人教版高中化學(xué)選擇性必修1第四章第一節(jié)第2課時化學(xué)電源基礎(chǔ)課課件

第2課時化學(xué)電源(基礎(chǔ)課)第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池素養(yǎng)目標(biāo)1．通過對常見化學(xué)電源的分析，建立對原電池認識的思維模型，提高對原電池本質(zhì)的認識。2．增強科技意識，不斷研發(fā)新型電池，滿足人類社會發(fā)展的需求。積極回收利用廢舊電池，減少其對環(huán)境的污染。舊知回顧書寫原電池的電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下四點：1．準確判斷原電池的正、負極：一般而言，較活潑的金屬作為原電池的負極，但不是絕對的。2．高度注意電解質(zhì)的酸、堿性：正、負極發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。3．牢牢抓住總反應(yīng)式：根據(jù)總反應(yīng)式和其中的一個電極反應(yīng)式，可迅速寫出另一個電極反應(yīng)式。4．不能忽視電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等：正、負極得失電子數(shù)相等，書寫電極反應(yīng)式時，要注意電荷守恒。知識點一化學(xué)電源和一次電池1．化學(xué)電源概述(1)化學(xué)電源的分類________是各種化學(xué)電源的雛形，常分為__________、__________和__________。(2)化學(xué)電池的優(yōu)點具有____________高，供能穩(wěn)定可靠，使用方便，易于維護等優(yōu)點。原電池一次電池二次電池燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率(3)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準①比能量：__________或__________所能輸出______的多少，單位是W·h·kg-1或W·h·L-1。②比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出______的大小，單位是W·kg-1或W·L-1。③電池可儲存時間的長短。單位質(zhì)量單位體積電能功率(4)化學(xué)電池的回收利用使用后的廢舊電池中常含有________、酸和堿等物質(zhì)，隨意丟棄會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。因此，廢舊電池要進行回收利用。(5)化學(xué)電源的發(fā)展方向小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞，如______電池、________電池等。重金屬鎳氫鋰離子2．一次電池一次電池也叫________，放電后不可再充電的電池。堿性鋅錳電池(1)構(gòu)造干電池

MnO2ZnKOH

普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池的構(gòu)造如下圖所示：普通鋅錳電池工作原理為Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)。回答下列問題：(1)你能指出兩種干電池中的正、負極材料及電解質(zhì)溶液嗎？(2)試寫出堿性鋅錳電池的正、負極反應(yīng)式？(3)對比兩種干電池，它們的優(yōu)缺點是什么？(4)為什么廢舊電池不能隨意丟棄，要回收利用？[提示]

(1)普通鋅錳電池的負極為Zn，正極為石墨棒，電解質(zhì)溶液為NH4Cl糊。堿性鋅錳電池的負極為Zn，正極為MnO2，電解質(zhì)為KOH。(2)負極反應(yīng)式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正極反應(yīng)式：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。(3)普通鋅錳電池中的NH4Cl糊呈酸性，能腐蝕負極材料Zn，故該干電池不能長時間儲存；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所提高，是普通鋅錳干電池的升級換代產(chǎn)品。(4)廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，能污染水源，危害人體健康。因此，應(yīng)將廢舊電池回收利用，這樣既可減少環(huán)境污染，又可節(jié)約資源。1.Li-SOCl2電池可用于治療某些心律失常所致的心臟起搏器的驅(qū)動。該電池的工作原理示意圖如圖所示：下列說法錯誤的是(

)A．負極材料為Li，發(fā)生氧化反應(yīng)B．正極反應(yīng)式為2SOCl2－4e－===4Cl－＋S↓＋SO2↑C．LiAlCl4有助于電池內(nèi)部的導(dǎo)電D．電池工作時Cl－向Li電極移動√B

[A.負極材料為Li，鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A正確；B.正極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖示，正極反應(yīng)式為2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S↓＋SO2↑，故B錯誤；C.LiAlCl4有助于電池內(nèi)部的導(dǎo)電，故C正確；D.電池工作時，陰離子向負極移動，Cl－向Li電極移動，故D正確。]2．魚雷采用Al-Ag2O動力電池，以溶有氫氧化鉀的流動海水為電解質(zhì)溶液，電池反應(yīng)為2Al＋3Ag2O＋2KOH＋3H2O===6Ag＋2K[Al(OH)4]。下列說法錯誤的是(

)A．Ag2O為電池的正極B．電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Al極C．Al在電池反應(yīng)中被氧化D．溶液中的OH－向Al極遷移√B

[該原電池中，Al元素化合價由0價升高為＋3價，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以Al為負極，Ag2O為正極，A、C正確；放電過程中，電子從負極沿導(dǎo)線流向正極即電子由Al極通過外電路流向Ag2O極，B錯誤；放電過程中，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動、陰離子向負極移動，即溶液中的OH－向Al極遷移，D正確。]知識點二二次電池1．二次電池又稱____________或________，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。可充電電池蓄電池2．鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其簡易裝置圖、放電反應(yīng)和充電反應(yīng)如圖所示：(1)負極是____，正極是______，電解質(zhì)溶液是________。(2)放電反應(yīng)原理①負極反應(yīng)式是____________________________；②正極反應(yīng)式是_____________________________________________；③放電過程中，負極和正極質(zhì)量的變化是均______，均生成_______，電解質(zhì)溶液pH的變化是______。PbPbO2稀硫酸

增大PbSO4增大

LixCy－xe－===xLi＋＋CyLi1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2放電時，鋰離子由石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中；充電時，鋰離子從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間，完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。1．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，其充、放電時的電池反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。下列說法正確的是(

)√

√

題后歸納

充電電池充電、放電的原理(1)充電電池是既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)的一類特殊電池。需要注意的是充電和放電的反應(yīng)不互為逆反應(yīng)。(2)充、放電時各電極上發(fā)生的反應(yīng)即“正接正、負接負”。(3)充、放電電池電極反應(yīng)式的書寫充電時陰極(或陽極)的電極反應(yīng)式與該電池放電時負極(或正極)的電極反應(yīng)式剛好相反。例如，鉛酸蓄電池充電、放電的過程如圖所示。[教材·資料卡片]鋰離子電池具有質(zhì)量小、體積小、儲存和輸出能量大等特點，是多種便攜式電子設(shè)備(如智能手機、筆記本電腦等)和交通工具(如電動汽車、電動自行車等)的常用電池。Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來，科學(xué)家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2↑)對電池進行充電。(1)放電時，光催化電極為________(填“負極”或“正極”)。正極(2)放電時，Li＋從________穿過離子交換膜向_____________遷移。(3)放電時，正極發(fā)生的反應(yīng)為__________________________。(4)充電時，電池的總反應(yīng)為_______________________。金屬鋰光催化電極O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2Li2O2===2Li＋O2↑知識點三燃料電池1．燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將______和________的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為______的化學(xué)電源。電極本身不包含__________，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。燃料氧化劑電能活性物質(zhì)2．氫氧燃料電池(1)基本構(gòu)造(2)工作原理項目酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負極反應(yīng)_________________________________________________正極反應(yīng)_________________________________________________總反應(yīng)___________________2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O3．燃料電池的優(yōu)點(1)工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應(yīng)，生成物不斷地被排出，能連續(xù)不斷地提供電能。(2)能量轉(zhuǎn)換率高，有利于節(jié)約能源。(3)排放的廢棄物少，綠色環(huán)保。4．燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法(1)負極為燃料，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。如CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負極反應(yīng)式書寫方法：第一步確定生成物第二步確定電子轉(zhuǎn)移和變價元素原子守恒

O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－設(shè)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(dǎo)O2-。回答下列問題：(1)寫出該燃料電池的兩極電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。(2)固體電解質(zhì)中O2-的移動方向是怎樣的？(3)若用KOH溶液代替固體電解質(zhì)，則放電時正、負極電極反應(yīng)式如何書寫？總反應(yīng)式如何書寫？

1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)燃料電池所有能量均轉(zhuǎn)化為電能。 (

)(2)燃料電池中通入燃料的一極為正極。 (

)(3)氫氧燃料電池(酸性電解質(zhì))中O2通入正極，電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

(

)(4)燃料電池電極材料本身不參與化學(xué)反應(yīng)。 (

)(5)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移。

(

)××√√×2．如圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列說法不正確的是(

)A．左電極為電池的負極，a處通入的物質(zhì)是甲醇B．正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．負極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋D．該電池提供1mole－，消耗0.25mol氧氣√

D

[通入的乙烯作為燃料，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入乙烯的一極為負極，D錯誤。]√題后歸納

燃料電池電極反應(yīng)式書寫的三步驟隨堂評估·知能落實1．體溫槍能快速檢測人體體溫，該體溫槍所用的電池為一種銀鋅電池(如圖所示)，電池的總反應(yīng)式為Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是(

)√243題號15

B

[A.由電池總反應(yīng)可知，鋅失去電子化合價升高，則Zn是負極，Ag2O中銀化合價降低、得到電子被還原，則Ag2O是正極，A正確；B.由選項A分析知，Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O發(fā)生還原反應(yīng)，B錯誤；C.原電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，則溶液中OH－向負極移動，K＋、H＋向正極移動，C正確；D.負極上鋅失去電子，在堿性環(huán)境中生成氫氧化鋅，則電極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，D正確。]243題號152．下列有關(guān)如圖所示鉛酸蓄電池的說法正確的是(

)√243題號15A．放電時，鉛被還原B．放電時，電解質(zhì)溶液pH增大C．充電時，原PbO2極接電源的負極即可復(fù)原D．放電時總反應(yīng)：2PbSO4＋H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4B

[A.放電時，鉛作負極，化合價升高，失去電子，被氧化，故A錯誤；B.放電時，鉛、二氧化鉛和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，稀硫酸濃度降低，因此電解質(zhì)溶液pH增大，故B正確；C.放電時，PbO2極為正極，則充電時，原PbO2極接電源的正極即可復(fù)原，故C錯誤；D.2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4是充電時總反應(yīng)，放電時總反應(yīng)為PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，故D錯誤。]243題號153．熱激活電池(又稱熱電池)可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物一旦受熱熔融，電池瞬間即可輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列關(guān)于該電池的說法中，不正確的是(

)√243題號15

243題號154．中國航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，氫氧燃料電池是使用在航天領(lǐng)域常見的燃料電池，其反應(yīng)原理如圖所示。下列說法正確的是(

)243題號15A．該電池工作時實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．該電池中電極a是負極C．電極b的反應(yīng)式為O2＋4H＋－4e－===2H2OD．當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，消耗2.24