高二化学教案：化学能与电能的转化学案

概要：H--2e-===Zn(OH)2;正极：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-;电池总反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。2.碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH溶液，其电极反应为：负极：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;正极：2MnO2+2e-+2H2O===2MnOOH+2OH-;电池总反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。三、燃料电池1.概念燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。2.氢氧燃料电池(1)结构(如图所示)氢氧燃料电池示意图(2)工作原理电解质溶液为KOH溶液时：负极石墨：2H2+4OH--4e-===4H2O正极石墨：O2+2H2O+4e-===4OH-电池总反应式：2H2+O2===2H2O四、铅蓄电池铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液，如图所示。铅蓄电池的构造工作原理：负极：Pb(s)+SO2-4(aq)-2e-===PbSO4(s)(氧化反应);正极：PbO2(s)+SO2-4(aq)+4H+(aq)+2e-===PbSO4(

一、化学电池

1.电池的分类

化学电池化学能转变为电能一次电池：如普通锌锰干电池、　碱性锌锰电池、银锌钮扣电池二次电池：如铅蓄电池等燃料电池：如氢氧燃料电池

2.一次电池与二次电池的不同点

(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池。

(2)二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。

二、一次电池

1.锌银电池

锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH溶液，其电极反应如下：

负极：Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;

正极：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-;

电池总反应式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。

2.碱性锌锰电池

碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH溶液，其电极反应为：

负极：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;

正极：2MnO2+2e-+2H2O===2MnOOH+2OH-;

电池总反应式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。

三、燃料电池

1.概念

燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。

2.氢氧燃料电池

(1)结构(如图所示)

氢氧燃料电池示意图

(2)工作原理

电解质溶液为KOH溶液时：

负极石墨：2H2+4OH--4e-===4H2O正极石墨：O2+2H2O+4e-===4OH-

电池总反应式：2H2+O2===2H2O

四、铅蓄电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液，如图所示。

铅蓄电池的构造

工作原理：负极：Pb(s)+SO2-4(aq)-2e-===PbSO4(s)(氧化反应);正极：PbO2(s)+SO2-4(aq)+4H+(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)(还原反应);总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO2-4(aq)(还原反应);阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO2-4(aq)(氧化反应);总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。

知识点一　化学电池

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。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn+MnO2+H2O===ZnO+Mn(OH)2

下列说法中，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

MnO2+2H2O+2e-===Mn(OH)2+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0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g

答案　C

解析　本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确;电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误;由电子守恒知D项正确;由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。

2.最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH。下列说法不正确的是(　　)

A.该电池Zn为负极，MnO2为正极

B.该电池的正极反应为

MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-

C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn

D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片

答案　C

解析　原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子，因此该电池负极为Zn，正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式：Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O即得正极反应式：MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-。电子只能由Zn经外电路流向MnO2，而不能通过内电路。

知识点二　二次电池

3.生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　)

A.需要定期补充硫酸

B.工作时铅是负极，PbO2是正极

C.工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SO2-4===PbSO4

D.工作时电解质的密度减小

答案　A

解析　铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+，Pb2+与溶液中的SO2-4生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充;放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。

4.某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，以下说法不正确的是(　　)

A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2

B.放电时正极反应式为FeO2-4+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-

C.放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化

D.充电时阳极附近的溶液的碱性减弱

答案　C

解析　选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO2-4+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-;选项C，放电时，K2FeO4被还原;选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH-，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。

知识点三　燃料电池

5.固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。

下列判断正确的是(　　)

A.有O2参加反应的a极为电池的负极

B.b极的电极反应式为H2-2e-+O2-===H2O

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