2020-2021学年人教版新教材选择性必修一 第四章第一节 原电池(第2课时) 学案

ï 第一节 原电池第 2 课时化学电源学习目标1．了解常见化学电源的工作原理 2．了解新型化学电源的工作原理核心素养1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推 理与模型认知的能力2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池 对环境的危害，形成科学态度与社会责任意 识新课情境呈现现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用 的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多你知道化学电池是怎样分类的 吗？电源是能够实际应用的原电池作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电 池等一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染可充电电池也 称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向课前素能奠基新知预习一、化学电池化学电池是将__化学__能变成__电__能的装置1．化学电池的分类：ì__一次__电池(普通锌锰电池、碱性锌锰电池)化学ïí__二次__电池(铅蓄电池)电池î 燃料电池(氢氧燃料电池)2．判断电池优劣的主要标准：2 2 － －－ －2 2 － 2 2－ 2 2－ － 2 2 2 2 2 2 2 2 44 2 3．化学电池回收利用：废旧电池中含__重金属__和酸碱等有害物质，应回收利用，既减 少污染，又节约资源。

二、一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池一次电池不能充电，不能反 复使用碱性锌锰电池与银锌电池比较特点种类碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极：__Zn__ 正极：__MnO __ 电解质：KOH负极：__Zn__ 正极：__Ag O__ 电解质：KOH工作原理负极反应正极反应总反应__Zn＋2OH －2e ===Zn(OH) __2MnO ＋2H O＋2e===2MnOOH＋2OHZn＋2MnO ＋2H O===2MnOOH＋Zn(OH)__Zn＋2OH －2e ===Zn(OH) ____Ag O＋H O＋2e ===2Ag＋ 2OH __Ag O＋Zn＋H O===Zn(OH)＋2Ag性能与适用范围三、二次电池(铅蓄电池) 1．构造：比能量和可储存时间比普通 锌锰电池均有提高，适用于大 电流和连续放电比能量大，电压稳定，储存时 间长，适宜小电流连续放电2．工作原理：铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为 Pb(s) ＋PbO (s)＋ 2H SO (aq) 2H O(l)2PbSO (s) ＋2 2 － ＋2 － －2 2 － ＋－ －2 2 2 22 22 3．铅蓄电池的优缺点：(1)优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；生产生活中使用广泛。

(2)缺点：比能量低，废弃电池污染环境四、燃料电池1．定义：把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器” 2．氢氧燃料电池的结构：3．氢氧燃料电池的工作原理负极：__H __失电子；正极：__O __得电子；电解质溶液：__氢氧化钾或稀硫酸__种类负极反应式酸性2H －4e ===4H碱性__2H ＋4OH －4e ===4H O__正极反应式电池总反应式__O ＋4e ＋4H ===2H O__ O ＋2H O＋4e ===4OH2H ＋O ===2H O4．优点：(1)能量转化率高2)污染__小__预习自测1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池 × ) (2)二次电池充电时，化学能转化为电能 × )2 2 2 44 24 2 4 4 4 4 2 2 4 4 22 4 (3)二次电池充电时发生的反应不能自发进行 √ )(4)某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极 √)(5)燃料电池工作时需要点燃条件才可发生 ×)(6)燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质 √ )(7)太阳能电池不属于原电池。

√ )2 ．铅蓄电池的两极分别为 Pb 、PbO ，电解液为硫酸，工作时的反应为 2H SO ===2PbSO ＋2H O，下面结论正确的是( D )Pb ＋PbO ＋A．Pb 为正极，被氧化 C．SO2－只向 PbO 处移动B．负极的质量逐渐减轻 D．电解液密度不断减小解析：A 项，由总反应式可知 Pb 化合价升高，被氧化，应为原电池负极，错误；B 项， 负极电极反应 Pb＋SO2－ －2e－===PbSO 可知，生成硫酸铅，质量增大，错误；C 项，无论 Pb还是 PbO2最终都生成了 PbSO ，所以 SO2－ 既向 Pb 也向 PbO 处移动，错误；D 项，正极电极反应式为 PbO＋SO2－ ＋2e－＋4H＋===PbSO ＋2H O，生成水，密度减小，正确3．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源电池中负极与电解质溶液接触直 接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象下列关于原电池和干电池的说法不正 确的是( B )A．两者正极材料不同B．MnO 的放电产物可能是 KMnOC．两者负极反应式均为 Zn 失电子D．原电池中 Zn 与稀硫酸存在自行消耗的现象解析：锌—铜 —硫酸原电池的正极材料是金属铜，锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，两者正极材料不同，故 A 正确；锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，发生得电子的还原反应，元素的化合价应该降低，故 B 错误；锌—铜—硫酸原电池负极材料是金属锌，锌锰碱性干电池的负极材料是金属锌，两者负极上都是发生金属锌失电子的氧化反应，故 C 正确；锌—铜—硫酸可以构成原电池装置，金属锌和硫酸之间发生反应，化学能 转化为电能，Zn 与稀硫酸存在自行消耗的现象，故 D 正确。

4 ．电动汽车在改善城市交通、保护环境等方面的作用至关重要下列说法不正确的是 ( B )A．电动汽车的使用有助于减少氮氧化物的排放－ 4 － －4 4 4 － －ì 颠 倒过来ï î 颠 倒过来B．燃油汽车也可以悬挂该标志C．电动汽车使用时涉及化学能与电能的转换D．电动汽车充电、放电过程均有电子转移解析：推广使用电动汽车，能减少汽车尾气氮氧化物的排放，有利于保护环境，A 项正确；此标志为电动汽车专用标志，B 项错误；电动汽车充电过程中电能转为化学能，使用时化学能转化为电能，C 项正确；电动汽车充、放电过程，均属于氧化还原反应，存在电子转移，D 项 正确课堂素能探究知识点化学电源电极判断与电极反应式书写问题探究：1．充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应？2．铅蓄电池工作时，当电路中转移 0.1 mol 电子时，负极增重 4.8 g √ )3．铅蓄电池工作时 SO2向哪个电极移动？探究提示：1．提示：否，充电时和放电时反应条件不同2．提示：根据负极反应 Pb－2e ＋SO2===PbSO ，当电路中转移 0.1 mol 电子时，负极增重为 0.05 mol SO2的质量，即 96 g· mol 1×0.05 mol＝4.8 g。

3．提示：向正极、负极都移动知识归纳总结：1．二次电池充电时的电极连接：(1)充电时的连接方法——正正负负，即：(2)充电电池电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极，即： ï放电时的负极反应式 ――→ 充电时的阴极反应式í放电时的正极反应式 ――→ 充电时的阳极反应式2．化学电源中电极反应式的书写：2 － －4 4 2 2 － －2 2＋ －2 2 2 2 2 2 2 2 32 ＋ －2 2 2 3＋ 2 2 方法一：根据装置书写电极反应式①先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质②书写电极反应式：负极 —活泼金属或 H 失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式如铅蓄电池，负极：Pb＋SO2 －2e ===PbSO正极 —阳离子得到电子生成单质(或低价离子)，或 O 得到电子，若是 O 发生电极反应，则写法有以下两种情况：a．电解质是碱性或中性：O ＋2H O＋4e ===4OHb．电解质是酸性：O ＋4H ＋4e ===2H O③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式方法二：根据电池总反应式，写电极反应式。

①标价态，定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极②列物质→判断电极的反应物、产物③标得失→分析化合价的升降，找出得失电子数④看环境，配守恒→配平电荷、配平原子方法三：充电电池电极反应式的书写方法①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质 ②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式 ④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反典例 1 我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO 电池放电时该电池 “吸入”CO ，充电时“呼出”CO 吸入”CO 时，其工作原理如图所示吸收的全部 CO 中，有 2/3 转化为 Na CO 固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面下列说法正确的是 ( A )A．“吸入”CO 时，钠箔为负极B．“吸入”CO 时的正极反应：4Na ＋3CO －4e ===2Na CO ＋C C．“呼出”CO 时，Na 向多壁碳纳米管电极移动D．每“呼出”22.4 L CO ，转移电子数为 0.752 2 2 32 2 2 32 3 2 2 32 2 2 － － －2 － －2 2 3 22 2 2 3 2解析：A 项，活泼金属钠是负极，正确；B 项，“吸入”CO 时是原电池装置，正极发生还原反应，电极反应式为 4Na＋＋3CO ＋4e－===2Na CO ＋C，错误；C 项，“呼出”CO 时，是电解池，电解池中，阳离子向阴极移动，Na＋向钠箔电极移动，错误；D 项，标准状况下，22.4 L CO 的物质的量为 1 mol，根据 2Na CO ＋C－4e－===4Na＋＋3CO，每“呼出”1 mol4CO ，转移电子数为 mol，且题中没有给定标准状况下，无法计算，错误。

规律方法指导：解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程〔 变 式 训 练 1 〕 铁 镍 蓄 电 池 又 称 爱 迪 生 电 池 ； 放 电 时 的 总 反 应 为 Fe ＋ Ni O ＋ 3H O===Fe(OH) ＋2Ni(OH) 下列有关该电池的说法不正确的是( C )A．放电时，溶液中 OH 移向负极B．放电时，负极反应为 Fe＋2OH －2e ===Fe(OH)C．充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低D．充电时，阳极反应为 2Ni(OH) ＋2OH －2e ===Ni O ＋3H O解析：电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，溶液中 OH－移向负极，A项正确；放电时， Fe 失电子再和 OH－反应生成氢氧化亚铁，电极反应为 Fe－ 2e－＋ 2OH－===Fe(OH) ，B 项正确；充电过程中，阴极反应为：Fe(OH) ＋2e－===Fe＋2OH－，有 OH－离子生成，溶液的 pH 增大，C 项错误；充电时，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应为 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===N O ＋3H O，D 项正确知识点形形色色的燃料电池问题探究：1．氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将如 何变化？溶液的 pH 将如何变化？2．已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计为燃料电池？ 探究提示：1．提示：减小。

增大反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液 变稀，pH 增大2．提示：能氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应知识归纳总结：2 2 22 2 3 2－ 3 22 63 － 2 5－ － －3 2 3 － －2 － － －2 53 2 － － －3 ＋ － － 2 2 2 4－ －2 2 2 22 － ＋2 2 － ＋2 2 22 － －2 2－ － －4 3 2 1．燃料电池的工作原理：一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电 解质溶液共同组成的原电池可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发 生还原反应也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如 O )得电子发生还原反应2．有机燃料电池电极反应式书写方法：电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料 失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸 碱性不同的区别可根据电荷守恒来配平电极反应式如乙醇碱性(KOH 溶液)燃料电池负极反应式的书写方法第一步：确定生成物。

乙醇燃烧生成 CO 和 H O，其中 CO 与 KOH 溶液反应生成 K CO 和 H O，故生成物为 CO2 和 H O第二步：确定价态的变化及转移电子数乙醇(C H O)中碳元素的化合价为－2，CO2 反应失去 2×[4－(－2)]＝12 (mol)电子第三步：列出表达式中碳元素的化合价为＋4，故 1 mol 乙醇完全C H OH＋ ＋OH－12e → CO2 ＋H O第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数由碳原子守恒确定 CO2的化学计量数为 2，由电荷守恒确定 OH 的化学计量数为 16注：失去 12 个电子，相当于带 12 个单位正电荷)再由氢原子守恒确定 H O 的化学计量数为 11，故负极反应式为 C H OH＋16OH －12e ===2CO＋11H O3．燃料电池的负极反应(1)列变化负极上燃料转化为燃烧产物若电解质为碱性溶液，含碳或含硫燃料的燃烧 产物还发生与碱溶液的反应2)配守恒用电解质溶液中的离子平衡电荷阴离子(OH 、O2 、CO2 )在负极反应左侧， 阳离子(H )在负极反应右侧4．常见的四种典型燃料电池：名称氢氧燃料电池甲烷燃料电池电解质KOHH SOKOH电极反应和总反应 正极：O ＋4e ＋2H O===4OH负极：2H －4e ＋4OH ===4H O 总反应：2H ＋O ===2H O正极：O ＋4e ＋4H ===2H O负极：2H －4e ===4H总反应：2H ＋O ===2H O正极：2O ＋4H O＋8e ===8OH负极：CH ＋10OH －8e ===CO2 ＋7H O4 22 3 2－ －2 2－ － －3 3 2 3 2 2 3 2－ －2 2－ －2 42 22 4 2 2 2－ －2 2－ 2 2－ －2 3 2－ 4 － －2 2总反应：CH ＋2O ＋2KOH===K CO ＋3H O 正极：3O ＋6H O＋12e ===12OH甲醇燃料电肼燃料电池池KOHKOH负极：2CH OH＋16OH －12e ===2CO ＋12H O 总反应：2CH OH＋3O ＋4KOH===2K CO ＋6H O 正极：O ＋2H O＋4e ===4OH负极：N H ＋4OH －4e ===N ＋4H O总反应：N H ＋O ===N ＋2H O典例 2 2017 年 2 月 19 日在第十三届阿布扎比国际防务展上，采用先进的氢氧 燃料电池系统的无人机，创造了该级别 270 分钟续航的新世界记录。

下列有关氢氧燃料电池 的说法不正确的是( B )A．通入氢气的电极发生氧化反应B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动C．正极的电极反应式为 O ＋2H O＋4e ===4OHD．放电过程中碱性电解液的 OH 的物质的量不变解析：A 项，该电池工作时化学能转化为电能，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，正确；B 项，阳离子向正极移动即通入氧气的一极移动，错误；C 项，通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为 O＋2H O＋4e－===4OH－，正确；D 项，由图可知，氢氧燃料电池放电过程中，总反应为氢气和氧气反应生成水，则碱性电解液中氢氧根的物质的量不 变，正确〔变式训练 2〕有一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来，其装置如图乙所示，ab 间充有固体电解质 Y O Na O，允许 O2 下列叙述正确的是( C )自由移动A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中，O2 B．电池外电路中电子由正极流向负极由电极 a 流向电极 bC．电极 a 的反应式为 CH ＋4O2－8e ===CO ＋2H O－ 2 2＋ ＋ －－ －2 2 － ＋2 － ＋ －2 2 － － －2 D．当固体电解质中有 1 mol O2通过时，电子转移 4 mol解析：A 项，该原电池中，正极上氧气得电子发生还原反应，所以通入空气的电极 b 是正 极，内电路中阴离子向负极移动，所以 O2－由电极 b 流向电极 a，错误；B 项，电池外电路中电子从负极沿导线流向正极，错误；C 项，a 是负极，负极上甲烷失电子和 O2－反应生成二氧化碳和水：CH4＋4O2－－8e－===CO ＋2H O，正确；D 项，每个 O 原子得到 2 个电子生成 O2－，所以当固体电解质中有 1 mol O2－通过时，电子转移 2 mol，错误。

名师博客呈现氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为 H 的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的 H瞬即与溶液中大量存在的 OH 结合生成水因此，实际发生的电极反应为：H ＋2OH －2e ===2H O如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：H －2e ===2H类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为－2 价通常情况下，－2 价的 氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中在氢氧燃料电池中，－2 价的氧原子则只能存在于水分子和 OH中如果是酸性条件，还原产生的－2 价的氧原子与周围的H＋结合生成水，电极反应为：O ＋4H ＋4e ===2H O如果反应条件为中性或碱性，－2 价的氧原子主要存在于 OH 中，因此电极反应为： O ＋2H O＋4e ===4OH由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。