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第六章 化學反應與能量
第一節 化學反應與能量變化
第三課時 電極反應式的書寫
化學電源
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
【復習回顧】下列哪些裝置能構成原電池？
構成原電池的條件有哪些？
稀硫酸
Ag
Cu
A
稀硫酸
Zn
Cu
稀硫酸
Zn
Fe
Zn
√
√
√
√
一、原電池正負極的判斷方法
6.1.2 原電池的工作原理
電極材料
反應類型
電子流向
電極現象
離子移向
負極
正極
較活潑金屬
較不活潑金屬或
能導電的非金屬
氧化反應
還原反應
電子流出
電子流入
e-
不斷溶解
質量減小
電極增重或
有氣體產生
陰離子移向
陽離子移向
一、原電池正負極的判斷方法
6.1.2 原電池的工作原理
如圖所示原電池裝置,試判斷其電極情況:
(1)若a電極為鋁,b電極為鋅,X為稀硫酸,則a、b各為什么電極?
a為負極,b為正極。因為鋁的活動性大于鋅。
(2)若a電極為鋁,b電極為鋅,X為濃硫酸,則a、b各為什么電極?
a為正極,b為負極。因Al可被濃硫酸鈍化而不能繼續反應,而鋅可以與濃硫酸反應,鋅失電子發生氧化反應,故鋁電極為正極,鋅電極為負極。
注意：在判斷原電池正負極時，不要只根據金屬活動性的相對強弱還要考慮電解質溶液的特點。
一、原電池正負極的判斷方法
6.1.2 原電池的工作原理
(3)若a電極為銅,b電極為石墨,則X是什么才能使該裝置構成原電池?
石墨是穩定的電極,一般不發生反應,若使該裝置構成原電池,則應使銅作負極,電解質溶液X應與銅發生反應。故可選AgNO3溶液或硝酸溶液或FeCl3溶液等。
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
二、電極反應式的書寫
判斷正負極寫出總反應式及電極反應式
【例題】
負極(銅)：Cu - 2e- = Cu2+
正極(銀)：2Ag+ + 2e- = 2Ag
Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag
Cu
Ag
AgNO3
C
Fe
CuSO4
正極(石墨)：Cu2++2e－=Cu
負極(鐵)：Fe －2e － = Fe2+
Fe ＋ Cu2+＝Fe2＋＋ Cu
作差法
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
二、電極反應式的書寫
[練習1] 請寫出右邊原電池的電極反應式。
Mg Al
NaOH溶液
A
2Al + 6H2O + 2 OH－ = 2 [Al(OH)4]- + 3H2↑
分析負極反應過程
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2 [Al(OH)4]-
負 極： 2Al +8OH- －6e－ ＝2 [Al(OH)4]-
正 極：總反應－負極反應：
6H2O ＋6e－ ＝6OH—＋ 3H2↑
總反應：
(－)
(＋)
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
二、電極反應式的書寫
Mg Al
NaOH溶液
A
(－)
(＋)
[練習1] 請寫出右邊原電池的電極反應式。
四步法
負 極：
Al ＝[Al(OH)4]-
一步：判斷正負極
二步：
三步：
四步：
Al－3e－ ＝ [Al(OH)4]-
Al－3e－ +4OH- ＝ [Al(OH)4]-
正 極：
2H2O ＋2e－ ＝2OH—＋ H2↑
總反應：
2Al + 6H2O + 2 OH－ = 2 [Al(OH)4]- + 3H2↑
×2
×3
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
二、電極反應式的書寫
四步法——電極反應式書寫方法：
【歸納總結】
判
找
標
配
準確找出電極反應物和電極產物
準確判斷電池的正、負極
根據有關元素化合價變化標出電子得失數目
根據環境配平電荷，最后根據原子個數配平電極反應式
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
無處不在的電池
普通干電池
手機電池
鈕扣電池
筆記本電腦專用電池
心臟起搏器電池
氫氧燃料電池
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
你能將下列電池進行簡單的分類嗎？
小鵬 P7
鋰電池組
寶馬
氫燃料電池組
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
寶馬
氫燃料電池組
小鵬 P7
鋰電池組
寶馬
氫燃料電池組
一次電池
二次電池
燃料電池
寶馬
氫燃料電池組
一次電池，也叫做干電池，放電后不可再充電。
常見的一次電池有普通鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。
1. 一次電池
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
1. 一次電池
普通鋅錳干電池
石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質溶液，鋅筒作負極。
總反應
負極
正極
Zn + 2MnO2 + 2NH4+ == Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3↑
Zn﹣2e- === Zn2+
2MnO2 + 2NH4+ + 2e- === 2MnO(OH) + 2NH3↑
優點：制作簡單，便于攜帶，價格便宜；
缺點：放電時間短，電壓下降快；容易漏液（鋅外殼變薄）糊狀NH4Cl顯酸性
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
1. 一次電池
鋅筒
石墨棒
MnO2和C
普通鋅-錳干電池的結構
NH4Cl、ZnCl2 糊
改進
①在外殼套上防腐金屬筒或塑料筒制成防漏電池；
②將電池內的電解質NH4Cl換成濕的KOH，并在構造上進行改進，制成堿性鋅錳電池。
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
1. 一次電池
堿性鋅錳干電池
電池總反應：
Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
負極：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2
正極：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH–
鋅粉取代鋅筒，KOH取代NH4Cl，增大接觸面積
加快反應速率，減少電池內阻，電流大電壓高壽命長
0 +4 +3 +2
pH值增大
Zn—MnO2 —KOH
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
2. 二次電池
放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態。這種充電電池屬于二次電池，也叫充電電池或蓄電池。
常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池。
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
2. 二次電池
鉛酸蓄電池
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放電
充電
放
電
總反應
負極
?
正極
?
工作原理：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O
Pb +?SO42-﹣2e- === PbSO4
?
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- == PbSO4 + 2H2O
?
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
2. 二次電池
鋰離子電池
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
以鉆酸鋰—石墨鋰電池為例：
Li1-xCoO2 + LixC6 LiCoO2 + 6C
放電
充電
放
電
總反應
負極
?
正極
?
Li1-xCoO2 + LixC6 === LiCoO2 + 6C
LiC6﹣xe- === 6C + xLi+
Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- === LiCoO2
3. 燃料電池
將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置
具有清潔、安全、高效等特點。
燃料電池的能量轉化率可以達到80%以上。
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
3. 燃料電池
電解質
H2SO4溶液
總反應
負極
?
正極
?
2H2 + O2 === 2H2O
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氫氧燃料電池
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
3. 燃料電池
氫氧燃料電池
電解質
KOH溶液
總反應
2H2 + O2 === 2H2O
負極
?
正極
?
2H2 + 4OH- - 4e- === 4H2O
O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
3. 燃料電池
甲烷燃料電池
電解質
電解質溶液為H2SO4
電解質溶液為KOH
總反應
負極
?
正極
?
CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O
CH4 + 2O2 + 2OH- == CO32? + 3H2O
?
CH4 + 2H2O - 8e- === CO2 + 8H+
CH4 + 10OH- - 8e- === CO32? + 7H2O
?
2O2 + 8H+ + 8e- == 4H2O
2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH-
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
三、化學電源
①總反應式：
②負極反應式：
③正極反應式：
化學電源中電極反應書寫的思維模板
歸納
陌生的化學電源總反應式會給出。
（-）還原劑 - ne- = 氧化產物
（+）氧化劑 + ne- = 還原產物
四步法配平離子方程式
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
【練1】下列化學電池屬于高效、環境友好電池的是
A．鎳鎘電池 B．鋅錳電池
C．鉛蓄電池 D．氫氧燃料電池
D
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
【練2】普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，該電池工作時的總反應為Zn+2NH4+ +2MnO2=[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O，關于鋅錳干電池的下列說法中正確的是
A．當該電池電壓逐漸下降后，能重新充電復原
B．電池工作一段時間后，碳棒會逐漸變細
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過0.1 mol電子，鋅的質量理論上減小3.25 g
D
6.1.3 電極反應式的書寫 化學電源
【練3】燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置，某氫氧燃料電池的構造示意圖如下，該電池工作時，下列說法正確的是
A．O2在b電極上發生氧化反應
B．電解質溶液中OH-向正極移動
C．該裝置實現了電能到化學能的轉化
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
D

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