《原電池(第二課時)》結構簡單一次電池反復使用二次電池連續(xù)工作燃料電池新型電池電池的研發(fā)原電池的構成要素自發(fā)的氧化還原反應閉合回路原電池化學能電能離子導體電極材料電極反應電子導體還原反應氧化反應知識回顧一、一次電池一次電池是放電后不可充電的電池。堿性干電池銀鋅電池認識普通鋅錳干電池任務一構造示意圖

普通鋅錳干電池是最早進入市場的實用干電池。因其電解質(zhì)溶液用淀粉糊固定化，稱為干電池。認識普通鋅錳干電池任務一結合資料和示意圖分析：

電極反應中的還原劑和氧化劑、電極材料、離子導體。資料普通鋅錳干電池放電時發(fā)生的主要反應為：Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)構造示意圖0+4+3+2電極反應活性物質(zhì)負極：Zn正極：MnO2電極材料負極：Zn正極：石墨棒離子導體NH4Cl和ZnCl2混合物構造示意圖3.分析普通鋅錳干電池長期占據(jù)市場和現(xiàn)在逐漸被替代的可能原因。認識普通鋅錳干電池任務一Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A單液電池優(yōu)點：結構簡單、價格低廉。缺點：會發(fā)生自放電。Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A單液電池放置不同時間后的普通鋅錳干電池堿性鋅錳干電池

容量高，能大電流連續(xù)放電。還具有優(yōu)良的低溫性能、儲存性能和防漏性能。堿性鋅錳干電池結構金屬外殼離子型導電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針MnO2和KOH混合物

已知該電池總反應為：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2資料根據(jù)示意圖和資料：1.分析各部分的作用，

畫出工作原理示意圖；2.寫出電極反應式。認識堿性鋅錳干電池任務二金屬外殼離子型導電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針0+4+3+2MnO2和KOH混合物觀點展示金屬外殼離子型導電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針電極反應還原劑：Zn粉氧化劑

：MnO2電極材料負極：銅針正極：金屬外殼離子導體KOH、離子型導電隔膜MnO2和KOH混合物＋－正極金屬外殼離子型導電隔膜Zn粉KOH混合物負極銅針MnO2KOH混合物e-+-負極：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2正極：2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-

正極金屬外殼離子型導電隔膜Zn粉KOH混合物負極銅針MnO2KOH混合物e-+-總反應：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)20+4+3+2資料

①堿性干電池增大了正負極間的相對面積，用高導電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液，鋅也變成粉末狀，同時采用了反應活性更高的電解二氧化錳粉；

②電流是單位時間內(nèi)通過橫截面的電量。

4.閱讀資料，找出能使堿性鋅錳干電池產(chǎn)生大電流和高電壓的設計。認識堿性鋅錳干電池任務二電極活性物質(zhì)Zn粉、高活性電解MnO2電極材料增大相對面積離子導體高導電性的KOH溶液加快反應速率減小電池內(nèi)阻大電流高電壓改進方式改進目的改進效果化學電源——原電池原理+工藝控制堿性鋅錳干電池普通鋅錳干電池二、二次電池二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。認識鉛蓄電池任務三鉛酸蓄電池的構造示意圖鉛蓄電池優(yōu)點電壓穩(wěn)定使用方便安全可靠價格低廉稀硫酸Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O資料鉛蓄電池放電時的總反應為：PbSO4難溶于水，充電過程與上述過程相反。1.根據(jù)鉛蓄電池放電過程的總反應寫出電極反應式。認識鉛蓄電池任務三0+4+2正極：PbO2+4H+++2e-

PbSO4+2H2O負極：Pb+-2e-

PbSO4

SO4

2-

SO4

2-

認識鉛蓄電池任務三Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O0+4+2總反應：

2.鉛蓄電池的電極反應物(Pb、PbO2)和放電后的產(chǎn)物(PbSO4)均以固體形式附著在電極材料表面，分析這樣設計的目的。認識鉛蓄電池任務三目的：使電極反應物和產(chǎn)物富集在電極材料表面，充、放電時可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)電池重復使用。PbPbSO4PbO2PbSO4放電充電負極正極放電充電

1.利用下面反應，設計能夠連續(xù)提供電能的原電池。2H2+O22H2O實驗用品：H2、O2、稀硫酸、石墨棒、試管、U形管、導管、導線、電流表等。繪制實驗裝置圖，并思考：①電池中的電極反應是什么；②裝置是如何實現(xiàn)連續(xù)工作的。設計連續(xù)工作的電池任務四e-H2O2H2SO4溶液石墨棒石墨棒e-H2O2H2SO4溶液石墨棒負極：2H2

-4e-4H+

正極：O2

+4H+

+4e-2H2O

由于燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應，生成物不斷地被排出，因此可以實現(xiàn)連續(xù)供電。石墨棒設計連續(xù)工作的電池任務三H2O2H2SO2溶液2.如何使氣體反應物快速、充分的反應？設計連續(xù)工作的電池任務三增大接觸面積使用催化劑負極：2H2

-4e-4H+

正極：O2

+4H+

+4e-2H2O

氫氧燃料電池工作原理示意圖稀硫酸資料氫氧燃料電池汽車能連續(xù)不斷地提供電能三、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。能量轉(zhuǎn)化率超80%綠色發(fā)電裝置②電池內(nèi)部的電極材料和離子導體在工作過程中不發(fā)生改變，使燃料電池可以持續(xù)工作。燃料電池的特點①燃料和氧化劑連續(xù)的由外部供給，生成物不斷地被排出，可以連續(xù)不斷地提供電能。電池類型原理工藝及目的一次電池原電池原理加入隔膜分隔氧化劑與還原劑，減少電池自損耗。二次電池原電池及電解池原理將相關活性物質(zhì)富集在電極材料表面，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。燃料電池原電池原理燃料和氧化劑連續(xù)由外部提供，保持電極材料和離子導體穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作。重視廢舊電池的回收利用，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源。普通干電池二次電池……堿性干電池有巨大研究潛力的電池用廢紙發(fā)電的生物電池理論上計算一張A4紙可產(chǎn)生的電力大約相當于6節(jié)5號電池的電量！新型柔性電池：有巨大研究潛力的電池任務一化學電源電極反應式的書寫[問題探究]1.溶液的酸堿性對書寫電極反應式有何影響?答案

在書寫電極反應式時一定要注意電解質(zhì)溶液的酸堿性。堿性電解質(zhì)溶液中,電極反應式中不能出現(xiàn)H+;酸性電解質(zhì)溶液中,電極反應式中不能出現(xiàn)OH-。2.如何根據(jù)原電池原理判斷原電池的兩個電極?答案

說明:原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關,也與電解質(zhì)溶液有關,不要形成活潑電極一定是負極的思想。[深化拓展]化學電源電極反應式的書寫(1)根據(jù)裝置書寫電極反應式先分析題目給定的圖示裝置,確定原電池正、負極上的反應物質(zhì)。①負極:活潑金屬或燃料失去電子生成陽離子;若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存,則該陰離子應寫入負極反應式。如鉛酸蓄電池的負極:②正極:陽離子得到電子生成單質(zhì)或O2得到電子,若反應物是O2,則有以下規(guī)律:電解質(zhì)溶液呈堿性或中性:O2+2H2O+4e-===4OH-;電解質(zhì)溶液呈酸性:O2+4H++4e-===2H2O。③總反應式:正、負電極反應式在得失電子相等的前提下相加得到電池反應的總方程式。(2)給出總反應式,寫電極反應式如果給定的是總反應式,可分析此反應中的氧化反應或還原反應(即分析有關元素的化合價變化情況),先寫出反應相對較簡單的一極的電極反應式,另一極的電極反應式可用總反應式減去已寫出的電極反應式,即得結果。(3)電極反應式的書寫過程歸納①列物質(zhì),標得失:根據(jù)負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,判斷出電極的產(chǎn)物,分析得失電子的數(shù)目,利用得失電子守恒配平。②選離子,配電荷:根據(jù)溶液的酸堿性選擇合適的離子,確保電極產(chǎn)物能在電解質(zhì)溶液中穩(wěn)定存在,然后利用電荷守恒進行配平。③巧用水,配個數(shù):通常介質(zhì)為水溶液,根據(jù)需要選擇水為反應物或生成物,利用質(zhì)量守恒進行配平。[素能應用]典例1在堿性鋅錳電池中,已知氫氧化鉀為電解質(zhì),發(fā)生的電池總反應為Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有關該電池的電極反應式的書寫正確的是(

)A.負極反應式為Zn-2e-===Zn2+B.負極反應式為Zn+2H2O-2e-===Zn(OH)2+2H+C.正極反應式為2MnO2+2H++2e-===2MnO(OH)D.正極反應式為2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-答案

D解析

在書寫堿性電池的電極反應式時,方程式中不得出現(xiàn)H+。在堿性鋅錳電池中,負極的Zn失去電子形成的Zn2+應該與OH-結合為Zn(OH)2。變式訓練1(2019全國Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設計了采用強堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結構如下圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是(

)A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)答案

D任務二常見的燃料電池[問題探究]1.燃料電池的兩電極反應有何特點?答案

兩個電極均為惰性電極,本身不參與反應。在反應中燃料一般表現(xiàn)為失去電子,通入負極。常用的氧化劑是氧氣,在反應中表現(xiàn)為得到電子,通入正極。2.氫氧燃料電池在酸性電解質(zhì)和堿性電解質(zhì)中的總反應實質(zhì)相同嗎?答案

相同,都為2H2+O2===2H2O。[深化拓展]常見燃料電池的電極反應在燃料電池中,電解質(zhì)溶液參與電極反應,電解質(zhì)酸堿性的改變,會引起電極反應的變化,但不影響燃料及O2的性質(zhì)。電極反應在遵守質(zhì)量守恒定律、電荷守恒、電子得失守恒的同時,還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應。(1)甲烷燃料電池。電解質(zhì):KOH正極(通O2):2O2+4H2O+8e-===8OH-負極(通CH4):CH4+10OH--8e-===

+7H2O總反應:CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料電池。電解質(zhì):KOH正極:3O2+6H2O+12e-===12OH-負極:2CH3OH+16OH--12e-===2+12H2O總反應:2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O(3)肼燃料電池。電解質(zhì):KOH正極:O2+2H2O+4e-===4OH-負極:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O總反應:N2H4+O2===N2+2H2O(4)熔融鹽燃料電池。熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率,因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負極反應物,空氣與CO2的混合氣為正極反應物,制得在650℃下工作的燃料電池。有關的電池反應式為:[素能應用]典例2一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關該電池的說法正確的是(

)A.該燃料電池A是正極,B是負極B.電極A上H2參與的電極反應為:H2+2OH--2e-2===H2OC.電池工作時,向電極B移動D.電極B上發(fā)生的電極反應為:O2+2CO2+4e-===2答案

D書寫燃料電池的電極反應式應注意的問題(1)電池的負極一定是可燃性氣體失電子,發(fā)生氧化反應。電池的正極一定是助燃性氣體(一般是O2)得電子,發(fā)