高中化学人教版选修4课件4.2化学电源.pptx

1、第二节化学电源,阅读思考,自主检测,任务一、认真阅读教材第74页的内容,思考回答下列问题,自主学习化学电源的概述。 1.化学电池与其他能源相比有何优点? 提示与其他能源相比,电池有许多优点。例如,它的能量转换效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组,使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。 2.如何判断一种电池的优劣或是否适合某种需要? 提示判断一种电池的优劣或是否适合某种需要,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比能量,单位是(Wh)/kg,(Wh)/L,或者输出功率的大小(比功率,单位是W/kg,W/L)以及电池的可储存时间的长短,除特殊

2、情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池,更适合使用者的需要。,阅读思考,自主检测,任务二、认真阅读教材第7578页的内容,思考回答下列问题: 1.市售的一次电池常见的品种有哪些? 提示市售一次电池品种很多,除熟知的普通锌锰干电池外,还有碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。 2.画一个碱性锌锰干电池的构造图,并标出正、负极及电池各部分的名称。,提示 碱性锌锰电池的构造,阅读思考,自主检测,3.铅蓄电池由哪几部分构成?铅蓄电池有哪些优缺点? 提示铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电解质是H2SO4溶液。 优点

3、:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 缺点:比能量低、笨重、废弃电池污染环境。 4.什么是燃料电池?燃料电池和一般化学电池相比有何特点? 提示燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般化学电池不同,一般化学电池的活性物质储存在电池内部,故而限制了电池的容量,而燃料电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能。,阅读思考,自主检测,1.下列有关化学电源的说法中不正确的是() A.化学电池能将化学能转化为电能 B.燃料电池能将全部化学能转化

4、为电能 C.锌银电池的电解质是KOH,负极材料是Zn D.一次电池包括碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等 答案:B,阅读思考,自主检测,2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O2 2ZnO,原料为锌粒、电解质和空气,则下列叙述正确的是() A.锌为正极,空气进入负极反应 B.负极反应为Zn-2e- Zn2+ C.正极发生氧化反应 D.电解质可能是强酸 答案:B,阅读思考,自主检测,3.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X极, 下列判断中,正确的是() A.X是负极

5、B.Y是正极 C.Y极发生还原反应 D.Y极发生氧化反应 答案:D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,探究问题 1.以甲烷燃料电池为例,说明如何根据总反应式(CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O)书写电池的电极反应式? 提示根据总反应式书写电极反应式一般遵循如下步骤: 根据总反应式标变价元素的化合价,根据化合价的变化写出氧化反应或还原反应:CH4被氧化,氧化产物是K2CO3,碳元素升高8价,转移电子数为8,所以氧化反应为CH4-8e- (电极反应式写离子方程式)。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.给可充电电池充电时,如何对接外接电源?

6、以铅蓄电池为例,说明充电过程和放电过程的区别与联系是什么? 提示可充电电池充放电时的接法:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,知识点拨 一、化学电池 1.定义 化学电池是将化学能转变成电能的装置。 2.化学电池的分类,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,二、常见的化学电池 1.一次电池 (1)碱性锌锰电池: 组成: 正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。 工作原理:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(2)银锌电池: 组成: 负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。 工作原理:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.二次电池(以铅蓄

7、电池为例) (1)组成: 正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。 (2)工作原理: 铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。 放电过程的电极反应、总反应:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(3)离子移动的方向: 充电电池放电时,电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子按负极用电器正极方向流动,形成电流,对用电器做功;充电时,电池中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极,电子按“外接电源的负极充电电池的阴极溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极充电电池的阳极外接电源的正极”方向流动,形成电流,给充电电池充电。 3.燃料电池 (1

8、)工作原理: 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。 燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件。 工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(2)氢氧燃料电池: 氢氧燃料电池的构造:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向一化学电源原理的应用 【例题1】 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是() A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区,重点难点探究,重要考向

9、探究,随堂检测,解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。 答案:A 规律方法点拨 (1)写电极反应式时,一定要注意电解质是什么,其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应,在碱性电解质中,电极反应式中不能出现H+;在酸性电解质中,电极反应式中不能出现OH-。 (2)正、负两极的电极

10、反应式在得失电子相等时相加,即得总反应式。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验1近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为 下列说法不正确的是(),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向二充电电池原理的应用 【例题2】 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是(),重点难点探究,重要考向探究

11、,随堂检测,答案:C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 充电电池电极反应式书写时应注意的问题: 书写充电电池的电极反应式时,首先从放电过程入手,首先分析反应的总方程式,放电时负极发生氧化反应:元素化合价升高,通常是电极本身或电极中充入的气体失电子,正极则发生还原反应,元素的化合价降低; 其次分析充电过程:充电时的阴极反应式与放电时的负极反应式书写方向正好相反,充电时的阳极反应式与放电时的正极反应式书写方向相反; 第三,书写时特别注意两极反应生成的离子能否在电解质溶液中共存,若不能共存,则该离子还应与电解质溶液中的某种离子发生反应。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体

12、验2一种碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池(如图所示)的碳电极,该电池的电解质溶液为6 molL-1 KOH溶液,下列说法中正确的是() A.充电时将碳电极与电源的正极相连 B.充电时阴极发生氧化反应,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:A项,碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池的负极,放电时氢气发生氧化反应,故充电时该电极与外接电源的负极相连,错误;B项,充电时阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,错误;C项,放电时镍电极为正极,得到电子,发生还原反应,其电极反应为:NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,正确;D项,放电时碳电极反应为:H2-2e-+2OH- 2H2O,错

13、误。 答案:C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向三燃料电池原理的应用 【例题3】 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 书写燃料电池的电极反应式应注意的问题: (1)电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2),得电子,发生还原反应。 (2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。 (3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功

14、体验3 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。 右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的 铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答: (1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 , 在导线中电子的流动方向为(用a、b表示)。 电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移 动方向为由池移向池(填“左”或“右”)。 (2)负极反应式为,正极反应式为 。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,1.下列有关电池的说法不正确的是() A.手机上用的锂离子电池属于二次电池 B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C.甲醇燃料电池可把化学能

15、转化为电能 D.锌锰干电池中,锌电极是负极 解析:二次电池,即可充电电池,所以A项对。B中,在原电池中,活泼金属Zn是负极,负极失电子发生氧化反应,因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极),B项错。 答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为 下列说法错误的是() A.电池工作时,锌失去电子 C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极 D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:C,重点难点探究,重要考向

16、探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为72,选项B正确;C项,由电极反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;负极周围的OH-参与电极反应,不断减少,水电离产生的H+就不断增加, 向负极移动,选项D不正确。 答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅、锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是 下列对铅蓄电池的说法错误的是()

17、 A.需要定期补充硫酸 B.工作时铅是负极,PbO2是正极 D.工作时电解质溶液的密度减小,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:铅蓄电池在工作时相当于原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,所以Pb是负极,PbO2是正极。在工作时,负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的 反应生成PbSO4沉淀。放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量。在电池制备时,PbSO4的量是一定的,制成膏状的PbSO4干燥后安装,说明H2SO4不用补充。放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。 答案:A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,5.熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式: 正极反应式:; 总电池反应式:。,解析:负极失去电子发生氧化反应;正极得到电子发生还原反应。依题意,总电池反应式应为CO的燃烧反应,即2CO+O2 2CO2,根据正极反应式+负极反应式=总电池反应式,可推知正极反应式。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,6.航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等