《创新课堂》第六章 3 第一节 第3课时 化学电池 讲义（教师版）化学必修二人教版

第3课时　化学电池
【学习目标】　1.知道一次电池、二次电池、燃料电池等化学电池的特点。
2.掌握构成化学电池的基本要素，了解常见化学电池的工作原理。
知识点一　一次电池　二次电池
INCLUDEPICTURE "教材自主预习LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材自主预习LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1.一次电池
(1)特点：电池放电后__________充电(内部的氧化还原反应__________逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如下图所示。
①锌筒为__________，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
②石墨棒为__________，最终被还原的物质是____________。
③NH4Cl糊的作用是________________。
2.二次电池(充电电池)
(1)特点：二次电池在放电时所进行的________________，在充电时可以____________，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。
(2)能量转化：化学能电能。
(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，构造如下图所示，工作时该电池总反应方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
(1)该电池的正、负极材料分别是什么？写出电极反应式。
(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向何极？电解质溶液中硫酸的浓度如何变化？
(3)当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加多少？
提示：(1)该电池的正极材料是PbO2，负极材料是Pb。负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4；正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
(2)PbO2(或正极)；减小。
(3)96 g。
[答案自填] 不能　无法　负极　正极
二氧化锰　作电解质溶液　氧化还原反应　逆向进行
INCLUDEPICTURE "多维迁移应用LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/多维迁移应用LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1.碱性锌锰干电池的价格低廉、便于携带，获得了广泛的应用，电池构造如下图所示。下列判断正确的是(　　)
A．碱性锌锰干电池是二次电池
B．Zn为负极，MnO2为正极
C．工作时电子由MnO2经外电路流向Zn
D．Zn电极发生还原反应，MnO2电极发生氧化反应
解析：选B。碱性锌锰干电池不可重复使用，是一次电池，故A错误；Zn失电子发生氧化反应，为负极，MnO2得电子发生还原反应，为正极，故B正确，D错误；工作时电子由Zn经外电路流向MnO2，故C错误。
2.镍氢电池是可充电电池，它的总反应是H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2，根据此反应判断，下列说法正确的是(　　)
A．电池放电过程中，电池负极周围溶液的碱性不断增强
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池放电时，氢元素被还原
D．电池放电时，通入H2的一极是负极
解析：选D。电池放电时，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，所以负极周围溶液中氢氧根离子浓度减小，溶液的碱性减弱，A错误；电池放电时，正极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===OH－＋Ni(OH)2，镍元素化合价降低，被还原，B错误；电池放电时，氢元素化合价升高，被氧化，C错误。
3.(2024·舟山高一调研)氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂离子电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF33MgF2＋2Bi。已知，MgF2为难溶盐，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2
B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极
C．放电时，化学能完全转化为电能
D．放电时，F－向正极移动
解析：选A。放电时，Mg为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2，A项正确；放电时，电子从镁电极流出，经导线流向正极，B项错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，但化学能不可能100%转化为电能，还有部分转化为热能等，C项错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故F－向负极移动，D项错误。
知识点二　燃料电池
INCLUDEPICTURE "教材自主预习LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材自主预习LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1.概念
一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
2.特点
(1)清洁、安全、高效等。
(2)能量转化率较高。
(3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间。
3.氢氧燃料电池
氢氧燃料电池通常有酸式(电解质溶液为稀硫酸)和碱式(电解质溶液为氢氧化钠溶液)两种。
氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应如下：
电解质溶液 负极 正极
酸性(H＋) _____________________________________________________________ __________________________________________________________
碱性(OH－) ______________________________________________ __________________________________________________________
[注意]　在书写电极反应式时应看清电解质溶液的酸碱性，酸性条件下不能出现OH－，碱性条件下不能出现H＋。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　写出导电介质为固体电解质(传导O2－或H＋)时的正、负极反应。
介质 电池反应：2H2＋O2===2H2O
负极 ________________________________________________________________
正极 ________________________________________________________________
负极 ________________________________________________________________
正极 ________________________________________________________________
提示：2H2－4e－＋2O2－===2H2O
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
INCLUDEPICTURE "思维建模LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/思维建模LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
[答案自填] 2H2－4e－===4H＋　O2＋4H＋＋4e－===2H2O　2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
INCLUDEPICTURE "自我诊断LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/自我诊断LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电(　　)
(2)燃料电池中，燃料在负极上发生氧化反应(　　)
(3)原电池中正极材料一定发生还原反应(　　)
(4)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
INCLUDEPICTURE "多维迁移应用LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/多维迁移应用LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．燃料电池主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应如下：
X极：O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－
Y极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)
下列说法正确的是(　　)
A．X极是负极　　　　　
B．Y极是正极
C．Y极上发生还原反应
D．Y极上发生氧化反应
解析：选D。由电极反应式可知，X极上发生得到电子的还原反应，是原电池的正极，Y极上发生失去电子的氧化反应，是原电池的负极。
2．某氢氧燃料电池的装置如下图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．通入氧气的一极发生氧化反应
B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的一极移动
C．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池工作过程中，每消耗22.4 L O2转移4 mol电子
解析：选C。该电池工作时化学能转化为电能，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，故A错误；阳离子向正极移动，即向通入氧气的一极移动，故B错误；通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；未指明气体所处的状况，无法计算O2的物质的量，故D错误。
3．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是(　　)
A．该电池在高温条件下效率更高
B．电子从b极流出，经外电路流向a极
C．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
D．若该电池外电路中有0.4 mol电子发生转移，则参与反应的O2的物质的量为0.2 mol　
答案：C
INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．关于日常生活中的化学电池，下列说法正确是(　　)
A．锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的电池
C．化学电池的反应原理是氧化还原反应
D．铅酸蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2
解析：选C。A项，锂离子电池为二次电池，锌锰干电池为一次电池，错误。B项，燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，错误。C项，化学电池是将化学能转化为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，正确。D项，铅酸蓄电池放电时，Pb被氧化，为原电池的负极；PbO2被还原，为原电池的正极，错误。
2．一种以稀硫酸为电解质溶液的钒(V)蓄电池装置如下图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时，下列说法正确的是(　　)
A．电能转化为化学能
B．a极为电池的正极
C．H＋由a极移向b极
D．b极的电极反应式：V3＋＋e－===V2＋
解析：选B。钒(V)蓄电池放电时，化学能转化为电能，充电时，电能转化为化学能，A错误；从放电时外电路中电子的移动方向可知，a极为电池的正极，b极为电池的负极，B正确；内电路中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，因此H＋从负极移向正极，即从b极移向a极，C错误；放电时，负极上发生氧化反应，失去电子，钒元素的化合价升高，b极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋，D错误。
3．(2024·西安高一调研)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O设计的电池装置如下图所示，该装置能有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染。下列说法错误的是(　　)
A．电极B为正极，发生还原反应
B．当有0.5 mol NO2参与反应时，外电路中转移3 mol电子
C．电池工作时，OH－从右向左移动
D．电极B的电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O===N2＋8OH－
解析：选B。根据电池总反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，NO2得电子发生还原反应，NH3失电子发生氧化反应，通入NH3的电极A为负极，通入NO2的电极B为正极，A项正确；根据电池总反应可知，当有6 mol NO2参与反应时，外电路中转移24 mol电子，因此当有0.5 mol NO2参与反应时，外电路中转移电子的物质的量为0.5 mol×＝2 mol，B项错误；原电池工作时，阴离子移向负极，故OH－从右向左移动，C项正确；电极B为正极，发生还原反应，电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O===N2＋8OH－，D项正确。
4．将两个铂电极放置在KOH溶液中，用导线相连，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。下列说法错误的是(　　)
A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应
B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱
C．该电池属于环境友好型电池
D．该电池中化学能100%转化为电能
解析：选D。A项，甲烷燃料电池中，燃料CH4在负极上发生氧化反应，O2在正极上发生还原反应，正确；B项，由正、负极电极反应可得电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，OH－参加反
应且有水生成，所以溶液中OH－浓度减小，溶液的碱性减弱，正确；C项，该电池放电过程中不产生对环境有污染的物质，属于环境友好型电池，正确；D项，该电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。
5．(1)银锌电池是一种常见的化学电源，反应原理为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，工作原理如右图所示。
①在装置中Ag2O电极为________(填“正”或“负”)极，发生________(填“还原反应”或“氧化反应”)，电极反应式为
___________________________________________________________。
②在装置中Zn电极为________(填“正”或“负”)极，发生________(填“还原反应”或“氧化反应”)，电极反应式为
_________________________________________________________________。
(2)将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CO和O2，此时发生了原电池反应，该原电池中的负极反应式为
___________________________________________________________
___________________________________________________________；
正极反应式为_______________________________________________
___________________________________________________________。
解析：(2)该原电池中O2得电子，故O2在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；CO在负极发生氧化反应，负极反应式为2CO－4e－＋8OH－===2CO＋4H2O。
答案：(1)①正　还原反应　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－　②负　氧化反应　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　(2)2CO－4e－＋8OH－===2CO＋4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－