2019-2020學年高中化學 第4章 第2節(jié) 化學電源課件 新人教版選修4.ppt

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第二節(jié)化學電源 新知預習 自主預測 一 化學電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 1 分類一次電池 活性物質(zhì)消耗到一定程度后不能再用 如普通的鋅錳電池 堿性鋅錳電池等 二次電池 放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生 如充電電池或蓄電池等 燃料電池 燃料失電子 氧化劑得電子的電池 如氫氧燃料電池等2 優(yōu)點具有能量轉(zhuǎn)化率高 供能穩(wěn)定可靠 使用方便 易于維護等優(yōu)點 新知預習 自主預測 3 判斷電池優(yōu)劣的主要標準 1 比能量 即單位質(zhì)量和單位體積所能輸出電能的多少 單位 W h kg 或 W h L 2 比功率 即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小 單位 W kg 或 W L 3 電池可儲存時間的長短 新知預習 自主預測 二 幾種常見的化學電池1 一次電池 1 堿性鋅錳電池 構(gòu)造 組成 正極 MnO2 負極 Zn 電解質(zhì) KOH 工作原理 負極反應 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正極反應 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 總反應 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 新知預習 自主預測 2 銀鋅電池 構(gòu)造 組成 負極 Zn 正極 Ag2O 電解質(zhì) KOH 工作原理 負極反應 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正極反應 Ag2O 2e H2O 2Ag 2OH 電池反應 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 新知預習 自主預測 2 二次電池 以鉛蓄電池為例 1 構(gòu)造 2 組成 正極 PbO2 負極 Pb 電解質(zhì) H2SO4 新知預習 自主預測 3 工作原理 鉛蓄電池是最常見的二次電池 其電極反應分為放電和充電兩個過程 新知預習 自主預測 3 燃料電池 以酸性氫氧燃料電池為例 1 構(gòu)造 2 工作原理 新知預習 自主預測 1 想一想 連一連 a 干電池 一次電池b 鉛蓄電池 二次電池c 鋅錳電池 燃料電池d 氫氧燃料電池 綠色電池答案a b c d 2 燃料電池是一種新型電池 它利用燃料在反應過程中把化學能直接轉(zhuǎn)化為電能 氫氧燃料電池的基本反應如下 X極 O2 g 2H2O l 4e 4OH Y極 2H2 g 4OH 4e 4H2O l 下列判斷中 正確的是 A X是負極B Y是正極C Y極發(fā)生還原反應D Y極發(fā)生氧化反應答案D 探究一 探究二 電極反應式的書寫問題探究1 溶液的酸堿性對書寫電極反應式有何影響 答案在書寫電極反應式時一定要注意電解質(zhì)是什么 其中的離子要和電極反應式中出現(xiàn)的離子相對應 堿性電解質(zhì)溶液中 電極反應式中不能出現(xiàn)H 酸性電解質(zhì)溶液中 電極反應式中不能出現(xiàn)OH 2 根據(jù)鉛蓄電池正負極 陰陽極的電極反應式找出二次電池的放電 充電過程中電極反應的對應關系 答案二次電池放電時的負極反應與充電過程中陰極反應是互逆過程 放電時的正極反應與充電過程中的陽極反應是互逆過程 所以根據(jù)放電時的電極反應式很容易確定充電時的電極反應式 探究一 探究二 知識歸納化學電源電極反應式的書寫 1 根據(jù)裝置書寫電極反應式先分析題目給定的圖示裝置 確定原電池的正負極上的反應物質(zhì) 負極 活潑金屬或燃料失去電子生成陽離子 若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存 則該陰離子應寫入負極反應式 如鉛蓄電池的負極 Pb 2e PbSO4 正極 陽離子得到電子生成單質(zhì)或O2得到電子 若反應物是O2 則有以下規(guī)律 電解質(zhì)是堿性或中性 O2 2H2O 4e 4OH 電解質(zhì)是酸性 O2 4H 4e 2H2O 總反應式 正負電極反應式在得失電子相等的前提下相加得到電池反應的總方程式 探究一 探究二 2 給出總反應式 寫電極反應式如果給定的是總反應式 可分析此反應中的氧化反應或還原反應 即分析有關元素的化合價變化情況 再選擇一個簡單變化情況去寫電極反應式 另一極的電極反應式可直接寫或用總反應式減去已寫出的電極反應式 即得結(jié)果 3 可充電電池電極反應式的書寫在書寫可充電電池電極反應式時 要明確電池和電極 放電為原電池 充電為放電的逆過程 放電時的負極與充電時的陽極均發(fā)生氧化反應 對應元素化合價升高 放電時的正極與充電時的陰極均發(fā)生還原反應 對應元素化合價降低 探究一 探究二 4 電極反應式的書寫過程歸納 列物質(zhì) 標得失 根據(jù)負極 陽極 發(fā)生氧化反應 正極 陰極 發(fā)生還原反應 判斷出電極的產(chǎn)物 分析得失電子的數(shù)量 利用得失電子守恒配平 選離子 配電荷 根據(jù)溶液的酸堿性選擇合適的離子 確保電極產(chǎn)物能在電解質(zhì)溶液中穩(wěn)定存在 然后利用電荷守恒進行配平 巧用水 配個數(shù) 通常介質(zhì)為水溶液 根據(jù)需要選擇水為反應物或生成物 利用質(zhì)量守恒進行配平 探究一 探究二 典例剖析 典例1 在堿性鋅錳干電池中 已知氫氧化鉀為電解質(zhì) 發(fā)生的電池總反應為Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 下列有關該電池的電極反應式的書寫正確的是 A 負極反應式為Zn 2e Zn2 B 負極反應式為Zn 2H2O 2e Zn OH 2 2H C 正極反應式為2MnO2 2H 2e 2MnOOHD 正極反應式為2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 解析在書寫堿性電池的電極反應式時 方程式中不得出現(xiàn)H 在堿性電池中 負極的Zn失去電子形成的Zn2 應該與OH 結(jié)合為Zn OH 2 答案D 探究一 探究二 答案C 探究一 探究二 常見的燃料電池問題探究1 燃料電池的兩電極反應有何特點 答案兩個電極均為惰性電極 本身不參與反應 在反應中燃料一般表現(xiàn)為失去電子 通入電源負極 常用的氧化劑是氧氣 在反應中表現(xiàn)為得到電子 通入電源正極 2 氫氧燃料電池在酸性電解質(zhì)和堿性電解質(zhì)中的總反應實質(zhì)相同嗎 答案相同 都為2H2 O2 2H2O 探究一 探究二 知識歸納常見燃料電池的電極反應在燃料電池中 電解質(zhì)溶液參與電極反應 電解質(zhì)酸堿性的改變 會引起電極反應的變化 但不影響燃料及O2的性質(zhì) 電極反應在遵守質(zhì)量守恒定律 電荷守恒 電子得失守恒的同時 還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應 1 甲烷燃料電池 電解質(zhì) KOH 探究一 探究二 探究一 探究二 4 熔融鹽燃料電池 熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率 因而受到重視 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì) CO為負極反應物 空氣與CO2的混合氣為正極反應物 制得在650 下工作的燃料電池 有關的電池反應式為 探究一 探究二 典例剖析 典例2 一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖 下列有關該電池的說法正確的是 A 該燃料電池A是正極 B是負極B 電極A上H2參與的電極反應為 H2 2OH 2e 2H2OC 電池工作時 向電極B移動D 電極B上發(fā)生的電極反應為 O2 2CO2 4e 2 探究一 探究二 答案D 探究一 探究二 書寫燃料電池的電極反應式應注意的問題 1 電池的負極一定是可燃性氣體 失電子 發(fā)生氧化反應 電池的正極一定是助燃性氣體 一般是O2 得電子 發(fā)生還原反應 2 電極材料一般不參加化學反應 只起傳導電子的作用 3 電極反應式作為一種特殊的離子方程式 也必須遵循原子守恒 電荷守恒規(guī)律 探究一 探究二 變式訓練2氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置 右圖為電池示意圖 該電池電極表面鍍了一層細小的鉑粉 鉑吸附氣體的能力強 性質(zhì)穩(wěn)定 請回答 1 氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是 在導線中電子的流動方向為 用a b表示 電池中的交換膜為陰離子交換膜 則溶液中OH 的移動方向為由池移向池 填 左 或 右 2 負極反應式為 正極反應式為 探究一 探究二 解析 1 原電池的實質(zhì)是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 在原電池中 電子從負極經(jīng)導線流向正極 溶液中OH 的移動方向為由右池移向左池 而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負極 故電子由a流向b 2 H2在負極上失電子 因為電解質(zhì)溶液是KOH溶液 故正極反應式為O2 2H2O 4e 4OH 負極反應式為2H2 4OH 4e 4H2O 答案 1 化學能轉(zhuǎn)化為電能a b右左 2 2H2 4OH 4e 4H2OO2 2H2O 4e 4OH 1 2 3 4 5 1 下列說法中錯誤的是 A 化學電池是將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B 化學電池的種類包括一次電池 二次電池和燃料電池等C 化學電池供能穩(wěn)定可靠 使用方便 易于維護D 廢舊電池可以隨意丟棄答案D 1 2 3 4 5 2 堿性電池具有容量大 放電電流大的特點 故得到廣泛應用 鋅錳堿性電池以KOH溶液為電解液 電池總反應式為Zn s 2MnO2 s 2H2O l Zn OH 2 s 2MnO OH s 下列說法錯誤的是 A 電池工作時 鋅失去電子B 電池正極的電極反應式為2MnO2 s 2H2O l 2e 2MnO OH s 2OH aq 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 2mol電子 鋅的質(zhì)量理論上減小6 5g 1 2 3 4 5 解析根據(jù)題意 該電池的負極材料是鋅 電池工作時 鋅本身失去電子而發(fā)生氧化反應 失去的電子通過外電路移向另一極 正極 在該電極上 MnO2獲得電子發(fā)生還原反應生成MnO OH 2MnO2 2e 2MnO OH 從元素守恒的角度來看 右側(cè)還多2個氫 在堿性溶液中不出現(xiàn)H 故正極反應為2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH 反應中 失去0 2mol電子 消耗掉0 1mol鋅 質(zhì)量為6 5g 答案C 1 2 3 4 5 解析原電池中負極發(fā)生氧化反應 正極發(fā)生還原反應 通氧氣的一極為正極 選項A不正確 根據(jù)電極反應式和電子守恒可知參加反應的氧氣與C2H6的物質(zhì)的量之比為7 2 選項B正確 C項 由電極反應式可知 放電一段時間后 KOH的物質(zhì)的量濃度減小 選項C不正確 負極周圍的OH 參與電極反應 不斷減少 水電離產(chǎn)生的H 就不斷增加 向負極移動 選項D不正確 答案B 1 2 3 4 5 4 鉛蓄電池的兩極分別為Pb PbO2 電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液 工作時的電池反應為Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 下列結(jié)論正確的是 A Pb為正極被氧化B 溶液的pH不斷減小C 只向PbO2處移動D 電解質(zhì)溶液的密度不斷減小解析由題給電極反應可以看出H2SO4不斷被消耗 故pH不斷增大 H2SO4濃度減小 溶液密度減小 所以B錯誤 D正確 由Pb元素化合價的變化可以看出Pb是負極 所以A錯誤 原電池工作時 整個電路中負電荷的流向是一致的 外電路中 電子由Pb極流向PbO2極 內(nèi)電路中 負電荷 和OH 移向負極 所以C不正確 答案D 1 2 3 4 5 5 熔融鹽燃料電池具有很高的發(fā)電效率 因而受到重視 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì) CO為負極燃氣 空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣 制得在650 下工作的燃料電池 請完成有關的電池反應式 負極反應式 2CO 2 4e 4CO2 正極反應式 總電池反應式 解析負極失去電子發(fā)生氧化反應 正極得到電子發(fā)生還原反應 依題意 總電池反應式應為CO的燃燒反應 即2CO O2 2CO2 根據(jù)正極反應式 負極反應式 總電池反應式 可推知正極反應式