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第四章 电 化 学 基 础
第2节 化 学 电 源
［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？
电池
化学电池
太阳能电池
原子能电池
将化学能转换成电能的装置
将太阳能转换成电能的装置
将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置
2:分类
一次电池
二次电池
燃料电池
氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池
铅蓄电池
锌银蓄电池
镍镉电池
锂离子电池
普通干电池
碱性锌锰电池
锌银电池
电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。
又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。
是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。
1.如果你拥有一个笔记本电脑，你希望电脑中的电池有哪些优点？
提示：电容量大，工作寿命长，充电时间短，体积小，质量轻，性价比高等。
2.如果你是一个研制电池的工程师，在开发新产品时将主要考虑哪些问题？
提示：需要了解新产品的技术指标和生产成本是最基本的要求。例如：
①电池功率的大小（涉及活性物质及相关电解质溶液等填充物的选择）；
②电池的使用环境（涉及电池使用的安全性以及对电池的外形、质量大小和外包装等方面的要求）；
③电池的连续工作时间或使用寿命（涉及活性物质用量、电池的记忆效应以及电池自身放电率的大小等因素）；
④电池废弃后，其内容物可能对环境的影响等。
3、锂电池
锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S
负极： ；
正极： 。
用途：质轻、高能(比能量高)、
高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。
8Li-8e-=8Li+
3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S
二、二次电池——铅蓄电池
1:铅蓄电池
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……
铅蓄电池的充放电过程：
2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
充电
放电
铅蓄电池的优缺点简析：
2、银锌蓄电池
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：
2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O
写出电极反应式。
充电
放电
银-锌蓄电池广泛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
放电
充电
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）
A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
D
电极反应：
负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
3、镉镍电池
NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2
放电
充电
负极材料：Cd；
正极材料：涂有NiO2，
电解质：KOH溶液。
反应式如下：
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
放电
充电
A. Cd
（ A ）
B. NiO(OH)
D. Ni(OH)2
C. Cd(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极
正极
负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
书写电极反应式应注意以下几点：
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”）；
2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；
3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)；
4．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H＋结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。
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(超过80%)，普通的只有30%，有 利于节约能源。
缺点：体积较大、附属设备较多
优点：能量转换率高、清洁、对环境好
其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……
燃料电池的规律
燃料电池与前几种电池的差别：
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
③ 总反应式 - 正极反应式 = 负极反应式
请根据原电池原理，探讨以下几种电池的电极反应式及电池的总反应式。
（1）铝-空气-海水电池
提示：负极：4Al－12e- ====4Al3+；
正极：6H2O＋3O2＋12e- ==== 12OH-
电池总反应式为：4Al＋3O2+6H2O ==== 4Al（OH）3
（2）甲烷燃料电池（KOH溶液）
负极：CH4+10OH－－8e－ ==== CO32－+7H2O；
正极：2O2+4H2O+8e－ ==== 8OH－
总反应方程式为：CH4+2O2+2OH- ==== CO32-+3H2O
（3）CH3OH燃料电池（KOH溶液）
负极：2CH3OH+16OH－－12e－====2CO32-+12H2O；
正极：3O2+6H2O+12e－ ==== 12OH－
总反应方程式为：
2CH3OH+3O2+4OH- ==== 2CO32-+6H2O
（4）熔融盐燃料电池：
该电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。
提示：负极：2CO+2CO32-－4e- ==== 4CO2
正极：O2+2CO2+4e- ==== 2CO32-
总反应式为：2CO+O2 2CO2
点燃
====
课　堂　总　结
1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：
　　负极：M-xe=Mx+　　
　　　正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属
2、两个电极均参与反应的原电池
（如蓄电池，纽扣电池）
①电极材料：金属为负极，金属化合物为正极．
②电子得失均由两电极本身发生．
③电极反应需考虑电解质溶液的参与．
3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）
①两电极材料均为惰性电极．
②负极－可燃性气体失电子，正极－助燃性气体得电子．
③电极反应考虑电解质溶液．
【典例1】（2010·安徽高考）某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构如图所示，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
D
【典例2】（2010·福建高考）铅蓄电池的工作原理为：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)，阅读图，下列判断不正确的是
放电
充电
B.当电路中转移0.2 mol电子时，
I中消耗的H2SO4 为0.2 mol
A.K 闭合时，d电极反应式：
PbSO4+2H2O-2e- ==== PbO2+4H++SO42-
C.K闭合时，Ⅱ中SO42-向c电极迁移
D.K闭合一段时间后，II可单独作为原电池，d电极为正极
C
燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极
正极
负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
光合作用有二氧化碳与水合成葡萄糖，同时放出氧气，写出化学方程式。
6CO2（g)+ 6H2O (l) = C6H12O6 (g) + O2 (g)
设想将写成的反应式倒过来，可设计成一个原电池，产生电流。这样，我们通过正逆反应，就从太阳能产生了电能。写出这种原电池的电极反应。
负极： C6H12O6+ 6H2O —24e- = 6CO2 +24H+
正极：6 O2 + 24 H+ +24 e- = 12H2O
化学电池的创新设想
练习1、航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，
酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为：
_______________________。
碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为：______________________。
O2+4e-+4H+=2H2O
2H2- 4e-+4OH-=4H2O
练习2、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，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 2mol电子，锌的质量理论上减小6 5g
c
3.铅蓄电池(原电池)的电极分别是PbO2和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总反应是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根据上述反应,判断:
1)原电池的负极是(填电极材料)_______
2)工作时蓄电池负极反应式为___________
3)工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化:______
4．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取
代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：
(1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2
根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 　
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　
D．电池放电时，H2是负极
CD
5．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶
液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，
则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式：
CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液PH不断升高
A.①② B.①③ C.①④ D.③④
A
6 ：
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1mol/L 盐酸；
B.
A.
纯锌和1mol/L 硫酸；
纯锌和18 mol/L 硫酸；
C.
粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D.
（ D ）
7．如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为Ag2O和Zn电解质溶液是KOH溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：Zn +Ag2O== ZnO+2Ag根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是 　
A、锌为负极，Ag2O为 正极；
B、放电时正极附近溶液的PH值升高；
C、放电时负极附近溶液的PH值升高；
D、溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动。
AB
8.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速度甲比乙慢
C
9．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料的说法正确的是
A.在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B.电池的总反应是：
2C4H10＋13O2→8CO2＋10H2O
C.通入空气的一极是正极，
电极反应为：O2＋4e－＝2O2－
D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：
C4H10 ＋26 e－＋13 O2－＝4 CO2 ↑＋5 H2O
BC
10.用Pt电极放置于KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，下列叙述中正确的是( )
①通入CO的电极为阴极
②通入CO的电极反应式为:2CO+O2+4e- ==== 2CO2
③正极反应式为:O2+2H2O+4e- ==== 4OH-
④负极反应式为:CO+4OH--2e- ==== CO32- +2H2O
⑤电池工作时溶液中的阳离子向原电池的负极移动
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动
A.①④⑥ B.③④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③
B
11. 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时电极反应式为负极反应：C6Li－xe－ ==== C6Li1－x＋xLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料）正极反应：
Li1－xMO2＋xLi+＋xe－ ==== LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物），下列有关说法正确的是（ ）
A．锂离子电池充电时电池反应为C6Li＋Li1－xMO2 ==== LiMO2＋C6Li1－x
B．电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1 mol电子，金属锂所消耗的质量最小
C．锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动
D．锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1－x＋xLi+＋
x e－ ==== C6Li
BD
12.在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为_________ mol,溶液的pH值为_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y ＝0.015 (mol)
x ＝0.015 (mol)
＝
＝3.75× 10﹣ 4(mol/L )
∴pH ＝-lg3.75 ×10－4
＝4 -lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e- ＝H2↑
得：
2 2 22.4
x y 0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+ —— 2e——H2↑
4 -lg3.75
0.015
13、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了Ag2S），其电极反应式为：负极　　　　　　　　　 正极　　　　　　　　　　　，最终在表面生成Ag2S的离子反应方程式　　　　　　　　　　．为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好．过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程．
2Al-6e-=2Al3+
3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-
2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S

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