人教版选修4 第4章第2节 化学电源 课件（38张）.pptx

第四章电化学基础 第二节化学电源 1 了解化学电源的分类 2 熟悉几种常见化学电源的组成及工作原理 会熟练书写电极反应式 3 了解化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害及处理方法 目标导航 基础知识导学 重点难点探究 随堂达标检测 栏目索引 一 化学电池 基础知识导学 答案 1 概念 是将直接转化为的装置 化学电池的主要组成是溶液和浸在溶液中的极和极 使用时将两极用导线接通 就有电流产生 因而获得电能 2 分类 如普通锌锰电池 干电池 如铅蓄电池 如氢氧燃料电池 化学能 电解质 电能 正 负 一次电池 二次电池 燃料电池 1 化学电池与其他能源相比有哪些优点 答案化学电池的优点是 能量转换效率高 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和电池组 使用方便 易维护 可在各种环境下工作 答案 合作探究 2 判断电池优劣的主要标准是什么 答案 1 比能量 即单位质量或单位体积所能输出电能的多少 单位是 w h kg 或 w h l 2 比功率 即单位质量或单位体积所能输出功率的大小 单位是 w kg 或 w l 3 电池可储存时间的长短 答案 二 常见的化学电池 答案 1 一次电池 1 碱性锌锰电池 组成 正极 负极 电解质 工作原理 负极反应 正极反应 总反应 zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 mno2 zn koh zn 2oh 2e zn oh 2 2mno2 2e 2h2o 2mnooh 2oh 答案 2 锌银电池 组成 负极 正极 电解质 工作原理 负极反应 正极反应 总反应 zn ag2o h2o zn oh 2 2ag zn ag2o koh zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o 2e h2o 2ag 2oh 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 组成 正极 负极 电解质 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 电极反应式如下 放电负极 正极 总反应 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 答案 pbo2 h2so4溶液 pb 充电阴极 还原反应 阳极 氧化反应 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 2h2so4 铅蓄电池的充 放电过程 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 答案 3 燃料电池 1 工作原理 连续地将和的化学能直接转换成电能 燃料电池的电极本身氧化还原反应 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 答案 燃料 氧化剂 不参与 2 氢氧燃料电池 电池组成 氢氧燃料电池以为燃料 氧气为氧化剂 铂作电极 工作原理 如图所示 在负极室通入h2 它在pt电极上被催化分解为h原子 再失去电子成为h 进入电解质溶液 透过隔膜 进入正极室 在正极室通入o2 经过pt电极的催化 o2 h 在正极上放电生成h2o 答案 氢气 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o 2h2 4e 4h o2 2h2o 4e 4oh 2h2 4e 4oh 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 答案 3 电极方程式书写 1 如何给可充电电池充放电 其充放电过程的区别与联系是什么 答案 联系 电池充电时发生电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程 答案 1 可充电电池充放电时电池的接法 合作探究 2 1 氢氧燃料电池以koh溶液作电解质溶液时 工作一段时间后 电解质溶液的浓度将 溶液的ph 填 减小 增大 或 不变 2 氢氧燃料电池以h2so4溶液作电解质溶液时 工作一段时间后 电解质溶液的浓度将 溶液的ph 填 减小 增大 或 不变 减小 减小 减小 增大 答案 3 阅读教材 判断下列关于 化学电池及其分类 的叙述是否正确 1 化学电池都是将化学能直接转化为电能的装置 2 化学电池通常可分为一次电池 二次电池和燃料电池等几大类 3 放电后不能再使用的电池称为一次电池 如锌锰干电池等 4 可充电 放电循环进行的铅蓄电池 氢镍电池等是二次电池 5 通过不断充入燃料和氧化剂 连续使用的电池称为燃料电池 6 氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应 答案 一 久考不衰 的二次电池 重点难点探究 例1铅蓄电池是化学电源 它工作时的电池总反应为pbo2 pb 2h2so4 2pbso4 2h2o 试回答 1 铅蓄电池负极的电极材料是 解析由电池总反应可知 pb发生氧化反应 所以pb是负极 解析答案 pb 2 工作时该蓄电池正极的电极反应式是 解析答案 3 铅蓄电池工作时 电解质溶液的密度 ph 填 减小 增大 或 不变 解析在铅蓄电池的工作过程中 pb被氧化 h2so4被消耗 所以溶液的密度减小 ph增大 解析答案 减小 增大 归纳总结 1 可充电电池电极极性和两极反应物的判断判断电池放电时电极极性和参加反应的物质 可先标出放电 原电池 总反应电子转移的数目 失去电子的一极为负极 该物质即为负极参加反应的物质 得到电子的一极为正极 该物质即为正极参加反应的物质 若判断电池充电时电极极性和参加反应的物质 可直接利用阳极反应为放电时的正极反应倒置 阴极反应为放电时的负极反应倒置 进行判断 2 电极反应的书写方法书写可充电电池电极反应 一般都是先书写放电的电极反应 书写放电的电极反应时 一般分三步书写 第一 先标出原电池总反应电子转移的方向和数目 指出参与负极和正极反应的物质 第二 写出一个比较容易书写的电极反应 书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存 第三 在电子守恒的基础上 总反应减去写出的电极反应即得另一电极反应 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反 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 3 溶液中离子的移动方向判断放电时 阴离子移向负极 阳离子移向正极 充电时 阴离子移向阳极 阳离子移向阴极 4 ph变化规律若电极反应消耗oh h 则电极周围溶液的ph减小 增大 若电极反应生成h oh 则电极周围溶液的ph减小 增大 若总反应的结果是消耗oh h 则溶液的ph减小 增大 若总反应的结果是生成h oh 则溶液的ph减小 增大 若两极消耗或生成的oh h 的物质的量相等 则溶液的ph变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定 应具体分析 变式训练1高铁电池是一种新型可充电电池 与普通高能电池相比 该电池长时间保持稳定的放电电压 高铁电池的总反应为3zn 2k2feo4 8h2o放电充电3zn oh 2 2fe oh 3 4koh 下列叙述不正确的是 a 放电时负极反应为zn 2e 2oh zn oh 2b 充电时阳极反应为fe oh 3 3e 5oh 4h2oc 放电时每转移3mol电子 正极有1molk2feo4被氧化d 放电时正极附近溶液的碱性增强 解析答案 解析根据题给总反应式 高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子 被氧化 高铁酸钾在正极得到电子 被还原 充电时 阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾 放电时正极附近生成oh 碱性增强 答案c 二 一池多变 的燃料电池 例2以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法 1 酸性条件燃料电池总反应式 正极反应式 负极反应式 2 碱性条件燃料电池总反应式 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 固体电解质 高温下能传导o2 燃料电池总反应式 正极反应式 负极反应式 4 熔融碳酸盐 如熔融k2co3 环境下电池总反应式 正极反应式 负极反应式 答案 ch4 2o2 co2 2h2o 2o2 8e 4o2 ch4 4o2 8e co2 2h2o ch4 2o2 co2 2h2o 方法规律 1 书写燃料电池的总反应方程式时就相当于燃料燃烧 然后看一下产物与所用电解质是否能发生反应 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 2 燃料电池正极反应物是氧气 正极反应的本质都是氧气得电子生成o2 发生还原反应 故正极反应式的基础都是o2 4e 2o2 3 正极产生的o2 的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系 变式训练2美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁 过氧化氢燃料电池系统 其工作原理如图所示 以下说法中错误的是 a 电池的负极反应为mg 2e mg2 b 电池工作时 h 向负极移动c 电池工作一段时间后 溶液的ph增大d 电池总反应式是mg h2o2 2h mg2 2h2o 解析答案 返回 解析mg h2o2燃料电池中mg作负极 mg 2e mg2 pt作正极 h2o2 2h 2e 2h2o 总反应式为mg h2o2 2h mg2 2h2o 消耗h 使c h 减小 ph增大 且h 移向正极 答案b 返回 1 下列说法错误的是 a 依据原电池的原理设计出了化学电源b 原电池是化学电源的雏形c 判断电池的正 负极只需看其正 负极材料的活泼性d 氧化还原反应所释放的化学能 是化学电源的能量来源解析判断电池的正 负极不仅与电极材料有关 还与电解质溶液有关 随堂达标检测 解析答案 c 1 2 3 4 5 2 铅蓄电池的两极分别为pb pbo2 电解质溶液为h2so4 工作时的电池反应为pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 下列结论正确的是 a pb为正极 被氧化b 溶液的ph不断减小c so只向pbo2处移动d 电解质溶液ph不断增大 解析答案 1 2 3 4 5 解析由题给电极反应可以看出h2so4不断被消耗 故ph不断增大 所以b错 d对 由pb元素化合价的变化 可以看出pb是负极 所以a不正确 答案d 1 2 3 4 5 解析答案 3 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用 有一种锌银电池 其电极分别是ag2o和zn 电解质溶液为koh溶液 电极反应为zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o h2o 2e 2ag 2oh 总反应为ag2o zn h2o zn oh 2 2ag 根据上述反应式 判断下列叙述中正确的是 a 在使用过程中 电池负极区溶液的ph增大b 在使用过程中 电子由ag2o经外电路流向zn极c zn是负极 ag2o是正极d zn极发生还原反应 ag2o极发生氧化反应 1 2 3 4 5 解析根据电极反应可知zn失电子被氧化而溶解 ag2o得电子被还原 故zn是负极 ag2o是正极 所以c正确 负极 即zn极 在反应时消耗oh 则负极区溶液的ph应减小 故a错误 发生原电池反应时 电子由负极经外电路流向正极 即电子从zn极经外电路流向ag2o极 故b错误 在原电池中 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 故d错误 答案c 1 2 3 4 5 解析答案 1 2 3 4 5 解析燃料电池中 燃料为负极 氧气为正极 a不正确 由于koh参与电极反应 所以koh的物质的量浓度减小 c不正确 答案b 1 2 3 4 5 解析答案 返回 5 我国首创的海洋电池以铝板为负极 铂网为正极 海水为电