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苏教版 选择性必修1
1.化学电源的分类
(1)化学电源按其反应原理常分为如下三类：
①一次电池：一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。使用最广泛的一次电池是干电池。
②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再　　使活性物质获得再生。
③燃料电池：是利用　　　　　　之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。
(2)化学电源按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。
充电
燃料和氧化剂
化学电源及其分类
2.判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位是(w·h)·kg－1或(w·h)·L－1。
(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
(3)电池可储存时间的长短。
3.化学电池的回收利用
使用后的废旧电池中含有大量的　　　和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废旧电池要进行回收利用。
4.化学电源的发展方向
小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池，如____
电池、　　　电池等。
重金属
镍氢
锂离子
常见的一次电池和二次电池
1.一次电池
(1)锌锰干电池
普通锌锰干电池 碱性锌锰电池
示意图
电极 负极：　　，正极：______ 负极反应物：　　正极反应物：________
电解质溶液 　　　　　　　溶液 　　　　溶液
电极反应 碱性锌锰电池总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 ①负极反应式是　　　　　　　　　　　　　； ②正极反应式是_____________________________________ 锌筒
石墨棒
锌粉
二氧化锰
NH4Cl 和 ZnCl2
KOH
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
2MnO2 + 2NH4+ + 2e- === 2NH3 + Mn2O3 + H2O
Zn - 2e- ===Zn2+
(2)银锌纽扣电池 具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点
负极反应物：　　，正极反应物：　　　，电解质溶液：　　　　 。
总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
①负极反应式是 ；
②正极反应式是 。
锌粉
Ag2O
KOH溶液
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2.二次电池
(1)负极是 ，正极是 ，电解质是 。
(2)放电反应原理
①负极反应式是 ；
②正极反应式是 ；
③放电过程中，负极质量的变化是 ，正极质量的变化是 ；电解质溶液pH的变化是____，密度变化是____。
Pb
PbO2
硫酸
增大
增大

增大
减小
(3)充电反应原理
①阴极(发生还原反应)反应式是 ________；
②阳极(发生氧化反应)反应式是__________________________________ ____ ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源 极相连，负极与直流电源 极相连。
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋
正
负
深度思考
关于铅蓄电池：(1)充、放电时互为逆向过程，是可逆反应吗？
二次电池的充电反应和放电反应是两个相反的过程，但反应条件不同，不是可逆反应
(2)在充、放电过程中，溶液的pH分别如何变化？
放电时，消耗H2SO4，pH↑；充电时，生成H2SO4 ，pH↓。
(3)如何判断铅蓄电池是否需要充电？
由电池总反应可以看出，随着放电反应的进行，硫酸的浓度不断下降，密度不断减小，因此根据硫酸密度的大小可以判断是否需要充电。
2.新型二次电池：镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、　　　和______ 电池等。
锂电池
锂离子
3.充、放电时各电极上发生的反应及溶液中离子的移动方向
放电时,阴离子移向负极,阳离子移向正极;
充电时,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。
4、锂离子电池

放电
充电
Co
O
Li
C
Li1-xCoO2
LiCoO2
LixC6
C6
（Li+在正负极间“秋千式”脱出嵌入）
LiMn2O4

都是放电时Li+嵌入，充电时Li+脱出
1.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是____，放电时负极反应式为________________
_____________。
Zn
3Zn＋6OH－－6e－
===3Zn(OH)2
(2)放电时，正极发生_____(填“氧化”或“还原”)反应，正极反应式为______________________________________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
还原
2FeO ＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－
正
燃料电池与其他电池的不同：
①燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应；
②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，生成物不断被排出；
③通入燃料的一级为负极，通入助燃剂（O2等）的一极为正极。


C
氢氧燃料电池
1.燃料电池
(1)定义：利用燃料和氧化剂之间发生的　　　　　　，将　　　直接转化为　　的化学电池。
(2)优点：能连续不断地提供电能。
氧化还原反应
化学能
电能
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
2H2 + O2 === 2H2O
被可导电的电极材料（如石墨、Pt等）吸附
(2)工作原理
氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生　　反应和　　反应。其反应表示如下：
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应
正极反应
总反应 _________________ 氧化
还原
2H2＋O2===2H2O
2H2－4e－===4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
pH↑
pH↓
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
pH↑
pH↓
例：据报道，美国一个海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池。该电池可同时供应电和水蒸气，其燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，工作温度为600～700 ℃
总反应式：___________________；
负极反应式：__________________________________________；
正极反应式：_______________________________________。
2H2＋O2===2H2O
H2＋CO －2e－=== H2O＋CO2
O2＋4e－＋2CO2=== 2CO
熔融碳酸盐燃料电池
负极：H2－ 2e- ＋ O2- === H2O
CO32-
+ CO2
正极：O2 ＋ 4e－ === 2O2－
CO32-
+ 2CO2
例：固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。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图所示。其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
总反应式：___________________；
负极反应式：_______________________；
正极反应式：_______________________。
2H2＋O2===2H2O
2H2－4e－＋2O2－=== 2H2O
O2＋4e－ === 2O2－
熔融固体氧化物燃料电池
小结：燃料电池主要有酸性燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池及固体氧化物燃料电池(传导O2－)四种，正极参加反应的均为O2。
四种情况下正极的电极反应式
①酸性燃料电池：O2＋4H＋＋4e－=== 2H2O；
②碱性燃料电池：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－；
③熔融碳酸盐燃料电池：O2＋2CO2＋4e－=== 2CO ；
④固体氧化物燃料电池：O2＋4e－=== 2O2－。
燃料电池的总化学方程式类似燃烧的总化学方程式，条件不同。
燃料电池电极反应式的书写方法
燃料始终在负极失电子，发生氧化反应；
正极为O2得电子，发生还原反应。
如CH4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
2H2 + O2 === 2H2O
CH4 / CH3OH / N2H4 / NH3…
碱性条件下的甲烷燃料电池
总反应式：_______________________________；
负极反应式：_________________________________；
正极反应式：_______________________________。
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。
(1)酸性条件下的甲烷燃料电池
总反应式：_______________________；
负极反应式：______________________________；
正极反应式：_____________________________。
CH4＋2O2=== CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－=== 4H2O
CH4－8e－＋2H2O === CO2＋8H＋
(2)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池
总反应式：___________________________________________；
负极反应式：__________________________________________；
正极反应式：_______________________________________。
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
极区pH变化规律
根据电极反应
+ + － －
在一种以肼（N2H4）为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH作电解质。
负极：
正极：
N2H4 + 4OH- - 4e- === N2↑ + 2H2O
O2 + 4e- + 2H2O === 4OH-
总反应：N2H4 + O2 === N2↑ + 2H2O
肼燃料电池
HCOOH燃料电池
研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
(1)电池负极电极反应式为
。
(3)放电过程中需补充的物质A为 (填化学式）。
HCOO－ + 2OH－－2e－ = HCO3-+ H2O
(2)电池正极电极反应式为
。
O2+ 4Fe3+ + 4H+ = 4Fe2++2H2O
H2SO4
制作简单的燃料电池
以学生电源为直流电源电解水，产生氢气和氧气，然后断开学生电源，接通石英钟的两级，构成氢氧燃料电池，化学能转化为电能
(1)连接时钟时，如何判断燃料电池的正、负极？
(2)什么现象可以证明处于不同电极的氢气和氧气发生了反应？
思考：
(3)在制备氢气和氧气时，用蒸馏水代替 6 mol·L－1稀硫酸行吗？KOH溶液呢？
接通学生电源，两端产生氢气和氧气的体积比为2∶1，由于氢气的体积大，玻璃导管内的液柱先溢出，作燃料电池的负极
时钟的指针发生了偏转
不行。蒸馏水导电能力弱，可以加入KOH溶液以增强导电性，故KOH溶液可以代替6 mol·L－1稀硫酸。
以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是
A.以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为
　燃料的传统燃料电池
B.A极为电池正极，发生还原反应
C.B极的电极反应式为CH4＋4O2－－8e－=== CO2＋2H2O
D.该电池的总反应为CH4＋2O2　　　CO2＋2H2O
D
一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法正确的是
( )
D
A.反应:,每消耗 转
移 电子
B.电极A上 参与的电极反应式为
C.电池工作时, 向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应式为
化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示
甲电极反应式为：
尿素燃料电池
CO(NH2)2 + 6H2O - 6e- === CO2+ N2 + 6H+

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