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

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第二節(jié)化學(xué)電源 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 一 化學(xué)電池將化學(xué)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(diǎn)具有能量轉(zhuǎn)化率高 供能穩(wěn)定可靠 使用方便 易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 3 判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 二 幾種常見的化學(xué)電池1 一次電池 1 堿性鋅錳電池 構(gòu)造 組成 正極 MnO2 負(fù)極 Zn 電解質(zhì) KOH 工作原理 負(fù)極反應(yīng) Zn 2OH 2e Zn OH 2 正極反應(yīng) 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 總反應(yīng) Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 2 銀鋅電池 構(gòu)造 組成 負(fù)極 Zn 正極 Ag2O 電解質(zhì) KOH 工作原理 負(fù)極反應(yīng) Zn 2OH 2e Zn OH 2 正極反應(yīng) Ag2O 2e H2O 2Ag 2OH 電池反應(yīng) Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 2 二次電池 以鉛蓄電池為例 1 構(gòu)造 2 組成 正極 PbO2 負(fù)極 Pb 電解質(zhì) H2SO4 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 3 工作原理 鉛蓄電池是最常見的二次電池 其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 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(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 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(yīng)過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能 氫氧燃料電池的基本反應(yīng)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(fù)極B Y是正極C Y極發(fā)生還原反應(yīng)D Y極發(fā)生氧化反應(yīng)答案D 探究一 探究二 電極反應(yīng)式的書寫問題探究1 溶液的酸堿性對(duì)書寫電極反應(yīng)式有何影響 答案在書寫電極反應(yīng)式時(shí)一定要注意電解質(zhì)是什么 其中的離子要和電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的離子相對(duì)應(yīng) 堿性電解質(zhì)溶液中 電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H 酸性電解質(zhì)溶液中 電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH 2 根據(jù)鉛蓄電池正負(fù)極 陰陽(yáng)極的電極反應(yīng)式找出二次電池的放電 充電過程中電極反應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 答案二次電池放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)與充電過程中陰極反應(yīng)是互逆過程 放電時(shí)的正極反應(yīng)與充電過程中的陽(yáng)極反應(yīng)是互逆過程 所以根據(jù)放電時(shí)的電極反應(yīng)式很容易確定充電時(shí)的電極反應(yīng)式 探究一 探究二 知識(shí)歸納化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫 1 根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式先分析題目給定的圖示裝置 確定原電池的正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì) 負(fù)極 活潑金屬或燃料失去電子生成陽(yáng)離子 若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽(yáng)離子不共存 則該陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式 如鉛蓄電池的負(fù)極 Pb 2e PbSO4 正極 陽(yáng)離子得到電子生成單質(zhì)或O2得到電子 若反應(yīng)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(yīng)式 正負(fù)電極反應(yīng)式在得失電子相等的前提下相加得到電池反應(yīng)的總方程式 探究一 探究二 2 給出總反應(yīng)式 寫電極反應(yīng)式如果給定的是總反應(yīng)式 可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng) 即分析有關(guān)元素的化合價(jià)變化情況 再選擇一個(gè)簡(jiǎn)單變化情況去寫電極反應(yīng)式 另一極的電極反應(yīng)式可直接寫或用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式 即得結(jié)果 3 可充電電池電極反應(yīng)式的書寫在書寫可充電電池電極反應(yīng)式時(shí) 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(shí)的負(fù)極與充電時(shí)的陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng) 對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)升高 放電時(shí)的正極與充電時(shí)的陰極均發(fā)生還原反應(yīng) 對(duì)應(yīng)元素化合價(jià)降低 探究一 探究二 4 電極反應(yīng)式的書寫過程歸納 列物質(zhì) 標(biāo)得失 根據(jù)負(fù)極 陽(yáng)極 發(fā)生氧化反應(yīng) 正極 陰極 發(fā)生還原反應(yīng) 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(jìn)行配平 巧用水 配個(gè)數(shù) 通常介質(zhì)為水溶液 根據(jù)需要選擇水為反應(yīng)物或生成物 利用質(zhì)量守恒進(jìn)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?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì) 發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 下列有關(guān)該電池的電極反應(yīng)式的書寫正確的是 A 負(fù)極反應(yīng)式為Zn 2e Zn2 B 負(fù)極反應(yīng)式為Zn 2H2O 2e Zn OH 2 2H C 正極反應(yīng)式為2MnO2 2H 2e 2MnOOHD 正極反應(yīng)式為2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 解析在書寫堿性電池的電極反應(yīng)式時(shí) 方程式中不得出現(xiàn)H 在堿性電池中 負(fù)極的Zn失去電子形成的Zn2 應(yīng)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(yīng)有何特點(diǎn) 答案兩個(gè)電極均為惰性電極 本身不參與反應(yīng) 在反應(yīng)中燃料一般表現(xiàn)為失去電子 通入電源負(fù)極 常用的氧化劑是氧氣 在反應(yīng)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(yīng)實(shí)質(zhì)相同嗎 答案相同 都為2H2 O2 2H2O 探究一 探究二 知識(shí)歸納常見燃料電池的電極反應(yīng)在燃料電池中 電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng) 電解質(zhì)酸堿性的改變 會(huì)引起電極反應(yīng)的變化 但不影響燃料及O2的性質(zhì) 電極反應(yīng)在遵守質(zhì)量守恒定律 電荷守恒 電子得失守恒的同時(shí) 還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應(yīng) 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(fù)極反應(yīng)物 空氣與CO2的混合氣為正極反應(yīng)物 制得在650 下工作的燃料電池 有關(guān)的電池反應(yīng)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(guān)該電池的說法正確的是 A 該燃料電池A是正極 B是負(fù)極B 電極A上H2參與的電極反應(yīng)為 H2 2OH 2e 2H2OC 電池工作時(shí) 向電極B移動(dòng)D 電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)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(yīng)式應(yīng)注意的問題 1 電池的負(fù)極一定是可燃性氣體 失電子 發(fā)生氧化反應(yīng) 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(yīng) 2 電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng) 只起傳導(dǎo)電子的作用 3 電極反應(yīng)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(xùn)練2氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)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(xì)小的鉑粉 鉑吸附氣體的能力強(qiáng) 性質(zhì)穩(wěn)定 請(qǐng)回答 1 氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是 在導(dǎo)線中電子的流動(dòng)方向?yàn)?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(dòng)方向?yàn)橛沙匾葡虺?填 左 或 右 2 負(fù)極反應(yīng)式為 正極反應(yīng)式為 探究一 探究二 解析 1 原電池的實(shí)質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 在原電池中 電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極 溶液中OH 的移動(dòng)方向?yàn)橛捎页匾葡蜃蟪?而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極 故電子由a流向b 2 H2在負(fù)極上失電子 因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液 故正極反應(yīng)式為O2 2H2O 4e 4OH 負(fù)極反應(yīng)式為2H2 4OH 4e 4H2O 答案 1 化學(xué)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(cuò)誤的是 A 化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B 化學(xué)電池的種類包括一次電池 二次電池和燃料電池等C 化學(xué)電池供能穩(wěn)定可靠 使用方便 易于維護(hù)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(diǎn) 故得到廣泛應(yīng)用 鋅錳堿性電池以KOH溶液為電解液 電池總反應(yīng)式為Zn s 2MnO2 s 2H2O l Zn OH 2 s 2MnO OH s 下列說法錯(cuò)誤的是 A 電池工作時(shí) 鋅失去電子B 電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2 s 2H2O l 2e 2MnO OH s 2OH aq C 電池工作時(shí) 電子由正極通過外電路流向負(fù)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(fù)極材料是鋅 電池工作時(shí) 鋅本身失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng) 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(yīng)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(gè)氫 在堿性溶液中不出現(xiàn)H 故正極反應(yīng)為2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH 反應(yīng)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(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng) 正極發(fā)生還原反應(yīng) 通氧氣的一極為正極 選項(xiàng)A不正確 根據(jù)電極反應(yīng)式和電子守恒可知參加反應(yīng)的氧氣與C2H6的物質(zhì)的量之比為7 2 選項(xiàng)B正確 C項(xiàng) 由電極反應(yīng)式可知 放電一段時(shí)間后 KOH的物質(zhì)的量濃度減小 選項(xiàng)C不正確 負(fù)極周圍的OH 參與電極反應(yīng) 不斷減少 水電離產(chǎn)生的H 就不斷增加 向負(fù)極移動(dòng) 選項(xiàng)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(shí)的電池反應(yīng)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(dòng)D 電解質(zhì)溶液的密度不斷減小解析由題給電極反應(yīng)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(cuò)誤 D正確 由Pb元素化合價(jià)的變化可以看出Pb是負(fù)極 所以A錯(cuò)誤 原電池工作時(shí) 整個(gè)電路中負(fù)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(fù)電荷 和OH 移向負(fù)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(fù)極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?制得在650 下工作的燃料電池 請(qǐng)完成有關(guān)的電池反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 2CO 2 4e 4CO2 正極反應(yīng)式 總電池反應(yīng)式 解析負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng) 正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng) 依題意 總電池反應(yīng)式應(yīng)為CO的燃燒反應(yīng) 即2CO O2 2CO2 根據(jù)正極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 總電池反應(yīng)式 可推知正極反應(yīng)式