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

1、第2課時化學電源專題1 化學反應(yīng)與能量變化2021/8/8 星期日1課程標準導(dǎo)航1.了解生產(chǎn)生活中常見化學電源的種類及工作原理，認識化學能轉(zhuǎn)化為電能的實際意義。2了解廢舊電池對環(huán)境的危害，樹立環(huán)保意識。2021/8/8 星期日2新知初探自學導(dǎo)引一、電池的種類及特點自主學習電池一次電池二次電池燃料電池特點活性物質(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？提示：鉛蓄電池的性能優(yōu)良、價格低廉、安全可靠，可多次充放電。缺點是比能量低、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為電池里的重金屬會污染土地和水源

4、，人吃了這些土地里的蔬菜后，就會引發(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手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B鉛蓄電池放電時兩極質(zhì)量都減小C甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極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項正確；鉛蓄電池放電時兩極質(zhì)量都增加，故B項不正確；電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，C項正確；鋅是較活潑的金屬，在鋅錳干電池中，鋅電極是負極，D項正確。2021/8/8 星期日15要點突破講練互動探究導(dǎo)引1鋅錳干電池使用一段時間后，鋅筒有何變化？提示：鋅錳干電池中Zn為負極，使用過程中Zn

5、不斷被氧化消耗，所以鋅筒會變薄。要點一化學電源的結(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？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)，將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。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、運行噪音小等優(yōu)點。2021/8/8 星期日17要點歸納常見的一次電池名稱電極材料電解質(zhì)特點堿性鋅錳電池負極：Zn正極：MnO2KOH比普通鋅錳電池性能好，比能量和儲存時間均有提高，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)特點普通鋅錳電池負極：Zn正極：石墨NH4Cl、ZnCl2制作簡單、價格便宜、存放時間短，放電后電壓下降較快鋅銀電池負極：Zn正極：Ag2OKOH使用過程中，電池負極區(qū)溶液pH減小。電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長，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間后碳棒變細B氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化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應(yīng)用2021/8/8 星期日20解析：選B。選項原因分析結(jié)論A鋅錳干電池工作后碳棒不變錯誤B氫氧燃料電池工作時是H2在負極發(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誤D氫氧燃料電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苠e誤2021/8/8 星期日21要點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 因為燃料電池發(fā)生電化學反應(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 因為燃料電池正極反應(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，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【思路點撥】(1)在外電路中電子由負極流向正極，在內(nèi)電路中陽離子由負極移向正極；(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)分析氣體體積時應(yīng)注意標準狀況。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、離子移動方向及電極產(chǎn)物“量”的計算。由電極反應(yīng)式可知，氫氣通入的一極為負極，氧氣通入的一極為正極，故a為負極、b為正極，電子應(yīng)該是通過外電路由a極流向b極，A錯；B項，b極上的電極反應(yīng)式為O24e4H=2H2O，B錯 ；C項，沒有注明此時是否處于標準狀況下，故無法計算氣體的體積，C錯。2021/8/8 星期日38【答案】D【名師點睛】一般書寫燃料電池電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：(1)電池的負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熱點示例思維拓展新型燃料電池氯鋁電池【經(jīng)