高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池 第3課時(shí) 新型化學(xué)電源課件 魯科版選修4-魯科版高中選修4化學(xué)課件

1、魯科版 選修四第一章第三節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能高考考情分析： 關(guān)于電化學(xué)的內(nèi)容是歷年高考的重點(diǎn)知識之一，在關(guān)于電化學(xué)的內(nèi)容是歷年高考的重點(diǎn)知識之一，在高考試題中出現(xiàn)的概率較高。近幾年中，新型電池工作高考試題中出現(xiàn)的概率較高。近幾年中，新型電池工作原理特別是燃料電池成為高考命題的熱點(diǎn)。原理特別是燃料電池成為高考命題的熱點(diǎn)。 高考考查的內(nèi)容有：高考考查的內(nèi)容有： （1）原電池與電解池的電極判斷，電極產(chǎn)物分析及電極）原電池與電解池的電極判斷，電極產(chǎn)物分析及電極反應(yīng)式和有關(guān)計(jì)算。反應(yīng)式和有關(guān)計(jì)算。 （2）原電池與電解的原理及應(yīng)用。）原電池與電解的原理及應(yīng)用。 （3）對幾種新型電池的電極反應(yīng)的認(rèn)識和書寫。

2、）對幾種新型電池的電極反應(yīng)的認(rèn)識和書寫。 燃料電池 簡單地說，燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。 燃料電池具有發(fā)電效率高、能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。燃料電池?zé)o論是作為清潔型新能源，還是未來的可再生替代型能源，隨著技術(shù)不斷更新，規(guī)?；纳a(chǎn)將得到市場的青睞，燃料電池將得到更廣闊的發(fā)展。 高考中的新型電池，有高考中的新型電池，有“氫鎳電池氫鎳電池”、“高鐵電池高鐵電池”、“鋅鋅錳堿性電池錳堿性電池

3、”、我國首創(chuàng)的、我國首創(chuàng)的“海洋電池海洋電池”、“燃燃料電池料電池”(如新型細(xì)菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃如新型細(xì)菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、CO燃料電池燃料電池)、“鋰鋰離子電池離子電池”、“銀鋅電池銀鋅電池”、“鈕扣電池鈕扣電池”等。這些電等。這些電池一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用，電壓穩(wěn)定、比能量池一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用，電壓穩(wěn)定、比能量(單單位質(zhì)量釋放的能量位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。高等特點(diǎn)。 取材于這些知識點(diǎn)的試題，由于題材廣、信息新、陌生取材于這些知識點(diǎn)的試題，由于題材廣、信息新、陌生度大，所以，大多數(shù)考生對

4、這類試題感到難，而難在何度大，所以，大多數(shù)考生對這類試題感到難，而難在何處又十分迷茫。實(shí)際上這些題目主要考查的是學(xué)生遷移處又十分迷茫。實(shí)際上這些題目主要考查的是學(xué)生遷移應(yīng)用的能力。具體有以下幾種考查角度：應(yīng)用的能力。具體有以下幾種考查角度： 【知識基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)】在在Zn-Cu/HZn-Cu/H2 2SOSO4 4原電池中，較活潑的金屬原電池中，較活潑的金屬材料作負(fù)極，較不活潑的金屬材料或非金屬材料作正材料作負(fù)極，較不活潑的金屬材料或非金屬材料作正極。極。 負(fù)極：負(fù)極：Zn-2eZn-2e- - ZnZn2+2+； 正極：正極：2H2H+ +2e+2e- - H H2 2新型電池中新型電池中 負(fù)

5、極材料負(fù)極材料 正極材料正極材料 元素化合價(jià)升高的物質(zhì)元素化合價(jià)升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)元素化合價(jià)降低的物質(zhì)元素化合價(jià)降低的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì) 角度一角度一 新型電池新型電池“放電放電”時(shí)正極、負(fù)極的判時(shí)正極、負(fù)極的判斷斷【解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)】例例1 下圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個(gè)電下圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖。電池的一個(gè)電極由有機(jī)光敏燃料極由有機(jī)光敏燃料(S)涂覆在涂覆在TiO2納米晶體表面制成，另一電納米晶體表面制成，另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應(yīng)為：極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成，電池中發(fā)生的反應(yīng)為： 下列關(guān)于該電池

6、敘述錯(cuò)誤的下列關(guān)于該電池?cái)⑹鲥e(cuò)誤的是是() A電池工作時(shí)，電池工作時(shí)，離子離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電 B電池工作時(shí)，是將太陽電池工作時(shí)，是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能能轉(zhuǎn)化為電能 C電池的電解質(zhì)溶液中電池的電解質(zhì)溶液中I和和I3 的濃度不會(huì)減少的濃度不會(huì)減少 D電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極正極A即時(shí)訓(xùn)練1:下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是（ ）A ： a電極是負(fù)極 B ：b電極的電極反應(yīng)為： 4OH-4e-=2H2O+O2C： 氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D： 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲存在電池內(nèi)的

7、新型發(fā)電裝置BH2入口a電極b電極O2入口H+OH-H2O即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練2: 我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，海水為我國首創(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：應(yīng)為：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，下列說法不正確，下列說法不正確的是的是() A正極反應(yīng)為：正極反應(yīng)為：O22H2O4e4OH B電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極 C以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積 D該電

8、池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用該電池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用B【知識基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)】鉛蓄電池電極反應(yīng)的書寫：鉛蓄電池電極反應(yīng)的書寫：負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：Pb+SO PbSOPb+SO PbSO4 4+2e+2e- -。正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：PbOPbO2 2+2e+2e- -+4H+4H+ +SO+SO PbSO PbSO4 4+2H+2H2 2O O?？偡磻?yīng)式總反應(yīng)式= =正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式+ +負(fù)極反應(yīng)式，即：負(fù)極反應(yīng)式，即：PbOPbO2 2+Pb+4H+Pb+4H+ +2SO 2PbSO+2SO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O。242424【解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)】

9、首先分析物質(zhì)得失電子的情況，然后再考慮電極首先分析物質(zhì)得失電子的情況，然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。 對于較為復(fù)雜的電極反應(yīng)，可以利用對于較為復(fù)雜的電極反應(yīng)，可以利用:總反應(yīng)總反應(yīng)較較簡單一極電極反應(yīng)式簡單一極電極反應(yīng)式=較復(fù)雜一極電極反應(yīng)式。較復(fù)雜一極電極反應(yīng)式。角度二角度二 新型電池新型電池“放電放電”時(shí)正極、負(fù)極上電極反應(yīng)式時(shí)正極、負(fù)極上電極反應(yīng)式 的書的書寫寫例例2 下圖是一種航天器能下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是列說法正確的是() A該系統(tǒng)中只存在該系統(tǒng)中

10、只存在3種形種形 式的能量轉(zhuǎn)化式的能量轉(zhuǎn)化 B裝置裝置Y中負(fù)極的電極反中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：應(yīng)式為：O22H2O4e4OH C裝置裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生的燃料和氧化劑再生 D裝置裝置X、Y形成的子系統(tǒng)形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化C 被稱之為被稱之為“軟電池軟電池”的紙質(zhì)電池，采用一個(gè)薄層紙片作為的紙質(zhì)電池，采用一個(gè)薄層紙片作為傳導(dǎo)體，在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳。在紙內(nèi)傳導(dǎo)體，在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳。在紙內(nèi)的離子的離子“流過流過”水和氧化鋅組成的電解液。電

11、池總反應(yīng)為水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應(yīng)為Zn Zn + 2MnO+ 2MnO2 2 + H+ H2 2O O ZnO + 2MnO(OH) ZnO + 2MnO(OH)。下列說法正確的是。下列說法正確的是 （）A.A.該電池的正極為鋅該電池的正極為鋅B.B.該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化劑作用該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化劑作用C.C.當(dāng)當(dāng)0.1 mol Zn0.1 mol Zn完全溶解時(shí)，流經(jīng)電解液的電子個(gè)數(shù)完全溶解時(shí)，流經(jīng)電解液的電子個(gè)數(shù) 為為1.2041.20410102323D.D.電池正極反應(yīng)式為電池正極反應(yīng)式為2MnO2MnO2 2+2e+2e- -+2H+2H2 2O O 2MnO

12、(OH)+2OH 2MnO(OH)+2OH- - D即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練3:研討研討某原電池中，試完成下列問題：1.電解質(zhì)溶液為KOH(aq)，分別向兩極通入 C2H4、 O2 Al(g)、Cl22.電解質(zhì)溶液為H2SO4(aq)，分別向兩極通入 C2H4、 O2 Al(g)、Cl2 正極反應(yīng)：_； 負(fù)極反應(yīng)：_； 電池總反應(yīng)：_；答案答案:分別向兩極通入 C2H4、 O2(1) KOH(aq) ，正極反應(yīng)： 3O212e6H2O12OH 負(fù)極反應(yīng)：C2H412e16OH2CO3210H2O 電池總反應(yīng)：C2H43O24KOH2K2CO34H2O (2) H2SO4(aq)正極反應(yīng)： 3O212e

13、 12H 6H2O負(fù)極反應(yīng)：C2H412e 4H2O 2CO2 12H 電池總反應(yīng)：C2H43O2 2CO2 2H2O分別向兩極通入Al(g)、Cl2 KOH(aq) 正極反應(yīng)： 3Cl26e6Cl 負(fù)極反應(yīng)： 2Al6e8OH2Al(OH)4 電池總反應(yīng)：3Cl22Al8KOH6KCl 2KAl(OH)4 H2SO4(aq) 正極反應(yīng)： 3Cl26e6Cl 負(fù)極反應(yīng)： 2Al6e2Al3 電池總反應(yīng)：3Cl22Al2AlCl3【知識基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)】充電的實(shí)質(zhì)就是把放電時(shí)發(fā)生的變化再復(fù)原的過程。充電的實(shí)質(zhì)就是把放電時(shí)發(fā)生的變化再復(fù)原的過程。如鉛蓄電池：如鉛蓄電池： 首先應(yīng)搞明白原電池放電時(shí)的正、

14、負(fù)極，再根據(jù)電池充電首先應(yīng)搞明白原電池放電時(shí)的正、負(fù)極，再根據(jù)電池充電時(shí)，陽極接正極，陰極接負(fù)極的原理，進(jìn)行分析。時(shí)，陽極接正極，陰極接負(fù)極的原理，進(jìn)行分析?！窘忸}指導(dǎo)解題指導(dǎo)】角度三角度三 新型電池新型電池“充電充電”時(shí)陰極、陽極的判斷時(shí)陰極、陽極的判斷B即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練4 鉛蓄電池的充、放電反應(yīng)方程式為：鉛蓄電池的充、放電反應(yīng)方程式為：PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O。關(guān)于鉛蓄電池的說法正。關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是確的是 () A在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是：在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是： PbSO42- PbSO42e B在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板在放電時(shí)，該電池的負(fù)極

15、材料是鉛板 C在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷變小在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷變小 D在充電時(shí)，陽極發(fā)生的反應(yīng)是：在充電時(shí)，陽極發(fā)生的反應(yīng)是： PbSO42ePbSO42-B即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練5 高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：應(yīng)為：3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列敘述不正確的是，下列敘述不正確的是() A放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn2OH2e Zn(OH)2 B充電時(shí)陽極

16、反應(yīng)為：充電時(shí)陽極反應(yīng)為： Fe(OH)35OH 3e FeO42- 4H2O C放電時(shí)每轉(zhuǎn)移放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol 電子，正極有電子，正極有1 mol K2FeO4被氧被氧化化 D放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)C【知識基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)】原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，如負(fù)極，如Zn-CuZn-Cu（稀（稀H H2 2SOSO4 4）電池中：）電池中：H H+ +移向移向CuCu極；極；SO SO 移向移向ZnZn極。極。 電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，符合帶電微粒在電場中的運(yùn)

17、動(dòng)規(guī)律。極，符合帶電微粒在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！窘忸}指導(dǎo)解題指導(dǎo)】24角度四角度四 新型電池充、放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)新型電池充、放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷方向的判斷 首先應(yīng)分清電池是放電還是充電；再判斷出正、首先應(yīng)分清電池是放電還是充電；再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極，進(jìn)而即可確定離子的移動(dòng)方向。負(fù)極或陰、陽極，進(jìn)而即可確定離子的移動(dòng)方向。C即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練6 將兩個(gè)鉑電極插入將兩個(gè)鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入溶液中，向兩極分別通入CH4和和O2，構(gòu)成甲烷燃料電池。已知，通入，構(gòu)成甲烷燃料電池。已知，通入CH4的一極，其電的一極，其電極反應(yīng)式是：極反應(yīng)式是：CH410O

18、HCO32-7H2O8e；通；通入入O2的另一極，其電極反應(yīng)式是：的另一極，其電極反應(yīng)式是：2O24H2O8e8OH。下列敘述不正確的是。下列敘述不正確的是 () A通入通入CH4的電極為負(fù)極的電極為負(fù)極 B正極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生氧化反應(yīng) C燃料電池工作時(shí)，溶液中的燃料電池工作時(shí)，溶液中的OH向負(fù)極移動(dòng)向負(fù)極移動(dòng) D該電池使用一段時(shí)間后應(yīng)補(bǔ)充該電池使用一段時(shí)間后應(yīng)補(bǔ)充KOHB即時(shí)鞏固即時(shí)鞏固1.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)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于該電池的敘述正確的是() A該電池能夠在高溫下工作該電池能夠在高溫下工作

19、 B電池的負(fù)極反應(yīng)為電池的負(fù)極反應(yīng)為 C6H12O66H2O6CO224H24e C放電過程中，放電過程中，H從正極區(qū)從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移向負(fù)極區(qū)遷移 D在電池反應(yīng)中，每消耗在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下狀況下CO2氣體氣體 22.4/6 L B2固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2)在其間通過。該電在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反均不參與電極反應(yīng)。應(yīng)。 下列判斷正確的是下列判斷正確的是 () A有有O2參加反應(yīng)的參加反應(yīng)的a極為電池極為電池的負(fù)極的負(fù)極 Bb極的電極反應(yīng)式為