1、人教版高中化学选修四 42 化学电源 学案第四章 电化学基础第二节 化学电源学习目标1了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。(重难点) 一一 次 电 池、二 次 电 池基础知识梳理（一）一次电池1碱性锌锰电池(1)构造：(2)组成：正极：；负极：；电解质：。(3)工作原理：负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH；总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。2银锌电池(1)构
2、造：(2)组成：负极：；正极：；电解质：。(3)工作原理：负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；（二）二次电池(以铅蓄电池为例)1构造2组成负极：；正极：；电解质：。3工作原理(1)放电过程：负极：Pb(s)SO (aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)；正极：PbO2(s)4H(aq)SO (aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)(2)充电过程：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO (aq)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)
3、4H(aq)SO (aq)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。(3)铅蓄电池的充、放电过程：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O互动探究思考探究H2是一种优质燃料，热值高。一种充电电池的原料为H2，其电池反应为H22NiO(OH) 2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为卫星的电源。问题思考：(1)该电池属于一次电池还是二次电池？(2)该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？(3)放电时的电极反应式如何书写？(4)充电时的电极反应式如何书写？(5)电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？归纳总结1二次电池在充电时，正、负电极
4、上发生的反应正好与放电时阴、阳电极上发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。2充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。即时训练题组1一次电池的工作原理1人造卫星用到的一种高能电池银锌电池，其电极反应式为：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根据反应式判断氧化银是()A负极被氧化 B正极被还原C负极被还原 D正极被氧化2在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。下列关于该电池的电极反应，正确的是()A负极反应为Zn2e
5、=Zn2B负极反应为Zn2H2O2e=Zn(OH)22HC正极反应为2MnO22H2e=2MnOOHD正极反应为2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH题组2二次电池的工作原理3一种充电电池放电时的电极反应为H22OH2e=2H2O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH。当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()AH2O的还原 BNiO(OH)的还原CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化4关于铅蓄电池的说法中正确的是()A在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)SO (aq)=PbSO4(s)2eB在放电时，该电池的负极材料是铅板C在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D在充电时
6、，阳极发生的反应是：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO (aq)二燃 料 电 池基础知识梳理氢氧燃料电池1构造2电池总反应：2H2O2=2H2O。3氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO22H2O4e=4OH碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH互动探究思考探究设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气以壬烷(C9H20)代表汽油，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。
7、问题思考：(1)该电池放电时发生的化学方程式如何书写？(2)该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？(3)固体电解质里的O2的移动方向是怎样的？(4)向外电路释放电子的电极为哪一极？(5)若用KOH溶液代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？归纳总结电极反应式的书写1根据装置图书写电极反应式(1)确定原电池的正负极及放电的物质。首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。负极反应：规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H(或其他氧化产物)，注意：生成的物质是否与电解质溶液发生反应。 正极反应
8、：规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子生成O2。(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。2根据电池总反应式，写电极反应式第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质。第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH；4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO形式存在。第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。即时训练1微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关
9、微生物电池的说法错误的是()A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O2某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，H从b极区向a极区迁移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原Da电极的反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O3利用反应6NO28NH3=7N212H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图
10、所示，下列说法不正确的是() A电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜C电极A极反应式为2NH36e=N26HD当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol4一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是2C4H1013O28CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e=2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H1026e13O2=4
11、CO25H2O5H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)O2(g)=S2(s)2H2O(l)H632 kJmol1。如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是()A电极a为电池的正极B电极b上发生的电极反应为O22H2O4e=4OHC电路中每通过4 mol电子，电池内部释放632 kJ热能D每17 g H2S参与反应，有1 mol H经质子膜进入正极区参考答案一 基础知识梳理（一）1(2)MnO2ZnKOH2(2)ZnAg2OKOH（二）2PbPbO2H2SO4溶液互动探究(1)二次电池。(2)由H2OH知呈碱性。(3)负极：H22OH2e=2H2O
12、 正极：2NiO(OH)2H2O2e=2Ni(OH)22OH(4)阴极：2H2O2e=H22OH阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiO(OH)2H2O(5)负极或阴极。即时训练1 【解析】一次电池中负极发生氧化反应(失电子)，正极发生还原反应(得电子)，由Ag2OAg可知Ag2O得电子发生还原反应。【答案】B2 【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2应该与OH结合为Zn(OH)2。【答案】D3 【解析】放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳
13、极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。【答案】D4【解析】A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。【答案】B二互动探究(1)该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应C9H2014O2=9CO210H2O。(2)该电池的正极是氧气，得电子，电极反应式是O24e=2O2，负极失去电子发生氧化反应。(3)原电池中阴离子O2向负极移动。(4)负极。原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。(5) C9H2074OH56e=9CO47H2O。即时训练1【解析】图示所给
14、出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O24e4H=2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O624e6H2O=6CO224H，负极上有CO2产生，故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。D.正极的电极反应式为6O224e24H=12H2O，负极的电极反应式为C6H12O624e6H2O=6CO224H，两式相加得电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O，故D正确。【
15、答案】A2【解析】结合装置图此为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H为阳离子，向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2OO2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是2,3CO2C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D项错误。【答案】B3【解析】A由反应6NO28NH3=7N212H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极经
16、导线流向负极，A正确；B.原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，B正确；C.电解质溶液呈碱性，则负极电极方程式为2NH36e6OH=N26H2O，C错误；D.当有4.48 L NO2(标准状况)即0.2 mol被处理时，转移电子为0.2 mol(40)0.8 mol，D正确。【答案】C4【解析】由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系，O2不可能移向正极，A错；燃料电池不是在点燃的条件下发生的，B错误；丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D错误；O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C正确。【答案】C5 【解析】该电池属于燃料电池，通入燃料的为负极，通入空气或氧气的为正极，故电极a为电池的负极，故A错误；根据图示，电极b上发生的电极反应为O24H4e=2H2O，故B错误；根据方程式，电路中每流过4 mol电子，有2 mol H2S发生反应，电池内部释放632 kJ的总能量，部分以电能的形式放出，部分以其他形式的能量放出，故C错误；17 g H2S的物质的量是0.5 mol，17 g H2S参与反应转移电子1 mol，所以有1 mol H 经质子进入正极区。【答案】D
