高中化学 第四章 电化学基础 第二节 化学电源课件 新人教版选修5.ppt

第二节化学电源 第四章电化学基础 学习目标定位 1 知道化学电源的分类方法 2 熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理 3 了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害 设想其处理方法 新知导学 达标检测 内容索引 新知导学 1 化学电池的分类 1 化学电池按其使用性质常分为如下三类 一次电池 又叫干电池 消耗到一定程度就不能再使用 二次电池 又称充电电池或蓄电池 放电后可以再使活性物质再生 燃料电池 一种连续将的化学能直接转化为电能的化学电池 2 化学电池按其电解质性质可分为电池 电池 电池 一 化学电池及其分类 活性物质 充电 燃料和氧化剂 中性 酸性 碱性 2 判断电池优劣的主要标准 1 比能量 单位质量或单位体积所能输出电能的多少 单位是 w h kg 1或 w h l 1 2 比功率 单位质量或单位体积所能输出功率的大小 单位是w kg 1或w l 1 3 电池可储存时间的长短 3 化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有大量的和酸碱等有害物质 随处丢弃会给土壤 等造成严重的污染 废弃电池要进行回收利用 重金属 水源 例1下列说法中错误的是a 干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池b 二次电池能连续不断地使用是因为含有的活性物质可以再生c 氢气 甲醇 烃 肼 氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料d 具有高 比能量 和高 比功率 的电池称为高能电池 解析二次电池放电后需要再充电 只能重复使用 而不能连续不断地使用 答案 解析 例2随着人们生活质量的不断提高 废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程 其首要原因是a 利用电池外壳的金属材料b 防止电池中汞 镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染c 防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品d 回收其中石墨电极 解析汞 镉 铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染 答案 解析 1 一次电池 1 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池 总反应式为zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 负极是 正极是 电解质溶液是溶液 负极反应式是 正极反应式是 二 常见的化学电池 zn mno2 koh zn 2oh 2e zn oh 2 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh 2 锌银电池具有比能量大 电压稳定 储存时间长等特点 总反应式为zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 负极反应式是 正极反应式是 zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o h2o 2e 2ag 2oh 2 二次电池铅蓄电池是常见的二次电池 其放电反应和充电反应表示如下 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 1 负极是 正极是 电解质溶液是 2 放电反应原理 负极反应式是 正极反应式是 放电过程中 负极质量的变化是 电解质溶液ph的变化是 pb pbo2 硫酸溶液 增大 增大 3 充电反应原理 阴极 发生还原反应 反应式是 阳极 发生氧化反应 反应式是 充电时 铅蓄电池正极与直流电源极相连 负极与直流电源极相连 正 负 pbso4 s 2h2o l 2e pbo2 s 3 燃料电池氢氧燃料电池用铂作电极 不断充入的氢气和氧气 分别在两极发生氧化反应和还原反应 1 氢氧燃料电池的总反应式是 2 写出氢氧燃料电池 介质不同 的电极反应 2h2 o2 2h2o 常见化学电池的比较 1 一次电池 活泼金属作负极 参与电极反应 放电完成后 不能再使用 2 二次电池 两电极都参与电极反应 可充电 放电 循环使用 3 燃料电池 两电极都不参与电极反应 不断充入的物质分别在两极发生反应 可连续使用 例3 2017 腾冲县期末 锂空气电池放电时的工作原理如图所示 下列叙述正确的是 答案 解析 a 放电时li 由b极向a极移动b 电池放电反应为4li o2 2h2o 4liohc b电极反应式为o2 4h 4e 2h2od 电解液a可以为氯化锂溶液 解析在锂空气电池中 a 金属锂 为负极 其反应式是4li 4oh 4e 4lioh b为正极 其反应式是o2 4e 2h2o 4oh 总反应式是4li o2 2h2o 4lioh 原电池工作过程中 溶液中的li 阳离子 移向b极 正极 金属锂能与水反应 电解质中不能含有水 方法点拨 根据原电池装置书写电极反应式 1 由装置图确定原电池的正极 负极及各极反应物 2 若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存 该阴离子写入负极反应式 3 正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原 例4 2017 毕节市模拟 镍 镉电池是一种可充电的 干电池 使用寿命长达10 15年 镍 镉电池的总反应为cd 2niooh 2h2o2ni oh 2 cd oh 2 下列说法不正确的是a 放电时 负极发生了氧化反应 反应为cd 2oh 2e cd oh 2b 充电时 阳极反应为ni oh 2 s e oh aq niooh s h2o l c 电池工作时 负极区ph增大 正极区ph减小d 该电池充电时将电能转化为化学能 答案 解析 解析由电池总反应可知 放电时负极反应式为cd 2oh 2e cd oh 2 负极区oh 浓度减小 ph减小 放电时正极反应式为niooh s h2o e ni oh 2 s oh 正极区oh 浓度增大 ph增大 充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反 即ni oh 2 s e oh aq niooh s h2o l 二次电池放电时化学能转化为电能 充电时电能转化为化学能 方法点拨 由二次电池的总反应式书写电极反应式 1 放电时为原电池 由总反应式中元素化合价的变化 确定负极 正极的反应物 主要产物和转移电子数目 再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式 2 充电时的电极反应是放电电极反应的逆过程 即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程 充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程 例5写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式 1 酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式 正极反应式 负极反应式 2 碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式 正极反应式 负极反应式 答案 ch4 2o2 co2 2h2o 2o2 8h 8e 4h2o ch4 8e 2h2o co2 8h 2o2 4h2o 8e 8oh 3 碱性条件下的甲醇 ch3oh 燃料电池总反应式 正极反应式 负极反应式 答案 3o2 6h2o 12e 12oh 方法点拨 1 燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧 书写总反应方程式时 要注意产物与电解质溶液是否发生反应 若能反应 电解质溶液要写在总反应方程式中 2 燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应 即o2 4e 2o2 产生的o2 存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系 3 书写燃料电池的电极反应式 一定要注意电解质的酸碱性 碱性溶液电极反应式不能出现h 酸性溶液电极反应式不能出现oh 学习小结 达标检测 1 下列说法错误的是a 氧化还原反应所释放的化学能 是化学电池的能量来源b 化学电池中的负极材料不一定参加电极反应c 二次电池的充电和放电过程是可逆反应d 丢弃废旧电池不但会污染环境 而且是资源的极大浪费 答案 1 2 3 4 解析 解析二次电池的充电和放电 是在不同条件下发生的过程 它们不是可逆反应 6 5 2 下列电池工作时 氧气在正极放电的是 答案 解析 1 2 3 4 解析燃料电池中在正极放电的物质都是氧气 6 5 3 某电池以k2feo4和锌为电极材料 氢氧化钾溶液为电解质溶液 下列说法不正确的是a 锌为电池的负极b 正极反应式为2feo 10h 6e fe2o3 5h2oc 该电池放电过程中电解质溶液浓度增大d 电池工作时oh 向负极迁移 答案 解析 1 2 3 4 6 5 解析以k2feo4和锌为电极材料 氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中 锌为负极 发生反应 3zn 6e 6oh 3zn oh 2 1 2 3 4 放电过程中有oh 生成 则电解质溶液的浓度增大 oh 向负极迁移 6 5 4 镁及其化合物一般无毒 或低毒 无污染 且镁电池放电时电压高而平稳 因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点 其中一种镁电池的反应为xmg mo3s4mgxmo3s4 则镁电池放电时 下列说法错误的是a mg2 向正极迁移b 正极反应式为mo3s4 2xe mo3sc mo3s4发生氧化反应d 负极反应式为xmg 2xe xmg2 答案 1 2 3 4 解析镁在反应中失电子 则mo3s4在反应中得电子 故放电时mo3s4发生还原反应 解析 6 5 5 氢氧燃料电池已用于航天飞机 它是以铂作电极 h2so4溶液作电解质溶液 正极反应为o2 4h 4e 2h2o 负极反应为2h2 4e 4h 下列叙述不正确的是a h2在负极发生氧化反应b 燃料电池的能量转化率可达100 c 是一种高效 环境友好的发电装置d 供电时的总反应为2h2 o2 2h2o 1 2 3 4 5 答案 解析 6 解析氢氧燃料电池中h2在负极发生氧化反应 a项正确 燃料电池中能量转化率较高 但达不到100 b项错误 燃料电池是一种高效 对环境友好的发电装置 c项正确 结合正极和负极反应式可写出供电时总反应为2h2 o2 2h2o d项正确 1 2 3 4 6 5 6 原电池是化学对人类的一项重大贡献 1 如图是甲烷燃料电池原理示意图 回答下列问题 1 2 3 4 5 电池的负极是 填 a 或 b 电极 该极的电极反应式为 电池工作一段时间后电解质溶液的ph 填 增大 减小 或 不变 a 减小 解析甲烷在反应时失去电子 故a电极是电池的负极 由于电池工作过程中会消耗oh 故一段时间后 电解质溶液的ph会减小 答案 解析 6 2 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率 因而受到