化學(xué)電源課件

1、1.了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化學(xué)電源在生產(chǎn)、 生活和國防中的實際應(yīng)用。2.認識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要作用。3.掌握一次電池、二次電池、燃料電池的反應(yīng)原理，會書寫電 極反應(yīng)式。一、化學(xué)電池的分類及其優(yōu)劣(1)化學(xué)電池是如何分類的？(2)化學(xué)電源的優(yōu)點有哪些？1.化學(xué)電池的分類及特點(1)分類。 一次電池：如_、鋅銀電池、鋰電池化學(xué)電池 二次電池：如_ 燃料電池：如_鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池(2)特點(將不同的化學(xué)電池與其特點連線)。2.化學(xué)電池的優(yōu)點(1)能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池及電池組。(3)使用方便，易

2、于維護，可在各種環(huán)境下工作。3.判斷電池優(yōu)劣的主要標準(1)比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出_的多少。(2)比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出_的大小。(3)電池的_的長短。 電能功率可儲存時間二、一次電池(1)堿性鋅錳電池的電極反應(yīng)式如何寫？(2)銀鋅電池、鋰電池各有什么特點？1.堿性鋅錳電池(1)基本構(gòu)造及工作原理。Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2元貝駕考 元貝駕考2016科目一 科目四駕考寶典網(wǎng) http:/ 駕考寶典2016科目一 科目四(2)特點。堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，它的比能量和可儲存時間均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電。2.鋅銀電池(1)基本構(gòu)造及工作原理。(2

3、)特點。比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電。Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2Ag2O3.鋰電池(1)基本構(gòu)造。負極：_，正極：MnO2、CuO、FeS2等，電解質(zhì)：非水溶劑。(2)特點。比能量高、電壓高、工作溫度寬，儲存時間長。 鋰三、二次電池鉛蓄電池放電和充電時的反應(yīng)原理分別是怎樣的？有何優(yōu)缺點？1.鉛蓄電池的構(gòu)造PbO2PbH2SO4(aq)2.鉛蓄電池的工作原理放電和充電是不同條件下的正、逆反應(yīng)過程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)(1)放電時原電池。負極：_(_反應(yīng))正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-

4、(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l) (_反應(yīng))總反應(yīng)：PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)_放電充電Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)氧化還原(2)充電時電解池。陰極：_(_反應(yīng))陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42- (aq) (_反應(yīng))總反應(yīng)：_。PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)還原氧化2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)3.鉛蓄電池的優(yōu)缺點(1)優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便

5、、安全可靠、價格低廉，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。(2)缺點：比能量低、笨重，廢棄的電池污染環(huán)境。 四、燃料電池燃料電池的工作原理是怎樣的？燃料電池有何優(yōu)點？1.燃料電池的工作原理(1)連續(xù)地將_(如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和_的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。(2)電極材料本身_氧化還原反應(yīng)。(3)工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應(yīng)，生成物不斷地被排除。燃料氧化劑不參與2.燃料電池的優(yōu)點(1)能量轉(zhuǎn)換率高,燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過80%，普通燃燒過程能量轉(zhuǎn)換率僅30%多。(2)污染小。 1.(2012江蘇高考)Zn具有還原性和導(dǎo)電性，可作鋅錳干電池的負極材料。(

6、)分析:鋅錳干電池中，鋅為負極，失去電子，表現(xiàn)還原性，同時鋅有導(dǎo)電性。2.廢舊電池中含汞、鎘、鉛、鎳等重金屬，隨意丟棄會污染環(huán)境，應(yīng)對廢舊電池分類回收，集中處理。( )分析:隨意丟棄廢舊電池會污染水體和土壤，并通過食物鏈最終危害人類健康，因此要對廢舊電池分類回收，集中處理。3.鉛蓄電池電路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時，要消耗 1 mol 硫酸。 ( )分析:鉛蓄電池的負極和正極均要消耗硫酸，故當電路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時，要消耗 2 mol 硫酸。 4.氫氧燃料電池中負極氫氣失去電子，正極氧氣得到電子。 ( )分析:氫氧燃料電池中負極氫氣失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。5.可充電

7、電池中，放電時負極和充電時陰極都發(fā)生氧化反應(yīng)。 ( )分析:可充電電池中，放電時負極發(fā)生氧化反應(yīng)，但充電時陰極連接電源的負極，故陰極發(fā)生還原反應(yīng)。 一、常見的燃料電池1.氫氧燃料電池(1)電池的構(gòu)造。(2)不同電解質(zhì)時的電極反應(yīng)。 2.甲烷燃料電池用導(dǎo)線連接的兩個鉑電極插入電解質(zhì)溶液中，然后向兩極分別通入CH4和O2，該電池的反應(yīng)式：(1)KOH溶液。負極：CH410OH8e=CO327H2O正極：2O24H2O8e=8OH總反應(yīng)式：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O (2)H2SO4溶液。負極：CH42H2O8e=CO28H+正極：2O28H8e=4H2O總反應(yīng)式：CH4+2O2

8、=CO2+2H2O【拓展延伸】其他常見的燃料電池(1)丁烷燃料電池。一個電極通入空氣，一個電極通入氧氣，用摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體作電解質(zhì)，晶體高溫時能傳導(dǎo)O2-。負極：2C4H10-52e-+26O2-=8CO2+10H2O正極：13O2+52e-=26O2-總反應(yīng)式：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O(2)乙醇燃料電池。用導(dǎo)線連接的兩個鉑電極插入電解質(zhì)溶液，分別向兩極通入乙醇和氧氣。KOH作電解質(zhì) 負極：C2H5OH+16OH-12e-=2CO32-+11H2O 正極：3O2+12e-+6H2O=12OH-總反應(yīng)式：C2H5OH+3O2+4OH-=2

9、CO32-+5H2O 酸作電解質(zhì) 負極:C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+正極:3O2+12H+12e-=6H2O 總反應(yīng)式：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O(3)熔融鹽燃料電池。一極通入CO，一極通入空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負 極:2CO+2CO32-4e-=4CO2 正 極：O2+2CO2+4e-=2CO32-總反應(yīng)式:2CO+O2=2CO2 【特別提醒】(1)通常燃料電池的負極是可燃性物質(zhì)失去電子，正極是氧氣得電子，電極材料是惰性電極，電極本身不參與放電。(2)書寫燃料電池電極反應(yīng)時要特別注意電解質(zhì)溶液的酸堿性對正負極

10、得失電子的物質(zhì)的后續(xù)反應(yīng)，若能反應(yīng)，則應(yīng)寫出總的反應(yīng)式。【典例1】(2012四川高考)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀，負極上的反應(yīng)：CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+。下列有關(guān)說法正確的是( )A.檢測時，電解質(zhì)溶液中的H+向負極移動B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正極上發(fā)生的反應(yīng)為：O2+4e-+2H2O=4OH-【思路點撥】解答該題要注意以下三點：(1)燃料電池中可燃性物質(zhì)在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；(2)燃料電池的正極是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；(3

11、)酸性條件下H+參與反應(yīng)?！窘馕觥窟xC。正極反應(yīng)為：O2+4H+4e-=2H2O,負極反應(yīng)生成氫離子，正極上消耗氫離子，因此氫離子應(yīng)該向正極移動；由正極反應(yīng)式中的比例關(guān)系可知，每轉(zhuǎn)移0.4 mol電子，反應(yīng)掉氧氣0.1 mol即2.24 L;將電池的正負極反應(yīng)方程式相加即可得C項?！狙由焯骄俊?1)檢測室中電解質(zhì)溶液的pH如何變化？提示：變小。因為電池反應(yīng)為CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O,故溶液酸性增強，pH減小。(2)若該酒精檢測儀工作環(huán)境為堿性，則正極反應(yīng)如何書寫？提示：正極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-。 二、化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫1.根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式(1

12、)確定原電池的正負極及放電的物質(zhì)。首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結(jié)合原電池正負極的判斷方法，確定原電池的正負極及放電的物質(zhì)。(2)書寫電極反應(yīng)式。負極反應(yīng)：規(guī)律：活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H+(或其他氧化產(chǎn)物)。特例：若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H+能反應(yīng)，則該陰離子應(yīng)寫入電極反應(yīng)式，如鉛蓄電池的負極反應(yīng)是PbSO422e=PbSO4。正極反應(yīng)：規(guī)律：陽離子得電子生成單質(zhì)或氧氣得電子。特例：若是氧氣得電子，要考慮電解質(zhì)溶液的情況。中性或堿性：O22H2O4e=4OH酸性：O24H4e=2H2O。(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。結(jié)合電子守恒將正負極電極反應(yīng)

13、式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。2.給出電池總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式(1)一般書寫步驟為：列物質(zhì)，標得失。選離子，配電荷。配個數(shù)，巧用水。兩式加，驗總式。(2)如以2H2O2=2H2O為例，當電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應(yīng)式的書寫步驟：負極反應(yīng)式的書寫：根據(jù)總反應(yīng)方程式列出總式兩邊化合價升高的有關(guān)物質(zhì)為H2，轉(zhuǎn)移電子為4e-：2H24e-=4H+。根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用H或OH或其他離子配平，使兩邊電荷總數(shù)相等即得2H24OH4e=4H2O。利用H2O使兩邊的元素守恒，即得：2H24e4OH=4H2O。同理，正極反應(yīng)式的書寫如下：O24e=2O2，O22H2O4e=4OH。注意：在堿性溶液

14、中提供H使O2變?yōu)镺H的是水，要寫成化學(xué)式的形式。將正、負極反應(yīng)式相加，若得到總反應(yīng)式，說明寫法正確。3.可充電電池電極反應(yīng)式的書寫【特別提醒】根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式，寫總反應(yīng)方程式時，首先要使兩個電極反應(yīng)式的得失電子相等后再將兩式相加，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物質(zhì)即可。注意：若反應(yīng)式同側(cè)出現(xiàn)不能共存的離子，如H和OH、Pb2和SO42，要寫成反應(yīng)后的物質(zhì)如H2O和PbSO4。 【典例2】鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為： Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有關(guān)該電池的說法不正確的是( )A.電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負極為FeB.電

15、池放電時，負極反應(yīng)為Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2C.電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D.電池充電時，陽極反應(yīng)為2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O【思路點撥】解答本題時應(yīng)注意以下三點：(1)電池放電時為原電池，充電時為電解池；(2)放電時的負極反應(yīng)與充電時的陰極反應(yīng)相反；(3)放電時的正極反應(yīng)與充電時的陽極反應(yīng)相反。 【解析】選C?！痉椒记伞咳椒〞鴮憦?fù)雜反應(yīng)的負極反應(yīng)式(1)寫出可燃物及燃燒產(chǎn)物；(2)標出中心元素的化合價，分析電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目；(3)用電解質(zhì)溶液中的離子平衡電荷，配平電極反應(yīng)式?！咀兪接?xùn)練】C2H5OH燃料電池中的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，寫出

16、電極反應(yīng)式。負極：_。正極：_?！窘馕觥緾2H5OH燃燒的化學(xué)方程式是C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O，因為電解質(zhì)是KOH，故生成的CO2與KOH反應(yīng)生成K2CO3，總反應(yīng)為C2H5OH+3O2+4KOH=2K2CO3+5H2O。整個反應(yīng)中C2H5OH是還原劑，反應(yīng)中碳元素由2價4價，O2作氧化劑，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移12 mol電子，故負極反應(yīng)是C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-11H2O，正極反應(yīng)是3O2+6H2O+12e=12OH。答案:C2H5OH12e-+16OH-=2CO32-11H2O3O26H2O12e=12OH1.下列有關(guān)鋅錳干電池的說法中正確的是( )A.鋅

17、外殼是負極，石墨碳棒是正極材料 B.在外電路中電子從碳棒流向鋅外殼C.電流從鋅流到碳棒上 D.在電池內(nèi)部陽離子從碳棒向鋅片移動【解析】選A。在鋅錳干電池中，鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極，在外電路中電子從鋅外殼流向碳棒，電流的方向與電子的流向相反，電池內(nèi)部，陽離子向正極碳棒移動，故A正確，B、C、D錯誤。2.廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程。其首要原因是( )A.為了利用電池外殼的金屬材料 B.防止汞、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.回收其中的石墨電極【解析】選B。廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對土壤和水源造成污染，必須進行集中處理。3

18、.鎳-鎘(Ni-Cd)可充電電池，可以發(fā)生如下反應(yīng)：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O，由此可知，該電池的負極材料是( )A.Cd B.NiO(OH) C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2【解析】選A。電池放電時屬于原電池，注意給出的總電池反應(yīng)式中逆向進行時為放電過程，故負極材料是失電子的物質(zhì)Cd。充電放電4.(2012銀川高二檢測)科學(xué)家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機物轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池中發(fā)電。該電池負極反應(yīng)為( )A.H22OH2e=2H2O B.O24H4e=2H2OC.H22e=2H D.O22H2O4e=4

19、OH【解析】選C。負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在酸性條件下，氫氣失去電子生成H，C正確。5.鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時的電池反應(yīng)為：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列結(jié)論正確的是( )A.Pb為正極被氧化 B.溶液的pH不斷減小C.SO42只向PbO2處移動 D.電子由Pb極流向PbO2極【解析】選D。由鉛元素化合價的變化，可以看出Pb是負極，A錯誤；由題給出的電極反應(yīng)可以看出H2SO4不斷被消耗，故pH不斷增大，B錯誤；原電池工作時，外電路中電子由Pb極流向PbO2極；內(nèi)電路中，陰離子移向Pb極，C錯誤、D正確。6.(2012杭州高二檢測)航天飛機常采用新型燃料電池作為電能來源，燃料電池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物質(zhì)與O2一起構(gòu)成的電池裝置，它可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。我