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第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时 化学电源
放电后不可再充电的电池，也叫干电池。
放电后可以再充电而反复使用的电池，又称可充电电池或蓄电池。
连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
如何正确书写电极反应式呢？
找负极反应物(还原剂)及对应产物
得失电子及对应数目(①电子守恒)
找物质
看守恒
看得失
相加减
②电荷守恒
③原子守恒
正极+负极=总反应式
找正极反应物(氧化剂)及对应产物
看环境，给什么补什么
(酸性补H＋;碱性补OH－)
没说在生成物里补。
补水配平
物质对
得失对
环境对
任务一 一次电池工作原理
普通锌锰干电池
(普通)锌锰干电池 电极反应物
电极材料
电解质溶液
正极反应式
负极反应式
总反应式
负极：Zn 正极： MnO2
NH4Cl糊
负极：Zn 正极：石墨棒
2MnO2＋2NH4＋＋2e－＝2MnO(OH) ＋2NH3
Zn－2e－＋2NH3＝Zn(NH3)2 2＋＋2NH4＋
Zn+2NH4Cl+2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
【拓展了解】
普通锌锰干电池曾一度长期占据市场，但现在却逐渐被替代，一方面是会发生自放电；
另一方面电解质氯化氨为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象。
任务一 一次电池工作原理
碱性锌锰干电池
思考：如何改进“普通锌锰干电池”，使其避免Zn筒腐蚀漏液。
①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；
②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。
(碱性)锌锰干电池 电极反应物
电极材料
电解质
正极反应式
负极反应式
总反应
负极：Zn 正极： MnO2
KOH
负极：Zn 正极：石墨棒
MnO2＋H2O＋e－ = MnO(OH)＋OH－
Zn＋2OH－－2e－ = Zn(OH)2
Zn＋2MnO2＋2H2O = 2MnO(OH)＋Zn(OH)2
pH值增大
任务一 一次电池工作原理
银锌纽扣电池
银锌纽扣电池 电极反应物
电极材料
电解质
正极反应式
负极反应式
总反应
Zn＋2OH－－2e－ = ZnO＋H2O
Ag2O＋2e－＋H2O = 2Ag＋2OH－
负极：Zn 正极： Ag2O
负极：Zn 正极： Ag2O
KOH溶液
Zn＋Ag2O = ZnO＋2Ag
【优点】：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
铅蓄电池
任务二 二次电池工作原理
负极 正极 电解质溶液
材料
电极反应 \
总反应 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
Pb+SO42--2e-=PbSO4
PbO2+4H++SO42-+2e- =PbSO4+2H2O
Pb PbO2 稀硫酸
放电
充电
思考：放电一段时间后，负极Pb的质量如何变化？电解液H2SO4浓度如何变化？
负极的质量增大（因为生成了硫酸铅附着在负极材料上）
电解液H2SO4浓度减小（因为H+参与了正极反应，被消耗，SO42-生成了硫酸铅，也被消耗）
注：二次电池充电时，电池的负极接外接电源的负极，电池的正极接外接电源的正极。
铅蓄电池
任务二 二次电池工作原理
阴极 阳极 电解质溶液
材料
电极反应 \
总反应 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
PbSO4+2e-=Pb+SO42-
PbSO4+2H2O-2e- =PbO2+4H++SO42-
与外界电源负极相连 与外界电源正极相连 稀硫酸
放电
充电
思考：如何书写铅酸蓄电池的充电反应？
核心思路：充电反应是放电反应的逆过程。
优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
锂离子电池
任务二 二次电池工作原理
锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，是多种便携式电子设备和交通工具的常用电池。目前常用的锂离子电池有磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池等。
注意：所有类型的锂电池，其电解质溶液一定不能为水溶液。
LiCoO2
LixC6
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4
放电
充电
任务三 燃料电池工作原理
氢燃料电池车
燃料电池是一种能量转化装置，一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
氢氧燃料电池利用了电解水的逆反应，以C或Pt作为电极材料，实现能量转化。
氢氧燃料电池发热效率高、产物仅为水、可实现完全无污染。
资料卡片
注意：燃料电池中，“燃料”并不燃烧，而是作为电极（负极）反应物参与发电
任务三 燃料电池工作原理
电池总反应：2H2 + O2 = 2H2O
H2SO4(aq)
H2
O2
负 正
负极：2H2 - 4e- = 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
NaOH(aq)
H2
O2
负 正
负极：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
(酸性）
(碱性）
任务三 燃料电池工作原理
介质 电池反应：2H2＋O2===2H2O 负极 ________________________
正极 _________________
负极 _________________
正极 _______________________
2H2－4e－＋2O2－===2H2O
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
思考:氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，但正、负极反应与电解质溶液有关，写出导电介质为固体电解质时的正、负极反应。
任务三 燃料电池工作原理
以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极：____________________________________________；
正极：____________________________________________；
总反应式：________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
负极：____________________________________________；
正极：____________________________________________；
总反应式：________________________________________。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2＋2OH－===CO32-＋3H2O
CH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
注意：燃料电池总反应式一般为燃烧方程式(去“点燃”)但当生成物有后续反应时，加和后续反应.
任务三 燃料电池工作原理
固体电解质(高温下能传导O2－)
负极：____________________________________________；
正极：____________________________________________；
总反应式：________________________________________。
熔融碳酸盐燃料电池（电解质是Li2CO3－K2CO3的混合物熔盐，导电离子是碳酸根离子）
负极：____________________________________________；
正极：____________________________________________；
总反应式：________________________________________。
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2+4CO2+ 8e－ === 4CO32-
CH4－8e－＋ 4CO32- ===5CO2＋2H2O

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