魯科版高中化學選擇性必修第一冊第1章第2節(jié)第2課時化學電源基礎課課件

第2課時化學電源(基礎課)第1章化學反應與能量轉(zhuǎn)化第2節(jié)化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池1．通過搜集、觀察生活中常見的化學電源，了解化學電源的分類及廢舊電池的處理方法等。2．通過設計簡單的燃料電池分析、體會化學電源的工作原理，電極構(gòu)成及簡單的電極反應式書寫與判斷，構(gòu)建認知模型。學習任務

舊知回顧1．只有自發(fā)的氧化還原反應才能設計成原電池。2．根據(jù)2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+設計原電池：(1)電極反應分別是①負極：Cu－2e－===Cu2+；②正極：2Fe3+＋2e－===2Fe2+。(2)根據(jù)電池反應設計裝置圖

或

。舊知回顧3．常見化學電池(1)干電池：屬于

一次電池，如鋅錳電池。(2)充電電池：又稱

二次電池，如鉛蓄電池、鋰離子電池。(3)燃料電池：能量轉(zhuǎn)換效率高、能長時間提供電能。

必備知識自主預習化學電一次二次燃料重金屬二、常見化學電源1．鋅錳干電池項目酸性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池電極______作負極，______作正極電解質(zhì)氯化銨和氯化鋅氫氧化鉀電極反應負極Zn－2e－===Zn2+Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O正極2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－電池反應Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===2NH3＋ZnCl2＋Mn2O3＋H2OZn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH鋅筒石墨

鉛二氧化鉛H2SO4(3)原理

(4)特點：性能優(yōu)良，造價低，可多次充放電；單位質(zhì)量電池釋放的電能少。

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O

2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO43．氫氧燃料電池(1)原理(電極反應及電池反應)。項目酸性燃料電池堿性燃料電池電極石墨電極材料電解質(zhì)磷酸等酸性溶液KOH等堿性溶液電極反應負極2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－電池反應2H2＋O2===2H2O(2)特點：能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等。判一判

(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)手機、手提電腦使用的電池為一次電池。 (

)(2)酸性鋅錳干電池和堿性鋅錳干電池工作時，負極反應相同。 (

)(3)鉛蓄電池放電時負極反應與充電時陰極反應相同。 (

)(4)氫氧燃料電池的電極一般不參與反應。 (

)(5)燃料電池的兩電極不參與反應，而是燃料和氧氣分別在兩極發(fā)生反應。 (

)×××√√一種碳納米管(里面儲存有H2)二次電池的裝置如圖所示。關(guān)鍵能力情境探究二次電池的工作原理1．放電時的電極反應如何書寫？提示：負極：H2＋2OH－－2e－===2H2O正極：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－2．充電時的電極反應如何書寫？提示：陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O3．電池反應方程式如何書寫？電池充電時，外接電源的負極連接二次電池的哪個電極？提示：

陰極。1．可充電電池的思維模型充電時電極連接可簡記：負接負，正接正。2．可充電電池電極反應式的特點放電時負極反應式與充電時陰極反應式互為逆反應；放電時正極反應式與充電時陽極反應式互為逆反應?！纠?】為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學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，設計了采用強堿性電解質(zhì)的3D－Zn－NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)

ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是(

)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．充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)√D

[A項，三維多孔海綿狀Zn為多孔結(jié)構(gòu)，具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高，正確；B項，二次電池充電時作為電解池使用，陽極發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，失去電子，陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，正確；C項，二次電池放電時作為原電池使用，負極發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，失去電子，由電池總反應可知負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，正確；D項，二次電池放電時作為原電池使用，陰離子從正極區(qū)向負極區(qū)移動，錯誤。][母題發(fā)散](1)放電一段時間后，電池中的電解質(zhì)溶液的濃度怎樣變化？(2)放電過程中正極區(qū)和負極區(qū)溶液的酸堿性怎樣變化？提示：(1)濃度增大。因為電池在放電過程中消耗水，導致溶液的濃度增大。(2)根據(jù)電極反應式可以判斷正極區(qū)溶液的堿性增強，負極區(qū)溶液的堿性減弱。1．(雙選)我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na－CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應為3CO2＋4Na??2Na2CO3＋C。下列說法正確的是(

)

√√

2．一種鋰硫電池的總反應為16Li＋S8

8Li2S，該電池的裝置如圖甲所示，充、放電過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖乙所示。該裝置工作時，下列敘述錯誤的是(

)A．放電時，M電極的電勢比N電極的高B．放電時，Li＋通過陽離子交換膜到達M電極附近C．充電時，M極反應式為8Li2S－16e－===S8＋16Li＋D．充電時，1molLi2S4轉(zhuǎn)化為Li2S6電路中通過2mol電子√D

[根據(jù)鋰硫電池的總反應為16Li＋S8

8Li2S可知，放電時，Li元素化合價由0價變?yōu)椋?價，則Li所在的N電極是負極，S8所在M電極是正極，負極反應式為Li－e－===Li＋，正極電極反應式為S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，充電時為電解池，陽極、陰極電極反應式與原電池正極、負極電極反應式正好相反，放電時，陽離子向正極移動、陰離子向負極移動，充電時，陽離子移向陰極、陰離子移向陽極。放電時為原電池，N電極是負極，M電極是正極，

設計出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是21世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣[以壬烷(C9H20)代表汽油]，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-。常見燃料電池的比較1．該電池放電時的電池反應方程式如何書寫？提示：該電池放電時發(fā)生的化學反應就是壬烷燃燒的化學反應：C9H20＋14O2===9CO2＋10H2O。2．該電池的正極反應如何書寫？負極發(fā)生什么反應？提示：該電池的正極是氧氣，得電子，電極反應式是O2＋4e－===2O2-。負極失去電子發(fā)生氧化反應。3．固體電解質(zhì)里的O2-的移動方向是怎樣的？提示：原電池中陰離子O2-向負極移動。4．若分別用KOH溶液和稀硫酸代替固體電解質(zhì)，則放電時負極電極反應如何書寫？

1．常見的四種典型燃料電池名稱電解質(zhì)電極反應和總反應氫氧燃料電池KOH正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－負極：2H2－4e－＋4OH－===4H2O總反應：2H2＋O2===2H2OH2SO4正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O負極：2H2－4e－===4H＋總反應：2H2＋O2===2H2O名稱電解質(zhì)電極反應和總反應甲烷燃料電池KOH甲醇燃料電池KOH名稱電解質(zhì)電極反應和總反應肼燃料電池

KOH正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－負極：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O總反應：N2H4＋O2===N2＋2H2O2．燃料電池電極反應式的書寫

正極負極通入的是燃料。書寫步驟：確定還原劑(燃料)和氧化產(chǎn)物→

確定轉(zhuǎn)移電子數(shù)→據(jù)電荷守恒確定離子種類及系數(shù)→據(jù)原子守恒確定缺項物質(zhì)種類及系數(shù)

【例2】原電池是化學對人類的一項重大貢獻。(1)如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：①電池的負極是_____(填“a”或“b”)電極，該極的電極反應式為___________________________________。②電池工作一段時間后電解質(zhì)溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。a

減小

2CO＋O2===2CO2

1．硫化氫－空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了發(fā)電、環(huán)保的有效結(jié)合，已知：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)

ΔH＝－632kJ·mol-1，下列說法正確的是(

)A．電子從電極b流出，經(jīng)負載流向電極aB．當電極a的質(zhì)量增加64g時，電池內(nèi)部釋放632kJ的熱能C．電極b上發(fā)生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．標準狀況下，每11.2LH2S參與反應，有1molH＋經(jīng)固體電解質(zhì)膜進入負極區(qū)√

2．常用于檢測酒駕的酸性燃料電池酒精檢測儀工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(

)A．電子從左側(cè)Pt電極經(jīng)導線轉(zhuǎn)移到右側(cè)Pt電極B．該電池工作時質(zhì)子從左池經(jīng)交換膜向右池遷移C．負極反應式：CH3CH2OH－4e－＋4OH－===CH3COOH＋3H2OD．每消耗標準狀況下2.24LO2時理論上生成0.1molCH3COOH√C

[乙醇酸性燃料電池中，乙醇發(fā)生失電子的氧化反應生成醋酸，則乙醇所在鉑電極為負極、O2所在的鉑電極為正極，負極反應式為CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH，O2所在的鉑電極為正極、發(fā)生得電子的還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，放電時，電子由負極經(jīng)導線流向正極，陽離子由負極通過交換膜移向正極。該原電池中左側(cè)Pt電極為負極，右側(cè)Pt電極為正極，放電時電子由負極經(jīng)導線流向正極，即電子從左側(cè)Pt電極經(jīng)導線轉(zhuǎn)移到右側(cè)Pt電極，A正確；放電時陽離子由負極通過交換

3．書寫甲烷燃料電池在不同環(huán)境下的電極反應式。(1)酸性條件總反應式：_______________________________________________；正極反應式：_____________________________________________；負極反應式：_____________________________________________。(2)堿性條件總反應式：_______________________________________________；正極反應式：_____________________________________________；負極反應式：_____________________________________________。CH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2＋8H＋＋8e－===4H2OCH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2-)總反應式：_______________________________________________；正極反應式：____________________________________________；負極反應式：_____________________________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)總反應式：_______________________________________________；正極反應式：_____________________________________________；負極反應式：_____________________________________________。CH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2-CH4＋4O2-－8e－===CO2＋2H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2O

1．化學電源分一次電池、二次電池、燃料電池。2．二次電池充電時電極連接“負接負，正接正”。放電時負極反應式與充電時陰極反應式互為逆反應；放電時正極反應式與充電時陽極反應式互為逆反應。3．燃料電池是燃料(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。燃料在原電池負極發(fā)生氧化反應，氧氣在原電池正極發(fā)生還原反應。

知識必備1．電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)展是化學對人類的一項重大貢獻。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．氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸．氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅5學習效果隨堂評估√243題號1C

[鋅錳干電池中碳棒并不參加反應，A項錯；氫氧燃料電池是將化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，B項錯；太陽能電池的主要材料是高純度的單質(zhì)硅，故D項錯。]5243題號12．微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，有一種鋅銀電池，其電極材料分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應分別為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，總反應為Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列敘述正確的是(

)A．在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH增大B．在使用過程中，電子由Ag2O經(jīng)外電路流向Zn極C．Zn是負極，Ag2O是正極D．Zn極發(fā)生還原反應，Ag2O極發(fā)生氧化反應523題號14√C

[根據(jù)電極反應可知Zn失電子被氧化，Ag2O得電子被還原，故Zn是負極，Ag2O是正極，故C正確；負極(即Zn極)在反應時消耗OH－，則負極區(qū)溶液的pH應減小，故A錯誤；發(fā)生原電池反應時，電子由負極經(jīng)外電路流向正極，即電子從Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，故B錯誤；在原電池中，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，故D錯誤。]523題號143．氟離子電池是目前新型電池的一個重要研究方向。某全固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池工作時的示意圖如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是(

)A．放電時，a極發(fā)生氧化反應，b極發(fā)生還原反應B．充電時，a極接電源負極，b極接電源正極C．放電時，a極電勢比b極低D．充電時，外電路每通過1mole－，固體電解質(zhì)中有1molF－移動向a極523題號41√D

[如圖所示，放電時，a極上得到電子，發(fā)生還原反應，則a極為正極；b極上失去電子，發(fā)生氧化反應，則b極為負極，A錯誤；放電時，a極為正極，b極為負極，則充電時，a極接電源正極，b極接電源負極，B錯誤；放電時，a極為正極，b極為負極，則a極電勢比b極高，C錯誤；充電時，a極為陽極，電極反應為Bi＋3F－－3e－===BF3，則外電路每通過1mole－，固體電解質(zhì)中有1molF－移動向a極，D正確。]523題號41

5243題號1√√

5243題號15．燃料電池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)與O2反應從而將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(1)甲烷燃料電池(NaOH溶液作電解質(zhì)溶液)的負極反應為______________________________________，正極反應為__________________________，放電過程中溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。243題號15

2H2O＋4e－===4OH－O2＋減小(2)某公司設計的曾用于驅(qū)動潛艇的液氨－液氧燃料電池示意圖如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是_____(填字母)。a．電池工作時，Na＋向負極移動b．電子由電極2經(jīng)外電路流向電極1c．電池總反應為4NH3＋3O2===2N2＋6H2Od．電極2發(fā)生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O243題號15c

243題號15(選擇題只有一個選項符合題目要求)1．下列關(guān)于化學能轉(zhuǎn)化為電能的四種裝置的說法正確的是(

)課時分層作業(yè)(五)化學電源題．電池Ⅰ中鋅是正極B．電池Ⅱ是一次電池C．電池Ⅲ工作時，氫氣發(fā)生還原反應D．電池Ⅳ工作時，電子由鋅通過導線流向碳棒題

[電池Ⅰ中鋅是負極，銅是正極，A錯誤；電池Ⅱ為鉛蓄電池，屬于二次電池，B錯誤；電池Ⅲ為氫氧燃料電池，H2在負極失去電子發(fā)生氧化反應，C錯誤；電池Ⅳ為鋅錳干電池，鋅為負極，碳棒為正極，電子由負極沿導線流向正極，D正確。]√2．如圖是一種新型鋰電池原理示意圖，有關(guān)敘述正確的是(

)A．a(chǎn)為電池正極B．外電路中電流從a流向bC．離子交換膜為陽離子交換膜D．b電極處，O2失電子生成OH－題C

[Li失電子，為電池負極，A項錯誤；電流方向與電子流動方向相反，故外電路中電流從b流向a，B項錯誤；由題圖可知，Li＋可穿過離子交換膜，故為陽離子交換膜，C項正確；由題圖可知，O2得電子生成OH－，D項錯誤。]題號135246879103．固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯－氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是(

)A．有O2參加反應的電極a為電池的負極B．電極b的電極反應式為H2＋2e－＋O2-===H2OC．電極a的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．該電池的總反應式為2H2＋O2===2H2O題

題號135246879104．被稱之為“軟電池”的紙質(zhì)電池，采用一個薄層紙片作為傳導體，在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳。紙內(nèi)的離子“流過”水與氯化鋅組成的電解液。電池總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列說法正確的是(

)A．該電池的正極為鋅B．該電池反應中二氧化錳起催化劑作用C．當0.1molZn完全溶解時，流經(jīng)電解液的電子個數(shù)為1.204×1023D．電池正極反應為2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－題D

[由電池總反應可知，二氧化錳為氧化劑而不是催化劑，鋅為還原劑，應為原電池的負極，A、B項錯誤；電子只能經(jīng)外電路流動，電解液內(nèi)電流的形成是陰、陽離子的定向移動，C項錯誤；電池負極反應為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用電池總反應減去負極反應得正極反應為2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－，D項正確。]題號135246879105．流動電池是一種新型電池，其主要特點是可以通過電解質(zhì)溶液的循環(huán)流動，在電池外部調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液，以保持電池內(nèi)部電極周圍溶液濃度的穩(wěn)定。某大學新開發(fā)的一種流動電池如圖所示，電池總反應為Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列說法不正確的是(

)A．a(chǎn)為負極，b為正極B．該電池工作時，PbO2電極附近溶液的pH增大C．a(chǎn)極的電極反應為Cu－2e－===Cu2+D．調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液的方法是補充CuSO4題

題/p>

題回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時，正極的電極反應是_________________________________________________________________________________________；電解液中H2SO4的濃度將變_____；當外電路通過1mol電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加______g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成______、B電極上生成________，此時鉛蓄電池的正負極的極性將________。題/p>

＋2H2O小48PbPbO2對換

題號135246879107．某課題組基于鉀離子電池特性，設計并合成了一種VN－NPs/N－CNFs復合材料，并將其應用于鉀離子電池的電極，放電時該電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有關(guān)說法中錯誤的是(

)題．放電時，在Al電極區(qū)發(fā)生的是氧化反應B．該電池的溶劑不能為水C．放電時，電解質(zhì)中的K＋向Cu電極區(qū)移動D．放電時，每轉(zhuǎn)移1mole－，Cu電極區(qū)質(zhì)量減少39g題D

[以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的鉀離子電池，放電時銅電極區(qū)發(fā)生的電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放電時Cu電極為正極，Al電極為負極。在Al電極區(qū)發(fā)生的是氧化反應，故A正確；電池中含有鉀，鉀性質(zhì)活潑能與水反應，故該電池的溶劑不能為水，故B正確；放電時，Al電極為負極，鉀離子向正極移動，即放電時，電解質(zhì)中的K＋向Cu電極區(qū)移動，故C正確；放電時，銅電極區(qū)發(fā)生的電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，每轉(zhuǎn)移1mole－，Cu電極區(qū)質(zhì)量增加39g，故D錯誤。]題號135246879108．結(jié)合K2Cr2O7溶液，可利用微生物電化學技術(shù)實現(xiàn)將含乙醛的廢水有效處理，其工作原理如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是(

)題A．該反應在高溫下，反應速率加快B．右側(cè)電極為正極，發(fā)生還原反應C．當有0.3mole－通過電解質(zhì)溶液，將有0.1molCr(OH)3生成D．左側(cè)電極反應為CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋√BD

[該反應是利用微生物電化學技術(shù)，微生物在高溫下活性會降低，高溫下，反應速率反而會減慢，A錯誤；右側(cè)Cr元素的化合價降低，得到電子，故右側(cè)電極為正極，發(fā)生還原反應，B正確；電子只能從負極沿外電路到達正極，不能通過電解質(zhì)溶液，C錯誤；左側(cè)是乙醛在微生物上失去電子被氧化成CO2，結(jié)合質(zhì)量守恒定律，則電極反應為CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，D正確。]題號135246879109．(1)鋰水電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，加入水即可放電，總反應為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

。①鋰水電池放電時，OH－向____極移動。②寫出該電池放電時正極的電極反應：________________________。題2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(2)有學者想以如圖所示裝置用原電池原理將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料，其負極反應為_____________________________________。題/p>

(3)Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。①