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第2课时 化学电源
专题6 化学反应与能量变化 第三单元 化学能与电能的转化
学习 目 标
核 心 素 养
1.会设计简单的原电池。
2.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。
3.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。
4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
通过对常见化学电源的学习，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律，培养证据推理与模型认知的学科素养。
新课导入
交流讨论
理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe＋2Fe3＋==3Fe2＋”设计一个原电池。
负极材料：Fe
正极材料：铜或石墨
电解液：FeCl3[或Fe2(SO4)3]溶液
能导电，可被Fe3＋氧化为Fe2＋
还原性比铁弱，能导电的固体
2Fe3＋＋2e－ ==2Fe2＋
Fe－2e－ ==Fe2＋
一、设计原电池
知识梳理
1.依据
分析氧化还原反应找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
2.设计思路
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应；
(2)拆：将氧化还原反应拆分为两个半反应
负极：还原剂－ne－==氧化产物；正极：氧化剂＋ne－==还原产物；
(3)找：正、负极材料和电解质溶液；
(4)画：形成闭合回路，画出原电池示意图。
学以致用
当堂训练
1. 判断正误
(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池(　　)
(2)原电池中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)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应(　　)
×
×
√
×
2. 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例设计原电池
电极反应式 材料选择 装置
负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 负极：Fe； 正极：Cu或C等 电解质溶液：CuSO4溶液
实验探究
思考分析
提出问题　影响自制电池效果的因素有哪些？
查阅资源　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。
实验探究　Ⅰ.按如图连接水果电池；
Ⅱ.实验记录如下：
探究影响电池效果的因素
序号 电极 电极间距 种类 电流 (μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4
⑥ 石墨—Al 1.0 cm 柠檬 104.5
解释与结论
(1)实验①②③的目的是______________________________。
对比实验①②③得出的结论是_______________________________________________________。
(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验______(填序号)。
对比④⑤得出结论是___________________________________________________。
探究电极材料对电池效果的影响
在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好
①④
其他条件相同，电极间距越小，电流越大，电池效果越好
实验探究
思考分析
探究影响电池效果的因素
解释与结论
(3)水果电池中，水果的作用是_____________。
(4)对比实验①②③可知，构成水果电池的电极必须具备的条件为____________________，构成水果电池的其他要素还有___________________、_____________、______________。
作电解质溶液
两极金属活动性不同
自发的氧化还原反应
形成闭合回路　 有电解质溶液
提出问题　影响自制电池效果的因素有哪些？
查阅资源　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。
实验探究　Ⅰ.按如图连接水果电池；
Ⅱ.实验记录如下：
序号 电极 电极间距 种类 电流 (μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4
⑥ 石墨—Al 1.0 cm 柠檬 104.5
二、常见的化学电源
拓展视野
在日常生活和学习中，你了解哪些电池呢？
“神六”的太阳能电池
微型混合燃料电池
摄像机专用电池
笔记本电脑专用电池
二、常见的化学电源
拓展视野
在日常生活和学习中，你了解哪些电池呢？
化学电源分为一次电池、二次电池和燃料电池
二、常见的化学电源
知识梳理
正极(石墨棒)：
电池总反应：
负极(锌筒)：
Zn–2e- == Zn2+
2MnO2+ 2 +2e- == 2MnO(OH)+2NH3
1．普通锌锰干电池（一次电池）
电子由锌筒流向石墨棒
Zn+2MnO2+2NH4Cl == 2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2
一次性电池放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的
锌锰干电池构造示意图
交流讨论
纽扣电池
锂锰电池
碱性锌锰电池
知识拓展
你知道的常见的一次电池有哪些？
(2)电池材料
正极：PbO2
负极：Pb
电解质：H2SO4溶液
(1) 二次电池
放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，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．铅蓄电池（二次电池）
知识梳理
二、常见的化学电源
(3)工作原理
2．铅蓄电池（二次电池）
知识梳理
二、常见的化学电源
总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) == 2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s) + (aq)-2e- == PbSO4(s)
正极：
PbO2(s) + 4H+(aq)+(aq)+2e- == PbSO4 (s)+2H2O(l)
负极：
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势
电极反应(KOH为电解液)：
用途：
2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
放电
充电
广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等
H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
放电
充电
3．镍镉电池（二次电池）
知识梳理
二、常见的化学电源
交流讨论
知识拓展
你还知道哪些常见的二次电池？
锂离子充电电池
锂聚合物充电电池
Li最轻的金属，活动性极强，锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
银锌纽扣电池
Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag
放电
充电
(1) 燃料电池
将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
清洁、高效、安全等特点
4．燃料电池——氢氧燃料电池
知识梳理
二、常见的化学电源
(2) 工作原理
2H2 - 4e- + 4OH- == 4H2O
负极：
正极：
O2 +4e- + 2H2O == 4OH-
总反应：
2H2 + O2 == 2H2O
与火力发电相比，燃料利用率、能量转化率均高。
4．燃料电池——氢氧燃料电池
知识梳理
二、常见的化学电源
思考交流
对比燃料电池与前几种电池的区别
优点：能量转换率高、清洁、对环境好
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充
②反应产物不断排出
③能量转化率高(超80%)，普通只30%，节约能源
缺点：体积较大、附属设备较多
视频导学
简易燃料电池的制备
拓展视野
(1)写出电池总反应式
燃料电池电极反应式的书写方法
研究与实践
归纳总结
学科提炼
例如：甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)
CH4＋2O2＋2NaOH === Na2CO3＋3H2O
(2)写出电池的正极反应式
(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式
注意：碱性电解质溶液环境
若为弱酸性环境：O2＋4H＋＋4e－ === 2H2O
O2＋2H2O＋4e－ === 4OH－
CH4 - 8e－＋10OH－=== ＋7H2O
学以致用
牛刀小试
2H2 - 4e- === 4H+
负极：
正极：
O2 + 4H+ +4e- === 2H2O
总反应：
2H2 + O2 === 2H2O
1．试写出酸性环境下氢氧燃料电池
2．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O == CH3COOH＋4H＋。下列说法正确的是(　 )
A． 检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B． 若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C． 电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2 === CH3COOH＋H2O
D． 正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O === 4OH－
C
三、电解池
知识梳理
1．定义：与原电池相反，电解池是借助电流将电能转化为化学能的装置。
如二次电池的充电，冶炼活泼金属钠、镁、铝等。
2．构成条件：
外加直流电源；与电源相连的两个电极；形成闭合回路。
3．电极反应式的书写
例如电解水 阳极：4OH－－4e－===O2↑+2H2O；阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
电解饱和食盐水阳极：4OH－－4e－===O2↑ +2H2O ；阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
2H2O===2H2↑+O2↑
通电
2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑
通电
思考讨论
原电池与电解池的联系与区别
原电池 电解池
能量转变 化学能转为电能 电能转为化学能
装置特点 无外接直流电源 有外接直流电源
电极 正极、负极 阴极、阳极
电极反应 负极氧化反应，正极还原反应 阴极还原反应，阳极氧化反应
反应自发性 自发进行的氧化还原反应 一般不能自发，需通电
相似之处 均为氧化还原反应，电子转移守恒 学科提炼
学以致用
当堂训练
下图所示A、B两个装置中两个烧杯分别盛有足量的CuSO4溶液：
(1)属于原电池的是________，属于电解池的是________。
(2)A池中Zn是_____极，发生_____ (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________； Cu极电极反应式为________________；A中总反应的离子方程式为____________________________。
(3)B池中左边C是____极，发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为__________________________；
右边C极电极反应式为_______________________；
B中总反应的化学方程式为__________________。
A B
负　 氧化
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu　
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu　
阴　 还原
2Cu2＋＋4e－===2Cu　
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 　
2CuSO4＋2H2O===2Cu＋2H2SO4＋O2↑
通电
课堂小结
当堂训练
C
1. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。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．电池正极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s) +2OH-(aq)
C．电池工作时，负极附近溶液碱性增强
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
当堂训练
2. 银锌电池用途广泛，可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：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn +H2O，此电池放电时负极上发生反应的物质是(　　)
D
A．Ag　　　B．Zn(OH)2 C．Ag2O　　　 D．Zn
3. 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2===6LiCl+Li2SO3+2S
负极： ；
正极： 。
8Li-8e-===8Li+
3SOCl2+8e- === 6Cl-++2S
4. 氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，下列叙述不正确的是 (　　)
A． H2在负极发生氧化反应
B． 燃料电池的能量转化率可达100%
C． 是一种高效、环保的发电装置
D． 供电时的总反应为：2H2＋O2 === 2H2O
B
知识巩固
当堂训练
5. 将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是(　　)
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－===＋7H2O　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
B
A． ①③⑤ B． ②④⑥
C． ④⑤⑥ D． ①②③
当堂训练
本节内容结束

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