化学电源一次电池DOC.docx

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化学电源一次电池DOC

化学电源—一次电池

适用学科

化学

适用年级

高二

适用区域

天津

课时时长（分钟）

60

知识点

1.常见的化学电源

2.化学电源的电极反应式的书写

教学目标

1.了解常见的化学电源

2.会写化学电源的电极反应式

3.了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识

教学重难点

熟练书写化学电源的电极反应式

掌握几种典型化学电池的电极反应

教学过程

一、复习预习

1.复习原电池的概念，原电池的构成条件，原电池的工作原理

2.预习常见的化学电源、一次电池的反应原理及其应用、化学电源的电极反应式

二、知识讲解

考点1化学电源的分类

1.定义：

化学电源是能够实际应用的原电池。

2．化学电池的分类

（1）一次电池又称不可充电电池——干电池。

（2）二次电池又称充电电池——蓄电池。

（3）燃料电池

考点2一次电池及电极反应式的书写

1.碱性锌锰电池

常见的化学电池是锌锰电池，构造如下图所示。

普通锌锰干电池的电极反应

负极（锌铜）：

Zn－2e－＝Zn2＋（氧化反应）

正极（石墨）：

2NH＋2e－＝2NH3↑＋H2↑（还原反应）

总反应式：

Zn＋2MnO2＋2NH4Cl＝2MnO（OH）＋Zn（NH3）2Cl2

碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应为：

负极：

Zn＋2OH－－2e－＝Zn（OH）2（氧化反应）

正极（石墨）：

2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnO（OH）＋2OH－（还原反应）

总反应式：

Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO（OH）＋Zn（OH）2

特点：

比普通锌锰电池性能好，能量和储存时间均有提高，可适用于大电流和连续放电。

2．纽扣式电池（银锌电池）

常见的纽扣式电池为银锌电池。

它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应为：

负极：

Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O

正极：

Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－

总反应方程式：

Zn＋Ag2O＝2Ag＋ZnO

在使用过程中，电池负极区溶液pH减小。

特点：

此种电池能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。

一粒纽扣式电池的电压达1.59伏，安装在电子表里可使用两年之久。

3．锂电池

锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成。

锂电池的主要反应为：

负极：

8Li－8e－＝8Li＋

正极：

3SOCl2＋8e－＝SO－＋2S＋6Cl－

总反应式为：

8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S

特点：

锂电池是一种高能电池，具有质量轻、电压稳定、工作效率高和贮存寿命长的优点。

常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池。

三、例题精析

【例题1】锌锰干电池（如右图）是普遍使用的化学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。

以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。

一节干电池，电动势E＝1.5V，内电阻r＝0.25Ω，对外供电时效率η＝75%。

该干电池的工作原理是：

Zn＋2MnO2＋2NH4+＝Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O

（1）试写出干电池放电时的正、负电极反应式：

正极：

_______________________________

负极：

___________________________

（2）干电池用久了就会变软，其原因是____。

（3）正极反应中，前后经历下列反应：

2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2；2MnO2＋H2＝Mn2O3＋H2O，如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作，试说明理由：

______________________________________。

（4）在供电时间为20min时，反应的MnO2的质量为________g，外电阻消耗的电能是________kJ。

（5）许多国家都规定要对废旧的锌锰干电池进行回收，从保护环境和节约材料的方面解释为什么要回收这种废旧电池？

【答案】

（1）2NH4+＋2MnO2＋2e－＝2NH3＋Mn2O3＋H2O　Zn－2e－＝Zn2＋

（2）电池放电过程中有水产生，锌筒变薄造成干电池变软

（3）正极反应的中间产物NH3、H2附着于石墨，增加电池内阻

（4）1.626　2.025

（5）废电池中的物质有的会导致地下水和土壤污染，威胁人类的健康。

另一方面，废电池中的有色金属是宝贵的自然资源。

将废旧电池回收再利用，不仅可以减少对生活环境的破坏，而且也是对资源的节约。

【解析】

（1）写出负极反应，用总反应式减去负极反应即得正极反应式。

（2）锌筒为负极材料，放电过程中参与反应会不断减少，同时生成的水不断增多，造成干电池变软。

（3）正极反应中，如果没有MnO2，只有反应2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，能导电的是离子和自由电子，气体分子是不能导电的，正极反应的中间产物NH3、H2附着于石墨棒上，增加了电阻。

（4）由R·I2/[I2（R＋r）]＝75%、r＝0.25Ω得R＝0.75Ω，则I＝E/（R＋r）＝1.5V/（0.75＋0.25）Ω＝1.5A

消耗的电量Q＝It＝1.5A×20×60s＝1800C

转移的电子：

1800C/（1.6×10－19×6.02×1023mol－1）＝1.869×10－2mol

反应的m（MnO2）＝1.869×10－2mol－1×87（g·mol－1）＝1.626g

外电阻消耗的电能：

W＝I2Rt＝（1.5A）2×0.75Ω×20×60s＝2025J

四、课堂运用

【基础】

1.广泛应用的锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO（OH）＋Zn（OH）2，下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnO（OH）＋2OH－

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，锌的质量理论上减少6.5g

【答案】C

【解析】该电池中Zn为负极失去电子，该反应中转移2e－，通过计算每转移0.2mol电子，Zn反应6.5g，电子由负极通过外导线流向正极，所以C错。

【巩固】

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，电池总反应式为：

Zn（s）＋2MnO2（s）＋2H2O（l）===Zn（OH）2（s）＋2MnOOH（s）。

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池负极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

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

【答案】C

【解析】该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：

Zn（s）+2OH-（aq）-2e-==Zn（OH）2（s），用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：

2MnO2（s）+H2O

（1）+2e-==Mn2O3（s）+2OH-（aq）。

Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。

1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。

故答案为C项。

【拔高】

1.燃料电池是使气体燃料氧化直接产生电流的装置，燃料电池的研究是本世纪最具挑战性的课题之一。

最近有人制造了一种燃料电池：

一个电极通入空气，另一个电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3（三氧化二钇）的ZrO2（二氧化锆）晶体，它在高温下能传导O2－，试回答下列问题：

（1）该电池放电时的化学反应方程式为：

____________________________________________。

（2）该燃料电池的电极反应式为：

正极：

13O2＋52e－＝26O2－

负极：

2C4H10＋26O2－－52e－＝8CO2＋10H2O

则固体电解质中的O2－向________极移动。

（填“正”或“负”）

（3）某金属的相对原子质量为52.00，用上述电池电解该金属的一种含氧酸盐的酸性水溶液时，阳极每放出3360mL（标准状况）氧气，阴极析出金属10.4g，在该含氧酸盐中金属的化合价为________，在该实验中，若不考虑能量的损失，电池中消耗丁烷的质量最少是________g。

（结果精确至0.01g）

【答案】

（1）2C4H10＋13O2＝8CO2＋10H2O

（2）负　（3）＋3；1.34

【解析】

（1）2C4H10＋13O2＝8CO2＋10H2O；

（2）根据电极反应式可知，氧离子由正极移向负极；（3）设金属的化合价为x，则根据得失电子守恒关系可得：

4×

＝

x，所以可得x＝＋3，故此过程中转移的电子的物质的量为0.6mol，所以消耗的丁烷的质量为1.34g。

五、课程小结

本节课主要学习了常见的化学电源并重点学习了一次电源及其电极反应式的书写

六、课后作业

【基础】

1.

（1）可利用Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2反应，设计一个原电池．

写出电极反应方程式：

负极：

______正极：

______

（2）航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点．用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，2H2+O2=2H2O，故称为氢氧燃烧电池．请写出各电极的电极反应．

负极：

______正极：

______．

【答案】

（1）负极：

Cu-2e-═Cu2+正极Fe3++e-=Fe2+．

（2）2H2+4OH--4e-=4H2O；O2+2H2O+4e-=4OH-．

【解析】

（1）由反应“Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2”可知，反应中铜被氧化，应为原电池负极，失电子而被氧化，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，正极应为活泼性比Cu弱的金属或非金属材料，Fe3+在正极得到电子而被还原，电极反应式为

Fe3++e-=Fe2+，电解质溶液为FeCl3．

故答案为：

负极：

Cu-2e-═Cu2+正极Fe3++e-=Fe2+．

（2）该反应中氢气失电子被氧化，氢气失电子生成氢离子，氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水，所以电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O．

氧气得电子被还原，氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，所以电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-．

故答案为：

2H2+4OH--4e-=4H2O；O2+2H2O+4e-=4OH-．

【巩固】

1.据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电．其电池反应为：

2CH3OH+3O2+4OH-

2CO32-+6H2O，则

（1）放电时电极反应方程式：

正极______；负极______．

（2）充电时电解质溶液的pH逐渐______（填增大、减小），充电时每生成1molCH3OH转移______ mol电子．

【答案】

（1）O2+2H2O=4OH-+4e-；CH3OH+8OH-=6H2O+CO32-+6e-；

（2）增大；6．

【解析】

（1）放电时，相当于原电池的工作原理，正极是氧气发生得电子的还原反应，即O2+2H2O=4OH-+4e-，负极是甲醇发生失电子的氧化反应，即CH3OH+8OH-=6H2O+CO32-+6e-，故答案为：

O2+2H2O=4OH-+4e；CH3OH+8OH-=6H2O+CO32-+6e-；

（2）充电时，相当于电解池的工作原理，根据反应方程式发现此时生成了氢氧根离子，所以电解质溶液的pH逐渐增大，每生成2molCH3OH转移电子12mol，所以充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子，故答案为：

增大；6．

【拔高】

1.氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛（TiO2）表面作用使海水分解得到氢气的新技术2H2O 

2H2↑+O2↑．制得的氢气可用于燃料电池．试回答下列问题：

（1）分解海水时，二氧化钛的作用是______；生成的氢气用于燃料电池时，______能转变为______能；分解海水的反应属于______反应（填“放热”或“吸热”）．

（2）某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应为：

A极：

H2+O2--2e-=H2O，B极：

O2+4e-=2O2-．

则A极是电池的______极，电子从该极______（填“流入”或“流出”）．

【答案】

（1）催化剂；化学；电；吸热；

（2）负；流出．

【解析】

（1）水难以分解，在二氧化钛（TiO2）表面作用使海水分解得到氢气，并用激光提供能量，则说明二氧化钛起到催化剂的作用，该反应吸热，燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故答案为：

催化剂；化学；电；吸热；

（2）氢气具有还原性，在负极上被氧化而失去电子，电子从负极经外电路流向正极，故答案为：

负；流出．