第6章 第1节 课时3 化学反应的速率-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第3课时　化学电池 学习目标 素养解读 1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。 2．掌握构成化学电池的基本要素，了解常见化学电池的工作原理 理解化学电池在生产生活中的广泛应用，感悟化学在解决人类社会发展问题中的重要作用，发展“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养 1．一次电池(以锌锰干电池为例) (1)锌锰干电池构造示意图 (2)原理：电子由锌筒(负极)流向石墨棒(正极)，锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低。 (3)特点：放电之后不能充电。 2．二次电池 (1)含义：有些电池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。这种充电电池属于二次电池。 (2)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3．燃料电池 (1)概念：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 清洁、安全、高效；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，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间。 (3)燃料电池的工作原理 ①通入燃料的电极为负极，燃料发生氧化反应。 ②通入氧化剂(如氧气)的电极为正极，氧化剂发生还原反应。 ③燃料电池的反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。 ④燃料电池的电极一般不参与反应，燃料电池类似于燃料与氧化剂的反应场所，本身不被消耗。 随着人们环保意识的日益增强，铅、汞等有毒金属的使用日益受到限制，在1970年发明了传统铅酸电池的替代者——锂离子电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，写出该电池的电极反应式。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：由总反应i＋nO2===inO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e—===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e—===。 【要点归纳】 1．化学电池正、负极的判断方法 [提醒] 在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液的性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 2．化学电池电极反应式的书写 (1)一般思路 (2)示例：总反应式为2H2＋O2===2H2O，当电解质溶液为KOH溶液时电极反应式的书写。 ①负极反应式的书写 a．根据总反应方程式，H2中H元素化合价升高，转移电子数为4e－，2H2－4e－===4H＋。 b．根据电解质溶液的酸碱性，在碱性溶液中，电极反应式中不应出现H＋。故负极反应式应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。 ②正极反应式的书写 O2＋4e－===2O2-，水溶液中O2-不能单独存在，在碱性溶液中O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 ③将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。 【典例分析】 考向1　常见的一次电池与二次电池 【典例1】 K­O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中a极为单质钾片。关于该电池，下列说法正确的是(　　) A．b电极为负极 B．电池工作时，电子从b电极流向a电极 C．电池工作时，K＋由a电极通过隔膜移向b电极 D．正极的电极反应为O2＋4e－===2O2- 解析：选C。该装置中氧气得到电子发生还原反应，则b为正极、a为负极，A错误；电池工作时，电子从负极a电极经过导线流向正极b电极，B错误；电池工作时，阳离子向正极移动，故K＋由a电极通过隔膜移向b电极，C正确；b电极上氧气得电子，得到的产物为KO2，电极反应为O2＋e－＋K＋===KO2，D错误。 【对点练】 1.下图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是(　　) A．电池内部含有电解质 B．锌是负极，碳棒是正极 C．电池用完后可埋入土壤 D．锌锰干电池是一次性电池 答案：C 考向2　电极反应式的书写 【典例2】 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法不正确的是(　　) A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 C．工作时，负极区溶液中c(OH－)减小 D．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 解析：选D。根据电池总反应式知，Zn失电子发生氧化反应，故Zn作负极，Ag2O作正极，故A正确；负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，消耗OH－，负极区溶液中c(OH－)减小，正极上发生反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，正极区溶液中c(OH－)增大，故B、C正确；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，故D错误。 【对点练】 2.分析下列装置，按要求填空。 (1)①负极材料：__________，电极反应式：____________________； ②正极材料：________，电极反应式：____________________________； ③总反应式：_______________________________________________。 (2)①负极材料：__________，负极反应式：_______________； ②正极材料：______________，正极反应式：________________； ③总反应式：____________________________________________。 (3)①负极材料：__________，电极反应式：____________________________； ②正极材料：___________，电极反应式：__________________________； ③总反应式：___________________________________________。 答案：(1)①Mg　Mg－2e－===Mg2+　②Al　2H＋＋2e－===H2↑　③Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑ (2)①Al　2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－　②Mg　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ ③2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (3)①Cu　Cu－2e－===Cu2+　②Fe　＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O　 ③Cu＋＋4H＋===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O 考向3　燃料电池 【典例3】 氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是(　　) A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O 解析：选D。燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。 【对点练】 3.将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。 (1)实验测得OH－定向移向A电极，则____(填“A”或“B”)电极入口通CH4，其电极反应式为______________________________，另一电极的电极反应式为__________________________________________________。 (2)若将电解质溶液更换为稀H2SO4，实验测得B电极附近的pH减小，则A处电极入口通入的气体是________，其电极反应式为__________________， B电极的电极反应式为________________________。 解析：(1)实验测得OH－定向移向A电极，则A电极为负极，B电极为正极，CH4燃料电池中，通入CH4的电极为负极，则A电极入口通CH4，在KOH溶液中，CH4在负极发生失电子的氧化反应生成。 (2)B电极附近的pH减小，说明酸性增强，有H＋生成，B电极为负极，通入CH4，则A电极入口通入O2，其电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在稀H2SO4溶液中，B电极CH4失电子被氧化为CO2。 答案：(1)A　CH4－8e－＋10OH—===＋7H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)O2　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是(　　) A．碱性锌锰电池 B．手机所用的锂电池 C．汽车所用的铅蓄电池 D．玩具所用的镍氢电池 解析：选A。碱性锌锰电池属于一次电池，不属于可充电电池。 2．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是(　　) A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅酸蓄电池工作过程中，每转移2 mol电子，负极质量减小207 g D．氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源 解析：选C。铅酸蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小， C错误。 3．中国汽车行业已经发生翻天覆地的变化，电动汽车的发展异常耀眼。新能源汽车最重要的部件就是电池，现有一款铅酸蓄电池，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。据此判断下列叙述正确的是(　　) A．放电时，电能转化为化学能 B．Pb是负极 C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 解析：选B。放电时为原电池，将化学能转化为电能，A错误；放电时为原电池，Pb发生失电子的氧化反应、作负极，B正确；放电时为原电池，PbO2得电子，被还原，C错误；电池放电时总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，消耗硫酸，溶液酸性减弱，D错误。 4．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，回答下列问题。 (1)铅酸蓄电池在放电时发生的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。负极电极反应式为________________________________。 (2)燃料电池是一种高效、对环境友好的供电装置，以甲醇作燃料的电池，如图所示。 ①负极反应物是________，H＋从________极移到________极(填“a”或“b”)。 ②正极电极反应式为_______________________________________________， 负极电极反应式为____________________________________。 答案：(1)Pb－2e－＋===PbSO4 (2)①CH3OH　b　a ②3O2＋12e－＋12H＋===6H2O　2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋ 学科网（北京）股份有限公司 $$