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4.2《化学电源》同步学案（人教版化学选修4）

※基本信息※
- 资料类型：教(学)案
- 教材版本：人教版
- 适用学校：不限
- 所需点数：1点
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※资料简介※
第二节　化学电源
重难点一常见的一次电池
1．干电池——普通锌锰电池
干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末(黑色)——用于吸收在正极上生成的氢气(以防止产生极化现象)；B：用饱和氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。电极反应式为：
负极(锌筒)：Zn－2e－===Zn2＋
正极(石墨)：2NH＋4＋2e－===2NH3＋H2↑
H2＋2MnO2===Mn2O3＋H2O
总反应式为Zn＋2NH＋4＋2MnO2===Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O。
2．碱性锌锰电池
碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池的升级换代产品之一。
3．锌银纽扣电池
一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣(俗称纽扣电池)。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极壳一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。
这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电池连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
4．锂电池
锂电池是负极为Li的电池(正极可以是MnO2、CuO、FeS2等)，锂电池是一种微型电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。
电极反应式如下：负极：8Li－8e－=== 8Li＋；正极：3SOCl2＋8e－===SO2－3＋2S↓＋6Cl－；电池总反应式为：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S↓。
锂电池是一种高能电池，它具有比能量高、电压高、工作温度宽和可储存时间长等优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，以及作为火箭、导弹等的动力电源。
重难点二常见的二次电池
1．普通铅蓄电池
铅蓄电池可以放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳(防止酸液的泄漏)；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正、负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开(以防止电极之间发生短路)；两极均浸入到稀硫酸溶液中。
2．碱性蓄电池
这类电池的寿命一般比铅蓄电池长很多，且携带很方便。
Ni－Cd电池：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。
Ni－Fe电池：Fe＋2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Fe(OH)2。
重难点三燃料电池
1．燃料电池与一般化学电池的区别
(1)一般化学电池的活性物质储存在电池内部，从而限制了电池的容量。
(2) 燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，电池可以连续不断地提供电能。
2．氢氧燃料电池
这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液一般为40% KOH溶液。电极反应式如下：负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4 e－===2H2O，总反应式：2H2＋O2===2H2O。
除了氢氧燃料电池外，甲烷、煤气等燃料，空气、氯气等氧化剂也可以作为燃料电池的原料。电解质可以呈酸性，也可以呈碱性。
3．燃料电池的优点
(1)能量转化率高。燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程(能量转换率仅30%多)。
(2)污染小。如氢氧燃料电池产物为水，不污染环境。燃料电池发电站排放废弃物少，运行时噪音低，被称为“绿色”发电站。
重难点四书写化学电源的电极反应式应遵循的原则
原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。
弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的用离子符号表示。
正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
重难点五常见电极反应式的书写类型
1．根据装置书写电极反应式
首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。
2．给出总反应式，写电极反应式
各类电极反应式的一般书写步骤为：①列出物质，标电子的得失。②选离子，配电荷。③配个数，巧用水。④两式加，验总式。
如以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤：
负极反应式的书写：
(1)根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2，转移电子数为4e－：2H2－4e－===4H＋。
(2)根据电解质溶液的酸碱性，用H＋或OH－或其他离子配平，使两边电荷总数相等。2H2＋4OH－－4e－===4H2O。
注意　电子带负电荷；在碱性溶液中，电极反应式不宜出现H＋。
(3)利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H2－4e－＋4OH－===4H2O。
同理，正极反应式的书写如下：
①O2＋4e－===2O2－。
②O2＋2H2O＋4e－===4OH－，注意：在碱性溶液中提供H＋使O2－变为OH－的是水，要写成化学式的形式。
将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。
3．可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。
4．给出电极反应式书写总反应方程式
根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO2－4，要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。
例1 　高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时负极反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－4＋4H2O
C．放电时每转移3 mol 电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
答案　C
解析　该电池放电时负极发生氧化反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极发生还原反应：FeO2－4＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，电极附近溶液碱性增强，D正确，C不正确；充电时阳极发生氧化反应：Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－4＋4H2O，B正确。

1．电池中正、负极的判断，抓住还原剂失去电子，化合价一定升高，发生负极反应；氧化剂得到电子，化合价一定降低，发生正极反应。
2．电池中转移电子数目一般只看氧化或还原一方即可，放电两极溶液酸碱性的变化关键看该极是否消耗了H＋(OH－)或生成了H＋(OH－)。
例2 　电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2－4 2PbSO4＋2H2O

则下列说法正确的是(　　)
A．放电时：负极板上发生了还原反应
B．放电时：正极反应是Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4
C．充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连
D．充电时：阳极反应是PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO2－4＋4H＋
答案　D
解析　铅蓄电池在放电时，负极为Pb，失去电子发生氧化反应，正极为PbO2，得到电子发生还原反应，故A、B错误；铅蓄电池在充电时，是电解池的装置，与充电器电源正极相连的叫阳极，即它放电时的正极，阳极失去电子转移到充电器电源的正极，故C错误，D正确。故正确答案为D。

1．铅蓄电池放电时是原电池，充电时是电解池，二者的能量转化相反，但不是可逆反应。
2．书写电极反应式时必须识别是“充电”还是“放电”。铅蓄电池中正极负极的产物均为PbSO4，因此充电时发生反应的均是PbSO4，只是阳极氧化为PbO2，阴极还原为Pb。
例3 　(1)今有2H2＋O2=====KOH2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式为_______ ______________、
________________________________________________________________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为_____________________、________________________________________________________________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？
________________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：______________________、______________________。
答案　(1)H2　O2　负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O　正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋　正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
解析　根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋
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