第六章 第一节 第3课时 化学电源-【高考领航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第3课时　化学电源 [课标解读]　1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。2.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。 知识点一　一次电池、二次电池 1．一次电池 (1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。 ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。 2．二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。 (2)能量转化：化学能电能。 (3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 [知识拓展]　铅酸蓄电池 铅酸蓄电池用含锑5%～8%的铅锑合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2，负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。蓄电池放电和充电的总反应式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。放电时，负极电极反应式为：Pb＋SO－2e－===PbSO4，正极电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时，阳极电极反应为：PbSO4＋2H2O－2e===PbO2＋4H＋＋SO，阴极电极反应为：PbSO4＋2e===Pb＋SO。 　可充电电池因其可以反复使用而深受广大消费者喜爱，请你根据对可充电电池的理解，选出下列有关说法正确的是(　　) A．放电时，正极发生氧化反应 B．放电时，把热能转化为电能 C．充电时，电池的负极发生还原反应 D．充电时，把化学能转化为电能 解析：C　放电时，正极上得电子而发生还原反应，故A错误；放电时，该装置是原电池，是将化学能转化为电能的装置，故B错误；放电时，原电池的负极失电子发生氧化反应，则充电时电极反应相反，负极上得电子而发生还原反应，故C正确；充电时，该装置将电能转化为化学能，故D错误。 [拓展探究]　(1)干电池与充电电池的本质区别有哪些？ 提示：干电池是一次电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 (2)部分心脏病患者需要植入心脏起搏器，一种心脏起搏器以铂和锌为电极材料，依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。该心脏起搏器的负极材料和正极材料分别是什么？写出负极的电极反应式。 提示：正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌失电子被氧化，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。 [对点训练1]　铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是(　　) A．Pb为正极，被氧化 B．溶液的pH不断减小 C．SO只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小 解析：D　由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；内电路中的阴离子(SO和OH－)移向负极；硫酸不断被消耗， pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。 知识点二　燃料电池 1．概念 一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 2．特点 (1)清洁、安全、高效等； (2)能量转化率可以达到80%以上； (3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 3．应用 在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 4．氢氧燃料电池 碱性氢氧燃料电池示意图 氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应如下： 电解质溶液 负极 正极 酸性 (H＋) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 碱性 (OH－) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ [微点拨]　在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。 [问题探究] 　(1)燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别有哪些？ 提示：燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外部装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。 (2)氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液，两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化？ 提示：以氢气为燃