魯科版選修4 第一單元第三節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池（第2課時(shí)） 課件（48張）.ppt

第2課時(shí)化學(xué)電源 目標(biāo)導(dǎo)航 1 了解化學(xué)電源的分類(lèi) 2 熟悉幾種常見(jiàn)化學(xué)電源的組成及工作原理 會(huì)熟練書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式 3 了解化學(xué)電源的廣泛應(yīng)用及廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害及處理方法 一 化學(xué)電池 1 概念 是將直接轉(zhuǎn)化為的裝置 化學(xué)電池的主要部分是溶液和浸在溶液中的極和極 使用時(shí)將兩極用導(dǎo)線(xiàn)接通 就有電流產(chǎn)生 因而獲得電能 化學(xué)能 電能 電解質(zhì) 正 負(fù) 一次電池 二次電池 燃料電池 二 常見(jiàn)的化學(xué)電池1 一次電池 1 酸性鋅錳電池 組成正極 石墨 負(fù)極 鋅筒 電解質(zhì) 工作原理負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 2 堿性鋅錳電池 組成正極 負(fù)極 電解質(zhì) 氯化銨和氯化鋅混合溶液 zn 2e zn2 2e 2nh3 h2 mno2 zn koh 工作原理負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 總反應(yīng) zn mno2 h2o zno mn oh 2 zn 2oh 2e zno h2o mno2 2e 2h2o mn oh 2 2oh 2 二次電池 以鉛蓄電池為例 1 組成正極 負(fù)極 電解質(zhì) 2 工作原理鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池 其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過(guò)程 pbo2 pb h2so4溶液 3 燃料電池 1 氫氧燃料電池下圖為一種氫氧燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖 電解質(zhì)溶液為koh溶液 電極材料為多孔石墨 氫氣和氧氣 或空氣 源源不斷地通到電極上 則氫氧燃料電池的電極反應(yīng)為負(fù)極 正極 電池總反應(yīng)為 2 工作原理燃料電池不同于一般的原電池和蓄電池 它的特點(diǎn)是電池的正負(fù)極反應(yīng)物氣體分別儲(chǔ)存在電池之外的容器中 兩種氣體分別不斷地輸入燃料電池的兩極 通過(guò)燃料氣體在發(fā)生的和氧氣在發(fā)生的 實(shí)現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)于燃燒反應(yīng)的電池反應(yīng) 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 負(fù)極 氧化反應(yīng) 正極 還原反應(yīng) 燃料電池的燃料除了氫氣外 還有 甲醇和等 3 應(yīng)用前景燃料電池具有能量利用效率高 可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點(diǎn) 已成為一種發(fā)展前景十分廣闊的化學(xué)電源 甲烷 乙醇 練一練 1 化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn) 答案化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)是 能量轉(zhuǎn)換效率高 供能穩(wěn)定可靠 可以制成各種形狀和大小 不同容量和電壓的電池和電池組 使用方便 易維護(hù) 可在各種環(huán)境下工作 2 如何給可充電電池充放電 其充放電過(guò)程的區(qū)別與聯(lián)系是什么 答案 1 可充電電池充放電時(shí)電池的接法 聯(lián)系 電池充電時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)和總反應(yīng)是放電時(shí)發(fā)生反應(yīng)的逆過(guò)程 3 如圖是氫氧燃料電池示意圖 請(qǐng)根據(jù)示意圖判斷正負(fù)極 并試寫(xiě)出在不同電解質(zhì)中的電極反應(yīng) 氫氧燃料電池示意圖 答案通h2的一極為負(fù)極 通o2的一極為正極 一 久考不衰 的二次電池 1 鉛蓄電池的負(fù)極材料是 2 請(qǐng)依據(jù)兩極材料和總反應(yīng) 寫(xiě)出放電時(shí)正極反應(yīng)式 3 請(qǐng)依據(jù)總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式 寫(xiě)出放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式 4 放電時(shí) 電解質(zhì)溶液中陰離子移向 極 電流方向從 電極流向 電極 5 放電時(shí) 電解質(zhì)溶液的酸性 填 增強(qiáng) 減弱 或 不變 6 充電時(shí)pbo2極發(fā)生 反應(yīng) 電極反應(yīng)式為 pb極發(fā)生 反應(yīng) 電極反應(yīng)式為 解析此題考查常見(jiàn)電池的工作原理 結(jié)合各電極反應(yīng)式及其總反應(yīng)式解答 依據(jù)原電池的反應(yīng)原理 鉛蓄電池的工作原理及其總反應(yīng)式可得答案 歸納總結(jié) 1 可充電電池電極極性和兩極反應(yīng)物的判斷 判斷電池放電時(shí)電極極性和參加反應(yīng)的物質(zhì) 可先標(biāo)出放電 原電池 總反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目 失去電子的一極為負(fù)極 該物質(zhì)即為負(fù)極參加反應(yīng)的物質(zhì) 得到電子的一極為正極 該物質(zhì)即為正極參加反應(yīng)的物質(zhì) 若判斷電池充電時(shí)電極極性和參加反應(yīng)的物質(zhì) 可直接利用陽(yáng)極反應(yīng)為放電時(shí)的正極反應(yīng)倒置 陰極反應(yīng)為放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)倒置 進(jìn)行判斷 2 電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)方法 書(shū)寫(xiě)可充電電池電極反應(yīng) 一般都是先書(shū)寫(xiě)放電的電極反應(yīng) 書(shū)寫(xiě)放電的電極反應(yīng)時(shí) 一般分三步書(shū)寫(xiě) 第一 先標(biāo)出原電池總反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目 指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì) 第二 寫(xiě)出一個(gè)比較容易書(shū)寫(xiě)的電極反應(yīng) 書(shū)寫(xiě)時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存 第三 在電子守恒的基礎(chǔ)上 總反應(yīng)減去寫(xiě)出的電極反應(yīng)即得另一電極反應(yīng) 充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過(guò)程相反 充電的陽(yáng)極反應(yīng)為放電正極反應(yīng)的逆過(guò)程 充電的陰極反應(yīng)為放電負(fù)極反應(yīng)的逆過(guò)程 3 溶液中離子的移動(dòng)方向判斷 放電時(shí) 陰離子移向負(fù)極 陽(yáng)離子移向正極 充電時(shí) 陰離子移向陽(yáng)極 陽(yáng)離子移向陰極 4 ph變化規(guī)律 若電極反應(yīng)消耗oh h 則電極周?chē)芤旱膒h減小 增大 若電極反應(yīng)生成h oh 則電極周?chē)芤旱膒h減小 增大 若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗oh h 則溶液的ph減小 增大 若總反應(yīng)的結(jié)果是生成h oh 則溶液的ph減小 增大 若兩極消耗或生成的oh h 的物質(zhì)的量相等 則溶液的ph變化規(guī)律視溶液的酸堿性及是否有水生成而定 應(yīng)具體問(wèn)題具體分析 下列說(shuō)法不正確的是 a 放電時(shí) 負(fù)極的電極反應(yīng)式 li e li b 充電時(shí) li0 85nio2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)c 該電池不能用水作為電解質(zhì)溶液d 放電過(guò)程中l(wèi)i 向負(fù)極移動(dòng) 解析負(fù)極li失去電子生成li 移向正極 答案d 二 一池多變 的燃料電池 例2 以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法 1 酸性條件燃料電池總反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 2 堿性條件燃料電池總反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 3 固體電解質(zhì) 高溫下能傳導(dǎo)o2 燃料電池總反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 4 熔融碳酸鹽 如熔融k2co3 環(huán)境下電池總反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 方法規(guī)律 燃料電池規(guī)律的總結(jié) 1 總反應(yīng) 總反應(yīng)是燃料的燃燒反應(yīng) 如2h2 o2 2h2o ch4 2o2 co2 2h2o 酸性 ch4 2o2 2naoh na2co3 3h2o 堿性 等 2 正極反應(yīng) 燃料電池的正極上是氧化劑 發(fā)生還原反應(yīng) 通常是o2 4e 2h2o 4oh 堿性 o2 4e 4h 2h2o 酸性 等 3 負(fù)極反應(yīng) 燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生氧化反應(yīng) 書(shū)寫(xiě)負(fù)極的電極反應(yīng)式通常有兩種方法 思路 方法一 守恒分析法首先確定還原劑 氧化產(chǎn)物及失去的電子數(shù) 然后依據(jù)介質(zhì) h 或oh 來(lái)使電荷和原子個(gè)數(shù)守恒 以甲烷燃料電池 naoh溶液為電解質(zhì)溶液 為例說(shuō)明如下 變式訓(xùn)練2設(shè)計(jì)出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是本世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一 最近有人制造了一種燃料電池 一個(gè)電極通入空氣 另一個(gè)電極通入汽油蒸氣 電池的電解質(zhì)是摻雜了y2o3的zro2晶體 它在高溫下能傳導(dǎo)o2 回答如下問(wèn)題 1 以丁烷代表汽油 這個(gè)電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式是 2 這個(gè)電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 固體電解質(zhì)里的o2 的移動(dòng)方向是 向外電路釋放電子的電極是 解析由原電池原理知 負(fù)極失電子后經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)移到正極 根據(jù)電中性關(guān)系 內(nèi)電路中 o2 向負(fù)極移動(dòng) 答案 1 2c4h10 13o2 8co2 10h2o 2 13o2 52e 26o2 2c4h10 26o2 52e 8co2 10h2o向負(fù)極移動(dòng)負(fù)極 1 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 a 依據(jù)原電池的原理設(shè)計(jì)出了化學(xué)電源b 原電池是化學(xué)電源的雛形c 判斷電池的正 負(fù)極只需看其正 負(fù)極材料的活潑性d 氧化還原反應(yīng)所釋放的化學(xué)能 是化學(xué)電源的能量來(lái)源 解析判斷電池的正 負(fù)極不僅與電極材料有關(guān) 還與電解質(zhì)溶液有關(guān) 答案c 2 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示 關(guān)于該電池的敘述正確的是 解析微生物燃料電池只能在常溫下工作 a錯(cuò) 放電過(guò)程為原電池反應(yīng) h 應(yīng)向正極遷移 c錯(cuò) 由電池反應(yīng)c6h12o6 6o2 6co2 6h2o知 每消耗1molo2理論上生成1molco2 即標(biāo)況下22 4l d錯(cuò) 答案b 3 微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用 有一種鋅銀電池 其電極分別是ag2o和zn 電解質(zhì)溶液為koh溶液 電極反應(yīng)為zn 2oh 2e zno h2o ag2o h2o 2e 2ag 2oh 總反應(yīng)為ag2o zn zno 2ag 根據(jù)上述反應(yīng)式 判斷下列敘述中正確的是 a 在使用過(guò)程中 電池負(fù)極區(qū)溶液的ph增大b 在使用過(guò)程中 電子由ag2o經(jīng)外電路流向zn極c zn是負(fù)極 ag2o是正極d zn極發(fā)生還原反應(yīng) ag2o極發(fā)生氧化反應(yīng) 解析根據(jù)電極反應(yīng)可知zn失電子被氧化 ag2o得電子被還原 故zn是負(fù)極 ag2o是正極 故c正確 負(fù)極 即zn極 在反應(yīng)時(shí)消耗oh 則負(fù)極區(qū)溶液的ph應(yīng)減小 故a錯(cuò)誤 發(fā)生原電池反應(yīng)時(shí) 電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極 即電子從zn極經(jīng)外電路流向ag2o極 故b錯(cuò)誤 在原電池中 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng) 正極發(fā)生還原反應(yīng) 故d錯(cuò)誤 答案c 答案b 5 我國(guó)首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極 鉑網(wǎng)為正極 海水為電解質(zhì)溶液 空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流 電池總反應(yīng)為4al 3o2 6h2o 4al oh 3 下列說(shuō)法不正確的是 a 正極反應(yīng)式為o2 2h2o 4e 4oh b 電池工作時(shí) 電流由鋁電極沿導(dǎo)線(xiàn)流向鉑電極c 以網(wǎng)狀的鉑為正極 可增大與氧氣的接觸面積d 該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用 解析該原電池負(fù)極反應(yīng)為al 3e al3 正極反應(yīng)為o2 2h2o 4e 4oh 工作時(shí)電子由負(fù)極流向正極 而電流由正極流向負(fù)極 答案為b 答案b 6 堿性電池具有容量大 放電電流大的特點(diǎn) 因而得到廣泛應(yīng)用 堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液 電池總反應(yīng)式為zn s 2mno2 s 2h2o l zn oh 2 s 2mnooh s 下列說(shuō)法中 錯(cuò)誤的是 a 電池工作時(shí) 鋅失去電子b 電池正極的電極反應(yīng)