便；缺点：电量小，污染大。.依据原电池反应是自发的氧化还原反应，根据元

6、素化合价的变化判断电子转移情况， 根据物质的性质判断氧化性和还原性的相对强弱，从而判断氧化剂和还原剂，也就知道了电池的放电反应，知道了正负极。在书写时，要特别注意电解质溶液在酸碱性溶液中的离子反 应，再考虑电极反应式。(二)二次电池：电池电力用完后，可以经充电重复使用的电池，如：铅酸，馍氢，锂离子 电池等。说明：.二次电池可反复充放电循环使用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆 变化，因此设计时必须调节这些变化。.二次电池与一次电池的主要区别就在于能否循环使用。.铅蓄电池放电的电极反应为：负极：Pb+SO： 2e-=PbSO4正极：PbO2+ 4H+ SO：一+ 2e-= PbSO：

7、 J + 2H2O当放电进行到硫酸浓度降低到一定浓度时即停止放电，此时需要将蓄电池进行充电，其电极反应为：阳极：PbSO4+ 2H2O 2e = PbO? + 4H + SO2 一阴极：PbSO4+2e-=Pb+ SO2 一充电蓄电池放电和充电的总反应式：2Pb0* H-2H3O q=士 Ph5+这种电池放电性能良好，价格低廉电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，缺点是比较笨重。.银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。实际是一种银锌蓄电池，电解液为 KOH溶液。常见的钮扣电池也是银锌电 池，其电极反应式为：负极：Zn +20H : 2

8、e-=Zn(OH 2正极：Ag2O+H2O + 2e=2Ag + 2OH 一银锌电池跟铅蓄电池一样，在使用(放电 厂段时间后就要充电，充电过程表示如下：阳极：2Ag +20H = 2e-= Ag2O+ H2O阴极：Zn(OH2+2e=Zn + 2OH 一总反应式：Zh+AaO+HQ 普基 Zn(OH)2+2Ag充电(三)燃料电池：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，所以燃料电池也是化学电源。 说明：.燃料电池与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在 工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其 实地把能源中燃料燃烧

9、反应产生的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。.燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔馍、钳、铁等制成。从负极连续通入氢气、 煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧气或空气。电解液可以用碱（如氢氧化钠或氢氧化钾等 那两个电极隔开。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。.氢氧燃料电池（碱性）电解质溶液一般为40%的KOH溶液。其电极反应式为：负极力 + 2OH -2e- - - . 2H2O正极O2 + 2H2O+4e-=4OH-电池总反应式为：2H2 + O2= 2H2O.甲烷氧气燃烧电池：用金属钳片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷（燃料）和氧气（氧化剂y电极反应式为

10、：2负极：CH4+I0OH 8e = CO3 +7H2O;正极：4H2O+2O2+8e= 8OH -电池总反应式为： CH4+2O2+2KOH =K2CO3+3H2O.能够燃烧的物质在一定条件下都能和相应的氧化剂（常用的是氧气）构成燃烧电池， 可燃物（还原剂）做负极，氧化剂做正极。书写电极反应时要特别考虑电解质溶液的影响， 尤其是电解质溶液的酸碱性。.常见的燃料电池还有甲烷燃料电池、铝一空气燃料电池、熔融盐燃料电池等，优点： 效率高、无污染，装置可持续使用。【典型例题】例1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.锌一镒碱性电 池是以氢氧化钾溶液作电解液的电池，总反应式为：Zn

11、（s） + 2MnO2 （s） + ”O （l） = Zn （OH） 2 （s） + Mn2O3 （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） + H2O （l） +2e =Mn2O3 （ s） + 2OH （ap）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 0.2mol电子，锌的质量理论上减小 6.5g解析：A中由于工作时锌在负极失去电子，故A正确；B只要能够理解正极的反应物是MnO2,同时能够应用电子转移数目，电荷守恒与元素守恒即可正确地书写，而本题只要对其进行正误判断，因此只要从上述三个方面进行验证即可，本选项正确；

12、C中外电路的电子应该由负极流出，正极流进，故 C错误；D中只要根据简单的计算，即理解每反应1mol Zn,即失去2mol电子，因此 D正确.答案：C例2 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极能通入丁烷气体，电解质是掺杂氧 化钮（丫2。3）的氧化错（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导 。2一 .下列对该燃料电池说法正 确的是（）A.在熔融电解质中，O2由负极移向正极B,电池的总反应是：2c4H10+ 1302f 8CO2+ 10H2。C,通入空气的一极是正极，电极反应为：02+4葭=202一D.通丁烷的一极是正极，电极反应式为：C4H1。+26屋+ 13 02 =4CO2+5H2O解析：本题主

13、要考查原电池的工作原理.由丁烷燃烧的化学反应方程式：2c4H10+ 1302f 8CO2 一. .、 一一、一一 一Q 一+ 10出0,可知原电池的负极发生氧化反应，对应物质的化合价升局：C4H10+ 26e +130= 4CO2+5H2O;原电池正极发生还原反应化合价降低：O2+4e-= 202,显然在熔融电解质中02一从正极移向负极.答案：BC例3科学家参照太阳能电池原理，利用生物技术手段发明了新型菠菜电池.科学家 们首先从菠菜的叶绿体中分离出多种蛋白质，并将这些蛋白质分子与一种肽分子混合，这种肽分子能在蛋白质分子外形成保护层，为其创造类似植物内的生存环境.之后，科学家将提取出的蛋白质分子

14、铺在一层金质薄膜上，而后在其最上方再加一层有机导电材料，做成一个类似“三明治”的装置.当光照射到这个“三明治”上时，装置内会发生光合作用，最终产 生电流.(1)光合作用的反应方程式：.(2)菠菜电池的正极反应为,负极反应为.(3)利用呼吸作用也可以设计成原电池，此时在正极上反应的物质是, 在负极上反应的物质是.解析：绿色植物通过光合作用吸收C02释放02同时生成C6H1206贮存能量，其中是由水中的氧提供的，这个反应属于氧化还原反应，存在电子的得失或转移，因此可以将其设计成原电池.原电池的负极失电子发生氧化反应，即：12H2O_24e=6O2+24H+;正极反应为：6CO2+ 24H+ + 2

15、4e=C6H12O6+6H2O;同理，呼吸作用时 C6H12O6与O2形成原电池，同时生成 C02和”0,此时得到电子的物质是 02,在正极附近发生还原反应；C6H1206在反应中碳元素的化合价升高，发生氧化反应.答案：(1) 6CO2+ 12H2O-C6H12O6+6H2O+602 (叶绿素，光照)(2)正极反应为:6COz+24H + +24e =C6H12O6+6H2O负极反应为：12H20 24e = 6O2+ 24H+;(3)在正极上反应的物质是 02,在负极上反应的物质是C6H1206例4用作人体心脏起搏器的电池规格与通常的电池有很大的不同，例如要求是一次 电池，输出功率只需几个毫

16、瓦，但必须连续工作若干年，期间不需要维护保养，并且有绝对 的Zn2+/Zn和h+/O2、Pt两电极体系构成“生物电池”，人体体液中含有一定量的溶解氧， 若该“生物电池”在低功率下工作，人体就易于适应Zn2+的增加和H +的迁出.请回答下列问题：(1)写出该电池的电极反应式和电池总反应式(2)如果上述电池在 0.8V和4.0X 10-5W功率下工作，该“生物电池”的锌电极质量 为5.0g,试问电池理论上可以连续工作多长时间才需要更换？解析：由题给信息可知Zn2+/Zn和h+/O2、Pt两电极体系构成“生物电池”，其中，锌作负极， 溶解氧在正极发生还原反应，电极反应式是：负极： 2Zn - 4e

17、= 2Zn2+ ,正极：O2+4H+ + 4e =2H2O,电池总反应式：2Zn+O2 + 4H+=2H2O+2Zn2+；结合物理知识，电流与功率和电压之间的关系可知：电流=功率 /电压=4.0X 105/0.8 = 5.0X 10-5A,再根据电子的物质 的量与电量，电量与电流之间的联系，可得： 5.0g锌“溶解”时放出的电子电量为：5.0/65.5X2X 965000,则输出的电流时间可维持：时间=电量/电流=5.0/65.5X 2 X 96500cX （1/5.0X10-5） =3.0X108s=9.5 年（9.3 年9.6 年均可）.答案：电极反应式是：负极： Zn-2e =Zn2+,

18、正极：O2+4H+ +4eT =2H2O, 电池总反应式：2Zn + O2+4H+= 2H2O + 2Zn2+；电池理论上可以连续工作9.5年（9.3年一9.6年均可）【模拟试题】2H24e +4OH =4i。正极：O2今欲得常温下1L水，则电池内电子它以固体氧化错一一氧化钮为电解质,.氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能，而不经过热能这一中间形式,已用于宇宙飞船和潜艇中，其电极反应式为：负极：+ 4e +2H2O=4OH所产生的水还可以作为饮用水,转移的物质的量约为（）8.9 X 10 3mol一24.5X 10 mol1.1X 102mol5.6 x 10mol.固体氧化物燃料电

19、池由美国西屋公司研制开发，这种固体电解质在高温下允许氧离子（。2一）在其间通过.该电池工作原理如图所示，其中多孔电板a, b均不能参加电极反应，下列判断正确的是（）1型（彳燥）b三一赛孔电极第一固体电解质*孔电解质A.有O2赶往发生反应的电极为电池的负极B.有H2进入的电极发生还原反应C. a极对应的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e= 4OHD.该电极的总反应式为：2H2+。2=2士。3.有人设计利用 CH4和O2的反应，用伯电极在 KOH溶液中构成电池.电池的总反应类似于CH4和。2燃烧，则下列说法正确的是每消耗1molCH 4可以向外电路提供约 7.7X105c的电量负极上CH4

20、失去电子，电极反应式负极上O2获得电子，电极反应式为电池放电后，溶液 pH值不断升高A.C.4.蓄电池的两极分别为Pb, PbO2,_ 一 一一 _ 2-CH4+2O2+10OH =CO32 +7H2O+8e2H2O+ O2 + 4e =4OHB.D.电解液为 H2SO4,工作时的反应为Pb+PbO2 +2H 2SO4号翁 2PbSO4+2H2O,下列结论正确的是A. Pb为正极被氧化B.溶液的pH值不断减小C. SO42一只向PbO2极移动D.电解液密度不断减小5.银锌电池厂广泛做各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：Zn（OH）2+2Ag普叁AgQ+Zn+HjO在放电时，负极上发

21、生反应的物质是（）至电A. AgB. Zn OH 2C. Ag2OD. Zn6.有甲乙两种电池，以钳丝为电极，均通入氢气和氧气；甲电池以 KOH溶液为电解液， 乙以稀硫酸为电解液，下列判断正确的是（）. . 十A.甲乙两电池的负极反应式均为：H2- 2e = 2HB.放电时甲电1溶液的 pH值增大，乙电池溶液的 pH值降低C.乙电池放电时正极的反应式为：O2+2H2O+4e-= 4OH -D.甲电池放电时正极的反应式为：O2+2H2O + 4e-=4OH -.据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且无铅 染污.其电池反应式为：2Zn + O2=2ZnO,原料为锌粒

22、及电解质溶液和空气，则下列叙述正 确的是 （）A.锌为正极，空气进入负极反应, , 一、 -_ D +.负极反应式为 Zn - 2e = ZnC.正极发生氧化反应D.电解液肯定不是强酸.氢馍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉馍电池.氢馍电池的总反应式是：H2+2NlO（OH） 个2NOH）2据此反应式判断，下列叙述正确 韦电的是（）A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大B.电池放电时，氢元素被还原C.电池放电时，馍元素被氧化D.电池放电时，H 2是负极. 铁一馍蓄电池充电和放电时发生的反应为： 放电Fe+NiCh+2H2。=二FOiH）3+Ni（OH）a ,

23、关于此蓄电池的下列说法不正确的是（）充电A.放电时Fe为负极B.充电时阴极的电极反应式为：Ni （OH） 22e = NiO2+ 2H+C.放电时 NiO2的反应为：NiO2 + 2e + 2H2O=Ni （OH） 2+2OHD.蓄电池的电极必须浸在碱性电解质溶液中.有锌一馍蓄电池充电时作电解池，放电时作原电光，电极总反应可表示为： TOC o 1-5 h z _ , , 放电. “一Zn+巧口ZrP +2Br ,有关电极反应式如下， Zn 2e =Zn ,Br2+2e =2Br ,；.十：2BL 2e=B2,Zn + 2e= Zn则充电时阳极和放电时电极反应分别是（）A.和B.和C.和D.和

24、.已知蓄电池在放电时起原电池作用，充电时起电解池作用，铅蓄电池在放电和充电发故叫生的化学反应可用下式表示：Pb+PbO?+2H光。4yPb$CU+2Hm。,据此判断下列叙述充电正确的是（）A.放电时蓄电池负极白电极反应式为PbO2 + 4H+SO42+2e-= PbSO4+2H2OB.充电时蓄电池阴极的反应式为：PbSO4+2e =Pb+SO/C,用铅蓄电池来电解 CuSO4溶液，要生成1.6gCu,则该电池内部消耗硫酸0.05molD.用铅蓄电池充电时，若要使 3.03kgPbSO4转变为Pb和PbO2,则需通过20mol电子 Mi (Pb) = 20712.常用普通干电池的电极分别为碳棒和

25、锌片，以糊状 NH4C1和ZnCl2作电解质，(其中 加入 MnO2用于氧化吸收 H2),电极反应可简化为 Zn-2e =Zn2+, 2NH4+2e =2NH3 + H2 (其中NH3与Zn2+结合为化合物).根据以上叙述判断下列说法中正确的是()A.干电池中Zn为负极，碳为正极B.干电池工作时，电子由碳极经外电路流向 Zn极C.该干电池长期连续使用时，内装糊状物会流出腐蚀电器D.该干电池本身可以实现化学能和电能之间的相互转化.航天技术上使用的氢一氧燃料电池具有高能，轻便和不污染环境等优点.氢-氧燃料 电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式均为2H2+O2=2HzO.酸式氢一氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H2 4e = 4H .则其正极反应式可表示为：;碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应可表不为：O2+2H2O+4e = 4OH ,则其负极反应可表不为： 。.银制器皿日久表面因生成硫化银而变黑色.有人设计用原电池原理加以除去，其具体 做法是：将一定浓度的食盐水放入一铝制容器中，再将表面变黑的银器沉入其