化學電源課件高一下學期化學人教版

第六章

化學反應與能量

第一節(jié)

化學反應與能量變化

課時3

電池能源

電池放電后不能充電，稱為一次電池一次電池二次電池燃料電池燃料電池干電池鉛酸電池鋰離子電池經(jīng)充電復原又可使用，稱為二次電池通入燃料即可直接轉化成電能，稱為燃料電池一、發(fā)展中的化學電源干電池負極：

Zn-2e-=Zn2+正極：

2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O①鋅錳電池(最早使用的電池)改進：用濕的KOH代替NHCl4作電解質(zhì)缺點：使用壽命短，易泄露材料：石墨棒、MnO2糊、NH4Cl糊、鋅筒負極正極電解質(zhì)溶液總反應：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH3↑1、一次電池干電池②堿性鋅錳電池材料：石墨棒、MnO2糊、KOH、鋅筒負極正極電解質(zhì)溶液負極：Zn+2OH-

-2e-

=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-

=2MnO(OH)+2OH-

1、一次電池總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

0+4+3+21、一次電池③鈕扣式銀鋅電池Zn+2OH-

-2e-

==Zn(OH)2負極電解質(zhì)溶液正極Ag2O

+

2e-

+

H2O==2Ag

+

2OH-

總反應：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2

干電池1.銀鋅紐扣電池放電時反應為Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。下列說法錯誤的是(

)A.Zn是電池的負極,發(fā)生氧化反應B.該電池的電解質(zhì)溶液呈堿性C.電池工作時,電子從Ag2O極經(jīng)過電解質(zhì)溶液流到Zn極D.正極的電極反應式:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-練習CC解析:由電池放電時反應分析,Zn化合價升高,失去電子,作電池的負極,發(fā)生氧化反應,A正確;該電池反應產(chǎn)物存在Zn(OH)2,電解質(zhì)溶液呈堿性,B正確;電池工作時,電子從電池的負極流向正極,即電子從Zn極經(jīng)過外電路流到Ag2O極,電子不能通過電解質(zhì)溶液,C錯誤;正極得到電子,發(fā)生還原反應,電極反應式為Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,D正確。2、二次電池（1）特點：（2）能量轉化：（3）常見的二次電池：二次電池又稱充電電池，放電時所進行的氧化還原反應，在充電時又逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等鉛酸蓄電池鋰離子電池鎳氫電池①鉛酸蓄電池(最早使用的充電電池)稀硫酸（H2SO4)PbPbO2負極正極Pb2+Pb2+2、二次電池Pb－2e－=Pb2+PbO2+4H++2e－=2H2O+Pb2+Pb2++SO42-=PbSO4Pb2++SO42-=PbSO4負極:Pb-2e－+SO42-=PbSO4

（原電池）放電總反應：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充電電池(原電池、電解池):PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電+-②一次鋰電池負極(Li)：正極(MnO2)：Li－e-

=

Li＋MnO2＋Li＋＋e-

=LiMnO2放電總反應：Li＋MnO2

=

LiMnO2電流方向：由

極流向

極(填字母)電子方向：由

極流向

極(填字母)2、二次電池baba思考：是否可用水代替電池中的混合有機溶劑？原因？2.鋰錳電池是一種性能優(yōu)良的一次電池。該電池的基本結構如圖所示,其中電解質(zhì)是將LiClO4溶于混合有機溶劑中,Li+通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。練習①外電路的電流方向是由

(填“a”或“b”,下同)極流向

極。

②電池的正極反應式為_______________________

。

③是否可用水代替電池中的混合有機溶劑?

(填“是”或“否”),原因是

。

①在鋰錳電池中,金屬鋰為負極(a極),MnO2為正極(b極),電池工作時,外電路中電流由正極b流向負極a。②Li+通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2,則正極反應式為MnO2+e-+Li+=

LiMnO2。③負極材料鋰是活潑的金屬,能與水發(fā)生反應,不能用水代替電池中的混合有機溶劑。baMnO2+e-+Li+=

LiMnO2否Li是活潑金屬，能與水反應，2Li＋2H2O=2LiOH+H2↑③鎳氫電池缺點:自放電率高、能量密度低、充電時間長和重量較大。優(yōu)點:在環(huán)保性、安全性、記憶效應小和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)優(yōu)異，適合需要長時間穩(wěn)定供電的場景，如電動工具、模型飛機等。負極:金屬氫化物(儲氫合金)正極:Ni(OH)2電解質(zhì):KOH應用：廣泛用于手機、心臟起搏器、助聽器、便攜式心電圖機、電鉆等2、二次電池特點：是一種高效,環(huán)境友好的發(fā)電裝置原理：將燃料和氧化劑反應所放出的化學能直接轉化為電能。

與其他電池的區(qū)別：反應物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設裝備提供燃料和氧化劑氫氧燃料電池2個電極材料：惰性金屬Pt（或2個石墨棒）負極：通入燃料（H2、甲烷CH4或乙醇）正極：通入O23、燃料電池a類:電解質(zhì)溶液為稀硫酸.負極：

2H2–4e-=4H+正極：

O2+4e-+4H+

=2H2Ob類:電解質(zhì)溶液為30%的氫氧化鉀溶液.負極：

2H2–4e-+4OH-

=4H2O正極：O2+4e-+2H2O=4OH-酸性:O2H2H2SO4(aq)O2H2KOH(aq)堿性：①氫氧燃料電池

電極材料：鉑總反應式：2H2+O2=2H2O3、燃料電池5.氫氧燃料電池具有綠色環(huán)保和高效等特點,某種氫氧燃料電池的結構示意圖如圖所示。該電池工作時(

)A.a處通入O2B.甲電極為負極C.電能轉化為化學能D.正極反應式為H2-2e-=2H+練習解析:根據(jù)題中圖示可知,H+從甲電極區(qū)流向乙電極區(qū),則甲電極為負極,乙電極為正極,a處通入H2,b處通入O2,A錯誤,B正確;題給裝置是原電池,是將化學能轉化為電能的裝置,C錯誤;負極反應式為H2-2e-=2H+,正極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O,D錯誤。B②甲烷燃料電池負極：通入CH4正極：通入O2酸性H2SO4電池反應負極正極堿性KOH電池反應負極正極CH4+2O2==CO2+2H2OCH4

+

2O2+

2OH-

==

CO32-

+

3H2O

CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+CH4

+

10OH--8e-

==

CO32-

+

7H2O2O2+

8H++

8e-==4H2O2O2+

4H2O

+8e-==8OH-3、燃料電池A.a電極是負極,該電極上發(fā)生氧化反應B.b電極上的反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-C.電池工作時,溶液中的K+向a極移動D.該電池能提高能量的利用率,且?guī)缀醪慌欧艤厥覛怏wCO2練習6.燃料電池一直是電池研究的熱點,可作為汽車的能源。一種堿性天然氣燃料電池的簡易裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(

)C解析:a電極是負極,該電極上CH4發(fā)生氧化反應,A正確;b電極上O2得電子,電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-,B正確;電池工作時,溶液中陽離子K+向b極移動,C錯誤;該電池總反應為CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,能提高能量的利用率,幾乎不排放溫室氣體CO2,D正確。③熔融鹽燃料電池負極正極燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3總方程式：2H2＋O2＝2H2O正極：O2+4e-+2CO2=2CO32-負極：H2

-2e-

+CO32-

=CO2+H2O3、燃料電池燃料電池

電極反應式的書寫技巧1、判斷正、負極正極：負極：O22、先寫總反應式（考慮電解質(zhì)溶液）燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應，則總反應為加合后的反應。CH3OH燃料電池(堿性電解質(zhì))總反應式2CH3OH

+3O2+4OH-

=2CO32-

+6H2O

燃料(H2、CH4、C2H5OH等)3、再寫正極反應式①酸性：O2+4e-＋4H+

=2H2OO2+4e-＋2H2O=4OH-負極反應式＝總反應式－正極反應式(將總反應式中的O2全部消去)4、最后寫負極反應式：②中性或堿性：練習酸性H2SO4電池反應負極正極堿性KOH電池反應負極正極負極：通入C2H5OH正極：通入O2乙醇燃料電池C2H6O+3O2+4OH-

==5H2O+2CO32-C2H6O+3O2==3H2O+2CO2C2H6O+3H2O

-12e-==

2CO2+12H+O2

+2H2O+4e-==

4OH-C2H6O+16OH-

-12e-

==

2CO32-+11H2OO2+4H+

+4e-==2H2O(3)燃料電池是一種高效、安全、環(huán)保的供電裝置,以甲醇作燃料的電池,如下圖所示。①負極反應物是

,H+從

(填“a”或“b”,下同)極移動到

極。

②正極反應式為

。練習①結合題圖裝置,可知CH3OH在負極b上發(fā)生氧化反應,通入O2的電極a為正極,電池工作時,H+從b極(負極)向a極(正極)移動。②電解質(zhì)溶液呈酸性,正極上O2得電子被還原生成H2O,電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O。CH3OHb

a

3O2＋12H＋＋12e－=6H2O甲醇燃料電池

CH3OH為______極，O2為_____極①電解質(zhì)溶液為NaOH溶液時：總方程式：_____________________________正極：_____________________________負極：_____________________________②電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液時：總方程式：_____________________________正極：_____________________________負極：_____________________________負正2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O3O2+6H2O+12e-=12OH-2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O2CH3OH-12e-

+2H2O=2CO2↑

+12H＋3O2＋12H＋＋12e－=6H2O2CH3OH+3O2=2CO2↑

+4H2O練習課堂總結種類特點實例一次電池（干電池）二次電池（充電電池）燃料電池普通鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅紐扣電池鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池一次鋰電池氫氧燃料電池甲烷燃料電池乙醇燃料電池熔融鹽燃料電池放電后不能充電放電、充電可循環(huán)進行可通過不斷充入還原劑、氧化劑，連續(xù)使用1．氫氧燃料電池可以使用在航天飛機上，其反應原理示意圖如圖。下列有關氫氧燃料電池的說法正確的是(

) A.該電池工作時電能轉化為化學能

B.該電池中電極a是正極

C.外電路中電子由電極b通過導線流向電極a D.該電池的總反應：2H2＋O2=2H2O電極aH2O2電極bD7.鎂-次氯酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示,該電池的總反應為Mg+ClO-+H2O=Mg(OH)2+Cl-。下列有關說法正確的是(

)A.該燃料電池中鎂作負極,發(fā)生還原反應B.該電池工作時,正極a附近的pH將不斷增大C.負極的電極反應式為ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-D.b電極發(fā)生還原反應,電路中每轉移0.1mol電子,理論

上生成0.1molCl-解析:A錯誤，鎂作負極,鎂失電子發(fā)生氧化反應;B正確該電池工作時正極，反應式為ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-,即a電極附近溶液pH將不斷增大;C錯誤，Mg在負極失去電子被氧化并生成Mg(OH)2,電極反應式為Mg-2e-+2OH-=Mg(OH)2,;D錯誤，a電極為正極,發(fā)生還原反應,b電極為負極,發(fā)生氧化反應,電路中每轉移0.1mol電子,理論上生成0.05molCl-。練習B

2.

微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中是廣泛應用的一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應式分別為

Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

電池總反應式為Ag2O＋Zn=2Ag＋ZnO

根據(jù)上述反應式，下列敘述中正確的是(

)

A.在使用過程中，電池負極區(qū)溶液pH增大

B.在使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極

C.在使用過程中，Zn電極發(fā)生還原反應，Ag2O電極發(fā)生氧化反應

D.外電路中每通過2mol電子，正極的質(zhì)量理論上減少16g

D練習練習10.某電池的工作原理如圖所示,陰離子交換膜只允許陰離子通過,總反應為Zn+H2O2+2H+=Zn2++2H2O。下列說法正確的是(

)A.石墨為電池的負極B.電子由Zn電極經(jīng)外電路流