江蘇省連云港市贛榆縣贛榆縣海頭高級(jí)中學(xué)高中化學(xué) 專題1 第二單元 第2課時(shí) 化學(xué)電源課件 蘇教選修4

1、第2課時(shí)化學(xué)電源專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化2021/8/8 星期日1課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1.了解生產(chǎn)生活中常見化學(xué)電源的種類及工作原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)際意義。2了解廢舊電池對環(huán)境的危害，樹立環(huán)保意識(shí)。2021/8/8 星期日2新知初探自學(xué)導(dǎo)引一、電池的種類及特點(diǎn)自主學(xué)習(xí)電池一次電池二次電池燃料電池特點(diǎn)活性物質(zhì)發(fā)生_反應(yīng)被消耗到一定程度后，就_再使用可反復(fù)_能量利用率高，可連續(xù)使用，污染輕實(shí)例如鋅錳干電池、銀鋅鈕扣電池等如鉛蓄電池、鋰電池等如氫氧燃料電池氧化還原不能充電和放電2021/8/8 星期日3二、常見電池1一次電池電池銀鋅鈕扣電池堿性鋅錳電池電極正極_負(fù)極ZnZn電解質(zhì)_溶液_溶液Ag

2、2O金屬棒KOHKOH2021/8/8 星期日4電池銀鋅鈕扣電池堿性鋅錳電池電極反應(yīng)正極_負(fù)極_電池反應(yīng)H2OAg2OZn=2AgZn(OH)2Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOHH2OAg2O2e=2Ag2OH2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHZn2OH2e=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)22021/8/8 星期日52.燃料電池電池氫氧燃料電池電解質(zhì)H2SO4溶液KOH溶液電極反應(yīng)正極_負(fù)極_電池反應(yīng)_O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OHH22e=2HH22e2OH=2H2O2H2O2=2H2O2021/8/8 星期日6PbO2PbH2SO4202

3、1/8/8 星期日72021/8/8 星期日8想一想鉛蓄電池是常見的二次電池，它有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)？提示：鉛蓄電池的性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、安全可靠，可多次充放電。缺點(diǎn)是比能量低、廢棄電池污染環(huán)境。2021/8/8 星期日9自主體驗(yàn)2021/8/8 星期日102021/8/8 星期日112隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須集中處理的問題被提上議事日程，其首要原因是()A利用電池外殼金屬材料B防止電池中的汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D回收其中石墨2021/8/8 星期日12解析：選B。廢舊電池應(yīng)集中回收但不能填埋處理是因?yàn)殡姵乩锏闹亟饘贂?huì)污染土地和水源

4、，人吃了這些土地里的蔬菜后，就會(huì)引發(fā)疾病。2021/8/8 星期日133下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B鉛蓄電池放電時(shí)兩極質(zhì)量都減小C甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極2021/8/8 星期日14解析：選B。鋰離子電池是可充電電池，屬于二次電池，A項(xiàng)正確；鉛蓄電池放電時(shí)兩極質(zhì)量都增加，故B項(xiàng)不正確；電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，C項(xiàng)正確；鋅是較活潑的金屬，在鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極，D項(xiàng)正確。2021/8/8 星期日15要點(diǎn)突破講練互動(dòng)探究導(dǎo)引1鋅錳干電池使用一段時(shí)間后，鋅筒有何變化？提示：鋅錳干電池中Zn為負(fù)極，使用過程中Zn

5、不斷被氧化消耗，所以鋅筒會(huì)變薄。要點(diǎn)一化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)與原理2021/8/8 星期日16探究導(dǎo)引2何謂燃料電池？有什么優(yōu)點(diǎn)？提示：燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能，而且能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于普通燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)用燃料電池建立的發(fā)電站，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、排放的廢棄物少、運(yùn)行噪音小等優(yōu)點(diǎn)。2021/8/8 星期日17要點(diǎn)歸納常見的一次電池名稱電極材料電解質(zhì)特點(diǎn)堿性鋅錳電池負(fù)極：Zn正極：MnO2KOH比普通鋅錳電池性能好，比能量和儲(chǔ)存時(shí)間均有提高，可適用于大電流和連續(xù)放電2021/8/8 星期日18名稱電極材料電

6、解質(zhì)特點(diǎn)普通鋅錳電池負(fù)極：Zn正極：石墨NH4Cl、ZnCl2制作簡單、價(jià)格便宜、存放時(shí)間短，放電后電壓下降較快鋅銀電池負(fù)極：Zn正極：Ag2OKOH使用過程中，電池負(fù)極區(qū)溶液pH減小。電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電2021/8/8 星期日191下列有關(guān)電池的敘述正確的是()A鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì)B氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化C太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅D氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芗磿r(shí)應(yīng)用2021/8/8 星期日20解析：選B。選項(xiàng)原因分析結(jié)論A鋅錳干電池工作后碳棒不變錯(cuò)誤B氫氧燃料電池工作時(shí)是H2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，H22e=2H

7、正確C太陽能電池的主要材料是高純度的硅錯(cuò)誤D氫氧燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苠e(cuò)誤2021/8/8 星期日21要點(diǎn)二燃料電池電極方程式的書寫探究導(dǎo)引1若氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液為中性物質(zhì)，如何書寫電極反應(yīng)與電池反應(yīng)？提示：負(fù)極反應(yīng)：2H24e=4H正極反應(yīng)：O22H2O4e=4OH電池反應(yīng)：2H2O2=2H2O2021/8/8 星期日22探究導(dǎo)引2CH4燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)的電極反應(yīng)與電池反應(yīng)如何書寫？2021/8/8 星期日23要點(diǎn)歸納燃料電池總反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式的書寫1燃料電池總反應(yīng)方程式的書寫 因?yàn)槿剂想姵匕l(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃料燃燒反應(yīng)寫

8、出燃料電池的總反應(yīng)方程式，但要注意燃料的種類。若是氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性變化而變化，即2H2O2=2H2O。2021/8/8 星期日242021/8/8 星期日252燃料電池正極反應(yīng)式的書寫 因?yàn)槿剂想姵卣龢O反應(yīng)物一律是氧氣，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng)，所以可先寫出正極反應(yīng)式，正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e=2O2。正極產(chǎn)生O2的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步?，F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種情況歸納如下。 2021/8/8 星期日26(1)電解質(zhì)為酸性電

9、解質(zhì)溶液(如稀硫酸) 在酸性環(huán)境中，O2不能單獨(dú)存在，可供O2結(jié)合的微粒有H和H2O，O2優(yōu)先結(jié)合H生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O24H4e=2H2O。 (2)電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液(如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液) 在中性或堿性環(huán)境中，O2也不能單獨(dú)存在，O2只能結(jié)合H2O生成OH，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH。 2021/8/8 星期日272021/8/8 星期日28(4)電解質(zhì)為固體電解質(zhì)(如固體氧化鋯氧化釔)該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2在其間通過，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e=2O2。 綜上所述，燃料電池正極反應(yīng)式本質(zhì)都是O2

10、4e=2O2，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反應(yīng)式的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應(yīng)式時(shí)，要特別注意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。2021/8/8 星期日292021/8/8 星期日30即時(shí)應(yīng)用2021/8/8 星期日312021/8/8 星期日322021/8/8 星期日33題型探究權(quán)威預(yù)測某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，電池總反應(yīng)可表示為：2H2O2=2H2O，下列有關(guān)說法正確的是()題型燃料電池例2021/8/8 星期日342021/8/8 星期日35A電子通過外電路從b極流向a極Bb極上的電極反應(yīng)式為：O22H2O4e=4OHC每轉(zhuǎn)移0.1

11、 mol電子，消耗1.12 L的H2DH由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極2021/8/8 星期日36【思路點(diǎn)撥】(1)在外電路中電子由負(fù)極流向正極，在內(nèi)電路中陽離子由負(fù)極移向正極；(2)電解質(zhì)是固體，在正極參加電極反應(yīng)的是H而不是H2O；(3)分析氣體體積時(shí)應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)狀況。2021/8/8 星期日37【解析】本題考查了原電池的工作原理，包括電子的流向、電極反應(yīng)式的書寫、離子移動(dòng)方向及電極產(chǎn)物“量”的計(jì)算。由電極反應(yīng)式可知，氫氣通入的一極為負(fù)極，氧氣通入的一極為正極，故a為負(fù)極、b為正極，電子應(yīng)該是通過外電路由a極流向b極，A錯(cuò)；B項(xiàng)，b極上的電極反應(yīng)式為O24e4H=2H2O，B錯(cuò) ；C項(xiàng)，沒有注明此時(shí)是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，故無法計(jì)算氣體的體積，C錯(cuò)。2021/8/8 星期日38【答案】D【名師點(diǎn)睛】一般書寫燃料電池電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)電池的負(fù)極一定是可燃性氣體，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)電池的正極一定是助燃性氣體，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。2021/8/8 星期日39(3)電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。(4)電極反應(yīng)式作為一種特殊的反應(yīng)方程式，也必須遵循原子守恒、電荷守恒規(guī)律。2021/8/8 星期日40熱點(diǎn)示例思維拓展新型燃料電池氯鋁電池【經(jīng)