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(共22張PPT)
第六章 化學反應與能量
　第一節　化學反應與能量變化
第3課時　化學電源
學習目標
1.了解和學習電池的分類、優點及適用范圍。
2.了解幾類化學電源的構造、原理新型化學電源。(重點)
3.掌握原電池電極方程式及總反應方程式的書寫。(難點)
步驟 實例 將反應拆分為電極反應
選擇電極材料
選擇電解質
畫出裝置圖 學生活動1：請根據原電池的原理，將Fe＋Cu2+==Fe2+＋Cu設計成原電池。
負極反應
正極反應
Fe－2e－==Fe2＋
Cu2＋＋2e－==Cu
負極：較活潑金屬，一般為發生氧化反應的金屬
正極：活潑性弱于負極材料的金屬或石墨
Cu或C
Fe
一般為與負極反應的電解質
CuSO4溶液
原電池的設計方法
(1)找：找一個能夠自發進行的氧化還原反應，只有自發進行的氧化還原反應才能被設計成原電池。
(2)拆：將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應。
還原劑－ne－==氧化產物(負極電極反應)
氧化劑＋ne－==還原產物(正極電極反應)
(3)定：根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。
(4)畫：連接電路，形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
【課堂練習】1.一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+==Zn2++Cu，該反應的的原電池正確組合是（ ）
C
A B C D
正極 Zn Cu Cu Fe
負極 Cu Zn Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
2.某原電池 2Fe3++Fe == 3Fe2+不能實現該反應的原電池是( )
A．正極Cu，負極Fe，電解質溶液FeCl3
B．正極C，負極Fe，電解質溶液Fe(NO3)3
C．正極Pt，負極Fe，電解質溶液Fe2(SO4)3
D．正極Ag，負極Fe，電解質溶液CuSO4
D
思考與交流
Q1：為電車尋找動力源（電池）需要考慮哪些因素？
Q2：電池優劣的判斷標準有哪些？
Q3：簡單原電池可作為電車的動力源嗎？為什么？
成本、續航、動力、安全性、充電時長……
比能量、比功率、電池的可儲存時間的長短
缺點：
①液體電解質不便攜帶
②Zn與HSO4溶液直接接觸反應，降低了電池的能量轉化率
③電池工作時，不斷產生氫氣，具有危險性
④放電后不可再充電
⑤容量有限，動力不足
任務1：基于上述問題分析，對原電池進行改良
液體電解質，易漏液，不便攜帶
稀酸：電容量較小
濃酸：自放電嚴重
加淀粉
換HSO4
為NHCI4
自發電減弱但產生H2
加MnO2
阻止H2產生
自發電減弱但產生H2
任務2：閱讀教材38頁，了解常見化學電源的特點。
Zn+2MnO2+2NH4Cl==ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
負極(Zn)：
正極(C)：
改進方法：
酸性電解質→
堿性電解質
缺點：
Zn-2e-==Zn2+
2MnO2+2NH4++2e- == Mn2O3+2NH3↑+H2O
（1）普通鋅-錳干電池
特征：體積小、性能好，電解質溶液由原來的酸性變為堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。
優點：價格低、電流穩定，放電容量、時間增大幾倍，不會漲氣或漏液。
缺點：多數只能一次使用價格較貴。動力不足、不可充電
（2）堿性鋅-錳干電池
正極：MnO2 負極：Zn 電解質：KOH
工作原理：負極：Zn＋2OH－－2e－==Zn(OH)2
正極：2MnO2＋2H2O＋2e－==2MnO(OH)＋2OH－
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O==2MnO(OH)＋Zn(OH)2
負極: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4
正極: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O
正極：PbO2
負極：Pb
電解質：H2SO4溶液
氧化反應
還原反應
正負極材料
Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
有些電池放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態，從而實現放電（化學能轉化為電能）與充電（電能轉化為化學能）的循環。這種充電電池屬于二次電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池。
鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質量的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。
鋰電池
新一代可充電綠色電池，可用于筆記本電腦、手機、數碼相機等低功耗電器。
鋰電池以金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質溶液由四氯化鋁鋰（LiAlCl4）溶解在亞硫酰氯（SOCl2）中組成
負極：8Li – 8e– = 8Li+
正極：3SOCl2 + 8e– = SO32– + 2S + 6Cl–
總反應：8Li + 3SOCl2 = 6Li + Li2SO3 + 2S
此電池的電解液不能是某種物質的水溶液，因為鋰和水反應。
學生活動2：閱讀教材39頁科學·技術·社會，了解發展中的燃料電池，完成下列問題。
1.燃料電池具有哪些特點？與干電池或蓄電池相比
主要有什么差別？
2.寫出H2和O2燃燒生成水的化學方程式，用雙線橋
標出電子轉移的方向和數目。
3.若利用該反應設計成原電池，請預測H2和O2分別在電池哪個電極參與反應？兩個電極反應式分別是什么？
4.電極材料選用什么？作用是什么？
5.電解質溶液選用什么？在不同的電解質溶液中兩個電極反應式有該如何書寫？
O2始終為正極
電解質溶液為硫酸溶液時
正極：
負極：
總反應式： 2H2+O2==2H2O
氫氧燃料電池
酸性 堿性
負極反應式
正極反應式
電池總反應 O2+ 4e- + 4H+ == 2H2O
2H2–4e- == 4H+
2H2－4e－==4H＋
2H2＋4OH－－4e－==4H2O
O2＋4H＋＋4e－==2H2O
O2＋4e－＋2H2O==4OH－
2H2＋O2==2H2O
學生活動3：寫出以甲烷（CH4）和甲醇（CH3OH）為燃料電池在酸性或堿性為電解質溶液的電極反應式。
甲烷燃料電池
①電解質溶液為酸性時：
總反應式：CH4+202 == CO2+2H2O
負極：CH4-8e-+2H2O == CO2+8H+
正極：202+8e-+8H+ == 4H2O
②電解質溶液為堿性時：
總反應式：CH4+2O2+20H- == CO32-+3H2O
負極：CH4-8e-+100H- == CO32-+7H2O
正極：202+8e-+4H2O == 8OH-
甲醇燃料電池
①電解質溶液為酸性時：
負極：2CH3OH-12e-+2H2O == 2CO2+12H+
正極：302+12e-+12H+ == 6H2O
總反應式：2CH3OH+302 == 2CO2+4H2O
②電解質溶液為堿性時：
負極：2CH3OH-12e-+16OH- == 2CO32-+12H2O
正極：302+12e-+12H2O == 12OH-
總反應式：2CH3OH+302+40H- == 2CO32-+6H2O
注意：
① 酸性介質中，若生成OH-，結合H+→H2O
堿性介質中，若生成H+，結合OH-→H2O
②堿性介質中，若生成CO2，結合OH-→CO32-
③堿性介質中，若生成金屬陽離子，則可能會結合OH-→沉淀M(OH)n
④O2－在水溶液中不存在，在酸性環境中結合H＋，生成H2O，
在中性或堿性環境結合H2O，生成OH－。
學生活動3：閱讀優化設計P46-47方法突破，并完成【例題3】【針對訓練3】、學以致用T3
1.下列有關電池的說法不正確的是（ ）
A.手機上用的鋰離子電池屬于二次電池
B.銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C.甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能
D.鋅錳干電池中，鋅電極是負極
2.已知空氣—鋅電池的電極反應為鋅片：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，據此判斷，鋅片是（ ）
A.正極 被還原 B.正極 被氧化
C.負極 被還原 D.負極 被氧化
【課堂練習】
√
√
3.汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4 == 2PbSO4＋2H2O，根據此反應判斷，下列敘述中正確的是
A.Pb是正極 B.負極反應是Pb＋SO42-－2e－==PbSO4
C.PbO2得電子，被氧化 D.電池放電時，溶液的酸性增強
4.氫氧燃料電池可以使用在航天飛機上，其反應原理示意圖如下圖。下列有關氫氧燃料電池的說法，正確的是
A.該電池工作時電能轉化為化學能
B.該電池中電極a是正極
C.外電路中電子由電極b通過導線流向電極a
D.該電池的總反應：2H2＋O2===2H2O
√
【課堂練習】
√
5.LED產品的使用為城市增添色彩。下圖是氫氧燃料電池驅動LED發光的一種裝置示意圖。下列有關敘述正確的是（ ）
A.a處通入氧氣，b處通入氫氣
B.通入H2的電極發生反應：H2－2e－===2H＋
C.通入O2的電極為電池的正極
D.該裝置將化學能最終轉化為電能
6.如圖所示，電流計指針發生偏轉，同時A極質量減少，B極上有氣泡產生，C 為電解質溶液，下列說法錯誤的是(　　)
A.B極為原電池的正極
B.A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸
C.C中陽離子向A極移動
D.A極發生氧化反應
【課堂練習】
√
√
7.燃料電池是燃料（如CO、Hz、CH等）與氧氣（或空氣）發生反應將化學能轉化為電能的裝置，若電解質溶液是強堿溶液，下面關于甲烷燃料電池的說法正確的是（ ）
A.負極反應式：O2+2H2O+4e-==40H-
B.負極反應式：CH4+80H--8e-==CO2+6H2O
C.隨著放電的進行，溶液的氫氧根濃度不變
D.放電時溶液中的陰離子向負極移動
【課堂練習】
D
8.一種鎂-空氣電池裝置如圖所示，電極材料為金屬
鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。
（1）負極電極反應式 。
正極電極反應式 。
（2）電子移動的方向是由 經外電路到 。（填“a”或“b”）
（3）電池總反應式為 。
Mg-2e-+20H-==Mg(OH)2
O2+4e-+2H2O==4OH-
2Mg+02+2H2O==2Mg(OH)2
a b
【課堂練習】
9.鋅—空氣電池(原理如下圖)適宜用作城市電動車的動力電源，放電時Zn轉化為ZnO。則該電池放電時下列說法正確的是
A．將電能轉化為化學能
B．氧氣在石墨電極上發生還原反應C．電流由Zn電極經導線流向石墨電極
D．該電池放電時OH—向石墨電極移動
√
10.燃料電池是目前電池研究的熱點之一。現有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是
A．a極是負極，該電極上發生氧化反應B．b極反應是O2＋2H2O＋4e-=4OH-C．總反應方程式為2H2＋O2=2H2OD．若將H2改成CH4，則負極電極反應為：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
√
【課堂練習】
√
11.某種氫氧燃料電池已經成功應用在城市公交汽車上，該電池用30% H2SO4溶液作電解質溶液。有關這種燃料電池的下列說法正確的是
A．該電池工作時，正極區域溶液pH上升B．a電極為負極，發生還原反應C．正極上反應的電極反應式為：O2+2H2O+4e = 4OH D．該電池能夠將化學能全部轉化為電能且產物是水，屬于環境友好電池

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