电化学基础教学设计

第四章电化学基础

第一节原电池

教学目标

知识与技能

1.理解原电池的原理及构成条件，根据电极反应判断阴、阳极，根据电流的方向判

断原电池的正、负极。

2.能够正确书写电极反应方程式。

过程与方法

通过对原电池原理的探究活动，培养推理和分析问题的能力以及用氧化还原反

应原理解决问题的能力。

情感态度与价值观

通过对原电池原理的学习，培养严谨的科学态度，提高实验操作技能，进一步

理解化学科学对人类生活的重要贡献。

第一课时

教学重点认识原电池概念、原理、组成及应用。

教学过程

【引入】

在伦敦的上流社会,有一位贵族夫人格林太太。当她在开怀大笑的时候，人们才可以

发现她一口整齐而洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的一一这是格林太太富

有的标志；另一颗是不锈钢做的一一这是一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是，

打从车祸以后，格林太太经常头痛，夜间失眠，心情烦躁……尽管一些国际上知名的专

家教授绞尽脑汁但格林太太的病症未能有丝亳的减轻，而且日趋严重……她的病真的就

没治了吗？你能为格林太太开一个药方吗？

通过这节课的学习，大家就能治治格林太太的病。

研究化学能与电能相互转换的装置.、过程和效率的科学，叫做电化学。今天我们先

来学习第四章第一节一一原电池。

电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。

例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应

用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们首先来一起复习一下有关原电池

的相关内容。

【板书】§4.1原电池

一、原电池的工作原理

【问题探究】

1、锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？

2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，现象又怎样？为什么？

3、锌片的质量有无变化？溶液中c（H.）如何变化？

4、锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？

5、电子流动的方向如何？

【板书】原电池概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池。

问：在铜锌原电池装置中发生了怎样的化学变化？

反应原理：（负氧正还）

负极（Zn）：Zn-2e=Zn2+（氧化）

正极（Cu）：2H-+2e=H2f（还原）

2

总反应是：Zn+2H=Zn+H2t

注意：电极方程式要①注明正负极和电极材料②满足所有守衡

【讲述】：为什么会产生电流呢？其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应，有电子的转移，

但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时，由于分子热运动无一定的方

向，因此电子转移不会形成电流，而通常以热能的形式表现出来，激烈的时候还伴随

有光、声等其他的形式的能量。显然从理论上讲，一个能自发进行的氧化还原反应，

若能设法使氧化与还原分开进行，让电子的不规则转移变成定向移动，便能形成电流。

所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。

原来一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子

转移变成电子的定向移动就形成了原电池。

转折：可以看出一个完整的原电池包括正负两个电极和电解质溶液，及导线。那么铜锌

原电池中的正负极和硫酸电解质能否换成其他的物质呢？

回答：当然能，生活中有形形色色的电池。

过渡：也就是构成原电池要具备怎样的条件？

二、原电池的构成条件

【补充实验4-1-1】（投影实验过程）将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌

片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。

现象：铜片表面明显有铜析出，电流计指示无电流通过。

问题与思考：上述实验装置构成了原电池吗？如果没有发生原电池反应，铜片表面为什

么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解？如果实验装置就是原电池，为什么电流计

的指针又不动，表现出无电流产生？

（实验中可单独置一铜片于该CuSCM溶液中，以作对比，说明铜不与硫酸铜溶液反应。）

判断：根据“铜片表面明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该

表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中的电学知识可以判断，电流计指针不动

的原因可能跟锌片与铜片直接接触有关。

设想：如果要证明上述装置就是原电池，确实实现了化学能与电能之间的转换，就

必须证明锌片与铜片之间确实有电流通过，如何证明？

【补充实验4-1-2】将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接

触，再同时浸入盛有CuSCM溶液的烧杯中。

现象1:电流计指针发生偏移，并指示电子是日锌片流向铜片，在铜片表面有红色的

铜析出。

结论：发生了原电池反应，可以肯定【补充实验4-1-1］中的装置构成了原电池。并

且，其中锌为原电池的负极，铜为正极。

现象2：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电

流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。

分析：由于锌片与CuS04溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有CiP+在

锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成

了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片

表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生。

【思考】：作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化

势必影响原电池的供电效率。能否设法阻止溶液中的Cu”在负极（锌）表面丕原？

讨论后，演示教科书中的【实验4-1】o

【思考】课本为何将甲实验改成乙实验？

电流计

稀

H2s0,ZnSO,溶液CuSO,溶液

（甲）（乙）

【讲解】（学生回答后讲解）如果用（甲）作电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很

快减弱，因此不适合实际应用。原因是由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极

跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻（称为极化作用），使电池不能畅通。而用

（乙）池，在反应中，电子从发生氧化反应（失电子）的一极流出，经过外电路流向另

一极（多为不活泼极，离子或物质在该正极上得电子，发生还原反应），同时盐桥中的阴、

阳离子分别不断移向负极、正极，沟通电路，构成闭合回路。避免了（甲）池的缺点，

能较长时间提供电流。

实验的现象：改进后的装置能持续、稳定地产生电流。

【思考】当有盐桥存在时，原电池工作原理是什么？

师：装置如图

反应原理分析•：

（1）当有盐桥存在时，在ZnSOi溶液中,Zn片逐渐溶解，

即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zr?+进入溶液；从锌片

上释放出的电子，经过导线流向铜片CuSO,溶液中的Cu”从铜片上得到电子，还原成为金

属铜并沉积在铜片上。随着反应的进行，左边烧杯溶液中c（Zn2+）增大，右边烧杯溶液

中c（Cu2+）减小，此时,盐桥中的C「会移向ZnSOi溶液,K卜移向CuSO,溶液，使ZnSOt

溶液和CuSOi溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生

电流。

(2)取出盐桥，由于Zn原子失去电子成为Z『进入溶液，使ZnSO」溶液因Zr十增加

而带正电；同时,C/一获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，使CuSOi溶液因SOf相对增加

而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。

【小结】：此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。

分析过程中，要求学生指出上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能，并

分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。

【补充实验4-1-3】将上述实验装置中的硫酸铜溶液换成相同浓度的稀硫酸，观察并比较

产生电流强度的大小。

分析：可借助金属活动性顺序分析上述实验电流强度大小不同的原因，同时乜可以

说明溶液中H+与CF离子在王极放电的顺序。

【补充实验4-1-4】师生共同探讨如何利用:Cu+2AgNO：5==Cu(NO。2+2Ag的反应原理,

设计一个能持续产生电流的原电池装置。(设计中需注意烧杯中电解质溶液和盐桥内电

解质溶液的合理选用)

【讲解】其中，本实验用到了盐桥。什么是盐桥？

盐桥中装有饱和的KC1溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。

盐桥的作用是什么？

可使由它连接的两溶液保持电中性，起到沟通电路的作用，否则锌盐溶液会由于锌

溶解成为zd♦而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了or而带上了负电。

盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以

继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。

小结投影：盐桥的作用及优点

(1)作用：使两个半电池中的溶液连成一个通路。

(2)优点：使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子

的定向转移，使原电池能持续、稳定地产生电流。

注：盐桥的制作方法：

方法1：取1g琼脂置于烧杯中，加入100mL饱和KC1溶液，加热，使琼脂融化成

糊状，趁热加入U形管中，待冷却后即可充当盐桥。

方法2：将KC1饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。

【教师总结】原电池的判定

(D先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然

后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：一看电极一一两极为导体且存在活

泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)。负极：较活泼的金属；正极：较不活泼的

金属或非金属导体石墨等；二看溶液一一两极插入电解质溶液中。三看回路一一形成闭

合回路或两极直接接触。四看本质一一有无自发的氧化还原反应发生。用一句话可概括

为“两极一液成回路”

(2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可

看作电解池。

投影：

1、活泼性不同的两电极

2、电解质溶液

3、形成闭合回路（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液）

4、自发的氧化还原反应（本质条件）

【思考锌铜原电池的正负极可换成哪些物质？保证锌铜原电池原理不变，正负极可换

成哪些物质？（C、Fe、Sn、Pb、Ag、Pt、Au等）

判断下列组合是否构成原电池，是的写出原电池的电极反应式。

镁铝/硫酸；铝碳/氢氧化钠；锌碳/硝酸银；铁铜在硫酸中短路；锌铜/水；锌铁/乙

醇；硅碳/氢氧化钠

第二课时

三、原电池中的几个判断

1.判断正、负极的方法

(1)从电极材料分析：一股比较活泼的金属是负极，另一极是正极。

思考：这方法一定正确吗？

(2)从电极反应现象分析：若有气泡生成或增重的一极是正极，另一极是负极。

(3)从外电路电子流动方向分析：电子流出的一极是负极，流入的一极是正极。

(4)从电极放电中被腐蚀程度分析：腐蚀明显的一极是负极，另一极是正极。

(5)从电极反应的本质分析：发生氧化反应的一极是负极，发生还原反应的一极是正

极。

(6)据溶液中离子的流向：阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极为负极。

(7)实验法：看电流表指针的偏转方向。

2.电极反应式的书写方法

正极反应：得到电子(还原反应)

负极反应：失去电子(氧化反应)

总反应：正极反应+负极反应

书写电极反应式时，注意介质是否参加反应。电极反应也遵守质量守恒、电荷

守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。将两极的电极反应式相加可得原电池的

总反应式，将总反应式与其中一个电极反应式相减可得另一个电极反应式。

练习：①负极：一般为活泼金属，金属失电子发生反应，变成进入电

解质溶液，溶液中的阴离子向极作定向移动。

M-ne=Mn，

②正极：在电解质溶液中，性强的粒子易得到电子，发生反应。

a.电解质溶液若为强酸溶液，则其中的H+在正极得电子。

+

2H+2e-=H2t

b.电解质溶液若为弱酸、中性或碱性溶液，则溶解在电解质溶液中的在正极得电

子。

。2十2H2。+4e-=40H-

c.电解质溶液中若含有活泼性排在H之后的金属的阳离子如、等，则

金属阳离子按氧化性大小顺序在正极上得电子：

Rn++ne-=R

氧化性:Ag>Fe3+>CU2+>H+

注意：①负极失e-,正极得两极得失电子数相等。

②电极反应式中若有气体生成，需加“f”，若析出物质，一般不加“I

③原电池总反应的离子方程式：一般把正极和负极的电极反应式相加而得。若♦电・解♦

质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。

想一想：如何书写复杂反应的电极反应式？

较繁电极反应式二总反应式-简单电极反应式

例：熔融盐燃料电池具有高的放电效率，因而受到重视，可用Li2c0.和NazCO：,的熔融盐混

合物作电解质，C0为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，己制得在650七下工

作的燃料电池，试完成有关的电极反应式：

2

・负极反应式为：2C0+2C03-4e-=4C02

2-

正极反应式为：2C02+02+4e-=2C03

电池总反应式：2C0+02=2C02

3.电流方向与电子流向的判断

电流方向：正一负电子流向：负一正

电解质溶液中离子运动方向的判断

阳离子：向正极区移动阴离子：向负极区移动

思考：怎样选择电极材料？

电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，

因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动,

所以正极和负极不用同一种材料。一般情况下，两个电极的构成分为4种情况：

(1)活泼性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正

极。

(2)金属和非金属。例如，锌钵干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。

(3)金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。

(4)惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt。

例1将A1片和Cu片用导线相连•一组插入

浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成r

原电池。

(1)在这两个原电池中，负极分别为()

A.A1片、Cu片B.Cu片、A1片

C.A1片、A1片D.Cu片、Cu片

(2)写出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应

»：.O

(3)写出插入稀NaOH溶液中，形成原电池的

电极反应式:。

［解析］将A1和Cu片用导线相连，插入浓

HN()3中，由于Al被浓硝酶钝化，不能继续反应.

而Cu却能与浓硝酸持续反应，因此Cu为负极；插

入稀NaOH溶液中，A1与NaOH反应，Al失去电

子，所以A1作为负极。答案选B。

(2)A1〜Cu〜浓HN()3组成原电池的电极反

应式：

负极：Cu—2e-Cu"

正极：2NO：；+2e-+4H+g2N($4+2H?O

总的电极反应式：Cu+2N(耳+4H“=Cu2"+

2N()2f+2乩。

(3)A1〜Cu〜NaOH组成的原电池的电极方

程式：

负极：2A1—6e+8()H-=2AK%+4H式)

正极：6乩()+6广=3卜1"+6OH

总的电极反应式：2A1+2()FT4-2H2()=

2AKE+3H"

例2如图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是()

【例题3】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀

硫酸中组成原电池。X、Y相连时.X为负极；Z、W相

连时,电流方向是W-Z；X、Z相连时.Z极上产生大

量气泡；W、Y相连时.W极发生氧化反应。据此判断

四种金属的活动顺序是.................()

A.X>Z>W>YB.Z>X>Y>W

C.W>X>Y>ZD.Y>W>Z>X

解析：在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电

子发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极•得

到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，

与电流的方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向

为电流的方向)。因此，X、Y相连时，X为负极，则活

泼性X>Y；Z、W相连时，电流方向是WfZ,则活泼

性Z>W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，如活泼

，性X>Z;W、Y相连时，W极发生氧化反应，则W>

Y。练上，可以得出金属的活泼性顺序是X>Z>

W>Ye

答案：A

［例题4］选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应:

2FeCla+Cu=2FeCl2+CuCl2o画出原电池的示意图并写出电极反应。

解析：根据形成原电池的3个条件，可知A［----］B

必须选择两个电极的材料和电解质溶液。Ji1L

在反应2FeCh+Cu-2FeCl,+CuCl2•

中，Cu是被氧化的，应该是原电池负极上里［奥

发生的反应，Cu作负板材料最适宜，而正M

极只需选活泼性比Cu弱的金属或非金属电极即可，

可选择石墨电极。Fe3+在正极上被还原，所以选择

FeCl3密液作电解液，如右田所示。

答案：原电池设计如右上图所示。

负极:Cu—2e-==Cu"

正极：2Fe3++2c-=2Fe2+

总反应：Cu+2Fe3+-+2Fe"

［例题5］构成原电池的化学反应必须具备的特点是(AC)

A.氧化还原反应B.复分解反应

C.反应的焙变小于零D.反应的熔变大于零

小结；原电池原理的应用

(1)判断金属活动性强弱，负极金属比正极金属活泼。

(2)加快反应速率。例如实验室用锌与稀H2soi反应制乩，用粗锌产生比的速率会

更快。在稀H2s0.,中加入少量CuSOi溶液，也同样会加快产生出的速率。前者形成的原

电池是锌一稀H2sChf杂质金属,后者形成的原电池是锌f稀H2sos-铜(铜单质是锌与

O?+反应生成的)。

(3)从理论上揭示钢铁发生腐蚀的主要原因。

(4)利用原电池原理进行金属防腐。

练习：

1.某原电池的总反应的离子方程式为：

2Fe"+Fe=3Fe2+,不能实现该反应的原电池组成是(CD)

A、正极为铜，负极为铁,电解质溶液为FeCL溶液

B、正极为碳，负极为铁,电解质溶液为Fe(N03)3溶液

C、正极为铁，负极为锌,电解质溶液为Fez(S0)3溶液

D、正极为银，负极为铁,电解质溶液为CuSOi溶液

2.宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+02=213,电解质溶液为KOH,反

应保持在高温下，使HQ蒸发，正确叙述正确的是：(BD)

A.也为正极，O?为负极

B.电极反应(正极)：02+2H20+4e-=4()11

C.电极反应(负极)：2H2+40H=4HQ-4e-

D.负极发生氧化反应，正极发生还原反应

3.下列关于原电池的叙述正确的是(B)

A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属

B、原电池是将化学能转变为电能的装置

C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原

D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

课后练习：见学案

课本习题答案：

I.由化学能转变为电能的装置。氧化反应，负极；还原反应，正极。

2.铜，Cu-2e'==Cu~+；银，Ag++e'==Ago

3.a、c、d、bo

4.B;5.Do

图4-2锌铁原电池装置

6.装置如图4-2所示。

负极：Zn-2e-==Zn2+

正极：Fe2++2e"==Fe

第二节化学电源

第一课时

教学重点：一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用

导入：通过日常生活和我们高一的学习，你知道哪些电池？其中有哪些属于化学电池？

它们在哪些方面得到应用？

小结：其实化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，小到手表、单放机、儿童玩

具，大到航空航天、卫星通讯，几乎无处不在。

如：碱性锌镒电池、锌银电池、铅蓄电池、

化学电池

镉银电池、氢镇电池、锂离子电池等

将化学能转换成广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家

电能的装置用电子产品。另外在高科技及军事和各生

电产行业也有特殊应用

太阳能电池

池

将太阳能转换成电能的装置

将放射性同位素自然衰变时产生的热能通

原子能电池

过热电转换器转变为电能的装置

思考：（1）化学电池与其他能源相比较有哪些优点？（学生看书回答）

化学电池与其他能源相比较具有的优点化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可

靠，可以制成各种形状和大小，不同容量和电压的电池及电池组，使用方便，易于维护,

并且在各种环境工作。

（2）判断电池的优劣标准主要是什么？（见课本74页下）

（3）目前化学电池主要分为哪儿大类？主流产品有哪些？在性能等方面它们各自

有何特点？产生电能的基本原理是什么？

小结：关于化学电池的分类：

如：普通干电池、碱性锌镒电池、

一次电池

锌银纽扣电池等

化

学如：铅蓄电池、锌银蓄电池、银镉

电二次电池电池、锂离子电池等

池

燃料电池如：氢氧燃料电池等

一、一次电池

1.碱性锌锦电池

构造如课本75页图4-3,碱性锌钵电池的负极是Za,正极是MnOz,电解质是KOH,

其电极反应为：

负极：Zn+20H'-2e-=Zn(0H)2

-

正极：2Mn02+2H20+2e-=2MnOOH+2OH

总反应方程式为：Zn+2Mn02+2H20=2Mn00H+Zn(OH)2

特点：比普通锌镒电池性能好，比能量和储存时间均有提高，可适用于大电流和连

续放电。

注：市场上目前还有一种普通锌铺干电池，在一般手电筒中使用锌锦干电池，是

用锌皮制成的锌筒作负极兼做容器，中央插一根碳棒作正极，碳棒顶端加一铜帽。在

石墨碳棒周围填满二氧化镒和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔

膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铉和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用喑和火

漆封口。在石墨周围填充ZnCk、NH.C1和淀粉糊作电解质，还填有Mn(X作去极化剂(吸

收正极放出的H2,防止产生极化现象，即作去极剂)，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子

在两个电极的迁移速率。

电极反应为：负极Zn-2e-=Zn2,

正极2NH.J+2e-=2NH3+H2

H2+2MnO2—Mri2()3+H2O

正极产生的阳又和ZnCk作用：Zr?'+4NH3=[Zn(NH；0.]2f

干电池的总反应式：Zn4-2N11iC1+2MnO2=Zn(NI13)2C12+Mn203+1120

或2Zn+4NH£l+2MnO2=[Zn(NH3)JC12+ZnC12+Mn2()3+H2O

正极生成的氨被电解质溶液吸收，生成的氢气被二氧化镐氧化成水。干电池的电压

1.5V-1.6Vo在使用中锌皮腐蚀，电压逐渐下降，不能重新充电复原，因而不宜长时间

连续使用。这种电池的电量小，在放电过程中容易发生气涨或漏液。而今体积小，性能

好的碱性锌一镐干电池是电解液由原来的弱酸性变为离子导电性能更好的强碱性，负极

也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量

和放电时间比普通干电池增加几倍。

2.锌银电池

常见的钮扣电池也是银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小

圆盒，盒内靠正极盒一端充由Ag2。和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充

锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液，溶液两边用竣甲基纤维素作隔

膜，将电极与电解质溶液隔开。

锌银电池的负极是Zn,正极是Ag。电解质是KOH,其电极反应为：

负极:Zn+20H--2e-=ZnO+H20

正极：Ag20+&0+2e-=2Ag+2OH-

总反应方程式：Zn+Ag20=2Ag+ZnO

在使用过程中，电池负极区溶液pH减小。

特点：此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电.一粒钮

扣电池的电压达1.59V,安装在电子表里可使用两年之久。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。目前，有一种

类似干电池的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。银锌电池跟铅

蓄电池一样，在使用(放电)一段时间后就要充电，充电过程表示如下：

阳极：2Ag+20H-2e-=Ag2+H2

阴极：Zn(0H)24-2e-=Zn+201I-

放电

总反应式：Zn+Ag20+H2()于4Zn(01I)2+2Ag

3.锂电池充电

锂电池用金属锂作负极，正极可以是MnO?,Cd),FeS2等，电解质溶液由四氯化铝锂

(LiAlCh)溶解在亚硫酰氯(S0C1)中组成。

锂电池的主要反应为：

负极：8Li-8e-=8Li+

2-

正极:3S0Cl2+8e-=S03'+2S+6C1

总反应式为：8Li+3S0Cl2=6LiCl+Li2so3+2S

特点：锂电池是一种高能电池，有质量轻、电压稳定、T作效率高和贮存寿命长的

优点。

锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比

较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长，

能在216.3—344.1K温度范围内工作，使用寿命大大延长。用于电脑、照相机、手表、心

脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。

微型电池：常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池是锂电池。这种电池容量大，

电压稳定，能在-567C-71.1C温度范围内正常工作。

二、二次电池

铅蓄电池：铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制

成长方形外壳，用含锦5%〜8%的铅睇合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2,负极

格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液(密度为1.25-1.28g/cm3)

中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。

铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbOz,负极板上覆盖有Pb,

电解质是H2soi溶液，如涕本76页图4—5所示。放电的电极反应为：

负极：Pb+SO--2e-=PbSOt

正极：PbO，+4Hf+SO42-+2e-=?650,+2^0

铅蓄电池的电压正常情况下保持2.0V,当电压下降到1.85V时，即当放电进行到硫

酸浓度降低，溶液密度达1.18g/cm，时即停止放电，而需要将蓄电池进行充电，其电

极反应为：

2-

I®极：PbSO,+21卜0—2e—=PbO2+41「+SO.,

阴极：PbS0」+2e-=Pb+SO-

当密度增加至1.28g/cn?时，应停止充电.这种电池性能良好，价格低廉，缺点

放电

充电

是比较笨重。

蓄电池放电和充电的总反应式：PbO2+Pb+2H2soi2PbS0i+2H2O

铅蓄电池的特点：电压稳定、使用方便、安全、可靠，又可以循环使用。因此广泛应用

于国防、科研、交通、生产和生活中，目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。

注：(1)电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。

(2)当电池充电时，就是通以直流电，铅板(蓄电池负极)与直流电源负极相连，

二氧化铅板(蓄电池正极)与直流电源正极相连，在电解过程中，上述电极反应都

逆向进行。电极反应式见课本。

例银-镉可充电电池，电极材料是Cd和Ni()(OH),电解质是KOH,放电时

的电极反应式是Cd+2OH一一2e~-Cd(OH)2,2NiO(OH)+2H?()+2e-==

2Ni(OH)z+2OH-e下列说法不正确的是()

A.电池的总反应式是Cd+2NiO(OH)+2H20K2Ni(OH)2+Cd(OH)2

充电

B.电池充电时，镉元素被还原

C.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

D.电池充电时，电池的负极和电源的正极连接

解析：本题已给出了电极反应式，两式相加即得总反应式，A正确；电池充电时•

Cd元素化合价降低，即Cd元素被还原，B正确；放电时，由于负极消耗OFT,因而负

极周围溶液的pH不断减小，C错误；电池充电时，电池的负极(发生氧化反应)应与

电源的负极相连(发生还原反应)，故D错误。

答案:CD

三、燃料电池

阅读课本77页并回答：燃料电池与普通电池有什么区别？

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。它与其它电池不同，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，电池就能连续不断地

提供电能。因此，燃料电池是名符其实地把能源中燃料燃烧反应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锲、的、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。电解液可以用酸或碱(如氢氧化钠或氢氧化钾等)把两个电极隔开。化学反应的最终产

物和燃烧时的产物相同。燃料电池的特点是能量利用率高，设备轻便，减轻污染，能量

转换率可达80%以上。

当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池，它是一种高效低

污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微

细分散的伯等金属作催化剂，如伯电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。

L氢氧燃料电池

(1).使用酸性电解质的电极反应式

负极：H?-2e—2HT

正极：：。2+2H++2eH?O

总反应为：H2+()2—-HzO

(2).若用NaOH溶液作电解质溶液，则电极反应式分别为：

负极；H?—2c,+20H-——2H2O

正极：:。2+2e-+H2OK=20H

总反应为：乩+4。2H20

(3).若用N&SOi溶液作电解质溶液：

负极：H2-2e-=2H"

正极：1/202+2e-+2H20=20H

总反应：H2+1/202=2H20

2.甲烷燃料电池

用金属伯片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷(燃料)和氧气(氧化剂)。电

极反应式为：

-2

负极：CH.,+100H-8e-=C03+7H20；

正极：4H2O+2O2+8C—=80H-o

电池总反应式为：CH4+202+2K011=K2cO3+3H20

3.甲醇(CH3OH)燃料电池

用导线相连的两个铝电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH30H和

。2,则发生了原电池反应.该原电池反应的离子方程式为：2CHaOH+3O2+4OH-

-2C0T+6H2。

负极：2CH3()H—12e-4-16OH-===2CC)r4-12H2()

正极：30z+6HzO+12e------42OH-

燃料电池特点：能量转化高，可持续使用，无噪音,不污染环境。

4.乙静燃料电池

用导线相连的两个钳电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3CH2()H

和Q，则发生了原电池反应，该原电池反应的离子方程式为：CH3cH2()H+3()24-

l()H-==2COr+5H2O

负极:CH3cHzOH—+16OH'--2COl-+11H2O

正极：3O2+6H2O+12e­~12OH一

5.熔融盐燃料电池

熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li£Q,和NazCO」的熔融盐混

合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO?的混合气为正极助燃气，制得在650c下工

作的燃料电池，该原电池的反应式为：

负极：2C()+2CO『-4e=4C()2

正极：O2+2cC)2+4e--2C()r

电池总反应：2CO+()2=2C(%

6.丁烷燃料电池

一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了丫2。,(三氧化二钮)

的Zrd(二氧化错)晶体，它在高温下能传导0：

①该电池放电时的化学反应方程式为：

高温

2aH10+1302—>8C()2+10H2()

②该燃料电池的电极反应式为：

负极：2GH1o+2602一-52e===8CO2+10H2O

正极：13O2+52e--260”

则固体电解质中的。2一向负极移动。

例燃料电池是燃料(例如CO、H?、CH」等)跟氧气或空气起反应，将此反应

的化学能转化为电能的装置.电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电

池的说法不正确的是()

A.负极反应式为CH4-F10OH--8e--COT+7%O

B.正极反应式为2()2+4H2O+8e-=-8OIP

C.随着不断放电,电解质溶液碱性不变

D甲烷燃料电池的能最利用率比甲烷燃烧的能量利用率大

解析：A、B两项是正确的。综合A、B两项知，C项不正确。根据能量转化的现

律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功

的效率要大得多，D项正确。

答案：C

目前已研制成功的铝一空气燃料电池，它的优点是：体积小、能量大、使用方便、

不污染环境、耗能少。这种电池可代替汽油作为汽车的动力，还能用于收音机、照明电

源、野营炊具、野外作业工具等。

四、其他电池

1.海水电池

1991年，我国首创以铝一空气一海水电池为能源的新型电池，用作海水标志灯已研

制成功。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：4A1—12e-=4Al3\

正极反应：6H20+302+12e-=120H-o

电池总反应式为：4A1+30,+6H2=4A1(OH)3

2.滨一锌蓄电池

国外新近研制的的基本构造是用碳棒作两极，浪化锌溶液作电解液。

电极反应式为：负极反应：Zn—2e-=Zn~'

-

正极反应：Br2+2e=2Br-

电池总反应式为：Zn+Br2=ZnBr2

思考：废旧电池的处理怎样处理？

废旧电池中含有重金属和酸碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康有很

大危害，可以把它当成一种资源，加以回收利用，这样既可减少环境污染，又可节约资

源。

第二课时

小结:

部分主流产品供电的基本原理、性能和相对价格(供参考)

电池名称电极反应电压主要优缺点

优点：使用方便，便宜；

普通电池负极：Zn+20H--2e-=Zn(OH)

21.5V缺点：寿命短，存放期短，约

(锌镒电池)正极：2MnO2+2NH4++2e-=2MnOOH+2NH3

L5年.不能充电

碱性锌钵负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)21.5V优点：电容量大，使用寿命长；

电池正极：ZMnOz+ZMO+Ze-=2MnOOH+2OH—缺点：不能充电，价格较高

优点：体积和质量很小，使用寿

锌银纽扣负极：Zn+2OH--2e=ZnO4-HO

21.5V命较长，存放期约2年；

电池正极：AgO+HO+2e-=2Ag+2()H-

22缺点：不能充电，价格高

优点：体积小，质量轻，使用寿

Cd+2Ni(X)H+2H2O要2Ni(OH)2+Cd(OH)2

银锦电池1.3V命长，可充放电约3000次；

充电

缺点：价格高

优点：电压稔定，电容成大，可

放电充电，较便宜；

铅蓄电池PbO2+Pb+2H2SU§^PbS()4-F2H2O2V

允电缺点：笨重，防震性差,不防漏

(酸液能从电池里溢出)

(碱性锌钵电池：Zn十2MnO2+2H2。--ZMnQOH+Zn(QH)2

(一次电池，锌银电池：Zn+AgzO-ZnO+2Ag

〔锂电池：8Li+3SOC12=6LiCI+Li2S()34-2S

化

学V放电

电二次电池f铅蓄电池：Pb+PbO2+2&SO4F2Pbs(3+2H?O

源充电

(氢氧燃料电池：2%+。2-2H2。

〔燃料电池4甲烷燃料电池：CH4+2O2+2OH--C。/+3H2。

甲醇燃料电池：2CH3()H+302+4()H--2COr+6H2。

电池负极反应正极反应总反应式

普通干电池2MHl4-2e-------2NI#+Zn-----

Zn-2e-------Zn2+

2+

(Zn.MnOz.NH^CkC)2NH3+H22NH3-FHz+Zn

3Qz+12e-+4Al+36+6H2O

铝一空气一海水电池4Al一】25----=4A尸

6H?O------12OH-------4AK()H)3

心脏起搏器电池(%+41「+4e~2Zn+(%+4H-

2Zn—4e-=2Zn2+

2

(Zn|H-|()2.Pt)-2H2O.—**2Zn*+2Hz()

次2Mn(%+2H2。十Nn+2Mn5+2H2()

减性锌钵电池Zn+20H—-2c-

电2e~-2MnOOH------2Mn(X)H+

(ZnSKOHMnOz)Zn(OH)

池2

+2QH-Zn(OH)2

锌银电池Zn+20H一一2e11Ag?O4-H?O+2e-Zn+AgzO3-一

(ZnIKOHIAgzO)ZnO+H2O-2Ag+2OH—ZnO+2Ag

铎电池3S()Cl24-8e-------8Li+3soeI?—

8Li-8e------8Li-

(UILiAlCU.SOQzIC)SO厂+2S+6cL6LiCl-Li2S(方+2S

电池负极反应正极反应总反应式

Pb+Pb()2+

PbO2+2e-+

铅蓄电池Pb-2e-+SO厂2H2s0,M

4Hx+SC)r-

(Pb|H2SO4|PbO2)-PbSC)4充电

PbSO-2H2。

2PbSOg+2H2。

2NiO(OH)+2H?O2Ni()(OH)+Ho

氢银电池H2+20H--2e-

+2e一一2N(OH)2簪2Ni(OH)z

[H2IOH-|Ni(XOH)]---2H2。

+2OH-放申

次

Cd+2NiO(()H)+

电2NiCX0H)-b

镉锦电池Cd+2OH--2-放电

池

2H2O+2e----2H2O^Cd(()H)2

[Cd|OH-INi(XOH)]----Cd(OH)z充电

2Ni(OH)z+2OH-

+2Ni(OH)2