关于化学电源的反应原理及化学电源在生活中的应用

曾玉香

摘 要：化学是一门以实验为基础的学科，实验事实是证实化学实用性、有效性的最可靠证据，因此，现下高中化学中大部分知识点都要依靠实验来展示其内涵。再者，化学在生活中的应用范畴十分广阔，特别是化学电源，其应用领域尤为宽广，以高中化学中的化学电源反应原理为切入点，主要探究化学电源反应原理、分类及其在生活中的具体应用。

关键词：高中化学；化学电源；反应原理；分类；具体应用

通常意义上来说，化学电源是一种特殊装置，它能够将化学能直接转换为电能，主要是通过化学反应消耗某种化学物质而输出电能，习惯上被称为电池，也就是说，生活中常见的电池大多是化学电源。关于化学电源的应用范畴，其主要表现在国民经济、科学技术、军事领域和日常生活等方面。

一、关于化学电源的反应原理实验探究设计

关于化学电源反应原理的探析问题，笔者在此选择人教版高中《化学》选修4第四章第二节内容为研究切入点，通过化学实验展示化学电源的反应原理，力求让学生亲身、直观、明了地看清楚反应原理，体验创新实践的快乐，加深学生对此章节内容的认识。

1.制订教学目标，分析教学重、难点

（1）教学目标。首先，老师需要带领学生复习原电池的化学原理，掌握形成原电池的基本条件，随后了解各类常见电池的类别、构造、反应原理、优势和应用范畴。其次，利用化学实验的方法达到学习知识的目的。最后，通过此章节内容的学习，实时感受化学带给人类社会生活的进步和光明。

（2）教学重、难点。本章节内容的重点：一次电源、二次电源、燃料电池的反应原理、基本性能和应用；常见电池的污染和环保问题；难点：化学电源的反应原理以及电极式的书写技能。

2.具体的实验过程

第一部分：

【老师指导试验】给学生小组各拿一节化学电源（干电池），用实验证明铜锌原电池的正负两极。

【学生动手操作】进行实验，并观察具体化学现象。

【学生试验所得】现象：测干电池时，电流计指针偏向正极方向；测铜锌原电池时，电流计指针偏向铜片方向。由此可见：锌片为负极，铜片为正极。

【试验所得结论】原电池的原理：

负极：电子流出，较活泼，（锌片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极：电子流入，较不活泼，（铜片）：2H++2e-=H2↑（还原反应）

铜锌原电池的总反应方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑

与锌片直接跟稀硫酸反应的异同之处：

相同点：总反应方程式相同

不同点：电子转移途径不同

第二部分：

【实验探究主题】原电池的实质是氧化还原反应，而且氧化还原反应都可以设计成原电池，那么构成原电池要有哪些条件呢？

【具体实验过程】通过多种装置的比对，以及多种实验现象的观察，求得原电池的构成条件。

【实验结果所得】组成原电池的条件：（1）电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成；（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中，自发地发生氧化还原反应；（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。

【教师课后补充】化学电源因为要提供持续而稳定的电流，除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电源。

二、化学电源在生活中的具体应用及分类

1.干电池及其应用

干电池也叫一次电池，指的是电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电后就无法再次使用，它的总反应式为Zn+2MnO2+2NH+4=2Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O。常见的干电池有锌锰干电池、锌汞电池、镁锰干电池等。

2.蓄电池及其应用

蓄电池可分为酸性铅蓄电池和碱性蓄电池两种。（1）酸性铅蓄电池是由一组充满海绵状金属铅的铅锑合金格板做负极，由另一组充满二氧化铅的铅锑合金格板做正极，两组格板相间浸泡在电解质稀硫酸中，其总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O其具有充放电可逆性好、放电电流大、稳定持续、价格低廉等优点，常用作汽车和柴油机车的启动电源，坑道、矿山和潜艇的动力电源，以及变电站的备用电源。（2）碱性蓄电池是生活中十分常见的充电电池，它的体积、电压和干电池差异不大，并且携带方便，相对来说它的使用寿命比铅蓄电池长得多，使用得当可以反复充放電上千次，但价格比较贵。因其在碱性条件下进行反应，所以名为碱性蓄电池。

3.锂离子电池及其应用

锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高，这里所说的电池容量就是放电容量。如果把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个俏皮的名字摇椅式电池。

总的来说，高中化学教学中涉及的化学电源的反应原理这一知识点十分重要，是化学学习的一大难点，需要老师和学生去认真教学、认真对待。同时，化学电源在生活中的应用范畴十分广阔，涉及生活的方方面面，由此可见，化学科学需要受到我们的重视，它给人类社会带来了前所未有的福利。

参考文献：

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[2]王馨郁.《化学电源》教学设计[J].中国信息技术教育，2010（17）.

[3]李昌安.浅议“化学电源”一节的教学策略[J].中学化学教学参考，2014（10）.

[4]汤伟，刘亮.新型“化学电源”知识点展望与高考考点分析[J].新高考：高三理化生，2010（10）.

编辑 薛直艳