第四章 化学反应与电能\n第一节 原电池第2课时 化学电源\n学习目标核心素养1．了解常见化学电源的工作原理。2．了解新型化学电源的工作原理。1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。\n课前素能奠基课堂素能探究课堂达标验收新课情景呈现名师博客呈现\n新课情景呈现\n现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。你知道化学电池是怎样分类的吗？\n电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等。一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。\n课前素能奠基\n新知预习化学电一次二次\n2．判断电池优劣的主要标准：3．化学电池回收利用：废旧电池中含__________和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。重金属\n二、一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。碱性锌锰电池与银锌电池比较种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：________负极：________正极：__________正极：__________电解质：KOH电解质：KOHZnZnMnO2Ag2O\n种类特点碱性锌锰电池银锌电池工作原理负极反应_______________________________________________________________正极反应2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－_______________________________________总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag性能与适用范围比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－\n三、二次电池(铅蓄电池)1．构造：\n\n3．铅蓄电池的优缺点：(1)优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；生产生活中使用广泛。(2)缺点：比能量低，废弃电池污染环境。\n四、燃料电池1．定义：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”。2．氢氧燃料电池的结构：\n3．氢氧燃料电池的工作原理。负极：______失电子；正极：______得电子；电解质溶液：____________________。种类酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋________________________正极反应式______________________O2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2OH2O2氢氧化钾或稀硫酸2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋4e－＋4H＋===2H2O4．优点：(1)能量转化率高。(2)污染______。小\n预习自测D\n\nB\n解析：锌—铜—硫酸原电池的正极材料是金属铜，锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，两者正极材料不同，故A正确；锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，发生得电子的还原反应，元素的化合价应该降低，故B错误；锌—铜—硫酸原电池负极材料是金属锌，锌锰碱性干电池的负极材料是金属锌，两者负极上都是发生金属锌失电子的氧化反应，故C正确；锌—铜—硫酸可以构成原电池装置，金属锌和硫酸之间发生反应，Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象，故D正确。\nB\n解析：推广使用电动汽车，能减少汽车尾气氮氧化物的排放，有利于保护环境，A项正确；此标志为电动汽车专用标志，B项错误；电动汽车充电过程中电能转为化学能，使用时化学能转化为电能，C项正确；电动汽车充、放电过程，均属于氧化还原反应，存在电子转移，D项正确。\n课堂素能探究\n知识点问题探究：1．充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应？2．铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1mol电子时，负极增重4.8g。()3．铅蓄电池工作时SO向哪个电极移动？化学电源电极判断与电极反应式书写√\n\n知识归纳总结：1．二次电池充电时的电极连接：(1)充电时的连接方法——正正负负，即：\n\n\n\n方法二：根据电池总反应式，写电极反应式。①标价态，定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极。②列物质→判断电极的反应物、产物。③标得失→分析化合价的升降，找出得失电子数。④看环境，配守恒→配平电荷、配平原子。\n方法三：充电电池电极反应式的书写方法。①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。\n我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2。“吸入”CO2时，其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中，有2/3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。典例1\n下列说法正确的是()A．“吸入”CO2时，钠箔为负极B．“吸入”CO2时的正极反应：4Na＋＋3CO2－4e－===2Na2CO3＋CC．“呼出”CO2时，Na＋向多壁碳纳米管电极移动D．每“呼出”22.4LCO2，转移电子数为0.75NAA\n\n规律方法指导：解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程\n〔变式训练1〕以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。\nD\n知识点形形色色的燃料电池问题探究：1．氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将如何变化？溶液的pH将如何变化？2．已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？\n探究提示：1．减小。增大。反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，pH增大。2．能。氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应。\n知识归纳总结：1．燃料电池的工作原理：一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。\n2．有机燃料电池电极反应式书写方法：电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。\n\n\n\n4．常见的四种典型燃料电池：名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O总反应：2H2＋O2===2H2OH2SO4正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O负极：2H2－4e－===4H＋总反应：2H2＋O2===2H2O\n\n第16届海南国际车展上展出了中国研制的新型燃料电池汽车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。某种质子交换膜燃料电池如图所示。下列说法正确的是()A．该电池的a极发生氧化反应B．正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．质子(H＋)通过质子交换膜移动到a电极D．该燃料电池的能量转化率可达到100%A典例2\n解析：该电池的a极，氢气失电子生成氢离子，发生氧化反应，故A正确；电解质溶液呈酸性，产生的电极产物在电解质溶液中要能稳定存在，正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B错误；在原电池中阳离子向正极移动，即氢离子通过质子交换膜移动到正极b，故C错误；电池中存在化学能转化为热能的能量转化，则化学能不可能100%转化为电能，故D错误。\n〔变式训练2〕有一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来，其装置如图乙所示，ab间充有固体电解质Y2O3—Na2O，允许O2－自由移动。\n下列叙述正确的是()A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中，O2－由电极a流向电极bB．电池外电路中电子由正极流向负极C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，电子转移4molC\n解析：A项，该原电池中，正极上氧气得电子发生还原反应，所以通入空气的电极b是正极，内电路中阴离子向负极移动，所以O2－由电极b流向电极a，错误；B项，电池外电路中电子从负极沿导线流向正极，错误；C项，a是负极，负极上甲烷失电子和O2－反应生成二氧化碳和水：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，正确；D项，每个O原子得到2个电子生成O2－，所以当固体电解质中有1molO2－通过时，电子转移2mol，错误。\n名师博客呈现\n氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H＋的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H＋瞬间与溶液中大量存在的OH－结合生成水。因此，实际发生的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：H2－2e－===2H＋\n类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为－2价。通常情况下，－2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，－2价的氧原子则只能存在于水分子或OH－中。如果是酸性条件，还原产生的－2价的氧原子与周围的H＋结合生成水，电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O\n如果反应条件为中性或碱性，－2价的氧原子主要存在于OH－中，因此电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。\n课堂达标验收\nC\n\nC\n\n3．“绿水青山就是金山银山”，利用电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一。\n(1)硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。①指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。②结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。\n(2)碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。写出生成氢气的电极反应式和此电池的总化学方程式。\n\n\n解析：(1)①从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；b极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。②除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反应Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。\n
