第2课时 发展中的化学电源目标导航] 1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
1．锌锰干电池(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO 2和NH 4Cl 作电解质。
(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
负极发生的电极反应为Zn －2e －===Zn 2＋，正极发生的电极反应为2MnO 2＋2NH ＋4＋2e －===Mn 2O 3＋2NH 3＋H 2O 。
(3)缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。
改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH 4Cl 换成湿的KOH ，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。
2．充电电池(1)充电电池又称二次电池。
充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
充电电池中能量的转化关系是化学能 放电充电电能。
(2)常见的充电电池 ①铅蓄电池负极是Pb ，正极是PbO 2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。
②镍镉电池以Cd 为负极，NiO(OH)为正极，以KOH 为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。
③碱金属中的Li 是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。
锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3．燃料电池(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。
与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH 溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O(氧化反应)； 正极：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －(还原反应)； 总反应：2H 2＋O 2===2H 2O 。
议一议判断正误，正确的打“√”，错误的打“×” (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( )(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( )(3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化( )(4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅( )答案(1)×(2)×(3)√(4)×一、原电池电极反应式的书写例1 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。
某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO－2D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋解析根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。
答案 B归纳总结1．电极反应方程式的书写方法(1)负极反应式的书写①活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：M－n e－===M n＋。
若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。
②燃料电池(电极材料本身不反应)H 2—O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：H2－2e－===2H＋。
H 2—O2(KOH)燃料电池负极反应式：H 2－2e－＋2OH－===2H2O⇒H2－2e－===2H＋；2H＋＋2OH－===2H2O。
(2)正极反应式的书写①首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。
当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。
燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。
②根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)H 2—O2(H2SO4)的正极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
H 2—O2(KOH)的正极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。
变式训练1 可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。
下列说法正确的是( )A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案 A解析当电解质溶液显碱性或中性时，该燃料电池的正极发生的反应均为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项是正确的；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O，B项是错误的；该电池在碱性条件下工作时，消耗了碱，反应的化学方程式为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO－2＋2H2O，溶液的碱性减弱，C项是错误的；电池工作时，电子从负极流出来经过外电路流向正极，D项是错误的。
二、燃料电池例2 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OC．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变D．放电时溶液中的阴离子向负极移动解析O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。
燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。
所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O。
由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。
答案 D归纳总结常见的燃料电池常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。
燃料电池的正极反应物一般为氧气。
电解质不同，电极反应就不同，如氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为负极(H2)反应式：2H2－4e－＋4OH－===4H2O(氧化反应)正极(O2)反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)电池总反应式：2H2＋O2===2H2O氢氧燃料电池以酸为电解质，其放电原理为负极(H2)反应式：2H2－4e－===4H＋(氧化反应)正极(O2)反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(还原反应)电池总反应式：2H2＋O2===2H2O变式训练2 燃料电池是目前电池研究的热点之一。
现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示a、b均为惰性电极。
下列叙述不正确的是( )A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2OC．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2OD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源答案 B解析a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。
1．对化学电源的叙述正确的是( ) A ．化学电源比火力发电对化学能的利用率高B ．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位C ．化学电源均是安全、无污染的D ．化学电源即为可充电电池 答案 A解析 由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中间环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。
2．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。
有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是( ) A ．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B ．碳棒取出洗净用作电极 C ．把铜帽取下洗净回收利用D ．电池内部填有NH 4Cl 等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用 答案 D解析 虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。
3．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运等特点。
研究的燃料电池可分为镁－空气燃料电池，镁－海水燃料电池，镁－过氧化氢燃料电池，镁－次氯酸盐燃料电池。
如图为镁－次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是( ) A ．放电过程中OH －移向正极B ．电池的总反应式为Mg ＋ClO －＋H 2O===Mg(OH)2↓＋Cl －C ．镁电池中镁均为负极，发生氧化反应D ．镁—过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为H 2O 2＋2H ＋＋2e －===2H 2O 答案 A解析 根据图像判断反应过程，判断正、负极，正确书写电极反应式。
镁燃料电池，镁作负极失电子，产物由电解质溶液决定，若为酸性溶液生成Mg 2＋，碱性溶液生成Mg(OH)2。
ClO －在正极反应，由图可知有Cl －和OH －生成，OH －向负极移动，生成Mg(OH)2。
4．汽车的启动电源常用铅蓄电池。
其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：PbO 2＋Pb ＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O根据此反应判断下列叙述中正确的是( ) A ．PbO 2是电池的负极 B ．Pb 是电池的负极 C ．PbO 2得电子，被氧化 D ．电池放电时，溶液酸性增强 答案 B解析 根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为Pb ＋SO 2－4－2e －===PbSO 4，B 正确；PbO 2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，A 、C 错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，D 错误。
