2019届高中化学第四章第二节化学电源课件新人教版选修.pptx

第二节 化学电源,新课导入(教师用书备用),菠菜营养丰富,人所共知。若说菠菜可用来作电池,为手机和笔记本电脑提供绿色环保能源,听起来好像有些荒诞,但这却是不折不扣的事实。美国科学家利用菠菜中含有“光合体系一号”的蛋白质复合物和导电材料将太阳能转化为电能,已经成功研制出“菠菜电池”!现在,随着科学技术的发展,出现了各种各样的电池,像手电筒上用的干电池,手机上用的锂电池,汽车上用的蓄电池,还有新型环保公交车上的燃料电池等,种类繁多。你知道化学电池是怎样分类的吗?,学习目标,1.认识电池的分类、优点及适用范围。(素养:证据推理与模型认知) 2.了解常见的一次电池、二次电池及燃料电池的构造及原理。(素养:宏观辨识与微观探析) 3.掌握原电池电极反应式及总反应方程式的书写。(素养:科学态度与社会责任),知识分点突破,能力总结提升,知识分点突破,知识点1 化学电源及一、二次电池,基础梳理,1.化学电池 (1)化学电池的分类,逆向,燃料,氧化剂,不参与,(2)判断电池优劣的主要标准 比能量:单位质量或单位体积所能输出 的多少。 比功率:单位质量或单位体积所能输出 的大小。 电池的可储存时间的长短。,电能,功率,2.一次电池,3.可充电电池(二次电池),疑难探究,如图为铅蓄电池(电解质溶液为30% H2SO4溶液),问题导思,1.铅蓄电池放电时,正极区域溶液的pH是如何变化的?,2.二次电池充电、放电时两极发生的反应相同吗?,提示:不相同。电池放电时,负极发生氧化反应,充电时,作阴极发生还原反应;放电时,正极发生还原反应,充电时,作阳极发生氧化反应。,归纳总结,1.二次电池充电时的电极连接,(1)充电时的连接方法正正负负,即:,2.化学电源中电极反应式的书写 (1)根据装置书写电极反应式 先分析装置图,确定原电池的正负极上的反应物质。,正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。 (2)根据电池总反应式,写电极反应式 析价态,定正负根据元素化合价的变化情况确定正负极。 列物质判断电极的反应物、产物。 标得失分析化合价的升降,找出得失电子数。 看环境,配守恒配平电荷、配平原子。,题点一 一次电池,D,题组例练,2.(2015全国卷节选)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。 回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为 , 电池反应的离子方程式为 。,(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 Cmol-1),答案:(2)0.05,题点二 充电电池原理的应用,C,D,4.(2018全国卷)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时, O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( ),题后悟道,可充电电池的分析方法 (1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电),又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。 (2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反,充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。,知识点2 常见的燃料电池,基础梳理,1.燃料电池的工作原理,燃料,氧化剂,(1)连续地将 (如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和 的化学能直接转换成电能。 (2)电极材料本身 氧化还原反应。 (3)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。,不参与,2.燃料电池的优点 (1)能量转化率高 燃料电池的能量转化率超过80%,普通燃烧过程能量转化率仅30%多。,(2)污染 。,小,3.氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种:,疑难探究,如图装置为燃料电池(以氢氧燃料电池为例),1.如果用稀硫酸作电解质溶液,氢氧燃料电池在放电后溶液的pH将发生怎样的变化?,提示:反应过程中电解质不被消耗,但氢气和氧气反应生成水,使溶液变稀,pH增大。,2.已知氢气可以在氯气中燃烧,根据燃料电池的原理,能否以该反应设计为燃料电池?,提示:能。,3.若将氢气改换为甲烷,分别以H2SO4溶液和KOH溶液为电解质溶液时,则甲烷燃料电池的电极反应式和总反应式相同吗?,提示:不相同。,问题导思,归纳总结,1.燃料电池电极反应式的书写要求 (1)电池的负极一定是燃料,燃料失电子发生氧化反应。电池的正极多为氧气或空气,得电子,发生还原反应,特别注意电解质酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平。 (2)电极材料一般不参与化学反应,只作电池反应催化转化元件。 (3)正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下,相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加。 2.书写燃料电池电极反应式的“三步”法 第一步:写出电池的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,只是无反应条件,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。,第二步:写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,大致有如下四种情况:,第三步:根据电池总反应式和正极反应式,写出负极反应式 电池的总反应式-正极反应式=负极反应式。由于O2不是负极反应物,故两个反应式相减时要彻底消除O2。,题组例练,题点一 燃料电池的原理及应用,A,A.电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小 B.正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为27 C.通入乙烷的电极为正极 D.电解质溶液中的OH-向正极移动,A,2.(2015全国卷)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 ( ),解析:负极发生氧化反应,生成CO2气体,A项错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B项正确;原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,C项正确;电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O,D项正确。,题后悟道,燃料电池电极方程式的书写技巧 (1)书写燃料电池的总反应方程式时就相当于燃料燃烧,然后分析产物与所用电解质能否发生反应,若能发生反应,电解质溶液也参与反应,要写在总反应方程式中。,3.(2018福建厦门模拟)一种微生物燃料电池如图所示,下列关于该电池说法正确的是( ),B,题点二 新型化学电源,4.(2018黑龙江五校联考)斯坦福大学华人化学家戴宏杰的团队发明了一种“一分钟充满电”的新型铝离子电池。该电池的电极材料为铝和 CnAlCl4(Cn为石墨),有机物阳离子和AlCl4-组成离子液体,电池放电时,在负极附近形成Al2Cl7-。充电和放电过程中离子液体中的阳离子浓度不变。下列说法不正确的是( ),A,能力总结提升,课堂小结,易错辨析,1.原电池中负极参加反应,质量一定减少吗?,2.负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池吗?,提示:不是,如燃料电池的负极为惰性电极,就不和电解质溶液反应。,3.氢氧燃料电池的能量利用率是100%,产物为水