高中化学人教版选修4课件：第四章 第二节　化学电源(2)

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1、第二节化学电源 自主阅读 自主检测 一 化学电池1 定义化学电池是将化学能变成电能的装置 2 化学电池的分类 自主阅读 自主检测 二 常见的化学电池1 一次电池 1 碱性锌锰电池 组成 正极 MnO2 负极 Zn 电解质 KOH 工作原理 自主阅读 自主检测 2 银锌电池 组成 负极 Zn 正极 Ag2O 电解质 KOH 工作原理 自主阅读 自主检测 2 二次电池 以铅蓄电池为例 1 组成 正极 PbO2 负极 Pb 电解质 H2SO4 2 工作原理 铅蓄电池是最常见的二次电池 其电极反应分为放电和充电两个过程 放电过程的电极反应 总反应 自主阅读 自主检测 自主阅读 自主检测 3 燃料电池

2、1 工作原理 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能 燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应 只是一个催化转化元件 工作时 燃料和氧化剂连续地由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断地被排出 2 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池的构造 自主阅读 自主检测 自主阅读 自主检测 1 下列有关化学电源的说法中正确的是 A 化学电池只能将化学能转化为电能B 燃料电池能将全部化学能转化为电能C 锌银电池的电解质是KOH 负极材料是ZnD 一次电池包括干电池和蓄电池答案 C2 据报道 锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池 因为锌电池容量更大 而且没有铅污染 其电池反应为2Zn O22ZnO 原料为锌粒

3、电解质和空气 则下列叙述正确的是 A 锌为正极 空气进入负极反应B 负极反应为Zn 2e Zn2 C 正极发生氧化反应D 电解质可能是强酸答案 B 自主阅读 自主检测 3 燃料电池是一种新型电池 它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能 氢氧燃料电池的基本反应如下 X极 O2 g 2H2O l 4e 4OH Y极 2H2 g 4OH 4e 4H2O l 下列判断中 正确的是 A X是负极B Y是正极C Y极发生还原反应D Y极发生氧化反应答案 D 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 常见的化学电源及其工作原理各式各样的电池讨论探究 1 常见的化学电池有哪几类 举例说明每一类化学电源有何优

4、缺点 如何判断一种电池的优劣 2 以甲烷燃料电池为例 说明如何根据总反应式 CH4 2O2 2KOHK2CO3 3H2O 书写电池的电极反应式 3 给可充电电池充电时 如何对接外接电源 以铅蓄电池为例 说明充电过程和放电过程的区别与联系是什么 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 探究提示 1 常见的化学电池包括一次电池 二次电池和燃料电池 碱性锌锰干电池的优点是比能量高和可储存时间长 适用于大电流和连续放电 缺点是不能循环多次使用 废旧电池回收处理较困难 铅蓄电池是常用的二次电池 优点是电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 所以应用广泛 缺点是比能量低 笨重 废弃电池污染环境 氢氧燃料电池

5、是常用的燃料电池 燃料电池能量转化率高 有利于节约能源 绿色环保 但燃料的获取储存都存在一些困难 判断一种电池的优劣或是否适合某种需要 主要看这几种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 即比能量 单位是W h kg 1或W h L 1 或者输出功率的大小 比功率 单位是W kg 1或W L 1 以及电池可储存时间的长短 除特殊情况外 质量轻 体积小而输出电能多 功率大 可储存时间长的电池 更适合使用的需要 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 1 燃料电池 1 燃料电池是将可燃

6、物 如H2 甲醇 丁烷 甲烷等 燃烧时放出的热量以电能的形式展现出来的装置 具有高效能 低污染的特点 2 氢氧燃料电池 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 2 充电电池可充电电池属于二次电池 是一种可反复使用的电池 当电池放电时 是一种原电池 当电池充电时 是一种电解池 对于可充电电池 分析时应注意以下几个方面 1 可充电电池的两极 可充电电池有放电和充电两个过程 分析可充电电池的两极 通常是借助于氧化还原反应中化合价的变化 如高铁电池 总反应方程式为3Zn 2K2FeO4 8H2O3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 放电时反应方向是从左到右 锌的化合价升高 发生氧化反应 锌为负极

7、 铁的化合价降低 发生还原反应 K2FeO4为正极反应物 充电时反应从右到左 Zn OH 2中锌的化合价由 2价降为0价 发生还原反应 Zn OH 2是阴极反应物 Fe OH 3中铁的化合价由 3价升高为 6价 发生氧化反应 Fe OH 3为阳极反应物 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 2 离子移动的方向 充电电池放电时 电池中阳离子移向正极 阴离子移向负极 电子按负极 用电器 正极方向流动 形成电流 对用电器做功 充电时 电池中阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 电子按 外接电源的负极 充电电池的阴极 溶液中阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 充电电池的阳极 外接电源的正极 方向流动 形成电流

8、给充电电池充电 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 题型一化学电源原理的应用例题1微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置 其工作原理如图所示 下列有关微生物电池的说法错误的是 A 正极反应中有CO2生成B 微生物促进了反应中电子的转移C 质子通过交换膜从负极区移向正极区D 电池总反应为C6H12O6 6O26CO2 6H2O 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 解析 C6H12O6中C的平均化合价为0价 二氧化碳中C的化合价为 4价 所以生成二氧化碳的反应为氧化反应 故CO2在负极生成 A选项错误 在微生物的作用下 该装置为原电池装置 反应速率加快 所以微生物促进了反应的发

9、生 B项正确 质子交换膜只允许质子 即H 通过 原电池中阳离子向正极移动 C项正确 电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应 D项正确 答案 A 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 成功体验1近年来AIST报告正在研制一种 高容量 低成本 锂 铜空气燃料电池 该电池通过一种复杂的铜腐蚀 现象 产生电力 其中放电过程为2Li Cu2O H2O2Cu 2Li 2OH 下列说法不正确的是 A 放电时 Li 透过固体电解质向Cu极移动B 放电时 负极的电极反应式为Cu2O H2O 2e Cu 2OH C 通空气时 铜被腐蚀 表面产生Cu2OD 整个反应过程中

10、铜相当于催化剂 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 成功体验2一种碳纳米管能够吸附氢气 可做充电电池 如图所示 的碳电极 该电池的电解质溶液为6mol L 1KOH溶液 下列说法中正确的是 A 充电时将碳电极与电源的正极相连B 充电时阴极发生氧化反应 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 解析 A项 碳纳米管能够吸附氢气 可做充电电池的负极 放电时氢气发生氧化反应 故充电时该电极与外接电源的负极相连 错误 B项 充电时阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 错误 C项 放电时镍电极为

11、正极 得到电子 发生还原反应 其电极反应为 NiO OH H2O e Ni OH 2 OH 正确 D项 放电时碳电极反应为 H2 2e 2OH 2H2O 错误 答案 C 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 题型三燃料电池原理的应用例题3一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图 下列有关该电池的说法正确的是 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 情景导入 知识点拨 典例引领 重难点 成功体验3导学号27760075氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 下图为电池示意图 该电池电极表面镀了一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请回答 情景导入 知识

12、点拨 典例引领 重难点 1 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 在导线中电子的流动方向为 用a b表示 电池中的交换膜为阴离子交换膜 则溶液中OH 的移动方向为由池移向池 填 左 或 右 2 负极反应式为 正极反应式为 解析 1 原电池的实质是把化学能转化为电能的装置 在原电池中 电子从负极经导线流向正极 溶液中OH 的移动方向为由右池移向左池 而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极 故电子由a流向b 2 H2在负极上失电子 因为电解质溶液是KOH溶液 故正极反应式为O2 4e 2H2O4OH 负极反应式为2H2 4OH 4e 4H2O 答案 1 化学能转化为电能a b右左 123456 1 下列

13、有关电池的说法不正确的是 A 手机上用的锂离子电池属于二次电池B 铜锌原电池工作时 电子沿外电路从铜电极流向锌电极C 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D 锌锰干电池中 锌电极是负极解析 二次电池 即可充电电池 所以A项对 B中 在原电池中 活泼金属Zn是负极 负极失电子发生氧化反应 因此电子的流向是由负极 锌电极 流向正极 铜电极 B项错 答案 B 123456 2 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 故得到广泛应用 锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液 电池总反应式为下列说法错误的是 A 电池工作时 锌失去电子B 电池正极的电极反应式为C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每

14、通过0 2mol电子 锌的质量理论上减小6 5g 123456 解析 根据题意 该电池的负极材料是锌 电池工作时 锌本身失去电子而发生氧化反应 失去的电子通过外电路移向另一极 正极 在该电极上 MnO2获得电子发生还原反应生成MnOOH 2MnO2 2e 2MnOOH 从元素守恒的角度来看 右侧还多2个氢 在碱性溶液中不出现H 故正极反应为2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 反应中 失去0 2mol电子 消耗掉0 1mol锌 质量为6 5g 答案 C 123456 3 一种新型燃料电池 它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中 然后分别向两极上通入乙烷 C2H6 和氧气 其电极反应式为

15、有关此电池的推断正确的是 A 通氧气的电极为负极B 参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7 2C 放电一段时间后 KOH的物质的量浓度不变D 电解质溶液中向正极移动 123456 解析 原电池中负极发生氧化反应 正极发生还原反应 通氧气的一极为正极 选项A不正确 根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7 2 选项B正确 C项 由电极反应式可知 放电一段时间后 KOH的物质的量浓度减小 选项C不正确 负极周围的OH 参与电极反应 不断减少 水电离产生的H 就不断增加 向负极移动 选项D不正确 答案 B 123456 4 生产铅蓄电池时 在两极板上的铅 锑合金栅架

16、上均匀涂上膏状的PbSO4 干燥后再安装 充电后即可使用 发生的反应是2PbSO4 2H2OPbO2 Pb 2H2SO4 下列对铅蓄电池的说法错误的是 A 需要定期补充硫酸B 工作时铅是负极 PbO2是正极C 工作时负极上发生的反应是D 工作时电解质溶液的密度减小 123456 解析 铅蓄电池在工作时相当于原电池 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 所以Pb是负极 PbO2是正极 在工作时 负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2 Pb2 与溶液中的反应生成PbSO4沉淀 放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量 在电池制备时 PbSO4的量是一定的 制成膏状的PbSO4干燥后安装 说明H2SO4不用补充 放电时 H2SO4被消耗 溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小 所以溶液的密度也随之减小 答案 A 123456 5 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率 因而受到重视 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为负极燃气 空气与CO2的混合气为正极助燃气 制得在650 下工作的燃料电池 请完成有关的电池反应式 负极反应式 正极反应式 总电池反应式 123456 6 航天飞机常