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1、 2019-2020年高中化學《化學電源》教案6新人教版選修4 一、化學電池的種類 電池等。 干電池示意閣鉛蓄電池示意圖 氫氣手 化學電池：借助于化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。化學電池的主要部分是電解質(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?；瘜W電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池等；有的不能充電復原，稱為原電池，如干電池、燃料 廢電解質(zhì) 互氧氣 _ti_ 冷&?? r~ifi—W 氫氧燃料電池示意圉 電解質(zhì)氧化劑電極 圖2-15 下面介紹化學電池的種類： 1

2、．干電池：普通鋅錳干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl、NHCl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO作去極化劑吸收正極放出的H， 2 422 防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑，淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。 電極反應為：負極Zn—2e=Zn2+ 正極2+2e=2NH+H 32 H+2MnO=MnO+HO 2223

3、2 正極產(chǎn)生的NH又和ZnCl作用：Zn2++4NH=[ZnNH]2+ 3 2334 干電池的總反應式：Zn+2NHCl+2MnO=ZnNHCl+MnO+HO 4 2322232 或2Zn+4NHCl+2MnO=[ZnNH]Cl+ZnCl+MnO+HO 423222232 正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。干電池的電壓15V—16V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復原，因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小性能好的堿性鋅—錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導電性能更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅

4、粉，反應面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。 2．鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，用含銻5%?8%的鉛銻合金鑄成格板，在正極格板上附著一層PbO2，負極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液密度為125—1228g/cm3中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應為： 負極：Pb+-2e-=PbSO； 4 正極：PbO+4H+++2e-=PbSO；+2HO 242 鉛蓄電池的電壓正常情況下保持20V,當電壓下降到185V時，即當放電進行到硫酸濃度降低，溶液

5、密度達118g/cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進行充電，其電極反應為： 陽極：PbSO+2HO-2e-=PbO+4H++ 422 陰極：PbSO+2e-=Pb+ 4 當密度增加至128g/cm3時，應停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺 點是比較笨重。 蓄電池放電和充電的總反應式：PbO+Pb+2HS0単第bSO；+2HO 224充電42 目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。 3．銀鋅蓄電池 銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電

6、視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH溶液。 常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開。 負極：Zn+20H-2e=ZnOH2 正極：Ag0+H0+2e=2Ag+20H 銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用放電一段時間后就要充電，充電過程表示如 下： 陽極：2Ag+2OH-2e=AgO+HO 陰極：ZnOH+2e=Zn+2OH

7、 2 總反應式：Zn+AgO+HO當電ZnOH+2Ag 22充電2 一粒鈕扣電池的電壓達159V,安裝在電子表里可使用兩年之久。 4．燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿如氫

8、氧化鈉或氫氧化鉀等把兩個電極隔開?；瘜W反應的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達70%以上。 當前廣泛應用于空間技術的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。 電極反應式為：負極H22H 2H+20H-2e=2H0 2 正極O+2H0+4e=40H 22 電池總反應式為：2H+0=2H0 222 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入K0H溶

9、液作電極，又在兩極上分別通甲烷燃料和氧氣氧化劑。電極反應式為： 負極：CH+100H-—8e=+7H0； 42 正極：4H0+20+8e=80H-O 22 電池總反應式為：CH+20+2K0H=KC0+3H0 42232 目前已研制成功的鋁—空氣燃料電池，它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。 5. 鋰電池：鋰電池是金屬鋰作負極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯S0CI在炭極上發(fā)生還原反應。電解液是由四氯鋁化鋰LiAlCl溶解于亞硫酰氯中組成。。它的 4總反應是鋰與亞硫酰氯發(fā)

10、生反應，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。 8Li+3S0Cl=6LiCl+LiS0+2S 2223 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在2163—3441K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池, 它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點，因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導彈等的動力資源。 微型電池：常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在567°C—711°C溫度范圍內(nèi)正常工作。 6.

11、 海水電池 1991年，我國首創(chuàng)以鋁一空氣一海水電池為能源的新型電池，用作海水標志燈已研制成功。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光，其能量比干電池高20—50倍。負極材料是鋁，正極材料可以用石墨。 電極反應式為：負極反應：Al—3e=Al3+, 正極反應：2H0+0+4e=40H-o 22 電池總反應式為：4Al+306H0=4Al0H 223 7. 溴—鋅蓄電池 國外新近研制的的基本構造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液作電解液。 電極反應式為：負極反應：Zn—2e=Zn2+ 正極反應：Br+2e

12、=2Br 2 電池總反應式為：Zn+Br=ZnBr 22 二、相關考題和練習 例1．（xx年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用LiCO和NaCO的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO的混合氣體 23232為陰極助燃氣，制得在650°C下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式： 陽極反應式：2CO+2CO2--4e-==4C0 32 陰極反應式：， 電池總反應式：。 解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應式為：2CO+O2==2CO2。用總反應式減去電池負極（即題目指的陽極

13、）反應式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應式：O2+2CO2+4e-==2C0j-。 例2．（xx年全國高考化學題）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是： （1/2）H+NiO（OH）Ni（OH） 22 根據(jù)此反應式判斷下列敘述中正確的是（） A. 電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時，鎳元素被氧化 C.電池充電時，氫元素被還原D.電池放電時，H2是負極 解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。根據(jù)氫鎳電池放電時的總反應式可知，電解質(zhì)溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性

14、溶液，因為在強酸性溶液中NiO（OH）和Ni（OH）2都會溶解。這樣可寫出負極反應式：H2+20H--2e-==2屯0,屯為負極，附近的pH應下降。放電時鎳元素由+3價變?yōu)?2價，被還原，充電時氫元素由+1價變?yōu)?價，被還原。故答案為C、D項例3.有人設計出利用CH和0的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反42 應類似于CH在0中燃燒，則下列說法正確的是（） 42 ① 每消耗1molCH可以向外電路提供8mole- 4 ② 負極上CH失去電子，電極反應式CH+100H-—8e-=C02-+7H0 4432 ③ 負極上是O2獲得電子，電極反應式為02+2H20+4e-

15、=40H- ④ 電池放電后，溶液PH不斷升高22 A.①②B.①③C.①④D.③④ ［點撥］：本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應用，首先要判斷出電池的正負極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應，若發(fā)生的是失電子反應 是原電池的負極，反之是正極。CH在鉑電極上發(fā)生類似于CH在0燃燒反應，即CH一 4424 C02嚴格講生成的C02還與KOH反應生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負極，電極反應式為CH-8e-+100H-=C02-+7H0,ImolCH參加反應有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，0在正極43242 上發(fā)生反應，獲得電子，電極反應式為02+2H20

16、+4e-=40H-。雖然正極產(chǎn)生0H-,負極消耗0H-,但從總反應CH+20+2K0H=KCO+3H0可看出是消耗KOH,所以電池放電時溶液的PH42232 值不斷下降，故①②正確，③④錯誤。 答案：A 例4．(xx年天津高考理綜題)下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示， 下列敘述不正確的是() mi A.a電極是負極B.b電極的電極反應為：40H--4e-==2^0+0?f C. 氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源 D. 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負極，其電極反應為：

17、2H2-4e-==4H+， b極為正極，其電極反應為：02+2H20+4e-==40H-，電池總反應式為：2屯+02==2叩。H2為還原劑，02為氧化劑，H2、02不需全部儲藏在電池內(nèi)。故答案為B項。 例5.(xx年江蘇高考化學題)堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為： Zn(s)+2Mn0(s)+H0(l)==Zn(0H)(s)+Mn0(s) 22223 下列說法錯誤的是() A.電池工作時，鋅失去電子 B. 電池正極的電極反應式為：2Mn0(s)+H0(l)+2e-==Mn0(s)+20H-(aq) 2

18、223 C. 電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D. 外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g 解析：該電池的電解液為KOH溶液,結合總反應式可寫出負極反應式:Zn(s)+20H-(aq)-2e-==Zn(0H)2(s)，用總反應式減去負極反應式，可得到正極反應式：2Mn02(s)+H20(l)+2e-==Mn203(s)+20H-(aq)。Zn為負極，失去電子，電子由負極通過外電路流向正極。ImolZn失去2mol電子，外電路中每通過0.2mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5g。故答案為C項 2019-2020年高中化學《化學電源》教案7新人教版選修4

19、學習目標：了解常見的化學電源的種類及其工作原理，知道它們在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應用。 學習重點、難點：常見化學電源的工作原理 學習過程： 【自學指導一】閱讀教材79-83頁，思考下列問題并把答案填寫在下面的知識總結中。問題：①目前化學電池主要分為哪幾個大類？在性能等方面它們各有什么特點？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？ ② 化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？ ③ 判斷電池的優(yōu)劣標準主要是什么？ 【知識總結】化學電池 1）概念: 2）分類: 3）優(yōu)點: 4）電池優(yōu)劣的判斷標準: 5）各類電池 一次電池 二次電池 燃料電池 普通鋅錳電池 堿性鋅錳電池 銀鋅電

20、池 鋰電池 鉛蓄電池 負極材料 正極材料 電解質(zhì)溶液 6）燃料電池 介質(zhì) 電池反應：2H2+O2=2H2O 222 酸性 負極 正極 中性 負極 正極 堿性 負極 正極 【練習】將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成 原電池，由于發(fā)生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應的實質(zhì) 判斷，通入甲烷的一極為，這一極的電極反應為；通入氧氣的一極為， 電極反應為一,總反應為。 【小結】書寫電極反應式應注意以下

21、幾點：1．電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；2．將兩極反應的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應； 3．負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關（如＋4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32—形式存在）； 【鞏固練習】 1、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），為了除去銀器表面Ag2s, 可采用如下方法：在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好．過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀

22、生成，請用電極反應式和離子方程式表示上述過程． 2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融 鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣，制得在65°C下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式： 2-- 負極反應式：2CO+2CO3=4CO2+4e 正極反應式： 總反應式：. 3?鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多 種鋰電池，某種鋰電池的總反應為Li+MnO2=LiMnO2,下列說法正確的是（） A、 Li是正極， 電極反應為Li－e-= Li+ B、 Li是

23、負極， 電極反應為Li－e-= Li+ C、 Li是負極， 電極反應為MnO2+e- =MnO2 D、 Li是負極， 電極反應為Li－2e-= Li2+ Li 4、1991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20到50倍。運用所學的化學知識，推測該新型電池兩極上可能發(fā)生的電極反應。 負極正極 5已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用這一反應，試設計一個原電池，畫出示意圖，標明 電極材料名稱，電解質(zhì)溶液，然后填空： 負極,電極反應