鲁科版选修4 第一单元第三节 化学能转化为电能——电池（第2课时） 课件（48张）.ppt

第2课时化学电源 目标导航 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 一 化学电池 1 概念 是将直接转化为的装置 化学电池的主要部分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 化学能 电能 电解质 正 负 一次电池 二次电池 燃料电池 二 常见的化学电池1 一次电池 1 酸性锌锰电池 组成正极 石墨 负极 锌筒 电解质 工作原理负极反应 正极反应 2 碱性锌锰电池 组成正极 负极 电解质 氯化铵和氯化锌混合溶液 zn 2e zn2 2e 2nh3 h2 mno2 zn koh 工作原理负极反应 正极反应 总反应 zn mno2 h2o zno mn oh 2 zn 2oh 2e zno h2o mno2 2e 2h2o mn oh 2 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 pbo2 pb h2so4溶液 3 燃料电池 1 氢氧燃料电池下图为一种氢氧燃料电池结构示意图 电解质溶液为koh溶液 电极材料为多孔石墨 氢气和氧气 或空气 源源不断地通到电极上 则氢氧燃料电池的电极反应为负极 正极 电池总反应为 2 工作原理燃料电池不同于一般的原电池和蓄电池 它的特点是电池的正负极反应物气体分别储存在电池之外的容器中 两种气体分别不断地输入燃料电池的两极 通过燃料气体在发生的和氧气在发生的 实现一个相当于燃烧反应的电池反应 将化学能转变为电能 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 负极 氧化反应 正极 还原反应 燃料电池的燃料除了氢气外 还有 甲醇和等 3 应用前景燃料电池具有能量利用效率高 可连续使用和污染轻等优点 已成为一种发展前景十分广阔的化学电源 甲烷 乙醇 练一练 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 2 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 1 可充电电池充放电时电池的接法 联系 电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程 3 如图是氢氧燃料电池示意图 请根据示意图判断正负极 并试写出在不同电解质中的电极反应 氢氧燃料电池示意图 答案通h2的一极为负极 通o2的一极为正极 一 久考不衰 的二次电池 1 铅蓄电池的负极材料是 2 请依据两极材料和总反应 写出放电时正极反应式 3 请依据总反应式和正极反应式 写出放电时负极反应式 4 放电时 电解质溶液中阴离子移向 极 电流方向从 电极流向 电极 5 放电时 电解质溶液的酸性 填 增强 减弱 或 不变 6 充电时pbo2极发生 反应 电极反应式为 pb极发生 反应 电极反应式为 解析此题考查常见电池的工作原理 结合各电极反应式及其总反应式解答 依据原电池的反应原理 铅蓄电池的工作原理及其总反应式可得答案 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 应具体问题具体分析 下列说法不正确的是 a 放电时 负极的电极反应式 li e li b 充电时 li0 85nio2既发生氧化反应又发生还原反应c 该电池不能用水作为电解质溶液d 放电过程中li 向负极移动 解析负极li失去电子生成li 移向正极 答案d 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 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 方法规律 燃料电池规律的总结 1 总反应 总反应是燃料的燃烧反应 如2h2 o2 2h2o ch4 2o2 co2 2h2o 酸性 ch4 2o2 2naoh na2co3 3h2o 碱性 等 2 正极反应 燃料电池的正极上是氧化剂 发生还原反应 通常是o2 4e 2h2o 4oh 碱性 o2 4e 4h 2h2o 酸性 等 3 负极反应 燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应 书写负极的电极反应式通常有两种方法 思路 方法一 守恒分析法首先确定还原剂 氧化产物及失去的电子数 然后依据介质 h 或oh 来使电荷和原子个数守恒 以甲烷燃料电池 naoh溶液为电解质溶液 为例说明如下 变式训练2设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一 最近有人制造了一种燃料电池 一个电极通入空气 另一个电极通入汽油蒸气 电池的电解质是掺杂了y2o3的zro2晶体 它在高温下能传导o2 回答如下问题 1 以丁烷代表汽油 这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是 2 这个电池的正极发生的反应是 负极发生的反应是 固体电解质里的o2 的移动方向是 向外电路释放电子的电极是 解析由原电池原理知 负极失电子后经导线转移到正极 根据电中性关系 内电路中 o2 向负极移动 答案 1 2c4h10 13o2 8co2 10h2o 2 13o2 52e 26o2 2c4h10 26o2 52e 8co2 10h2o向负极移动负极 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 答案c 2 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示 关于该电池的叙述正确的是 解析微生物燃料电池只能在常温下工作 a错 放电过程为原电池反应 h 应向正极迁移 c错 由电池反应c6h12o6 6o2 6co2 6h2o知 每消耗1molo2理论上生成1molco2 即标况下22 4l d错 答案b 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 zno h2o ag2o h2o 2e 2ag 2oh 总反应为ag2o zn zno 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 解析根据电极反应可知zn失电子被氧化 ag2o得电子被还原 故zn是负极 ag2o是正极 故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 答案b 5 我国首创的海洋电池以铝板为负极 铂网为正极 海水为电解质溶液 空气中的氧气与铝反应产生电流 电池总反应为4al 3o2 6h2o 4al oh 3 下列说法不正确的是 a 正极反应式为o2 2h2o 4e 4oh b 电池工作时 电流由铝电极沿导线流向铂电极c 以网状的铂为正极 可增大与氧气的接触面积d 该电池通常只需更换铝板就可继续使用 解析该原电池负极反应为al 3e al3 正极反应为o2 2h2o 4e 4oh 工作时电子由负极流向正极 而电流由正极流向负极 答案为b 答案b 6 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液 电池总反应式为zn s 2mno2 s 2h2o l zn oh 2 s 2mnooh s 下列说法中 错误的是 a 电池工作时 锌失去电子b 电池正极的电极反应