新教材高中化學(xué)化學(xué)反應(yīng)與電能第節(jié)原電池課件新人教版選擇性必修

第四章化學(xué)反響與電能第一節(jié)原電池第2課時(shí)化學(xué)電源學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1．了解常見化學(xué)電源的工作原理。2．了解新型化學(xué)電源的工作原理。1．通過對(duì)常見化學(xué)電池的分析，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。2．通過認(rèn)識(shí)新型化學(xué)電源的作用及廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，形成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任意識(shí)。課前素能奠基課堂素能探究課堂達(dá)標(biāo)驗(yàn)收新課情景呈現(xiàn)名師博客呈現(xiàn)新課情景呈現(xiàn)現(xiàn)在，各種各樣的電池特別多，像手電筒上用的干電池，上用的鋰電池，汽車上用的蓄電池，還有新型環(huán)保公交車上的燃料電池等，種類繁多。你知道化學(xué)電池是怎樣分類的嗎？

電源是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的原電池。作為化學(xué)電源的電池有一次電池、可充電電池和燃料電池等。一次電池只能放電不能充電，使用后即棄去，因此可能造成環(huán)境污染?？沙潆婋姵匾卜Q為二次電池，可以反復(fù)充電和放電，是電池開展的一個(gè)重要方向。課前素能奠基

新知預(yù)習(xí)化學(xué)

電

一次

二次

2．判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)：

3．化學(xué)電池回收利用：廢舊電池中含__________和酸堿等有害物質(zhì)，應(yīng)回收利用，既減少污染，又節(jié)約資源。重金屬

二、一次電池一次電池的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫做干電池。一次電池不能充電，不能反復(fù)使用。堿性鋅錳電池與銀鋅電池比較種類特點(diǎn)堿性鋅錳電池銀鋅電池基本構(gòu)造負(fù)極：________負(fù)極：________正極：__________正極：__________電解質(zhì)：KOH電解質(zhì)：KOHZn

Zn

MnO2

Ag2O

種類特點(diǎn)堿性鋅錳電池銀鋅電池工作原理負(fù)極反應(yīng)_______________________________________________________________正極反應(yīng)2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－_______________________________________總反應(yīng)Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag性能與適用范圍比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間比普通鋅錳電池均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電比能量大，電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2

Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

三、二次電池(鉛蓄電池)1．構(gòu)造：

3．鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、平安可靠，可屢次充放電；生產(chǎn)生活中使用廣泛。(2)缺點(diǎn)：比能量低，廢棄電池污染環(huán)境。四、燃料電池1．定義：把能源中燃料燃燒反響的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器〞。2．氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)：3．氫氧燃料電池的工作原理。負(fù)極：______失電子；正極：______得電子；電解質(zhì)溶液：____________________。種類酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－===4H＋________________________正極反應(yīng)式______________________O2＋2H2O＋4e－===4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2===2H2OH2

O2

氫氧化鉀或稀硫酸

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

4．優(yōu)點(diǎn)：(1)能量轉(zhuǎn)化率高。(2)污染______。小

預(yù)習(xí)自測(cè)D

B

解析：鋅—銅—硫酸原電池的正極材料是金屬銅，鋅錳堿性干電池的正極材料是二氧化錳和碳粉，兩者正極材料不同，故A正確；鋅錳堿性干電池的正極材料是二氧化錳和碳粉，發(fā)生得電子的復(fù)原反響，元素的化合價(jià)應(yīng)該降低，故B錯(cuò)誤；鋅—銅—硫酸原電池負(fù)極材料是金屬鋅，鋅錳堿性干電池的負(fù)極材料是金屬鋅，兩者負(fù)極上都是發(fā)生金屬鋅失電子的氧化反響，故C正確；鋅—銅—硫酸可以構(gòu)成原電池裝置，金屬鋅和硫酸之間發(fā)生反響，Zn與稀硫酸存在自行消耗的現(xiàn)象，故D正確。B

解析：推廣使用電動(dòng)汽車，能減少汽車尾氣氮氧化物的排放，有利于保護(hù)環(huán)境，A項(xiàng)正確；此標(biāo)志為電動(dòng)汽車專用標(biāo)志，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電動(dòng)汽車充電過程中電能轉(zhuǎn)為化學(xué)能，使用時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，C項(xiàng)正確；電動(dòng)汽車充、放電過程，均屬于氧化復(fù)原反響，存在電子轉(zhuǎn)移，D項(xiàng)正確。課堂素能探究

知識(shí)點(diǎn)

問題探究：1．充電電池充電時(shí)的反響和放電時(shí)的反響是否為可逆反響？2．鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí)，負(fù)極增重4.8g。 ()3．鉛蓄電池工作時(shí)SO向哪個(gè)電極移動(dòng)？化學(xué)電源電極判斷與電極反響式書寫√

知識(shí)歸納總結(jié)：1．二次電池充電時(shí)的電極連接：(1)充電時(shí)的連接方法——正正負(fù)負(fù)，即：方法二：根據(jù)電池總反響式，寫電極反響式。①標(biāo)價(jià)態(tài)，定正負(fù)→根據(jù)元素化合價(jià)的變化情況確定正負(fù)極。②列物質(zhì)→判斷電極的反響物、產(chǎn)物。③標(biāo)得失→分析化合價(jià)的升降，找出得失電子數(shù)。④看環(huán)境，配守恒→配平電荷、配平原子。方法三：充電電池電極反響式的書寫方法。①先標(biāo)出原電池總反響式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反響的物質(zhì)。②寫出一個(gè)比較容易書寫的電極反響式(書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)③在電子守恒的根底上，總反響式減去寫出的電極反響式即得另一電極反響式。④充電的電極反響與放電的電極反響過程相反。我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸〞Na－CO2電池。放電時(shí)該電池“吸入〞CO2，充電時(shí)“呼出〞CO2?！拔毹旵O2時(shí)，其工作原理如下圖。吸收的全部CO2中，有2/3轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管(MWCNT)電極外表。典例1以下說法正確的選項(xiàng)是 ()A．“吸入〞CO2時(shí)，鈉箔為負(fù)極B．“吸入〞CO2時(shí)的正極反響：4Na＋＋3CO2－4e－===2Na2CO3＋CC．“呼出〞CO2時(shí)，Na＋向多壁碳納米管電極移動(dòng)D．每“呼出〞22.4LCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為NAA

規(guī)律方法指導(dǎo)：解答有關(guān)化學(xué)電源電極反響式書寫試題的思維流程〔變式訓(xùn)練1〕以熔融Li2CO3和K2CO3為電解質(zhì)，天然氣經(jīng)重整催化作用提供反響氣的燃料電池如圖。D

知識(shí)點(diǎn)

形形色色的燃料電池問題探究：1．氫氧燃料電池如果用稀硫酸作電解質(zhì)溶液，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度將如何變化？溶液的pH將如何變化？2．氫氣可以在氯氣中燃燒，根據(jù)燃料電池的原理，能否以該反響設(shè)計(jì)燃料電池？探究提示：1．減小。增大。反響過程中電解質(zhì)不被消耗，但氫氣和氧氣反響生成水，使溶液變稀，pH增大。2．能。氫氣可以在氯氣中發(fā)生自發(fā)的氧化復(fù)原反響。知識(shí)歸納總結(jié)：1．燃料電池的工作原理：一般的燃料電池大多是可燃性物質(zhì)(主要是可燃性氣體或蒸氣)與氧化劑(一般是氧氣)及電解質(zhì)溶液共同組成的原電池。可燃性物質(zhì)在原電池負(fù)極發(fā)生氧化反響，氧氣在原電池正極發(fā)生復(fù)原反響。也就是說不管是哪一種燃料電池，正極都是氧化劑(如O2)得電子發(fā)生復(fù)原反響。2．有機(jī)燃料電池電極反響式書寫方法：電池的負(fù)極一定是可燃物，有機(jī)燃料中各元素的化合價(jià)變化遵循一般化合價(jià)規(guī)那么，燃料失電子發(fā)生氧化反響，電池的正極多為氧氣得電子，發(fā)生復(fù)原反響，特別注意電解質(zhì)溶液酸堿性不同的區(qū)別?？筛鶕?jù)電荷守恒來配平電極反響式。如乙醇?jí)A性(KOH溶液)燃料電池負(fù)極反響式的書寫方法。4．常見的四種典型燃料電池：名稱電解質(zhì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)氫氧燃料電池KOH正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－負(fù)極：2H2－4e－＋4OH－===4H2O總反應(yīng)：2H2＋O2===2H2OH2SO4正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O負(fù)極：2H2－4e－===4H＋總反應(yīng)：2H2＋O2===2H2O第16屆海南國際車展上展出了中國研制的新型燃料電池汽車，該車裝有“綠色心臟〞——質(zhì)子交換膜燃料電池。某種質(zhì)子交換膜燃料電池如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是 ()A．該電池的a極發(fā)生氧化反響B(tài)．正極反響為O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．質(zhì)子(H＋)通過質(zhì)子交換膜移動(dòng)到a電極D．該燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可到達(dá)100%A

典例2解析：該電池的a極，氫氣失電子生成氫離子，發(fā)生氧化反響，故A正確；電解質(zhì)溶液呈酸性，產(chǎn)生的電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中要能穩(wěn)定存在，正極反響為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B錯(cuò)誤；在原電池中陽離子向正極移動(dòng)，即氫離子通過質(zhì)子交換膜移動(dòng)到正極b，故C錯(cuò)誤；電池中存在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的能量轉(zhuǎn)化，那么化學(xué)能不可能100%轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò)誤。〔變式訓(xùn)練2〕有一種瓦斯分析儀(圖甲)能夠在煤礦巷道中的甲烷到達(dá)一定濃度時(shí)，通過傳感器顯示出來，其裝置如圖乙所示，ab間充有固體電解質(zhì)Y2O3—Na2O，允許O2－自由移動(dòng)。以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是 ()A．瓦斯分析儀工作時(shí)，電池內(nèi)電路中，O2－由電極a流向電極bB．電池外電路中電子由正極流向負(fù)極C．電極a的反響式為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OD．當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2－通過時(shí)，電子轉(zhuǎn)移4molC

解析：A項(xiàng)，該原電池中，正極上氧氣得電子發(fā)生復(fù)原反響，所以通入空氣的電極b是正極，內(nèi)電路中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以O(shè)2－由電極b流向電極a，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電池外電路中電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，a是負(fù)極，負(fù)極上甲烷失電子和O2－反響生成二氧化碳和水：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，正確；D項(xiàng)，每個(gè)O原子得到2個(gè)電子生成O2－，所以當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2－通過時(shí)，電子轉(zhuǎn)移2mol，錯(cuò)誤。名師博客呈現(xiàn)

氫氧燃料電池中的電極反響氫氧燃料電池的負(fù)極上發(fā)生的是氫氣被氧化為H＋的反響，如果該反響是在堿性條件下進(jìn)行的，生成的H＋瞬間與溶液中大量存在的OH－結(jié)合生成水。因此，實(shí)際發(fā)生的電極反響為：H2＋2OH－－2e－===2H2O如果在酸性條件或中性條件下，電極反響為：H2－2e－===2H＋類似地，在氫氧燃料電池的正極，氧氣中氧元素被復(fù)原為－2價(jià)。通常情況下，－2價(jià)的氧原子在水溶液中不能獨(dú)立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氫氧燃料電池中，－2價(jià)的氧原子那么只能存在于水分子或OH－中。如果是酸性條件，復(fù)原產(chǎn)生的－2價(jià)的氧原子與周圍的H＋結(jié)合生成水，電極反響為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O如果反響條件為中性或堿性，－2價(jià)的氧原子主要存在于OH－中，因此電極反響為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－由此可見，書寫電極反響式時(shí)，除了應(yīng)該考慮反響前后有電子轉(zhuǎn)移的元素的原子得失電子的情況外，還必須考慮這些元素形成的物質(zhì)在溶液中的主要存在形式。課堂達(dá)標(biāo)驗(yàn)收C

C

3．“綠水青山就是金山銀山〞，利用電池原理治理各種污染是科研工作人員致力研究的重要課題之一。(1)硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，我國最近在太陽能光電催化—化學(xué)耦合分解硫化氫研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如下圖。①指出a極和b極的名稱，并寫出電極反響式。②結(jié)合離子方程式分析H2S氣體去除的原理。(2)碳排放是影響