第二节 化学电源
【今日目标】
1.了解几种常见化学电源，一次、二次、燃料电池的工作原理。 2．正确书写有关电池的电极反应和电池反应。 【学习过程】 一、化学电源
1.概念：是将化学能直接转化为电能的装置。 ①一次电池如普通锌锰电池——干电池??
2．类型?②二次电池如铅蓄电池
??③燃料电池如氢氧燃料电池
【思考】
① 化学电源中正、负极是什么物质得、失电子？
【提示】 正极：阳离子得到电子生成单质或O2得电子。
负极：活泼金属或H2失去电子。
② 氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗？
【提示】 相同，都为2H2＋O2===2H2O 3．根据装置书写电极反应式 (1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。 (2)电极反应式的书写。
负极：活泼金属或H2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＋SO42－2e===PbSO4。 正极：阳离子得到电子生成单质，或O2得到电子。若反应物是O2，则：
－－
电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e===4OH。
＋－
电解质是酸性溶液：O2＋4H＋4e===2H2O。
(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。 4．给出总反应式，写电极反应式
分析反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)→选择一个简单的变化情况去写电极反应式→另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果
以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：
(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确
－＋
定负极反应式为2H2－4e===4H。
＋－
(2)根据电解质溶液为碱性，与H不能共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式中，故
－－
负极反应式为2H2＋4OH－4e===4H2O。
－－
(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e===4OH。 5．可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。 (1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高。 (2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。 【提示】书写电极反应式应注意电解质溶液的影响。
＋－
(1)中性溶液反应物中无H或OH。
－
(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH。
＋
(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H。
－
(4)水溶液不能出现O2。
例1、(1)今有2H2＋O2
KOH 2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应
是______，电极反应式分别为______________、______________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为__________________、_____________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ _______________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、__________________。
【解析】 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：
－－－－
2H2＋4OH－4e===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e===4OH。若将导电物质换成酸性溶液，
－＋＋－
此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e===4H，正极：O2＋4H＋4e===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
－－－－
【答案】 (1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－4e===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e===4OH
－＋＋－
(2)负极：2H2－4e===4H 正极：O2＋4H＋4e===2H2O ，(1)变小 (2)变大
－－－－
(3)负极：CH4＋10OH－8e===CO23－＋7H2O 正极：2O2＋4H2O＋8e===8OH 二、几种常见化学电池 1.一次电池(碱性锌锰电池)
(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH。
－－
(2)电极反应：负极：Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2
－－
正极：2MnO2＋2H2O＋2e===2MnOOH＋2OH 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 2．二次电池(蓄电池)
(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液 (2)工作原理
－－
①放电：负极：Pb(s)＋SO42(aq)－2e===PbSO4(s)
＋－－
正极：PbO2(s)＋4H(aq)＋SO42(aq)＋2e===PbSO4(s)＋2H2O(l) 总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) ②充电时
铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。
－－
阴极：PbSO4(s)＋2e===Pb(s)＋SO42(aq)；
－＋－
阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e===PbO2(s)＋4H(aq)＋SO42(aq)； 总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。 上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：
放电Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
充电
3．燃料电池 (1)工作原理
①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。
②电极材料本身不发生氧化还原反应。
③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。 (2)氢氧燃料电池：极材料Pt
2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
酸性电解质
－＋
电极反应：负极：2H2－4e===4H
＋－
正极：O2＋4H＋2e===2H2O 总反应：2H2＋O2===2H2O
把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质
－－
电极反应：负极：2H2＋4OH－4e=== 4H2O
－－
正极：O2＋2H2O＋4e===4OH
总反应：2H2＋O2===2H2O (2甲烷燃料电池。 电解质：KOH
－－
正极(通O2)：2 O2＋4H2O＋8e===8OH
－－－
负极(通CH4)：CH4＋10OH－8e=== CO327H2O 总反应：CH4＋2 O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O (3甲醇燃料电池。 电解质：KOH
－－
正极：3 O2＋6H2O＋12e===12OH
－－－
负极：2CH3OH＋16OH－12e===2 CO32＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3 O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O (3)肼燃料电池。 电解质：KOH
－－
正极：O2＋2H2O＋4e===4OH
－－
负极：N2H4＋4OH－4e===N2↑＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O (4)熔融盐燃料电池。
熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为：
－－
正极：O2＋2CO2＋4e===2 CO32
－－
负极：2CO＋2 CO32－4e===4CO2 总反应：2CO＋O2===2CO2
固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为
－
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。下列判断正确的是( )
A．有O2放电的a极为电池的负极 B．有H2放电的b极为电池的正极
－－
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH
化学选修四同步 精品导学案：第2节 化学电源 Word版
