江苏省邳州市第二中学高中化学《4.2 化学电源》课件 新人教版选修4.ppt

第二节化学电源 学习目标1 了解化学电源的优点及在各方面的应用 2 认识一次电池 二次电池和燃料电池 3 了解废旧电池对环境的危害 树立环保意识 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第二节化学电源 课前自主学案 课前自主学案 一 化学电池1 概念化学电池是利用 原理 将 转化为 的装置 2 化学电池的分类 原电池 化学能 电能 一次 二次 燃料 3 化学电池的优点 1 化学电池的能量转换效率较高 供能稳定可靠 2 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 3 使用方便 易于维护 4 判断电池优劣的主要标准 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 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w kg或w l 3 电池的可储存时间的长短 二 一次电池1 碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是 正极是 电解质是 溶液 其电极反应为 负极 正极 电池总反应式 zn mno2 koh zn 2e 2oh zn oh 2 2mno2 2e 2h2o 2mnooh 2oh zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 2 锌银电池锌银电池负极是 正极是 电解质是 溶液 其电极反应如下 负极 正极 总反应 zn ag2o koh zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o 2e h2o 2ag 2oh zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 思考感悟1 怎样由电池的总反应式判断电池的正 负极 提示 由电池总反应式判断电池的正 负极 其方法是 1 分析总反应中的电子的得失 失去电子的物质为负极 发生氧化反应 得到电子的物质为正极 发生还原反应 2 原电池工作时电子由负极流向正极 电流由正极流向负极 3 电路中转移的电子的物质的量与参加反应的各物质的物质的量成比例关系 三 二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池 铅蓄电池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 如图所示 工作原理 负极 氧化反应 正极 还原反应 总反应 铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程 阴极 还原反应 pb s pbo2 s 2h2so4 aq 2pbso4 s 2h2o l 阳极 氧化反应 总反应 可以把上述反应写成一个可逆反应方程式 2pbso4 s 2h2o l pb s pbo2 s 2h2so4 aq 思考感悟2 怎样对二次电池进行充电 提示 1 电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极 发生还原反应的电极叫做阴极 2 充电反应是放电反应的逆过程 当电池充电时 就是通以直流电 铅板 蓄电池负极 与直流电源负极相连 二氧化铅板 蓄电池正极 与直流电源正极相连 在充电过程中 上述电极反应都逆向进行 其充电示意图如图所示 四 氢氧燃料电池1 结构氢氧燃料电池以氢气为燃料 氧气为氧化剂 铂作电极 使用酸性电解质 在负极室通入 在正极室通入 2 工作原理负极 pt h2 正极 pt o2 总反应 h2 o2 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o 2h2 o2 2h2o 思考感悟3 燃料电池与干电池 铅蓄电池的主要差别是什么 提示 燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部 而是用外加的设备源源不断地提供燃料和氧化剂等 使反应能连续进行 2 2011年湖南岳阳高二检测 化学电池在通讯 交通及日常生活中有着广泛的应用 目前常用的镍 ni 镉 cd 电池 其电池总反应可以表示为 cd 2nio oh 2h2o2ni oh 2 cd oh 2 以下说法正确的是 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应 cd为电池的正极 放电时化学能转变为电能a b c d 解析 选b 该电池的正 逆向反应是在不同的条件下发生的 不是可逆反应 放电时将化学能转变为电能 cd为电池的负极 a a电极是负极b b电极的电极反应为 4oh 4e 2h2o o2 c 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源d 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 解析 选b 电池总反应式为2h2 o2 2h2o 则a极发生了氧化反应 所以该电极为负极 其电极反应为2h2 4e 4h b极发生了还原反应 为正极 电极反应为o2 2h2o 4e 4oh 该电池只要通入h2 o2就能工作 无需将它们储藏在电池内部 氢氧燃料电池的能量效率较高 而且产物水是一种无污染物质 是一种具有应用前景的绿色电源 在航天领域已得到应用 课堂互动讲练 1 书写要遵循的原则原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应 因此电极反应式的书写要遵循质量守恒 电子守恒及电荷守恒 弱电解质 气体和难溶物均写成化学式 其余的用离子符号表示 正极反应 负极反应产物根据题意或化学方程式确定 也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响 2 电极反应式的书写类型 1 根据装置书写电极反应式首先判断该电池所依据的化学反应 从而确定两个半反应即电极反应 2 给出总反应式 写电极反应式各类电极反应式的一般书写步骤为 列出物质 标电子的得失 选离子 配电荷 配个数 巧用水 两式加 验总式 如以2h2 o2 2h2o为例 当电解质溶液为koh溶液时的电极反应式的书写步骤 负极反应式的书写 根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为h2 转移电子数为4e 2h2 4e 4h 根据电解质溶液的酸碱性 用h 或oh 或其他离子配平 使两边电荷总数相等 2h2 4e 4oh 4h2o注意 电子带负电荷 在碱性溶液中 电极反应式不出现h 利用h2o使两边的元素守恒 即得 2h2 4e 4oh 4h2o 同理 正极反应式的书写如下 o2 4e 2o2 o2 4e 2h2o 4oh 注意在碱性溶液中提供h 使o2 变为oh 的是水 要写成化学式的形式 将正 负极反应式相加 若得到总反应式 说明写法正确 3 可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时 由于电极都参加反应 且正方向 逆方向反应都能反应 所以要明确电池和电极 放电为原电池 充电为电解池 原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应 对应元素化合价升高 原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应 对应元素化合价降低 4 给出电极反应书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式 写出总反应方程式时 首先要使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加 消去反应物和生成物中相同的物质即可 特别提醒 解答书写有关电极反应式的题目时 应先写出总化学方程式 再找出电解质溶液的成分 最后分别写出正极反应式和负极反应式 从而作出合理的判断 一种燃料电池中发生的化学反应为 在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳 该电池负极发生的反应是 a ch3oh g o2 g 2e h2o l co2 g 2h aq b o2 g 4h aq 4e 2h2o l c ch3oh g h2o l 6e co2 g 6h aq d o2 g 2h2o l 4e 4oh 解析 电能来源于化学能 甲醇与o2的反应即为该电池的总反应 2ch3oh g 3o2 g 2co2 g 4h2o l 酸性溶液中正极上o2发生还原反应 即o2 g 4h aq 4e 2h2o l 电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式为 ch3oh g h2o l 6e co2 g 6h aq 答案 c a b c d 解析 选a ch4在铂电极上发生类似于ch4在o2中燃烧的反应 即ch4 co2 严格地讲生成的co2还与koh反应生成k2co3 化合价升高 失去电子 是电池的负极 电极反应式为 参加反应有8mole 发生转移 o2在正极上发生反应 获得电子 电极反应式为o2 2h2o 4e 4oh 虽然正极产生oh 负极消耗oh 但从总反应ch4 2o2 2koh k2co3 3h2o可看出是消耗koh 所以电池放电时溶液的ph不断下降 故 正确 错误 2011年湖北孝感调研 生产铅蓄电池时 在两极板上的铅 锑合金上均匀涂上膏状的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中错误的是 a 需要定期补充硫酸b 工作时铅是负极 pbo2是正极 思路点拨 解答本题要注意以下三点 1 放电时消耗的h2so4与充电时生成的h2so4相等 h2so4不必定期补充 2 电池工作时 符合原电池原理 pb是负极 pbo2是正极 3 电池工作时 反应掉h2so4 而生成水 所以密度减小 解析 铅蓄电池在工作时相当于原电池 发生氧化反应的物质是负极 发生还原反应的物质是正极 所以pb是负极 pbo2是正极 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 溶液中的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 规律方法 此类问题的解题方法为 电池放电时 失e 的物质为负极 如本题中的铅 得e 的物质为正极 如本题中的pbo2 铅蓄电池充电时相当于电解池 其负极在充电时与电源负极相连 从而作阴极 其正极在充电时与电源正极相连 从而作阳极 变式训练2银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的充电和放电过程可表示为 2ag zn oh 2ag2o zn h2o 在此电池放电时 负极上发生反应的物质是 a agb zn oh 2c ag2od zn 探究整合应用 原电池电极反应式书写要 三看 1 看金属活泼性已被广泛用于电子仪表上的银锌电池的一端是填入ag2o和活性石墨组成的材料 另一端填充zn hg合金组成的活性材料 电解质溶液为浓koh溶液 它的充电和放电过程可表示为2ag zn oh 2ag2o zn h2o 试回答下列问题 1 原电池的负极材料是 2 原电池的电极反应是 解析 首先根据金属的活泼性确定zn hg的放电顺序 zn较hg活泼 应为原电池的负极 zn失电子变为zn2 zn2 在koh溶液中生成zn oh 2 即负极反应为zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o得到电子后释放出的氧只能与h2o结合生成oh 即正极反应为ag2o 2e h2o 2ag 2oh 答案 见解析 2 看电极材料与电解质溶液的关系将一小块铜铝合金分别投入下列溶液中 试写出所形成的原电池的电极反应式以及电池的总反应 1 浓硝酸 2 naoh溶液 2 如果将铜铝合金投入naoh溶液中 由于铜与naoh溶液不反应 而铝可以在该溶液中溶解 因此在该原电池中铝作负极 铜作正极 h2o在正极得到电子被还原 电极反应分别为 答案 见解析 3 看介质影响在碱性锌锰电池中 电解质溶液为氢氧化钾溶液 电池总反应为zn 2mno2 2h2o 2mnoo