1、第四章 電化學基礎 第二節(jié) 化學電源目標導航1.了解化學電源的分類。2.熟悉幾種常見化學電源的組成及工作原理，會熟練書寫電極反應式。3.了解化學電源的廣泛應用及廢舊電池對環(huán)境的危害及處理方法。一、化學電池1概念：是將化學能直接轉化為電能的裝置?；瘜W電池的主要組成是電解質(zhì)溶液和浸在溶液中的正極和負極，使用時將兩極用導線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能。2分類【合作探究】1化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？答案化學電池的優(yōu)點是：能量轉換效率高，供能穩(wěn)定可靠?？梢灾瞥筛鞣N形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。易維護，可在各種環(huán)境下工作。2判斷電池優(yōu)劣的主要標準是什么？答案(1)比能量：

2、即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是“(Wh)/kg”或“(Wh)/L”。(2)比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是“W/kg”或“W/L”。(3)電池可儲存時間的長短。二、常見的化學電池1一次電池(1)堿性鋅錳電池組成：正極：MnO2；負極：Zn；電解質(zhì)：KOH。工作原理：負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極反應：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH?？偡磻篫n2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。(2)鋅銀電池組成：負極：Zn，正極：Ag2O，電解質(zhì)：KOH。工作原理：負極反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極反應：Ag2O2eH

3、2O=2Ag2OH?？偡磻篫nAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)組成：正極：PbO2；負極：Pb；電解質(zhì)：H2SO4溶液。(2)工作原理：鉛蓄電池是最常見的二次電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程，電極反應式如下：放電負極：Pb2eSO=PbSO4；正極：PbO22e4HSO=PbSO42H2O；總反應：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O充電陰極：PbSO42e=PbSO(還原反應)；陽極：PbSO42e2H2O=PbO24HSO(氧化反應)?？偡磻?PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。鉛蓄電池的充、放電過程：PbPbO22H2

4、SO42PbSO42H2O。3燃料電池(1)工作原理連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能。燃料電池的電極本身不參與氧化還原反應，只是一個催化轉化元件。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排出。(2)氫氧燃料電池電池組成：氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極。工作原理：如圖所示，在負極室通入H2，它在Pt電極上被催化分解為H原子，再失去電子成為H進入電解質(zhì)溶液，透過隔膜，進入正極室；在正極室通入O2，經(jīng)過Pt電極的催化，O2、H在正極上放電生成H2O。(3)電極方程式書寫介質(zhì)電池反應：2H2O2=2H2O酸性(H)負極2H24e=4H正極

5、O24H4e=2H2O中性(Na2SO4)負極2H24e=4H正極O22H2O4e=4OH堿性(OH)負極2H24e4OH=4H2O正極O22H2O4e=4OH【合作探究】1如何給可充電電池充放電？其充放電過程的區(qū)別與聯(lián)系是什么？答案(1)可充電電池充放電時電池的接法：聯(lián)系：電池充電時發(fā)生的電極反應和總反應是放電時發(fā)生反應的逆過程。2(1)氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將_，溶液的pH_(填“減小”、“增大”或“不變”)。(2)氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時，工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的濃度將_，溶液的pH_(填“減小”、“增大”或“不變”

6、)。答案(1)減小減小(2)減小增大3閱讀教材，判斷下列關于“化學電池”的敘述是否正確。(1)化學電池都是將化學能直接轉化為電能的裝置()(2)化學電池通?？煞譃橐淮坞姵?、二次電池和燃料電池等幾大類()(3)放電后不能再使用的電池稱為一次電池，如鋅錳干電池等()(4)可充電、放電循環(huán)進行的鉛蓄電池、氫鎳電池等是二次電池()(5)通過不斷充入燃料和氧化劑，連續(xù)使用的電池稱為燃料電池()(6)氫氧燃料電池的正極和負極本身都不參與電極反應()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)一、“久考不衰”的二次電池【例1】鉛蓄電池是化學電源，它工作時的電池總反應為PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2

7、O。試回答：(1)鉛蓄電池負極的電極材料是_。(2)工作時該蓄電池正極的電極反應式是_。(3)鉛蓄電池工作時，電解質(zhì)溶液的密度_，pH_(填“減小”、“增大”或“不變”)。解析(1)由電池總反應可知，Pb發(fā)生氧化反應，所以Pb是負極。(2)正極上的反應是PbO2PbSO4，則必然有H2SO4參加：PbO24HSO2e=PbSO42H2O(負極反應為Pb2eSO=PbSO4，將正極、負極反應合并，與題給總反應相符)。(3)在鉛蓄電池的工作過程中，Pb被氧化，H2SO4被消耗，所以溶液的密度減小，pH增大。答案(1)Pb(2)PbO24HSO2e=PbSO42H2O(3)減小增大【歸納總結】1可充

8、電電池電極極性和兩極反應物的判斷判斷電池放電時電極極性和參加反應的物質(zhì)，可先標出放電(原電池)總反應電子轉移的數(shù)目，失去電子的一極為負極，該物質(zhì)即為負極參加反應的物質(zhì)；得到電子的一極為正極，該物質(zhì)即為正極參加反應的物質(zhì)。若判斷電池充電時電極極性和參加反應的物質(zhì)，可直接利用陽極反應為放電時的正極反應倒置，陰極反應為放電時的負極反應倒置，進行判斷。2電極反應的書寫方法書寫可充電電池電極反應，一般都是先書寫放電的電極反應。書寫放電的電極反應時，一般分三步書寫：第一，先標出原電池總反應電子轉移的方向和數(shù)目，指出參與負極和正極反應的物質(zhì)；第二，寫出一個比較容易書寫的電極反應(書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否

9、與電解質(zhì)溶液共存)；第三，在電子守恒的基礎上，總反應減去寫出的電極反應即得另一電極反應。充電的電極反應與放電的電極反應過程相反，充電的陽極反應為放電正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電負極反應的逆過程。3溶液中離子的移動方向判斷放電時，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。4pH變化規(guī)律若電極反應消耗OH(H)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)，若電極反應生成H(OH)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)；若總反應的結果是消耗OH(H)，則溶液的pH減小(增大)，若總反應的結果是生成H(OH)，則溶液的pH減小(增大)；若兩極消耗或生成的OH(H)的物質(zhì)的量相

10、等，則溶液的pH變化規(guī)律視溶液的酸堿性及是否有水生成而定，應具體分析。變式訓練1 高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列敘述不正確的是()A放電時負極反應為Zn2e2OH=Zn(OH)2B充電時陽極反應為Fe(OH)33e5OH=FeO4H2OC放電時每轉移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D放電時正極附近溶液的堿性增強答案C解析根據(jù)題給總反應式，高鐵電池放電時必定是鋅為負極失去電子，被氧化；高鐵酸鉀在正極得到電子，被還原。充電時，陽極上氫氧

11、化鐵被氧化成高鐵酸鉀。放電時正極附近生成OH，堿性增強。二、“一池多變”的燃料電池【例2】以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法。(1)酸性條件燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(2)堿性條件燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2)燃料電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電池總反應式：_。正極反應式：_。負極反應式：_。答案(1)CH42O2=CO22H2O2O28H8e=4H2OCH48e2H2O=CO28H(2)CH42O22OH=CO3H2O2

12、O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(3)CH42O2=CO22H2O2O28e=4O2CH44O28e=CO22H2O(4)CH42O2=CO22H2O2O24CO28e=4COCH44CO8e=5CO22H2O【方法規(guī)律】(1)書寫燃料電池的總反應方程式時就相當于燃料燃燒，然后看一下產(chǎn)物與所用電解質(zhì)是否能發(fā)生反應，若能發(fā)生反應，電解質(zhì)溶液也參與反應，要寫在總反應方程式中。(2)燃料電池正極反應物是氧氣，正極反應的本質(zhì)都是氧氣得電子生成O2，發(fā)生還原反應，故正極反應式的基礎都是O24e=2O2。(3)正極產(chǎn)生的O2的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著

13、密切的關系。變式訓練2美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學共同研制成功了用于潛航器的鎂過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示。以下說法中錯誤的是()A電池的負極反應為Mg2e=Mg2B電池工作時，H向負極移動C電池工作一段時間后，溶液的pH增大D電池總反應式是MgH2O22H=Mg22H2O答案B解析MgH2O2燃料電池中Mg作負極：Mg2e=Mg2，Pt作正極：H2O22H2e=2H2O，總反應式為MgH2O22H=Mg22H2O，消耗H，使c(H)減小，pH增大，且H移向正極。1下列說法錯誤的是()A依據(jù)原電池的原理設計出了化學電源B原電池是化學電源的雛形C判斷電池的正、負極只需看其正、負

14、極材料的活潑性D氧化還原反應所釋放的化學能，是化學電源的能量來源答案C解析判斷電池的正、負極不僅與電極材料有關，還與電解質(zhì)溶液有關。2鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時的電池反應為PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列結論正確的是()APb為正極，被氧化B溶液的pH不斷減小CSO只向PbO2處移動D電解質(zhì)溶液pH不斷增大答案D解析由題給電極反應可以看出H2SO4不斷被消耗，故pH不斷增大，所以B錯，D對；由Pb元素化合價的變化，可以看出Pb是負極，所以A不正確；原電池工作時，整個電路中負電荷的流向是一致的，外電路中，電子由Pb極流向PbO2極；內(nèi)電

15、路中，負電荷(SO和OH)移向Pb極，所以C不正確。3微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，有一種鋅銀電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應為Zn2OH2e=Zn(OH)2、Ag2OH2O2e=2Ag2OH，總反應為Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag。根據(jù)上述反應式，判斷下列敘述中正確的是()A在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH增大B在使用過程中，電子由Ag2O經(jīng)外電路流向Zn極CZn是負極，Ag2O是正極DZn極發(fā)生還原反應，Ag2O極發(fā)生氧化反應答案C解析根據(jù)電極反應可知Zn失電子被氧化而溶解，Ag2O得電子被還原，故Zn是負極，Ag2O是正極，所以C正確；

16、負極(即Zn極)在反應時消耗OH，則負極區(qū)溶液的pH應減小，故A錯誤；發(fā)生原電池反應時，電子由負極經(jīng)外電路流向正極，即電子從Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，故B錯誤；在原電池中，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，故D錯誤。4一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極上通入乙烷和氧氣，其電極反應式為C2H618OH14e=2CO12H2O、7H2O7/2O214e=14OH，有關此電池的推斷正確的是()A通氧氣的電極為負極B參加反應的氧氣與C2H6的物質(zhì)的量之比為72C放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度不變D電解質(zhì)溶液中，CO向正極移動答案B解析燃料電池中，燃料為負極

17、，氧氣為正極，A不正確；由于KOH參與電極反應，所以KOH的物質(zhì)的量濃度減小，C不正確；電解質(zhì)溶液中，CO幾乎不移動，D不正確。5我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產(chǎn)生電流。電池總反應為4Al3O26H2O=4Al(OH)3，下列說法不正確的是()A正極反應式為O22H2O4e=4OHB電池工作時，電流由鋁電極沿導線流向鉑電極C以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積D該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用答案B解析該原電池負極反應為Al3e=Al3，正極反應為O22H2O4e=4OH，工作時電子由負極流向正極，而電流由正極流向負極，答案為B。 基礎

18、過關一、常見的化學電池1下列說法正確的是()A堿性鋅錳電池是二次電池B鉛蓄電池是一次電池C二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生D燃料電池的活性物質(zhì)大量儲存在電池內(nèi)部答案C解析堿性鋅錳電池是一次電池，鉛蓄電池是二次電池。2下列有關電池的說法不正確的是()A手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B鋅銅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極答案B解析鋅銅原電池中，電子從負極鋅沿外電路流向正極銅。3生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應是 2PbSO

19、42H2OPbO2Pb2H2SO4。下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是()A需要定期補充硫酸B工作時鉛是負極，PbO2是正極C工作時負極上發(fā)生的反應是Pb2eSO=PbSO4D工作時電解質(zhì)的密度減小答案A解析鉛蓄電池放電時相當于原電池，Pb是負極，PbO2是正極，負極發(fā)生的反應是Pb失去電子生成Pb2，Pb2與溶液中的SO生成PbSO4沉淀；放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。4氫氧燃料電池已用于航天飛機，它是以鉑作電極，K

20、OH溶液作電解質(zhì)，正極反應為O22H2O4e=4OH，負極反應為2H24OH4e=4H2O，下列敘述不正確的是()AH2在負極發(fā)生氧化反應B燃料電池的能量轉化率可達100%C是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置D供電時的總反應為2H2O2=2H2O答案B解析該燃料電池中，通H2的電極作負極，發(fā)生氧化反應；通O2的電極為正極，發(fā)生還原反應，總反應式為2H2O2=2H2O，是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置，燃料電池的能量轉化率雖然比燃料直接燃燒時高，但也達不到100%。二、根據(jù)電極反應式或總反應式分析電池的有關變化5MgAgCl電池是一種用海水激活的一次電池，在軍事上用作電動魚雷的電池，電池的總反應可表示為Mg2

21、AgCl=MgCl22Ag。下列關于該電池的說法錯誤的是()A該電池工作時，正極反應為2AgCl2e=2Cl2AgB該電池的負極材料可以用金屬鋁代替C有24 g Mg被氧化時，可還原得到108 g AgD裝有該電池的魚雷在水中進行時，海水作為電解質(zhì)溶液答案C解析A項，由電池反應方程式看出，Mg是還原劑、AgCl是氧化劑，故金屬Mg作負極，正極反應為2AgCl2e=2Cl2Ag，故A正確；B項，該電池的負極材料可以用金屬鋁代替，故B正確；C項，電極反應式：Mg2e=Mg2，24 g Mg即1 mol被氧化時，轉移電子是2 mol，正極反應為2AgCl2e=2Cl2Ag，可還原得到216 g Ag

22、，故C錯誤；D項，因為該電池能被海水激活，海水可以作為電解質(zhì)溶液，故D正確。故答案選C。6甲醇燃料電池(DMFC)可用于筆記本電腦、汽車、遙感通訊設備等，它的一極通入甲醇，一極通入氧氣；電解質(zhì)是質(zhì)子交換膜，它能傳導氫離子(H)。電池工作時，甲醇被氧化為二氧化碳和水，氧氣在電極上的反應是O24H4e=2H2O。下列敘述中不正確的是()A負極的反應式為CH3OHH2O6e=CO26HB電池的總反應式是2CH3OH3O2=2CO24H2OC電池工作時，H由正極移向負極D電池工作時，電子從通入甲醇的一極流出，經(jīng)外電路流入通氧氣的一極答案C解析首先判斷出通入甲醇的一極失去電子作負極，通入氧氣的一極得到電

23、子作正極。電池總反應式減去氧氣在正極的電極反應式，就得到了負極反應式，A項正確；電池工作時，H移向正極而不是移向負極，C項錯誤。7LiAl/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應式為2LiFeS2e=Li2SFe。有關該電池的下列說法中，正確的是()ALiAl在電池中作為負極材料，該材料中Li的化合價為1價B該電池的總反應式為2LiFeS=Li2SFeC負極的電極反應式為Al3e=Al3D充電時，陰極發(fā)生的電極反應式為Li2SFe2e=2LiFeS答案B解析由正極的電極反應式知，在負極上Li失去電子被氧化，所以LiAl在電池中作為負極材料，該材料中Li的化合價為0價，故A項

24、錯誤；負極的電極反應式為2Li2e=2Li，故C項錯誤；該電池的總反應式為正、負極的電極反應式之和：2LiFeS=Li2SFe，故B項正確；由于充電時陰極發(fā)生還原反應，所以陰極的電極反應式為2Li2e=2Li，故D項錯誤。三、新型電池的開發(fā)利用8科學家成功開發(fā)出便攜式固體氧化物燃料電池，它以丙烷氣體為燃料。電池中的一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體，電解質(zhì)是固態(tài)氧化物，在熔融狀態(tài)下能傳導O2。下列對該燃料電池的說法不正確的是()A在熔融電解質(zhì)中，O2由負極移向正極B該電池的總反應是C3H85O2=3CO24H2OC電路中每通過5 mol電子，約有5.6 L標準狀況下的丙烷被完全氧化D通入丙烷的電

25、極為電池負極，發(fā)生的電極反應為C3H820e10O2=3CO24H2O答案A解析該燃料電池的化學原理是C3H85O2=3CO24H2O，B正確；放電過程中通入丙烷的電極為負極：C3H820e10O2=3CO24H2O，D正確；通入O2的電極為正極：O24e=2O2，產(chǎn)生的O2將向負極移動，A項錯。9MFC(Microbial Fuel Cell)是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置，其在廢水處理和新能源開發(fā)領域具有廣闊的應用前景。如圖為污水(主要溶質(zhì)為葡萄糖)處理的實驗裝置，下列有關該裝置的說法正確的是()A為加快處理速度，裝置需在高溫環(huán)境中工作B負極的電極反應式為C6H12

26、O66H2O24e=6CO224HC放電過程中，H由正極向負極移動D裝置工作過程中，溶液的酸性逐漸增強答案B解析微生物不能在高溫環(huán)境中存活，A項錯誤。H在負極上產(chǎn)生，H由負極向正極移動，C項錯誤。負極產(chǎn)生的H與正極產(chǎn)生的OH恰好結合生成水，故溶液的酸性不會增強，D項錯誤。10.如圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()A該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉化B裝置Y中負極的電極反應式為O22H2O4e=4OHC裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學能與電能間的完全轉化答案C解析A項，該系統(tǒng)有太陽能轉化為電能、電能轉化為化學能、

27、化學能轉化為電能、電能轉化為機械能多種能量轉化形式，A項錯；B項，裝置Y為原電池，負極發(fā)生氧化反應，應是H2發(fā)生氧化反應，B項錯；C項，裝置X為電解池，其作用是將水轉化為燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)，C項正確；D項，化學能與電能間不可能完全轉化，D項錯。 能力提升11某原電池中，電解質(zhì)溶液為KOH(aq)，向負極通入C2H4或Al(g)，向正極通入O2或Cl2。試完成下列問題：(1)當分別通入C2H4和O2時：正極反應：_；負極反應：_；電池總反應：_。(2)當分別通入少量Al(g)和Cl2時：正極反應：_；負極反應：_；電池總反應：_。答案(1)3O26H2O12e=12OHC2H416OH12e=2CO10H2OC2H43O24OH=2CO4H2O(2)3Cl26e=6Cl2Al(g)6e8OH=2AlO4H2O2Al(g)3Cl28OH=2AlO6Cl4H2O12設計出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是本世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2?；卮鹑缦聠栴}：(1)以丁烷代表汽油，寫出這個電池放電時發(fā)生的化學反應的化學方程式：_ _。(2)寫出這個電池的正極發(fā)生的反應：_。負極發(fā)生的反應：_。固體電解質(zhì)里的O2的移動方向是_