化學電源的反應原理及化學電源在生活中的應用

關于化學電源的反應原理及化學電源在生活中的應用

　　關于化學電源的反應原理及化學電源在生活中的應用

　　曾玉香

　　（湖南省新邵縣第八中學）

　　摘 要：化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗事實是證實化學實用性、有效性的最可靠證據，因此，現下高中化學中大部分知識點都要依靠實驗來展示其內涵。再者，化學在生活中的應用范疇十分廣闊，特別是化學電源，其應用領域尤為寬廣，以高中化學中的化學電源反應原理為切入點，主要探究化學電源反應原理、分類及其在生活中的具體應用。

　　關鍵詞：高中化學；化學電源；反應原理；分類；具體應用

　　通常意義上來說，化學電源是一種特殊裝置，它能夠將化學能直接轉換為電能，主要是通過化學反應消耗某種化學物質而輸出電能，習慣上被稱為電池，也就是說，生活中常見的電池大多是化學電源。關于化學電源的應用范疇，其主要表現在國民經濟、科學技術、軍事領域和日常生活等方面。

　　一、關于化學電源的反應原理實驗探究設計

　　關于化學電源反應原理的探析問題，筆者在此選擇人教版高中《化學》選修4第四章第二節內容為研究切入點，通過化學實驗展示化學電源的反應原理，力求讓學生親身、直觀、明了地看清楚反應原理，體驗創新實踐的快樂，加深學生對此章節內容的認識。

　　1.制訂教學目標，分析教學重、難點

　　（1）教學目標。首先，老師需要帶領學生復習原電池的化學原理，掌握形成原電池的基本條件，隨后了解各類常見電池的類別、構造、反應原理、優勢和應用范疇。其次，利用化學實驗的方法達到學習知識的目的。最后，通過此章節內容的學習，實時感受化學帶給人類社會生活的進步和光明。

　　（2）教學重、難點。本章節內容的重點：一次電源、二次電源、燃料電池的反應原理、基本性能和應用；常見電池的污染和環保問題；難點：化學電源的反應原理以及電極式的書寫技能。

　　2.具體的實驗過程

　　第一部分：

　　【老師指導試驗】給學生小組各拿一節化學電源（干電池），用實驗證明銅鋅原電池的正負兩極。

　　【學生動手操作】進行實驗，并觀察具體化學現象。

　　【學生試驗所得】現象：測干電池時，電流計指針偏向正極方向；測銅鋅原電池時，電流計指針偏向銅片方向。由此可見：鋅片為負極，銅片為正極。

　　【試驗所得結論】原電池的原理：

　　負極：電子流出，較活潑，（鋅片）：Zn－2e-=Zn2+（氧化反應）

　　正極：電子流入，較不活潑，（銅片）：2H++2e-=H2↑（還原反應）

　　銅鋅原電池的總反應方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑

　　與鋅片直接跟稀硫酸反應的異同之處：

　　相同點：總反應方程式相同

　　不同點：電子轉移途徑不同

　　第二部分：

　　【實驗探究主題】原電池的實質是氧化還原反應，而且氧化還原反應都可以設計成原電池，那么構成原電池要有哪些條件呢？

　　【具體實驗過程】通過多種裝置的比對，以及多種實驗現象的觀察，求得原電池的構成條件。

　　【實驗結果所得】組成原電池的條件：（1）電極材料由兩種金屬活潑性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成；（2）兩電極必須浸泡在電解質溶液中，自發地發生氧化還原反應；（3）兩電極之間有導線連接，形成閉合回路。

　　【教師課后補充】化學電源因為要提供持續而穩定的電流，除了必須具備原電池的三個構成條件之外，還要有自發進行的氧化還原反應。也就是說，化學電源必須是原電池，但原電池不一定都能做化學電源。

　　二、化學電源在生活中的具體應用及分類

　　1.干電池及其應用

　　干電池也叫一次電池，指的是電池中的反應物質在進行一次電化學反應放電后就無法再次使用，它的總反應式為Zn+2MnO2+2NH+4=2Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O。常見的干電池有鋅錳干電池、鋅汞電池、鎂錳干電池等。

　　2.蓄電池及其應用

　　蓄電池可分為酸性鉛蓄電池和堿性蓄電池兩種。（1）酸性鉛蓄電池是由一組充滿海綿狀金屬鉛的鉛銻合金格板做負極，由另一組充滿二氧化鉛的鉛銻合金格板做正極，兩組格板相間浸泡在電解質稀硫酸中，其總反應式為Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O其具有充放電可逆性好、放電電流大、穩定持續、價格低廉等優點，常用作汽車和柴油機車的啟動電源，坑道、礦山和潛艇的動力電源，以及變電站的備用電源。（2）堿性蓄電池是生活中十分常見的充電電池，它的體積、電壓和干電池差異不大，并且攜帶方便，相對來說它的使用壽命比鉛蓄電池長得多，使用得當可以反復充放電上千次，但價格比較貴。因其在堿性條件下進行反應，所以名為堿性蓄電池。

　　3.鋰離子電池及其應用

　　鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高，這里所說的電池容量就是放電容量。如果把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個俏皮的名字搖椅式電池。

　　總的來說，高中化學教學中涉及的化學電源的反應原理這一知識點十分重要，是化學學習的一大難點，需要老師和學生去認真教學、認真對待。同時，化學電源在生活中的應用范疇十分廣闊，涉及生活的方方面面，由此可見，化學科學需要受到我們的重視，它給人類社會帶來了前所未有的福利。

　　參考文獻：

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