新教材高中化學(xué)人教版選擇性第一冊課件第四章第一節(jié)第2課時(shí)化學(xué)電源

第2課時(shí)化學(xué)電源第四章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.知道化學(xué)電源的分類方法。2.熟悉幾種常見化學(xué)電源的組成和工作原理,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。3.了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對環(huán)境的危害,設(shè)想其處理方法,形成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任意識。課前篇素養(yǎng)初探[知識鋪墊]1.普通鋅錳干電池(1)構(gòu)造示意圖(2)特點(diǎn):放電之后不能充電,故稱為一次電池。2.充電電池——二次電池(1)特點(diǎn):放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行,使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。(2)實(shí)例:鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。[必備知識]一、化學(xué)電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。1.分類一次電池→活性物質(zhì)消耗到一定程度后不能再用,如普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池等|二次電池→放電后可以再充電而重復(fù)使用,如鉛酸蓄電池等|燃料電池→燃料失電子,氧化劑得電子的電池,如氫氧燃料電池等2.優(yōu)點(diǎn)具有能量轉(zhuǎn)化率高,供能穩(wěn)定可靠,使用方便,易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。3.判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)(1)比能量:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少,單位“(W·h)/kg”或“(W·h)/L”。(2)比功率:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小,單位“W/kg”或“W/L”。(3)電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長短。二、幾種常見的化學(xué)電池1.一次電池(以堿性鋅錳電池為例)(1)構(gòu)造:(2)組成:正極:MnO2;負(fù)極:Zn;電解質(zhì):KOH。(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng):Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;正極反應(yīng):2MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH-;總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。2.二次電池(以鉛酸蓄電池為例)(1)構(gòu)造:(2)組成:正極:PbO2;負(fù)極:Pb;電解質(zhì):H2SO4。(3)工作原理:鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程。①放電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):②鉛酸蓄電池的充、放電過程:【微思考1】鉛酸蓄電池在放電一段時(shí)間后,正極、負(fù)極的質(zhì)量將如何變化?答案

鉛酸蓄電池放電時(shí),正極部分PbO2變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量變大;負(fù)極部分Pb變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量也變大。3.燃料電池(以酸性氫氧燃料電池為例)(1)構(gòu)造:【微思考2】原電池的電極材料都必須是金屬嗎?正極、負(fù)極材料可以是同一種導(dǎo)電物質(zhì)嗎?答案

原電池的電極材料可以是兩種活動(dòng)性不同的金屬,也可以是一種金屬與一種可導(dǎo)電的惰性材料(如石墨)。在燃料電池中,電極本身均不發(fā)生反應(yīng),故兩極均可用惰性材料,如Pt電極。三、廢舊電池的危害與處理1.危害:廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì),如隨意丟棄,會(huì)對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。2.處理方法:回收處理。[自我檢測]1.正誤判斷(1)堿性鋅錳電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池都屬于二次電池。(

)(2)二次電池充電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(

)(3)二次電池充電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(

)(4)某些導(dǎo)電非金屬單質(zhì)、某些導(dǎo)電金屬氧化物都可作原電池的電極。(

)(5)燃料電池工作時(shí)需要點(diǎn)燃條件才可發(fā)生。(

)(6)燃料電池的燃料可以是氫氣、烴、甲醇、氨等物質(zhì)。(

)××√√×√2.鉛酸蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2,電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液,工作時(shí)的電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,放電過程中H2SO4被不斷消耗。下列結(jié)論正確的是(

)為正極,被氧化B.溶液的pH不斷減小C.只向PbO2處移動(dòng)D.放電過程,電解質(zhì)溶液酸性不斷減弱答案

D解析

根據(jù)電池反應(yīng)可知,鉛作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),故A錯(cuò)誤;反應(yīng)過程中,硫酸被消耗,故溶液的pH不斷增大,B錯(cuò)誤;PbO2為正極,陰離子向負(fù)極移動(dòng),故

向鉛電極移動(dòng),C錯(cuò)誤;反應(yīng)過程中,硫酸被消耗,故電解質(zhì)溶液酸性不斷減弱,D正確。課堂篇素養(yǎng)提升任務(wù)一化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫[問題探究]1.溶液的酸堿性對書寫電極反應(yīng)式有何影響?答案

在書寫電極反應(yīng)式時(shí)一定要注意電解質(zhì)溶液的酸堿性。堿性電解質(zhì)溶液中,電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+;酸性電解質(zhì)溶液中,電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH-。2.如何根據(jù)原電池原理判斷原電池的兩個(gè)電極?答案

說明:原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要形成活潑電極一定是負(fù)極的思想。[深化拓展]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)式先分析題目給定的圖示裝置,確定原電池正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)。①負(fù)極:活潑金屬或燃料失去電子生成陽離子;若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存,則該陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。如鉛酸蓄電池的負(fù)極:②正極:陽離子得到電子生成單質(zhì)或O2得到電子,若反應(yīng)物是O2,則有以下規(guī)律:電解質(zhì)溶液呈堿性或中性:O2+2H2O+4e-===4OH-;電解質(zhì)溶液呈酸性:O2+4H++4e-===2H2O。③總反應(yīng)式:正、負(fù)電極反應(yīng)式在得失電子相等的前提下相加得到電池反應(yīng)的總方程式。(2)給出總反應(yīng)式,寫電極反應(yīng)式如果給定的是總反應(yīng)式,可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價(jià)變化情況),先寫出反應(yīng)相對較簡單的一極的電極反應(yīng)式,另一極的電極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式,即得結(jié)果。(3)電極反應(yīng)式的書寫過程歸納①列物質(zhì),標(biāo)得失:根據(jù)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),判斷出電極的產(chǎn)物,分析得失電子的數(shù)目,利用得失電子守恒配平。②選離子,配電荷:根據(jù)溶液的酸堿性選擇合適的離子,確保電極產(chǎn)物能在電解質(zhì)溶液中穩(wěn)定存在,然后利用電荷守恒進(jìn)行配平。③巧用水,配個(gè)數(shù):通常介質(zhì)為水溶液,根據(jù)需要選擇水為反應(yīng)物或生成物,利用質(zhì)量守恒進(jìn)行配平。[素能應(yīng)用]典例1在堿性鋅錳電池中,已知?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì),發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的電極反應(yīng)式的書寫正確的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+B.負(fù)極反應(yīng)式為Zn+2H2O-2e-===Zn(OH)2+2H+C.正極反應(yīng)式為2MnO2+2H++2e-===2MnO(OH)D.正極反應(yīng)式為2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-答案

D解析

在書寫堿性電池的電極反應(yīng)式時(shí),方程式中不得出現(xiàn)H+。在堿性鋅錳電池中,負(fù)極的Zn失去電子形成的Zn2+應(yīng)該與OH-結(jié)合為Zn(OH)2。變式訓(xùn)練1(2019全國Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)答案

D任務(wù)二常見的燃料電池[問題探究]1.燃料電池的兩電極反應(yīng)有何特點(diǎn)?答案

兩個(gè)電極均為惰性電極,本身不參與反應(yīng)。在反應(yīng)中燃料一般表現(xiàn)為失去電子,通入負(fù)極。常用的氧化劑是氧氣,在反應(yīng)中表現(xiàn)為得到電子,通入正極。2.氫氧燃料電池在酸性電解質(zhì)和堿性電解質(zhì)中的總反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同嗎?答案

相同,都為2H2+O2===2H2O。[深化拓展]常見燃料電池的電極反應(yīng)在燃料電池中,電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng),電解質(zhì)酸堿性的改變,會(huì)引起電極反應(yīng)的變化,但不影響燃料及O2的性質(zhì)。電極反應(yīng)在遵守質(zhì)量守恒定律、電荷守恒、電子得失守恒的同時(shí),還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應(yīng)。(1)甲烷燃料電池。電解質(zhì):KOH正極(通O2):2O2+4H2O+8e-===8OH-負(fù)極(通CH4):CH4+10OH--8e-===

+7H2O總反應(yīng):CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料電池。電解質(zhì):KOH正極:3O2+6H2O+12e-===12OH-負(fù)極:2CH3OH+16OH--12e-===2+12H2O總反應(yīng):2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O(3)肼燃料電池。電解質(zhì):KOH正極:O2+2H2O+4e-===4OH-負(fù)極:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O總反應(yīng):N2H4+O2===N2+2H2O(4)熔融鹽燃料電池。熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率,因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極反應(yīng)物,空氣與CO2的混合氣為正極反應(yīng)物,制得在650℃下工作的燃料電池。有關(guān)的電池反應(yīng)式為:[素能應(yīng)用]典例2一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(

)A.該燃料電池A是正極,B是負(fù)極B.電極A上H2參與的電極反應(yīng)為:H2+2OH--2e-2===H2OC.電池工作時(shí),向電極B移動(dòng)D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+2CO2+4e-===2答案

D書寫燃料電池的電極反應(yīng)式應(yīng)注意的問題(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)。電池的正極一定是助燃性氣體(一般是O2)得電子,發(fā)生還原反應(yīng)。(2)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。(3)電極反應(yīng)式作為一種特殊的離子方程式,也必須遵循原子守恒、電荷守恒規(guī)律。變式訓(xùn)練2氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉,鉑吸附氣體的能力強(qiáng),性質(zhì)穩(wěn)定。請回答:(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是

,在導(dǎo)線中電子的流動(dòng)方向?yàn)?/p>

(用a、b表示)。電池中的交換膜為陰離子交換膜,則溶液中OH-的移動(dòng)方向?yàn)橛?/p>

池移向

池(填“左”或“右”)。

(2)負(fù)極反應(yīng)式為

,正極反應(yīng)式為

。

答案

(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能a→b右左(2)2H2+4OH--4e-===4H2O

O2+2H2O+4e-===4OH-解析

(1)原電池的實(shí)質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;在原電池外電路,電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極,氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極,故電子由a流向b;溶液中OH-的移動(dòng)方向?yàn)橛捎页匾葡蜃蟪亍?2)H2在負(fù)極上失電子,因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液,故正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-,負(fù)極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-===4H2O。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列說法中錯(cuò)誤的是(

)A.化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置B.化學(xué)電池的種類包括一次電池、二次電池和燃料電池等C.化學(xué)電池供能穩(wěn)定可靠,使用方便,易于維護(hù)D.廢舊電池可以隨意丟棄答案

D2.下列幾種化學(xué)電池中,不屬于可充電電池的是(

)A.堿性鋅錳電池B.手機(jī)用鋰離子電池C.汽車用鉛酸蓄電池 D.玩具用鎳氫電池答案

A解析

A項(xiàng),堿性鋅錳電池屬于一次電池,不屬于可充電電池,正確;B項(xiàng),手機(jī)用鋰離子電池屬于可充電電池,錯(cuò)誤;C項(xiàng),汽車用鉛酸蓄電池屬于可充電電池,錯(cuò)誤;D項(xiàng),玩具用鎳氫電池屬于可充電電池,錯(cuò)誤。3.(雙選)微型銀—鋅電池可用作電子儀器的電源,其電極分別是Ag/Ag2O和Zn,電解質(zhì)溶液為KOH溶液。電池總反應(yīng)為Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2,下列說法正確的是(

)A.電池工作過程中,KOH溶液濃度降低B.電池工作過程中,電解質(zhì)溶液中OH-向負(fù)極移動(dòng)C.負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2D.正極發(fā)生反應(yīng)Ag2O+2H++2e-===2Ag+H2O答案

BC解析

從電池總反應(yīng)方程式分析,KOH未被消耗,H2O被消耗,溶液KOH的濃度增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,OH-向負(fù)極移動(dòng),B、C項(xiàng)正確;電解質(zhì)溶液為KOH溶液,正極反應(yīng)中不應(yīng)出現(xiàn)H+,正確的應(yīng)為Ag2O+2H2O+2e-===2Ag+4OH-,D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.(1)以H2、O2及KOH溶液構(gòu)成氫氧燃料電池,則負(fù)極通入的是

,正極通入的是

,電極反應(yīng)分別為

、

。

(2)如把KOH溶液改為稀硫酸作電解質(zhì)溶液,則電極反應(yīng)分別為

、

。

(3)(1)和(2)的電解質(zhì)溶液不同,反應(yīng)進(jìn)行后,其溶液的pH各有何變化?

。

(4)如果把H2改為甲烷,KOH溶液為電解質(zhì)溶液,則電極反應(yīng)分別為

、

。

答案

(1)H2

O2

2H2+4OH--4e-===4H2O

O2+2H2O+4e-===4OH-(2)2H2-4e-===4H+

O2+4H++4e-===2H2O(3)(1)中pH變小,(2)中pH變大(4)CH4+10OH--8e-===

+7H2O

2O