扬州化学精品课程——《化学反应原理》专题一 化学反应与能量变化
专题一第二单元化学能与电能的转化
化学电源
【学习目标】
1．使学生了解常见电池的分类、优点及适用范围。
2．使学生了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。
【学习重难点】
1．一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理。
2．化学电池的反应原理。
【课前预习】
1．目前化学电池主要分哪几大类？
2．化学电池：一次电池 、二次电池 、燃料电池。
【思考与交流】
一、一次电池
1、锌银电池（钮扣电池）
（1）正负极材料
正极： 负极： 电解质：
（2）工作原理
总反应：Zn+Ag2O =ZnO+2Ag
负极：
正极：
2、碱性锌锰电池
（1）正负极材料
正极：MnO2 负极：Zn 电解质：KOH溶液
（2）工作原理
总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O ==2MnOOH＋Zn(OH)2
负极：
正极：
二、二次电池：
1、铅蓄电池
（1）正负极材料
正极： 负极： 电解质：
（2）工作原理
铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程
①放电过程
放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) ==2PbSO4(s)+2H2O(l)
负极： （氧化反应）
正极： （还原反应
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
②充电过程
充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l) ==Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
阴极：(接电源负极) （还原反应）
阳极：（接电源正极） （氧化反应）
铅蓄电池的充放电过程：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
2、其它二次电池
镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……
三、燃料电池
燃料电池包括：氢氧燃料电池，烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……
1、酸性氢氧燃料电池
（1）正负极材料
正极室：通氧气（氧化剂） 负极室：通氢气（燃料）
电解质：H2SO4溶液 使用铂电极
（2）工作原理
总反应：2H2 + O2==2H2O
负极：
正极：
2、甲烷燃料电池
甲烷燃料电池是?用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。其电池反应式为：
CH4?+?2O2?+2KOH==K2CO3+?3H2O，则其电极反应分别为：
负极：
正极：
3、其它燃料电池
【总结与反思】
书写电极反应注意的问题
（1）电极反应是一种离子反应，遵循书写离子方程式的规则；两电极反应式中得失电子数目一般相等。
（2）负极失电子所得氧化产物、正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在碱性溶液中以CO32-形式存在）。
（3）溶液中不存在O2-,在酸性溶液中它H＋与结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与H2O结合成OH—。
（4）两极反应相加得到总反应。
（5）对于可逆电池反应，要弄清楚充电和放电的方向，放电过程体现原电池原理，充电过程体现电解池原理。
【达标检测】
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．电池放电时电池内部K+向负极移动
C．放电时每转移3mol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
扬州化学精品课程——《化学反应原理》专题一 化学反应与能量变化
专题一第二单元化学能与电能的转化
化学电源
1．氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 （ ）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原
D．电池放电时，H2是负极
2．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：
在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 （ ）
A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
3．燃料电池是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能的一种新型电池。氢氧燃料电池的基本反应是：X极：O2+2H2O+4e－=2OH－；Y极：2H2+2OH－－4e－=2H2O
下列判断正确的是 （ ）
A．X是正极，发生还原反应 B．Y是负极，发生还原反应
C．该电池的导电液可能是稀硫酸 D．该电池的导电液可能是KOH
4．NaBH4/H2O2燃料电池的结构如下图，有关该电池的说法正确的是 ( )
A．电极B材料中包含MnO2层，MnO2可起催化作用
B．电池负极区的电极反应为：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA
5．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是（ ）
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O-24e－6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标况下
CO2气体22.4/6L
6．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流，此装置称为甲烷燃料电池。下列叙述中正确的是 ( )
①通入CH4的电极为正极；②正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－；
③通入CH4的电极反应式为：CH4+2O2+4e－=CO2+2H2O；
④负极的电极反应式为：CH4+10OH－－8e－=CO32－+7 H2O；
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。
A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③
7．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中 （ ）
①铝合金是阳极 ②铝合金是负极 ③海水是电解液 ④铝合金电极发生还原反应
A．②③ B．②④ C．①② D．①④
8．⑴今有2H2+O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通入的应是___________，
正极通入的应是________________，电极反应式为：
________________________________、________________________________。
⑵如把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为______________________、_________________________。
⑴和⑵的电池液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_____________。
⑶如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为________________、________________ 。
9．熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到极大重视，可用Li2CO3和Na2CO3
的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的反应式：负极反应式：2CO+2CO32－ =4CO2+4e－，正极反应式： 。总电池反应式： 。
10．据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱
做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月才充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32—。
⑴该电池反应的总离子方程式为________________________________________；
⑵甲醇在__________极发生反应（填“正”或“负”），电池在放电过程中溶液的pH
将________（填“下降”“上升”或“不变”）；若有16g甲醇蒸气被完全氧化产生的电能，并利用该过程中释放的电能电解足量的CuSO4溶液，（假设在整个过程中能量总利用率为80％），则将产生标准状况下的O2_______________升；
⑶最近，又有科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极
通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3（Y：钇）的ZrO2（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O2—离子（其中氧化反应发生完全）。以丁烷（C4H10）代表汽油。
①电池的正极反应式为_________________________________；
②放电时固体电解质里的O2—离子的移动方向是向__________极移动（填“正”或
“负”）。
课件20张PPT。专题1 化学反应与能量变化化学电源第二单元 化学能与电能的转化用于“神十”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池化学电池一次电池二次电池燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池锂离子电池银锌蓄电池普通锌锰干电池锌银纽扣电池一、化学电池的分类镍镉电池镍氢电池锌锰干电池Zn+2NH4Cl+2MnO2 = Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH 锌锰碱性电池是一种新型的干电池。工作电动势稳定.正极材料为MnO2 ,还原产物为Mn2O3 ,电解质是KOH溶液.问题探究一负极：
正极：
总：Zn + 2MnO2 + H2O = Zn(OH)2 + Mn2O32MnO2 + H2O + 2e- = Mn2O3 + 2OH－Zn + 2OH－－2e- = Zn(OH)2纽扣电池负极：Zn+ 2OH- -2e- =Zn(OH)2正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应:Ag2O+ Zn+H2O =Zn(OH)2+ 2Ag正极区PH值： 负极区PH值：上升降低钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为Zn(OH)2纽扣电池钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为Zn(OH)2铅蓄电池电池反应：
PbO2 + Pb +2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2OPbO2 + 4H++ SO42- + 2e- =PbSO4 + 2H2OPb + SO42- - 2e- = PbSO4燃料电池2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体燃料电池2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 我国有丰富的天然气（主要成分为CH4)资源, 如果你是科学工作者，请你利用天然气资源设计原电池。请写出该电池的总反应式 CH4+2O2+2OH－=CO3 2－+3H2O电极反应式为
正极
负极 2O2+4H2O+8e－ =8OH－CH4+10OH－－8e－ =CO32－ +7H2O问题探究二1、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式：
CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液PH不断升高 A.①② B.①③
C.①④ D.③④课堂练习2、科研人员新近开发出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，可供手机连续使用一个月才充一次电，据此请回答以下问题： 甲醇是 极，电极反应为
。负2CH4O+16OH－ －12e－=2CO32－+12H2O课堂练习 已知人体血液的pH值在7.35～7.45之间。将心脏起博器，植入如图红色区域静脉血管内，请写出电极反应式并分析其工作原理。Zn-负极，Pt-正极；人体体液作电解质，溶解氧做氧化剂。负极反应：2Zn-4e+4OH-=2Zn(OH)2
正极反应：O2+4e+2H2O=4OH-电池反应：2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2镍镉电池有关该电池的说法正确的是
A．充电时阳极反应：
Ni(OH)2 －e— + OH- = NiOOH + H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为： 电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li＋向负极移动.
C.充电过程中，电池正极材料的质量减少
D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-=LiFePO4课堂练习天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。电池反应为
LiCoO2 + C6 CoO2 + LiC6 ，下列说法正确的是
A．充电时，电池的负极反应为 LiC6－e－=Li +C6
B．放电时，电池的正极反应为 CoO2+Li＋+ e－= LiCoO2 ，
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低课堂练习谢谢！
