2012高二化学优化巩固课件：第四章 第二节 化学电源（新人教版选修4）

(共43张PPT)
一、化学电池的分类
二、常见化学电源
1．碱性锌锰干电池——一次电池
负极反应： .
正极反应： .
总反应式： .
优点：电解质改为KOH溶液，对电器的腐蚀大大减小，且提高了性能，延长了寿命．
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
2．锌银电池——一次电池
负极反应： .
正极反应： .
总反应式：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag.
优点： ．
缺点： ．
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
体积和质量很小，使用寿命较长
不能充电，价格高
3．铅蓄电池——二次电池
负极反应： .
正极反应： .
总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O.
优点： ．
缺点： ．
电压稳定，电容量大，可充电
笨重，不防漏
4．氢氧燃料电池(酸性介质)
负极反应： .
正极反应： .
总反应式： .
优点：燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程(能量转换化仅30%多)，有利于节约能源．
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2＋O2===2H2O
上述列举的化学电源与Cu－Zn(H2SO4)原电池的原理是否相同？
提示：原理相同，都是设置特定装置，将自发进行的氧化还原反应中转移的电子，通过外电路从负极流向正极，从而产生电流.
1．任何电池，电量耗完后都可以充电使它恢复能量(　　)
提示：错误．只有二次电池(可逆电池)才可以充电，不可逆电池则不能充电．
2．燃料电池的负极反应一定是H2失去电子生成H＋ (　　)
提示：错误．燃料电池中的燃料不一定是H2，也可以是其他物质，如CH4、CH3OH、CH3CH2OH等．
3．燃料电池的电解质溶液必须是酸性介质 (　　)
提示：错误．可以是酸性介质，也可以是碱性介质．
4．铅蓄电池放电时，H2SO4浓度变小，充电时，H2SO4
浓度变大 (　　)
提示：正确．根据电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O可作出判断．
一、电极的判断及电极反应式的书写
1．化学电源的分析
任何化学电源的工作原理都等同于一般原电池原理，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，关键是能从给定的总反应式中找出氧化过程和还原过程，对可充电电池看清放电过程(原电池反应)和充电过程．
2．由电池总反应式判断电池正负极
方法是分析总反应中的电子得失．失去电子的物质为负极，发生氧化反应，化合价升高；得到电子的物质为正极，发生还原反应，化合价降低．原电池工作时电子由负极流向正极，电流由正极流向负极，另外要特别注意电路中转移电子的物质的量与参加反应各物质的物质的量成比例关系．
3．电极反应式的书写
书写原电池电极反应式的基本思路：
(1)负极：还原剂－ne－===氧化产物；
(2)正极：氧化剂＋ne－===还原产物．
还应注意：
①电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则(如“拆”、“平”)．
[特别关注]
分析可充电电池时应紧紧抓住放电方向和反应(原电池反应)，利用原电池原理，找出氧化剂(正极反应物)和还原剂(负极反应物)，结合所处介质环境来判断电极反应式的正误，以及两极附近电解质的变化．
二、常见的燃料电池
电池 负极反应 正极反应 总反应式
氢氧燃料电池(H2 |H＋|O2) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
氢氧燃料电池(H2|Na2SO4| O2) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
[特别关注]
不论哪种燃料电池，电极均不参加反应，还原性物质在负极反应被氧化，O2在正极反应被还原．
考查点一　一次电池的工作原理
[例1]　电子表所用电源常为微型锌银电池，电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，判断下列叙述正确的是 (　　)
①Zn为正极，Ag2O为负极
②放电时，电池负极附近溶液的pH变大
③放电时，溶液中阴离子向Zn极方向移动
④放电时，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极
A．①②　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
[答案]　C
[解析]　从电极反应分析可以知道，Zn失电子，发生氧化反应，为负极，Ag2O得电子，发生还原反应，为正极；从负极反应式可以看出，反应中消耗了OH－，所以电池负极附近溶液的pH变小．放电时，溶液中的阴离子应向负极移动，故③正确，电子流向是由负极经导线流向正极，故④正确．
[关键一点]
对于原电池，若电极反应消耗H＋(或OH－)，则该电极附近溶液的pH增大(或减小)；若电极反应生成H＋(或OH－)，则该电极附近溶液的pH减小(增大)．
1．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到
广泛应用．锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误
的是 (　　)
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－
===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g
解析：该电池中Zn为负极失去电子，该反应中转移2e－，通过计算每转移0.2 mol电子，Zn反应6.5 g，电子由负极通过外电路流向正极，C错误．
答案： C
考查点二　二次电池的工作原理
[例2]　 (2009·浙江高考)市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为“锂离子电池”．它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料．这里锂离子电池的电池反应式为：Li＋2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2
下列说法不正确的是 (　　)
A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋
B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C．该电池不能用水溶液作为电解质
D．放电过程中Li＋向负极移动
.
[解析]　 A项，放电时Li为负极，发生氧化反应；B项，充电时Li0.85NiO2既是氧化剂，又是还原剂；C项，用水作电解质，Li要与水反应；D项，放电时，正极得电子而吸引阳离子Li＋.
[答案]　 D
2．化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用．
目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可以表示为：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是 (　　)
①以上反应是可逆反应　②以上反应不是可逆反应　③Cd为电池的正极　④放电时化学能转化为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
答案： B
解析：电池总反应“正”和“逆”在不同的条件下进行，不是可逆反应；电池放电时为原电池，能量转化方式为化学能转化为电能，Cd在放电时失去电子，为电池负极．
考查点三　燃料电池的工作原理
[例3]　 (2010·安徽高考)某固体酸
燃料电池以CsHSO4固体为电解质
传递H＋，其基本结构如图，电池
总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是 (　　)
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
[答案]　 D
[解析]　本题考查原电池知识，意在考查考生的分析能力．该原电池的化学原理是H2被氧化，在负极(a极)发生反应：H2－2e－===2H＋，H＋由a极转移到b极，D项正确；O2发生还原反应，在正极(b极)发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则电子从a极流向b极，A、B两项不正确；C项因未指明气体所处的温度和压强，不正确．
[关键一点]
写电极反应方程式时要特别注意两点：一是电解质溶液的酸碱性，注意生成物能否与电解质溶液反应；二是在燃料电池中往往有传导物质，在一极生成，在另一极消耗．
3．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研
制开发的．它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过．该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应．
答案： D
解析：据该电池的工作原理图可知，被氧化的是H2：H2－2e－＋O2－===4H2O；b极为原电池的负极，被还原的是O2：O2＋4e－===2O2－，a极为原电池的正极．总反应的方程式为：2H2＋O2===2H2O，反应条件是高温．
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